Uma forma alternativa de utilização, tratamento e recuperação dos recursos hídricos, que vêm ganhando espaço como técnica viável e segura é o processo de separação por membranas. No decorrer do processo de separação por osmose reversa, observa-se uma queda da permeabilidade ao longo do tempo, que pode ocorrer devido à mudanças na morfologia da membrana pela pressão aplicada, à polarização de concentração ou à formação de incrustações. A formação das incrustações aumenta os gastos operacionais, pois gera uma maior demanda de energia devido o aumento da pressão de operação, aumenta a frequência das limpezas químicas e reduz significativamente o tempo de vida útil das membranas. (OLIVEIRA, 2007)
A ocorrência de incrustações é, praticamente, inevitável, mas pode ser minimizado pela escolha dos pré-tratamentos adequados, pelo correto dimensionamento da planta e pela melhor seleção das condições de operação do sistema.

Osmose reversa
Antes de se tratar de osmose reversa, deve-se conhecer um pouco sobre a osmose, este é nome de um processo natural espontâneo, que é dado ao movimento de uma substância em dois meios de concentrações diferentes, com objetivo de separar a concentração em ambos os meios igualmente. Já a osmose reversa, se difere, pois, por meio de uma pressão externa maior que a pressão osmótica, empurra a solução a passar pela membrana, separando o meio de alta concentração, da de baixa concentração.
Segundo Marcon (2002), a osmose reversa é um dos processos de separação por membranas, utilizado quando se deseja reter solutos de baixa massa molar, tais como sais inorgânicos. Tais membranas são densas barreiras seletivas que tem como objetivo, a separação de uma corrente de alimentação em duas fases fluidas, o permeado, o concentrado e um sistema de escoamento tangencial. Este mecanismo de separação é conhecido como solução difusão, e ocorre devido à diferença de afinidade entre as substâncias de alimentação e o material de formação da membrana. (OLIVEIRA, 2007, apud TESSARO, 2012).
A osmose reversa, em relação a remoção dos íons dissolvidos, é classificada de acordo com a pressão utilizada. Temos: Osmose Reversa de alta pressão trabalha entre 56 a 105 bar, utilizada para altas rejeições de solutos inorgânicos; Osmose Reversa de baixa pressão que usa entre 14 a 42 bar, utilizado para rejeições moderadas a orgânicos de baixa massa molar, e osmose inversa aberta que usa pressão de 3 a 14 bar. (OLIVEIRA, 2007)
A Osmose Reversa é analisada em três termos, a permeabilidade, a seletividade e a recuperação (OLIVEIRA, 2007, apud TESSARO 2012)

Membranas
As membranas são utilizadas em uma das técnicas mais conhecidas para tratamentos de filtração e separação de substâncias, no entanto, existem tipos específicos que são indicadas para usos e situações determinadas, a fim de aumentar sua capacidade de filtração. Entre as membranas comercializadas no mercado existe a chamada de "osmose reversa", também conhecida "osmose inversa". São feitas em sua maioria de acetato de celulose ou poliamida. Geralmente, são aplicadas quando é necessária a redução dos TDS (sólidos dissolvidos totais), ou seja, quando é preciso remover os compostos salinos que estão dissolvidos. (FARRUGIA, 2013)
O esquema da membrana de osmose reversa pode ser observado na Figura 1.

As membranas são aplicadas onde se deseja obter um produto (água tratada) com menor conteúdo de sais a partir de água com maior conteúdo salino (água alimentação). Na osmose reversa, mediante a aplicação de pressão, é possível concentrar ainda mais a solução com maior quantidade de sais, produzindo água com baixa concentração de sais dissolvidos. No processo industrial, o que se gera é uma corrente de água de boa qualidade, com baixa concentração de sais (baixa condutividade) e uma corrente de rejeito de menor vazão com alta condutividade.
As membranas de osmose reversa são consideradas as mais restritivas para filtração, com uma eficiência da ordem de 99,7% para cloreto de sódio, por exemplo. Devido à sua capacidade de retenção, a osmose reversa se encaixa na classificação de "membranas densas". (FARRUGIA, 2013)
As principais vantagens do uso de membranas de osmose reversa são: baixo custo operacional, especialmente para água de poços e superficiais para sistemas acima de 10 m³/h, operação contínua (não necessita parada diária para regeneração/limpeza), baixa demanda de mão de obra operacional dedicada, baixa geração de efluentes e baixo consumo de químicos. Como desvantagens existe: maior consumo de energia elétrica e geração de corrente de rejeito.

Polarização de concentração
Igual os demais processos de filtração, o processo de separação por membranas também sofre de polarização de concentração. Isto ocorre devido as membranas serem semipermeáveis, e com isso, permitem a passagem de um ou mais componentes em detrimento de outros, fazendo com que a concentração de soluto na superfície da membrana, seja diferente daquela do seio do fluido (ALVES, 2006).
Como consequência disto, vários aspectos negativos são ocasionados, dentre estes estão a diminuição do fluxo transmembrana e alterações nas características do permeado (ALVES, 2006). Os principais são: decréscimo do fluxo de permeado devido ao aumento na pressão osmótica na superfície da membrana; aumento da passagem de soluto através da membrana; precipitação de soluto se a concentração exceder o limite de solubilidade do sal; favorecimento de incrustações por deposição. (OLIVEIRA, 2007)
Ainda que a polarização de concentração seja reversível, a sua ocorrência pode ocasionar outros fatores que prejudicam o desempenho da membrana, como incrustações por deposição, incrustações por precipitação e bioincrustações. (OLIVEIRA, 2007)

Incrustação
Durante operação normal, por um período prolongado de tempo, membranas de osmose reversa são sujeitas à incrustação, ou "foulings", por material suspenso ou solúvel presente na água de alimentação. Exemplos comuns de incrustações são carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, óxidos de metais, sílica, e depósitos orgânicos ou biológicos (FRISCHKORN, 2008). A formação das incrustações aumenta os custos operacionais, pois gera uma maior demanda de energia (pelo aumento da pressão de operação), diminui os intervalos entre as limpezas químicas e reduz significativamente o tempo de vida útil das membranas (OLIVEIRA, 2007 apud SEIDEL e ELIMELECH, 2002).
A retirada de incrustações é feita pela limpeza e lavagem rápida e mudança das condições de operação. Orienta-se tratar de incrustações quando qualquer uma das seguintes condições ocorre (FRISCHKORN, 2008; FILMTEC MEMBRANES, 1993): a vazão do permeado tem diminuído de 10-15% abaixo da vazão normal; a pressão da água de alimentação tem aumentado 10-15% para manter a vazão da água do permeado; a qualidade da água do permeado tem diminuído 10-15%; a passagem de sal tem aumentado 10-15%; o diferencial de pressão através de um estágio de osmose reversa tem aumentado.
Existem diferentes tipos de incrustações em membranas que dependem dos mecanismos de formação e das características do material depositado na membrana, e as de maior frequência são: incrustação externa, incrustação interna, bioincrustação, incrustação orgânica e inorgânica.

Pré-tratamento
Pré-tratamento, é o nome dado ao processo com objetivo de fazer com que a corrente de alimentação não contenha quantidades significativas de sólidos suspenso ou espécies que possam precipitar na superfície da membrana, ou seja, procedimentos que antecipam a geração de problemas para o sistema de osmose reversa. Para melhor desempenho, deve-se trabalhar nos seguintes favores do pré-tratamento, remoção dos sólidos suspensos; remoção dos oxidantes e prevenir as precipitações na superfície das membranas (OLIVEIRA, 2007). Algumas estratégias de pré-tratamento são mostradas na tabela a seguir:
O número de material que pode precipitar na superfície da membrana é extenso, e estes estão relacionadas com a qualidade da alimentação do sistema, por conta que o material incrustante é resultado da concentração e retenção dos constituintes do seio da alimentação. Na tabela a seguir segue os principais parâmetros físico-químicos na análise da fonte de alimentação:

Outro ocasionante de incrustação é a proliferação dos microrganismos nos biofilmes nas superfícies da membrana, que, junto com o citado anteriormente, são os principais causadores da queda de eficiência nas membranas. Em razão disto, os seguintes procedimentos são utilizados para controlar tais fatores: tratamento físico e/ou químico para remoção ou estabilização de particulados e/ou íons; aumento da periodicidade nas limpezas das membranas; desenvolvimento de membranas com menor potencial de incrustação através da modificação das propriedades físico-químicas de sua superfície; aplicação de biocidas. (OLIVEIRA, 2007)
Em razão dos mecanismos de incrustação, existe uma gama de pré-tratamentos, incluindo: filtração dupla ou simples; abrandamento e/ou troca iônica; microfiltração; filtros de carbono ativado; ajuste de pH etc. Ressaltando que nenhum deles acabará com as incrustações nas membranas, no entanto, uma combinação dos métodos auxilia para melhor desempenho e produtividade da membrana. Na prevenção e o controle da formação de bioincrustações, deve-se reduzir a concentração dos microrganismos presentes na corrente de alimentação e/ou redução da concentração dos seus nutrientes, por meio do pré-tratamento, ou através de um programa de limpeza das membranas. (OLIVEIRA, 2007)
Na Tabela 2 tem-se os principais incrustantes da Osmose Reversa e algumas técnicas de prevenção.

Limpeza de membranas
É importante que as membranas passem por um procedimento de limpeza periodicamente, com objetivo de retirar os sais precipitados e dos sólidos depositados nas suas superfícies. Inicialmente, deve-se buscar a análise físico-química da alimentação e do concentrado, assim como a inspeção visual da superfície da membrana utilizada, após sua utilização no processo de OI. Com isso, fica mais fácil escolher o produto de limpeza mais adequado para remoção das incrustações presentes. A limpeza adotada é considerada eficiente quando o fluxo do permeado atinge um valor próximo ao seu valor no início do processo de separação (OLIVEIRA et al 2007).
Segundo OLIVEIRA et al (2007), a base mais comumente empregada para a limpeza das membranas é o NaOH, sendo que o ácido cítrico é o ácido mais utilizado, uma vez que ele também é capaz de atuar como agente quelante.
Segundo material publicado pela FLUID BRASIL em 2009 pela CARGILL UBERLÂNDIA, existem diversas soluções químicas indicadas para a limpeza das membranas. O tipo de solução química a ser utilizada dependerá do tipo de incrustação presente:
Ácido cítrico (2,0%) em peso (pH > 2) - para efluentes com teor predominante de sais de metais alcalino-ferrosos, tais como CaCO₃, SrCO₃, Ca(HCO₃)₂, Ba(HCO₃)₂, etc.
Ácido fosfórico (0,5%) em peso (pH > 2) - para sais de metais alcalino-ferrosos (cálcio, estrôncio e bário), acompanhados de óxidos de metais de transição (ferro, manganês)
Solução alcalina (0,1% NaOH) - limpeza de resíduos orgânicos (Biofilmes) e alguns coloides inorgânicos (óxidos completos, silicatos).

Parâmetros de processos
A eficiência do processo depende de parâmetros operacionais, das características da membrana e da água de alimentação (MALAEB e AYOUB, 2011).
Mohammadi et al (2002) investigaram o efeito de diferentes fatores hidrodinâmicos na performance da osmose reversa, para dessalinização. Observou-se que o aumento da temperatura contribui para o aumento da velocidade transmembrana, da pressão e do fluxo do permeado. No entanto, as inscrutações na membrana também aumentam. Para as maiores velocidades através das membranas, os valores otimizados correspondentes foram: temperatura de 35ºC, pressão de 13 bar e pH menor que 5 ou maior que 7.
Ao avaliar a influência do pH na variação do fluxo de permeado, Vargas (2003) verificou que ele atua de forma diferente na retenção de partículas, dependendo das soluções e sua solubilidade. Em relação à temperatura, observou-se que 40ºC compromete a qualidade do permeado, diminuindo a retenção de partículas em 8%. E com temperaturas próximas a 12ºC, o fluxo pode diminuir até 3 vezes. Dudley e Darton (1997) investigaram controle de bioincrustações em membranas para dessalinização e demonstraram que existe grande variação de pressão no primeiro estágio, antes e após limpeza química. Madaeni (2001) e Mohammadi et al (2002) utilizaram a análise de difratograma de raio-X para determinar qualitativa e quantitativamente a deposição de sais nas membranas de poliamida, utilizadas para filtração da água salobra. Os sais encontrados em maior proporção foram sulfato de cálcio (90%), nos dois casos.
A Osmose Reversa também reteve muito mais íons diferentes que a Nanofiltração. Segundo Hoang et al (2010), o fluxo do permeado e a rejeição de sais são os dois parâmetros mais utilizados para avaliar a eficiência das membranas na dessalinização. Estes dois fatores são influenciados pelo pH, assim como pela composição da água de alimentação. Mudanças no pH da alimentação podem alterar a natureza da carga da superfície da membrana, o que pode, consequentemente, afetar a performance da membrana. A relação entre o pH e a capacidade de separação em membranas de Nanofiltração tem sido o foco de muitos estudos últimos 20 anos. No entanto, não existem muitos trabalhos produzidos a respeito da performance da Osmose Reversa. Segundo os mesmos autores, que testaram diferentes soluções salinas como alimentação da Osmose Reversa, medindo o pH e o fluxo transmembrana, a rejeição tem relação com a Teoria da Exclusão de Donnan: quanto maiores os íons, como sulfato e cálcio, eles são mais fortemente rejeitados, enquanto que íons menores, como sódio, são menos rejeitados.

Resultados
Como descrito anteriormente, o passo inicial para se determinar a limpeza correta da membrana buscando a retirada das incrustações e aumentar a sua vida útil, é a análise da água de alimentação do sistema. Na análise da água in natura do poço do HOSPITAL CARLOS MACIEIRA realizada pela empresa CERNITAS (São Luís - MA) no ano de 2015, foram encontrados os resultados expressos na Figura 2.
De acordo com estudos feitos por Oliveira (2007), a limpezas recomendada é a combinação de 24 horas da membrana em contato com solução ácida e 24 horas com solução alcalina. Em seu estudo, foi descrito que a base mais utilizada para a limpeza das membranas é o hidróxido de sódio e o ácido mais usado é o cítrico, que também atua como agente quelante. (MANUAL DE
OPERAÇÃO: OSMOSE REVERSA, 2009)

Conclusão
Para melhorar o desempenho, e aumentar a vida útil da membrana, deve-se investir na manutenção do sistema de osmose inversa. Dimensionar um pré-tratamento adequado, buscando reduzir o número de resíduos da água de alimentação antes desta chegar nas membranas, é o ponto chave para evitar danos na superfície das membranas. Outro ponto importante, é a limpeza regular das membranas, que como já vimos, cumprindo uma frequência regular, faz com que aumente a produtividade, e reduz a massivamente o custo.

Por meio de pesquisas bibliográficas, conseguimos encontrar o modo que promoverá a manutenção eficiente das membranas e também reduzirá os custos do sistema de osmose inversa localizada no HOSPITAL CARLOS MACIEIRA, assim alcançando os objetivos iniciais.
De acordo com a análise da água de alimentação, prevemos as incrustações que poderão se formar nas superfícies das membranas, que só poderão ser confirmadas em futuros experimentos.

Referências bibliográficas:
ALVES, T. De Lima. ESTUDO DA FORMAÇÃO DE INCRUSTAÇÕES INORGÂNICAS EM MEMBRANAS DE NANOFILTRAÇÃO UTILIZADAS EM PROCESSOS DE DESSULFATAÇÃO. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO – PUC-RIO, 2006
COSTA, Ana Carolina Miranda. Desenvolvimento de membranas de osmose inversa resistentes à deposição de matéria orgânica e bioincrustações. Diss. Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2009.
FRISCHKORN, Horst. Osmose reversa: limpeza química em membranas de dessalinizadores do Ceará. 2008
Habert, A. C., et al. "Fundamentos e operação dos processos de nanofiltração e osmose inversa."Programa de Engenharia Química (2005).
Manual de Operação: Osmose Reversa. Fluid Brasil. 2009. Disponível em: <http://www.abia.org.br/ftp/F0834G005_0Osmose.pdf>. Acesso em: 20 de Dez. 2017.
Marcon, Taís Sozo, et al. "Otimização do processo de osmose reversa." Salão de Iniciação Científica (14.: 2002: Porto Alegre). Livro de resumos. Porto Alegre: UFRGS, 2002. (2002).
OLIVEIRA, D. R. Pré-tratamento do processo de osmose inversa utilizando microfiltração e investigação de técnicas de limpeza e recuperação de membranas. Rio de Janeiro: COPPE, 2007. Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2007.
VON SPERLING;Marcos, Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. (Vol 1 - 3ª Ed. 2005)