Mantendo-o limpo: engenheiros trabalhando para fazer as membranas de dessalinização permanecerem em escala

Por Anne Manning

O laboratório do professor assistente Tiezheng Tong está trabalhando para resolver problemas associados à incrustação da membrana durante os processos de dessalinização. A partir da esquerda: estudante de pós-graduação Yiming Yin; Língua; pesquisador de graduação Ronny Minjarez; e o aluno de pós-graduação Yiqun Yao, com o sistema de osmose reversa do laboratório.

A água fervente pode deixar depósitos minerais escuros na superfície interna de sua chaleira de alumínio que já foi brilhante - nada que um pouco de vinagre e bicarbonato de sódio não possa remover.

Mas em outros contextos, essas manchas minerais feias não são apenas um incômodo – elas são um grande obstáculo à nossa capacidade de disponibilizar bilhões de galões de água para bilhões de pessoas.

A dessalinização de água, uma tecnologia que extrai água limpa de fontes salgadas e sujas, como água do mar, água salobra ou águas residuais, está crescendo em popularidade em todo o mundo, com mais de 18.000 usinas em operação em todo o mundo. Ele emprega um princípio físico chamado osmose reversa, no qual a água suja é empurrada a pressões muito altas através de uma membrana com poros muito pequenos para serem vistos – muitas vezes menores que a largura de um fio de cabelo. A água limpa é separada de um subproduto salgado e o processo recomeça.

As mesmas escamas minerais que se formam em sua chaleira também se formam em grandes quantidades nessas membranas especializadas, obstruindo os poros das membranas e diminuindo bastante a eficiência de todo o processo. As membranas devem ser trocadas ou limpas com frequência, aumentando os custos e impedindo que as tecnologias de dessalinização desempenhem um papel de liderança no combate aos desafios da escassez de água em todo o mundo.

A incrustação mineral em superfícies de membrana em aplicações de dessalinização é um problema altamente técnico que Tiezheng Tong, professor assistente do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Colorado State University, passou os últimos anos tentando resolver.

Ele e seus alunos, trabalhando em um laboratório dentro do Scott Bioengineering Building, estão realizando experimentos e descobrindo informações fundamentais sobre por que essa incrustação mineral ocorre durante a dessalinização e quais mecanismos impulsionam a formação de incrustações em diferentes tipos de minerais. E como engenheiros focados em soluções, eles também estão ocupados desenvolvendo novas maneiras de lidar com o problema, seja inventando diferentes membranas ou testando novas soluções aditivas que tornem as membranas mais resistentes à incrustação sem sacrificar a qualidade da água.

“Queremos que nossa infraestrutura hídrica seja resiliente às mudanças climáticas”, disse Tong, que ingressou no corpo docente da CSU em 2017 após um pós-doutorado na Universidade de Yale sob a orientação de Menachem Elimelech, um estudioso proeminente no campo da engenharia ambiental. “Se ficarmos sem água de superfície, precisamos de um backup para fornecer água suficiente para a sociedade… trabalhar nesses processos de tratamento de salmoura com salinidade extremamente alta. É provavelmente uma das partes mais desafiadoras da extração de água de fontes não convencionais."

Tong está fornecendo a experiência de seu laboratório em dessalinização e ciência de membranas para a National Alliance for Water Innovation (NAWI), um esforço liderado pelo Departamento de Energia de US$ 110 milhões que reúne centenas de cientistas para enfrentar vários problemas associados às atuais tecnologias de dessalinização. Seu objetivo é tornar as tecnologias de dessalinização comparáveis ​​ou até mais baratas do que extrair água doce de fontes convencionais afetadas pela seca, como lagos, rios e aquíferos.

Por meio da parceria NAWI, na qual os pesquisadores da CSU têm desempenhado um papel de liderança, o laboratório de Tong foi recentemente financiado juntamente com os pesquisadores da Vanderbilt University para apoiar o desenvolvimento de um método baseado em eletrodiálise para o tratamento de salmouras de dessalinização hipersalina.

Os desafios de tornar a dessalinização uma escolha viável para municípios e países são multifacetados: econômicos, em termos de construção e manutenção de usinas de dessalinização por osmose reversa em grande escala, e ambientais, pois as salmouras de alta salinidade que sobraram dos processos de tratamento de água introduzem e poluição prejudicial aos ecossistemas aquáticos.