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Resina de Troca Iônica 2017-10-10T19:52:33+00:00

Filtração de Água com Resinas de Troca Iônica

O tratamento de água quer para uso humano quer para uso industrial, requer tratamentos ou filtrações variáveis, de acordo com a necessidade. Alguns usos industriais exigem tratamentos mais cuidadosos e completos que o tratamento para uso humano (potabilidade). Empresas como a indústria farmacêutica demandam água de alta qualidade e necessitam água de alta pureza, com um polimento final e tirando todos os sais presentes. Em alguns casos se necessita retirar um metal pesado especifico dificilmente conseguido com tratamento usual. Água de caldeira, por exemplo, precisa de retirada de dureza (cálcio e magnésio) que poderia entupir a tubulação e reduzir a capacidade de funcionamento. Para estas aplicações mais específicas se desenvolveram as resinas de troca iônica (aniônica e catiônica) que retira estes íons da água, seletivamente.

Resinas de troca iônica são grânulos que tem em sua estrutura molecular radicais ácidos ou básicos passíveis de troca por outros íons em solução. Os íons positivos ou negativos fixos nestes radicais são substituídos pelos íons contaminantes na solução. A operação de troca iônica é a troca entre estes íons presentes (contaminantes) e íons sólidos presentes na resina.

As resinas de troca iônica podem ser tipo gel ou macro poros. A estrutura molecular é obtida por polimerização e a diferença apenas em porosidade. O tipo gel tem porosidade reduzida à distância intermolecular (micro poro) e o tipo macroporo é formada adicionando uma substância que produz o efeito.

As resinas de troca iônica podem ser monofuncionais, se tiverem apenas um tipo de radical, ou polifuncionais se a molécula tiver vários tipos de radicais intercambiáveis.

Resinas catiônicas de ácido forte: são produzidas por sulfonação do polímero com ácido sulfúrico, o grupo funcional é o ácido sulfônico, -SO3H, estas resinas trabalham em qualquer pH, separam todas as sais e requerem de uma quantidade elevada de regenerante. Esta é a resina que é escolhida para quase todas as aplicações de abrandamento de água.

A resina catiônica forte (em ciclo sódio) habitualmente utilizada nos abrandadores pode remover ferro e manganês quando presentes sob a forma iônica (dissolvida). No entanto, só se deve utilizar este método se as concentrações presentes forem reduzidas, tendo sempre o cuidado de eliminar qualquer contato com o ar (para evitar formação de precipitados). O sistema deve ser regenerado antes que atinja a exaustão da capacidade de troca iônica do leito de resinas. Existem dados de fabricantes que colocam o limite em 5ppm de ferro dissolvido (ou de ferro mais manganês).

Resinas catiônicas de ácido fraco: O grupo funcional é um ácido carboxílico -COOH, presente em um dos componentes, principalmente o ácido acrílico ou metacrílico. Este tipo de resina é altamente eficiente e não precisa de uma quantidade elevada de regenerante, estas resinas tem uma menor capacidade de troca iônica devido à variação na velocidade do fluxo e a baixas temperaturas

Resinas aniônicas de base forte: São obtidas a partir da reação de estireno-DVB com aminas terciárias. O grupo funcional é uma sal de amônio quaternário. Os dois grupos principais destas resinas podem ser Tipo 1 (tem três grupos metilo) e as de tipo 2 (um grupo etanol substitui um dos grupos metil)

Resinas aniônicas de base fraca: Resinas funcionalizadas com grupos de amina primária (NH4), secundária(NHR), e terciária (NR2). Podem ser aplicadas na adsorção de ácidos fortes com boa capacidade, mas sua cinética é lenta. Resinas Quelantes, são seletivas, mas são pouco utilizadas por ser custosas e cineticamente lentas.

As resinas catiônicas e aniônicas fortes de leitos mistos

• polimento final da água desmineralizada;
• reter os cátions e os ânions que passam pelo sistema de osmose reversa;
• garantir os limites de especificações da água para caldeiras.

Abrandador e Abrandamento de Água

Equipamentos utilizados para redução dos teores de cálcio e/ou magnésio em água dura. É um processo parcial de troca iônica, denominado de abrandamento, é obtido, quando a água bruta (potável) passa em um leito de resina catiônica forte, no ciclo sódio. Os íons cálcio e magnésio, Ca2+ e Mg2+, solúveis na água, são retidos no grupamento do ácido sulfônico e os íons sódio, (Na+), da resina, liberados para a água. Quando todos os íons sódio presos ao grupamento do ácido sulfônico foram trocados por cálcio e magnésio, a resina se encontra no estado saturado e necessita, então, ser regenerada.

A regeneração das resinas do abrandamento compreende quatro estágios:

• Exaustão: saturação da resina com íons cálcio e magnésio;
• Expansão: contra-lavagem do leito saturado da resina, expandindo-a até a parte superior do vaso. A finalidade da expansão ou contra-lavagem é soltar as impurezas sólidas presas aos cristais e descompactação
• Regeneração: é a rejeição dos íons de cálcio e magnésio (Ca2+ e Mg2+) captados da água, por meio da passagem de uma salmoura a 10% substituídos por íons de sódio que voltam a se prender ao grupamento do ácido sulfônico;
• Enxágue: o enxágue lento completa a regeneração da resina e o enxágue rápido final remove todo o excesso da salmoura regenerante do leito.

As resinas de troca iônica são utilizadas há décadas em processos de desmineralização de água, abrandamento, polimento de condensado, pré-tratamento de água para caldeiras, processos industriais etc.. Resinas trocadoras se deterioram naturalmente com o uso, mas o processo pode ser acelerado por agentes externos tais como oxidantes ou outros contaminantes. Práticas inadequadas de operação também podem acelerar a deterioração da resina e diminuem a qualidade da água produzida.

A detecção de contaminantes microbiológicos, determinação da capacidade total de troca e eficiência de regeneração para resinas catiônicas e aniônicas, detecção de resina catiônica no leito de resina aniônica, remoção de contaminação por óleo, determinação da capacidade de retenção de água, determinação da capacidade total de troca de cisão salina em resinas aniônica forte e básica, determinação da porcentagem de quebra de esferas de resinas. Uma resina de troca iônica pode ter sua vida útil superior a 10 anos, desde que o projeto e a operação dos sistemas estejam adequados. Para o calculo da resina, da quantidade e do sistema de regeneração é preciso conhecer a água que se vai tratar e a finalidade ou uso a que se destina. As características mais importantes requeridas para dimensionamento em mg/litro.

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