A troca iônica no tratamento de água envolve a remoção de contaminantes iônicos indesejáveis da água, trocando-os por outra substância iônica. Os quatro métodos de troca iônica são: abrandamento da água, deionização, desmineralização e desalcalinização.
É essencial remover os contaminantes da água para torná-la segura.
Ao remover contaminantes, o contaminante e a substância trocada devem ser dissolvidos e carregar o mesmo tipo de carga elétrica. A troca iônica mais comum é o amaciamento da água, que reduz o cálcio e o magnésio na água.
O que é troca iônica?
A troca iônica descreve um processo químico específico no qual íons dissolvidos indesejados na água e águas residuais – como nitrato, flúor, sulfato e arsênico – são trocados por outros íons com carga semelhante. Íons são átomos ou moléculas contendo um número total de elétrons que não é igual ao número total de prótons.
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Existem dois grupos de íons:
Íons carregados positivamente (cátions)
Íons carregados negativamente (ânions)
Quando os íons positivos são trocados durante o tratamento da água, os cátions que entram em contato com a resina de troca iônica são trocados por outros íons carregados positivamente disponíveis (geralmente sódio) na superfície da resina. Durante a troca aniônica, íons carregados negativamente são trocados por outros íons negativos na superfície da resina, esses íons são geralmente íons cloreto. A troca aniônica é importante, pois os íons podem remover contaminantes como nitrato, arsênico, sulfato e flúor.
Tipos de resinas de troca iônica
As resinas de troca iônica são produzidas sinteticamente ou industrialmente. As resinas são grânulos microporosos feitos de poliacrilato e poliestireno. Eles consistem em pequenas esferas microporosas que variam de 0,3 a 1,3 milímetros.
Quando a água passa pelas esferas, os íons dentro da resina interagem com os íons presentes na água. É assim que os contaminantes são capturados na água.
Existem quatro categorias básicas de resinas de tratamento de água industrial:
- Resinas de cátion de ácido forte (SAC)
- Resinas aniônicas de base forte (SBA)
- Resinas de cátion de ácido fraco (WAC)
- Resinas de ânion de base fraca (WBA)
As resinas SAC neutralizam as bases fortes e convertem os sais nos ácidos correspondentes. Eles podem remover todos os cátions, substituindo-os por íons de hidrogênio. As resinas SAC são usadas em todas as faixas de pH.
As resinas SBA neutralizam ácidos fortes e convertem os sais em bases correspondentes. Estes são comuns em processos de abrandamento de água e desmineralização.
As resinas WAC e WBA neutralizam bases e ácidos fortes. São utilizados em processos de desmineralização parcial e total e sistemas de desalcalinização. As resinas WAC removem cátions para produzir ácido carbônico, no entanto, elas não podem remover todos os cátions na maioria dos suprimentos de água. Sua alta eficiência de regeneração (reduzindo desperdício) em comparação com as resinas SAC é o que as torna populares. As resinas WBA removem ácidos como ácido sulfúrico, nítrico e clorídrico.
Troca iônica em sistemas de tratamento de água
Os íons são poluentes comuns na água. Quanto mais íons dissolvidos na água, maior o total de sólidos dissolvidos (TDS) e a condutividade. A troca iônica é a maneira mais eficaz de livrar a água de contaminantes.
Os dois métodos mais comuns de tratamento de água por troca iônica são o abrandamento da água e a deionização da água. Os abrandadores de água têm como alvo os íons de magnésio e cálcio, substituindo-os por íons de sódio. Nos processos de deionização da água, os cátions são trocados por íons de hidrogênio e os ânions são trocados por íons de hidroxila. Outros métodos de troca iônica incluem a desmineralização da água e a desalcalinização.
Abrandamento de água
O método com zeólito de sódio é o tratamento de água de troca iônica mais comumente usado, pois os zeólitos têm excelentes taxas de troca iônica e absorção.
Durante o abrandamento do zeólito, a água que contém íons de cálcio e magnésio (íons formadores de incrustação) passa por uma resina SAC contendo sódio. Na resina, os íons formadores de incrustação na água são trocados com o sódio.
É por isso que o processo também é chamado de amaciamento, pois remove a dureza da água. A água tratada com zeólita de sódio pode ser usada para alimentação de caldeiras de baixa a média pressão, sistemas de osmose reversa, aplicações comerciais e algumas aplicações químicas.
Deionização de água
A deionização da água utiliza resinas sintéticas para remover sólidos dissolvidos indesejados da água por meio da atração e troca de íons. A resina contém íons de hidrogênio ou hidróxido carregados positivamente, o que faz com que a resina libere seus íons para troca.
Os dois tipos de deionizadores são deionizadores de leito misto e deionizadores de leito separado. Os deionizadores de leito misto usam resinas catiônicas e aniônicas em um único recipiente, o que produz água de altíssima qualidade. Os deionizadores de leito separado contêm recipientes separados contendo resinas catiônicas e aniônicas. Os deionizadores de leito separado têm uma vantagem econômica sobre os deionizadores de leito misto.
Desmineralização de água
Embora o abrandamento da água seja mais comumente usado, é um método de troca iônica insuficiente para água de alimentação e fluxos de caldeiras de alta pressão, particularmente aqueles usados para fabricar equipamentos elétricos.
A desmineralização da água remove todos os sais inorgânicos no processo de troca iônica. Durante a desmineralização, uma resina SAC (forma de hidrogênio) converte sais dissolvidos em seus ácidos correspondentes. A resina SBA (forma de hidróxido) remove os ácidos. A desmineralização da água produz qualidade de água semelhante aos processos de destilação de água doce, mas a um custo muito menor.
Desalcalinização
Quando os processos de tratamento de água precisam remover a dureza da água e reduzir a alcalinidade, mas não remover outros sólidos, a desalcalinização é usada.
Um desalcalizador é semelhante a um abrandador de água na remoção de íons indesejados da água, mas em vez de remover os íons de cálcio e magnésio, o desalcalizador remove os íons de carbonato e os troca por íons de cloreto.
Vantagens da troca iônica no tratamento de água
As principais vantagens do processo de troca iônica na água incluem:
- Resultados rápidos;
- Muito eficaz na remoção de íons inorgânicos da água;
- Eles podem ser usados para aplicações de curto e longo prazo;
- Eles são instalados rapidamente;
- Requer pouca manutenção;
- Possibilidade de regenerar a resina utilizada;
- O investimento inicial é relativamente barato.
Desvantagens da troca iônica no tratamento de água
Existem também algumas desvantagens a ter em conta. Estes incluem o seguinte:
- Eles não podem efetivamente remover as bactérias da água;
- Custos de longo prazo são caros;
- Quando os leitos de troca iônica são regenerados, a água salgada é despejada no meio ambiente.
Troca iônica no tratamento de água potável
As resinas de troca iônica tornaram-se cada vez mais populares no tratamento de água potável para remover contaminantes. Os principais processos de água incluem desalcalinização, deionização, desnitrificação e desinfecção.
Resinas especializadas foram criadas para atingir contaminantes específicos, incluindo boro, perclorato e urânio. As resinas têm uma resina aniônica forte para remover íons nitratos e perclorato.
Troca iônica em águas residuais
Os trocadores de íons também são usados na indústria química para remover íons metálicos de águas residuais. No entanto, devido à baixa seletividade das resinas, contaminantes como arsênico, lítio e íons de flúor são difíceis de remover com a troca iônica.
Regenerando Resinas
Materiais de resina têm uma capacidade de troca finita. Quando não puder mais trocar íons, a resina deve ser recarregada ou regenerada para restaurá-la à sua condição inicial. As substâncias usadas para isso podem incluir cloreto de sódio, bem como ácido clorídrico, ácido sulfúrico ou hidróxido de sódio.
A substância primária remanescente do processo é chamada de “regenerante gasto”. Ele contém não apenas todos os íons removidos, mas também quaisquer íons regenerantes extras e também terá um alto nível de sólidos totais dissolvidos. O regenerante pode ser tratado em uma instalação municipal de águas residuais, mas as descargas podem exigir monitoramento.
A eficácia da troca iônica para tratamento de água pode ser limitada pela incrustação mineral, entupimento da superfície e outros problemas que contribuem para a incrustação da resina. Processos de pré-tratamento, como filtração ou adição de produtos químicos, podem ajudar a reduzir ou prevenir esses problemas.
A troca iônica é adequada para suas necessidades?
Embora a troca iônica e o tratamento biológico sejam amplamente reconhecidos como as duas principais tecnologias para desnitrificação, a troca iônica é normalmente usada para tratar nitratos em águas subterrâneas, enquanto o tratamento biológico é normalmente usado para tratar águas superficiais.
A troca iônica também pode ser usada na remoção de arsênico e outros metalóides e metais. Outras alternativas viáveis, incluindo a separação por membrana, podem ser mais eficientes, mas também apresentam um custo mais elevado.
Determinar se a troca iônica é adequada para uma situação específica requer consideração cuidadosa. Entre em contato com a Fluence para saber qual tecnologia de tratamento é adequada para seus desafios específicos de água.
Resumo
A troca iônica é um processo químico para remover íons indesejados dissolvidos na água e águas residuais, trocando íons específicos por íons com a mesma carga. Os tratamentos de água de troca iônica incluem processos de amaciamento de água, deionização, desmineralização e desalcalinização.
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