Como funciona a permuta iónica?
A permuta iónica troca iões de hidrogénio por contaminantes catiónicos e iões de hidróxilo por contaminantes aniónicos presentes na água de alimentação. Os leitos de resinas de permuta iónica são constituídos por pequenos grânulos esféricos através dos quais passa a água de alimentação. Ao fim de algum tempo, os catiões e aniões terão substituído a maior parte dos pontos de hidrogénio e hidróxilo activos nas resinas e os cartuchos necessitarão de ser substituídos ou regenerados.
Quais são as vantagens da permuta iónica?
A permuta iónica tem muitas vantagens relativamente à destilação no que respeita à produção de água purificada. Em primeiro lugar, é um processo de resposta a pedido; a água fica disponível quando é necessária. Em segundo lugar, quando se usam materiais de resina de elevada pureza, efectivamente, todo o material iónico é removido da água para dar uma resistividade máxima de 18,2 MΩ-cm (a 25ºC). Pequenos fragmentos dos materiais de resina de permuta iónica podem ser expelidos do cartucho pela água que passa através do mesmo. A permuta iónica deve, portanto, ser usada juntamente com filtros se se desejar uma água isenta de partículas. Dado que as bactérias se desenvolvem rapidamente em água parada, os cartuchos podem ficar contaminados se não forem regularmente usados. O problema é atenuado pela recirculação frequente da água para inibir o desenvolvimento de bactérias e pela substituição ou regeneração regular das resinas, dado que os químicos regenerantes são desinfectantes poderosos.
A permuta iónica remove apenas compostos orgânicos polares da água e os orgânicos dissolvidos podem sujar os grânulos de permuta iónica, reduzindo a sua capacidade. Quando é necessária água pura em termos orgânicos e inorgânicos, a combinação de osmose inversa seguida de permuta iónica é especialmente efectiva.
Têm havido muitas tentativas de ultrapassar algumas das limitações da permuta iónica e da destilação. Nalguns sistemas, a destilação precedia a permuta iónica – os cartuchos duram muito mais, mas o problema das bactérias mantém-se. Noutros, a permuta iónica precedia a destilação – mas nesse caso mantêm-se os problemas de armazenamento e de não ter água a pedido.
Electrodesionização
A electrodesionização (EDI) é um processo de purificação conduzido electricamente e oferece uma combinação de resina de permuta iónica e membranas selectoras de iões. A EDI, que é geralmente associada à osmose inversa, oferece uma alternativa útil a outros métodos de purificação. Proporciona água reagente para laboratório em grandes volumes sem a necessidade de cartuchos de desionização. Esta abordagem evita a redução na qualidade da água produzida associada a cartuchos à medida que estes vão ficando exaustos, bem como os custos associados à substituição dos cartuchos.
Como funciona a electrodesionização?
A EDI desenvolveu-se a partir da electrodiálise (ED). O princípio da ED é que a água é purificada numa célula que contém dois tipos de membranas selectoras de iões – permeáveis a catiões e permeáveis a aniões – colocadas entre um par de eléctrodos. Quando é aplicado um potencial eléctrico directo através da célula, os catiões presentes na água são atraídos para o cátodo com carga negativa e os aniões são atraídos para o ânodo com carga positiva. Os catiões podem atravessar a membrana permeável a catiões, mas não a membrana aniónica. Da mesma forma, os aniões podem atravessar a membrana permeável a aniões, mas não a membrana catiónica. O resultado é a movimentação de iões entre as câmaras e a água numa secção pode ficar desionizada enquanto a água que se encontra noutra secção fica concentrada.
Na prática, a ED só pode ser usada economicamente para produzir água de condutividade relativamente alta (200 µS/cm ou superior) dadas as tensões eléctricas proibitivamente altas que são necessárias para movimentar os iões numa água cada vez mais pura.
Este problema é resolvido na tecnologia EDI preenchendo os espaços entre as membranas com resinas de permuta iónica. As resinas proporcionam uma via de fluxo condutivo para a migração dos iões, permitindo que a desionização seja praticamente completa e resultando na produção de água de elevada pureza. Outra vantagem da EDI consiste no facto de que a electrólise contínua da água que ocorre na célula produz iões de hidrogénio e de hidróxilo. Estes iões mantêm as resinas num estado altamente regenerado, evitando assim a necessidade de reactivação química. As resinas usadas nos sistemas EDI podem consistir em câmaras separadas de grânulos de aniões ou catiões, camadas de cada um dos tipos numa única câmara ou uma mistura íntima de grânulos de catiões e de aniões.
Alguns sistemas EDI têm incorporados leitos de resina mistos numa pluralidade de células estreitas. Isto é especialmente eficaz em instalações de grande escala para aplicações farmacêuticas e outras. A Vivendi Water Systems, a empresa matriz da ELGA, é a principal fornecedora de uma vasta gama de tecnologias CDI que dão resposta a estas aplicações em grande escala.
O processo ADEPT (Tecnologia de Desionização Avançada por Purificação Eléctrica) utiliza leitos separados de resinas catiónicas e aniónicas e também um leito de resinas intimamente misturadas. Os leitos separados de resinas catiónicas e aniónicas estão alojados em células grandes que proporcionam uma via de fluxo para os iões em trânsito. Isto oferece vantagens na flexibilidade do design e simplicidade mecânica à escala laboratorial. O volume relativamente elevado de resinas nas células proporciona uma protecção contra alterações na qualidade da água de alimentação. A qualidade da água produzida é depois reforçada ainda por um leito de resinas mistas.
O processo de passagens múltiplas no qual a água de alimentação pré-purificada por osmose inversa passa por um leito de permuta catiónica, um leito de permuta aniónica e um leito de resinas mistas é análogo a muitos sistemas de purificação de água de elevada pureza em grande escala.
Tipicamente, a água produzida tem uma resistividade de 10-18 MΩ-cm (a 25°C) e um teor de carbono orgânico total inferior a 20 ppb. Os níveis bacterianos são minimizados porque as condições químicas e eléctricas existentes dentro do sistema inibem o desenvolvimento de microorganismos.
A EDI complementa muito eficazmente a osmose inversa. A OI é um processo baseado na pressão no qual a água perde os seus contaminantes à medida que passa através da membrana. Não elimina, contudo, todas as espécies iónicas e não pode remover contaminantes dissolvidos como o dióxido de carbono. A EDI remove o dióxido de carbono e também outras espécies fracamente ionizáveis, tais como a sílica, ionizando-as e fazendo-as passar através da membrana.
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