10:06 A má escolha do equipamento de desionização pode causar condutividade instável, paragens frequentes, custos elevados com produtos químicos e lotes de produto rejeitados. Estes riscos aumentam quando um Módulo EDI recebe água de alimentação inadequada. Um sistema de osmose inversa (RO) e de eletrodeionização devidamente concebido assegura uma produção contínua, estável e eficiente de água de elevada pureza.
Um módulo de eletrodeionização é um dispositivo de purificação de água que combina resina de troca iônica, membranas seletivas de iões e um campo elétrico de corrente contínua para remover iões do permeado da osmose inversa (RO). Ao contrário de um leito misto convencional, o EDI regenera continuamente a sua resina por via elétrica, permitindo que o sistema produza água de elevada pureza sem necessidade de regeneração rotineira com ácido e soda cáustica.
O que é um módulo de eletrodeionização num sistema de tratamento e purificação de água?
A eletrodeionização, normalmente abreviada como EDI, é uma tecnologia de tratamento contínuo da água utilizada para remover contaminantes ionizados e ionizáveis da água. Combina três elementos principais: resina de troca iônica, camadas de membranas seletivas de iões e corrente contínua.
Esta tecnologia é normalmente utilizada a jusante de um sistema de osmose inversa. RO elimina a maior parte dos sais dissolvidos, das partículas em suspensão, dos colóides, dos microrganismos e de muitos compostos orgânicos. O processo EDI remove, em seguida, a pequena quantidade de matéria iónica que permanece na água produzida pela osmose inversa.
Os iões típicos que entram num sistema EDI podem incluir:
A EDI deve, portanto, ser entendida como um processo de aperfeiçoamento e não como um processo completo de tratamento de água bruta. A DuPont descreve a eletrodeionização como um processo contínuo que utiliza corrente contínua para remover espécies ionizadas e ionizáveis, normalmente do permeado da osmose inversa. É amplamente utilizada como alternativa ao aperfeiçoamento convencional por troca iônica em leito misto.
O princípio de funcionamento da EDI pode parecer complexo, mas a ideia básica é simples. A água de alimentação entra em câmaras cheias de resina de troca iónica mista. A resina retém os iões positivos e negativos dissolvidos, permitindo ao mesmo tempo que a água continue a passar pelo módulo.
É aplicado um campo elétrico de corrente contínua ao módulo. Os iões positivos, denominados catiões, deslocam-se em direção ao cátodo. Os iões negativos, denominados aniões, deslocam-se em direção ao ânodo. As membranas de troca iônica controlam o percurso que estas partículas carregadas podem seguir:
O resultado é um processo de separação contínuo.
Permeado de RO
│
▼
A resina de troca iônica captura iões
│
▼
O campo elétrico de corrente contínua desloca os iões carregados
│
├── Iões positivos → direção do cátodo
└── Iões negativos → direção do ânodo
│
▼
As membranas seletivas de iões separam os iões
│
├── Fluxo de produto → Água de alta pureza
└── Fluxo de concentrado → Carga iônica removida
À medida que a água se torna muito pura, a eletrodiálise convencional torna-se menos eficiente, uma vez que a água com baixo teor de iões conduz mal a eletricidade. A EDI resolve este problema enchendo as câmaras de diluição com resina de troca iónica condutora. A resina cria vias que ajudam os iões a deslocarem-se em direção às membranas, mesmo com baixa condutividade.
Um leito de resina convencional acaba por ficar esgotado, uma vez que os seus sítios ativos ficam ocupados por iões indesejados. Nessa altura, tem de ser retirado de serviço e regenerado com ácidos e produtos químicos cáusticos.
Num módulo EDI, o potencial elétrico faz com que uma pequena quantidade de água se decomponha em iões de hidrogénio, H⁺, e iões de hidróxido, OH⁻. Estes iões regeneram continuamente a resina catiónica e a resina aniónica no interior do módulo. Assim, a resina permanece ativa enquanto o sistema está em funcionamento.
É por isso que a EDI é frequentemente designada por «eletrodeionização contínua» ou CEDI. O sistema utiliza eletricidade para facilitar, em simultâneo, a desionização e a regeneração da resina.
No entanto, a “regeneração contínua” não significa que um módulo EDI nunca possa ficar obstruído ou com incrustações. A dureza, as partículas, os oxidantes, os óleos, a matéria biológica, a sílica e o dióxido de carbono em excesso podem, ainda assim, reduzir o desempenho. Uma água de alimentação de má qualidade pode levar a:
A necessidade de regeneração química de rotina é eliminada, mas poderá ainda ser necessária uma limpeza química ocasional, conforme aprovado, caso se verifique a formação de incrustações. O manual técnico da DuPont, por exemplo, inclui procedimentos de limpeza específicos para incrustações de calcário, incrustações orgânicas, incrustações biológicas e incrustações de sílica.
Um Módulo EDI contém várias partes cuidadosamente dispostas. Cada parte contribui para a circulação de iões, o fluxo hidráulico, a segurança elétrica ou a separação física.
| Componente EDI | Função principal |
|---|---|
| Resina de troca iônica | Captura iões e proporciona vias condutoras |
| Membrana de troca catiônica | Permite a passagem de iões com carga positiva |
| Membrana de troca aniônica | Permite a passagem de iões com carga negativa |
| Câmara de diluição | Transporta água em processo de purificação |
| Câmara de concentração | Recebe os iões removidos |
| Electrodos | Aplicar o campo elétrico de corrente contínua |
| Canal de lavagem do elétrodo | Elimina os produtos da reação dos elétrodos |
| Distribuidor de fluxo | Distribui a água uniformemente pelo módulo |
| Caixa do módulo | Mantém a pressão e protege as peças internas |
| Retificador de corrente contínua | Converte energia elétrica em corrente contínua controlada |
A câmara de diluição produz água purificada. A câmara de concentrado retira os sais da corrente do produto. Pode também ser necessário um fluxo separado para a lavagem dos elétrodos, dependendo do design do módulo.
A estrutura interna exata varia consoante o fabricante. Algumas unidades de EDI utilizam pilhas de placas e armações, enquanto outras utilizam disposições em espiral. A DuPont descreve os seus módulos de EDI como uma combinação de membranas e resinas de troca iônica no interior de uma estrutura reforçada de recipiente sob pressão.
Do ponto de vista da engenharia, o módulo não pode funcionar corretamente sem um sistema hidráulico equilibrado. O caudal do produto, o caudal do concentrado, o caudal de lavagem dos elétrodos, a diferença de pressão, a corrente e a tensão devem permanecer dentro do intervalo de funcionamento aprovado.
O que é um módulo de eletrodeionização num sistema de tratamento e purificação de água?
Um módulo EDI foi concebido para lidar com uma carga iónica relativamente baixa. Em geral, não é adequado para o tratamento direto de água da torneira não tratada, água salobra, águas residuais industriais ou outras águas de alimentação com elevada salinidade.
A osmose inversa remove a maioria dos sais dissolvidos antes de a água entrar no sistema EDI. Isto reduz a carga elétrica e iónica sobre o módulo e permite uma produção estável de água de elevada pureza. Tanto a DuPont como a Veolia apresentam o EDI como uma etapa de aperfeiçoamento a seguir à RO.
Um sistema comum de purificação de água industrial pode seguir este processo:
Água em bruto
↓
Pré-tratamento
↓
Multimédia ou ultrafiltração
↓
Carvão ativado ou decloração
↓
Ameaciamento ou controlo de antiescalante
↓
Ósmosis inversa
↓
Controlo de CO₂, quando necessário
↓
Módulo EDI
↓
UV / UF / Filtração final, quando necessário
↓
Armazenamento e distribuição de água de alta pureza
A osmose inversa (RO) de uma passagem pode ser suficiente quando as condições de alimentação são estáveis e as especificações de entrada do EDI podem ser cumpridas. A osmose inversa (RO) de duas passagens pode ser escolhida quando o projeto exigir uma condutividade mais baixa, um controlo mais rigoroso do dióxido de carbono, uma maior rejeição de sílica ou uma maior fiabilidade operacional.
No caso de projetos complexos relacionados com águas industriais ou com a reutilização da água, o pré-tratamento pode também incluir tubos ocos membranas de fibra UF, Tratamento por MBR, carvão ativado, amaciamento, regulação do pH, filtração por cartucho ou desgaseificação por membrana.
A qualidade da água de alimentação é um dos fatores mais importantes na conceção de um sistema EDI. Mesmo um módulo de alta qualidade pode apresentar um desempenho insatisfatório quando o permeado da osmose inversa (RO) contém níveis excessivos de dureza, sílica, dióxido de carbono, cloro, ferro, manganês, óleo, turbidez ou contaminação orgânica.
Uma especificação técnica representativa do DuPont EDI-310 estabelece limites rigorosos para parâmetros como dureza, sílica dissolvida, cloro livre, turbidez, ferro, manganês, sulfureto de hidrogénio, óleo, gordura e carbono orgânico total. Os limites exatos dependem do modelo do módulo e da resistividade do produto exigida, pelo que os engenheiros devem consultar a ficha técnica atual do fabricante selecionado, em vez de considerarem uma tabela como universal.
| Parâmetros da água de alimentação | Por que é importante |
|---|---|
| Dureza | Pode formar incrustações nos canais de concentrado |
| Dióxido de carbono | Acrescenta carga iônica após a conversão em bicarbonato ou carbonato |
| Sílica | Pode reduzir a qualidade do produto e dar origem a depósitos difíceis de remover |
| Cloro livre | Pode danificar a resina e os materiais da membrana |
| Ferro e manganês | Pode obstruir a resina e os canais de fluxo |
| Turbulência | Pode obstruir os espaços de resina e aumentar a queda de pressão |
| Óleo e gordura | Pode revestir resinas e membranas |
| Índice | Pode causar incrustações orgânicas ou biológicas |
| Temperatura | Afeta a condutividade, a resistência, o fluxo e o desempenho |
| Condutividade do permeado da osmose inversa | Indica a carga iônica total que entra no EDI |
O dióxido de carbono merece uma atenção especial. As membranas de osmose inversa (RO) removem o bicarbonato carregado de forma mais eficaz do que o CO₂ dissolvido e sem carga. O dióxido de carbono pode passar pela RO e, posteriormente, converter-se em formas iônicas no interior do módulo EDI, aumentando a carga de remoção. O manual técnico da DuPont salienta especificamente a importância de ter em conta o dióxido de carbono na avaliação da água de alimentação do EDI.
As opções de controlo mais comuns incluem:
Um sistema de tratamento de água por EDI corretamente concebido pode produzir água de elevada pureza, com condutividade muito baixa e elevada resistividade. O desempenho do produto depende da composição da água de alimentação, da temperatura, do caudal, da corrente, da carga dos módulos, da concentração de dióxido de carbono, do nível de sílica e da conceção do sistema.
Alguns módulos EDI comerciais foram concebidos para produzir água com uma resistividade igual ou próxima de 15–18 MΩ·cm em condições adequadas. A DuPont afirma que os seus módulos podem produzir água com uma resistividade de até 18 MΩ·cm, enquanto a Veolia descreve sistemas integrados de RO-CEDI capazes de produzir água desionizada com uma resistividade de até aproximadamente 18 MΩ·cm.
As metas de desempenho típicas podem incluir:
Não avalie o sistema apenas com base na resistividade. A água de alta qualidade para uso industrial pode também exigir um controlo rigoroso dos níveis de sílica, TOC, partículas, bactérias, endotoxinas, gases dissolvidos ou metais em traços.
A EDI remove as espécies ionizadas da água, mas não constitui uma barreira total para todos os contaminantes. Dependendo da aplicação, o tratamento final pode incluir:
As principais vantagens da utilização da eletrodeionização prendem-se com o funcionamento contínuo, a redução do manuseamento rotineiro de produtos químicos, a qualidade consistente do produto e a integração num sistema compacto.
A DuPont salienta que o EDI elimina o armazenamento e o manuseamento rotineiros de produtos químicos perigosos utilizados na regeneração da resina, que são utilizados nos leitos mistos convencionais. A eletricidade é o principal consumível do processo para a remoção de iões e a regeneração contínua da resina.
Isto não significa que toda a estação de tratamento de água não utilize produtos químicos. O sistema de osmose inversa (RO) a montante pode ainda necessitar de antiescalantes, correção do pH, decloração, limpeza das membranas ou produtos químicos de pré-tratamento. A EDI deve, portanto, ser descrita como um processo de aperfeiçoamento sem regeneração química, e não como uma estação totalmente isenta de produtos químicos.
Ambas as tecnologias permitem produzir água desionizada, mas funcionam de forma diferente.
| Ponto de comparação | Sistema EDI | Troca iônica em leito misto |
|---|---|---|
| Modo de funcionamento | Contínuo | Ciclo do lote entre regenerações |
| Regeneração da resina | Elétrico e contínuo | Produtos químicos ácidos e cáusticos |
| Desligamento normal para regeneração | Não é necessário | Obrigatório |
| Armazenamento de produtos químicos | Parte inferior para a fase de polimento | Normalmente são necessários ácidos e substâncias cáusticas |
| Necessidades de água de alimentação | Normalmente, o permeado da osmose inversa | Pode suportar uma carga iónica mais elevada em alguns modelos |
| Consistência do produto | Estábulo com alimentação controlada | Pode sofrer alterações ao longo do ciclo de manutenção |
| Automação | Ideal para controlo por PLC | A sequência de regeneração aumenta a complexidade |
| Fluxo de resíduos | Fluxo contínuo de concentrado | Resíduos da regeneração química periódica |
| Sensibilidade | Elevada sensibilidade à má qualidade da ração | A resina também pode ficar obstruída, mas pode tolerar condições diferentes |
| Pegada ecológica | Compacto e modular | Os tanques, os sistemas químicos e a neutralização podem exigir mais espaço |
Um leito misto continua a ser útil em alguns projetos. Pode ser adequado para funcionamento intermitente, tratamento de emergência, procura muito reduzida, planos especiais de redundância ou locais onde as condições de funcionamento não cumprem os requisitos da EDI.
A EDI torna-se uma opção atraente quando a instalação necessita de produção contínua de água, qualidade estável, menor utilização de produtos químicos e funcionamento automático. É frequentemente escolhida em modernas instalações de água pura baseadas em RO, uma vez que se adapta bem à construção modular em skid.
As soluções EDI destinam-se a setores em que a contaminação iônica pode afetar a qualidade do produto, a fiabilidade do equipamento, a transferência de calor, as reações químicas, o revestimento, a limpeza ou o rendimento de produção.
Entre as aplicações mais comuns contam-se:
A Veolia comercializa sistemas integrados de osmose inversa (RO) e de eletrodeionização contínua para aplicações que incluem a produção de energia, a produção farmacêutica, a microeletrónica, os laboratórios, a indústria cosmética e a indústria transformadora em geral.
O EDI também pode fazer parte de um projeto avançado de reutilização de águas residuais. Nesse caso, o águas residuais tem de passar primeiro por um tratamento biológico, clarificação ou MBR, UF, RO e outras etapas de pré-tratamento. O módulo EDI recebe apenas o permeado final de RO com baixo teor de sais.
O que é um módulo de eletrodeionização num sistema de tratamento e purificação de água?
Uma fábrica de produtos eletrónicos necessita de água desionizada estável para enxaguamento e preparação de processos. A água de alimentação varia consoante a estação do ano e o leito misto existente requer regenerações frequentes.
Uma possível solução de engenharia pode incluir:
Este projeto reduz a carga iónica antes do EDI, proporciona redundância operacional e permite o registo contínuo de dados essenciais. A configuração final deve, ainda assim, basear-se numa análise completa da água, no caudal necessário, na procura de pico, na meta de recuperação, na filosofia de redundância e na norma final de qualidade da água.
A seleção do sistema EDI deve começar pela análise da água e pelos requisitos do produto, e não apenas pela vazão nominal. Dois projetos com a mesma vazão podem necessitar de quantidades diferentes de módulos, uma vez que as suas cargas iónicas, temperaturas, níveis de dióxido de carbono, valores-alvo de sílica e requisitos de redundância diferem.
Entre os aspetos importantes a ter em conta na conceção, destacam-se:
O projetista deve, em seguida, confirmar o caudal de funcionamento aprovado por módulo, a gama de corrente, a gama de tensão, a queda de pressão, o caudal de concentrado, o caudal de lavagem dos elétrodos e a recuperação. Por exemplo, o manual técnico do DuPont EDI-310 indica as faixas específicas de cada modelo para o caudal do produto, corrente, tensão, pressão, temperatura e recuperação. Estes valores nunca devem ser copiados para um módulo diferente sem verificação prévia.
Fluxo líquido de produto necessário
+
Margem de pico de procura
+
Necessidade de recuperação da distribuição ou do reservatório
+
Necessidade de redundância
↓
Número de módulos EDI em funcionamento
+
Módulo de reserva, se necessário
No caso de projetos industriais ou de infraestruturas críticos, pode considerar-se uma configuração N+1. Isto significa que a produção necessária pode continuar mesmo que um módulo ou conjunto esteja indisponível. A estratégia de redundância adequada depende do custo do tempo de inatividade e da capacidade de armazenamento da instalação.
Um sistema de água EDI fiável requer mais do que um módulo e um retificador. A plataforma deve incluir instrumentos adequados, válvulas, controlo de caudal, proteção contra pressão, pontos de amostragem, ligação à terra, interbloqueios e sequências automatizadas de arranque e paragem.
Os pontos de monitorização recomendados incluem:
O PLC deve impedir que a alimentação elétrica chegue ao módulo na ausência de um caudal de água adequado. A sequência de funcionamento deve também evitar o funcionamento a vazio, a pressão inversa, o funcionamento a seco, a pressão diferencial excessiva e a corrente descontrolada.
O manual do módulo da DuPont adverte contra a utilização sem um caudal adequado de solução diluída, concentrada e de lavagem dos elétrodos. Exige também uma ligação à terra adequada, uma vez que a água e os componentes metálicos da plataforma podem ficar expostos a potencial elétrico.
| Observação | Possível causa |
|---|---|
| Diminuição da resistividade do produto | Maior carga iônica, aumento do CO₂, baixa corrente, incrustação |
| Aumento da queda de pressão | Acumulação de partículas, crescimento biológico, incrustações |
| Aumento da tensão com corrente estável | Maior resistência elétrica ou acumulação de resíduos |
| Corrente instável | Alterações na condutividade da alimentação ou avaria elétrica |
| Recuperação mais baixa | Risco de desequilíbrio do fluxo ou de dureza |
| Remação insuficiente de sílica | Excesso de sílica, interferência de CO₂, corrente baixa |
| Alarmes frequentes | Problemas com instrumentos, caudal, pressão ou potência |
Os dados de tendências são frequentemente mais úteis do que uma única leitura. Os registos do PLC e do SCADA permitem aos operadores comparar a condutividade, o caudal, a pressão, a corrente e a tensão ao longo do tempo. As alterações precoces podem assim ser investigadas antes que a qualidade do produto saia do intervalo exigido.
Um módulo EDI não consegue corrigir um processo a montante inadequado. O desempenho estável depende da conceção de todo o sistema de tratamento de água, incluindo o pré-tratamento, a recuperação por osmose inversa, o controlo do dióxido de carbono, o equilíbrio hidráulico, a automatização, o armazenamento e a distribuição.
Na qualidade de fabricante profissional e prestador de serviços de tratamento de água com enfoque na engenharia, oferecemos sistemas personalizados que podem integrar:
Para os empreiteiros EPC e os integradores de sistemas, um apoio útil ao projeto deve incluir diagramas claros do fluxo de processos, fichas técnicas do equipamento, listas de cargas elétricas, listas de instrumentos, desenhos de disposição geral, descrições dos sistemas de controlo, informações sobre a tubagem, manuais de operação, recomendações relativas a peças sobressalentes e orientações para o comissionamento.
Um projeto de EDI bem-sucedido não se resume à simples aquisição de um módulo. Trata-se de uma integração técnica completa entre a água de alimentação, o pré-tratamento, o equipamento, a automação, os objetivos de qualidade da água e as condições de funcionamento a longo prazo.
Normalmente, não. O EDI destina-se, em geral, a refinar o permeado da osmose inversa (RO). A água bruta contém demasiada dureza, sal, matéria em suspensão, contaminação orgânica e outras substâncias que podem sobrecarregar ou obstruir o módulo.
O EDI elimina a necessidade de regeneração rotineira com ácidos e álcalis da sua resina interna. No entanto, a instalação como um todo pode continuar a utilizar produtos químicos para o pré-tratamento de osmose inversa, ajuste do pH, decloração, limpeza das membranas, higienização ou limpeza ocasional do EDI.
DI é um termo genérico para desionização e refere-se frequentemente à resina de troca iônica convencional. A EDI combina resina, membranas de troca iônica e eletricidade para remover iões de forma contínua, ao mesmo tempo que regenera eletricamente a resina.
A EDI pode produzir água de alta pureza ou quase ultrapura em condições adequadas. Alguns sistemas comerciais podem atingir valores de aproximadamente 15–18 MΩ·cm. As aplicações com requisitos mais rigorosos em termos de TOC, partículas, bactérias, endotoxinas ou metais em traços podem necessitar de tratamentos adicionais, tais como UV, UF, desgaseificação, armazenamento e distribuição.
O dióxido de carbono dissolvido consegue passar pela osmose inversa (RO) mais facilmente do que os sais carregados. No processo de EDI, pode formar iões bicarbonato e carbonato, aumentando a carga iónica e reduzindo a resistividade do produto ou o desempenho na remoção de sílica.
Não existe uma vida útil fixa e única. A longevidade depende da qualidade da água de alimentação, do pré-tratamento, do controlo hidráulico, da corrente de funcionamento, do risco de formação de incrustações, das práticas de limpeza, dos procedimentos de paragem e da manutenção. Um permeado de RO estável e um funcionamento adequado podem reduzir significativamente a perda prematura de desempenho.
A tecnologia avançada de membranas combina membranas seletivas, módulos otimizados, pré-tratamento e automação para purificar a água e tratar as águas residuais.
Um módulo EDI utiliza resina, membranas de troca iônica e eletricidade para remover continuamente iões do permeado da osmose inversa e produzir água de elevada pureza.