18:05 A produção de água de alta pureza pode tornar-se dispendiosa quando uma instalação depende de regenerações químicas frequentes, de um desempenho instável da troca iónica ou de tarefas complexas por parte dos operadores. Um skid EDI resolve grande parte deste problema ao combinar a separação por membranas, a resina de troca iónica e a eletricidade num único sistema de tratamento final contínuo.
Um skid EDI é um sistema pré-montado de tratamento de água por eletrodeionização, utilizado principalmente após a osmose inversa. Remove continuamente as impurezas ionizáveis do permeado da osmose inversa, combinando resina de troca iônica, membranas seletivas e um campo elétrico de corrente contínua. Ao contrário dos desionizadores convencionais, o EDI normalmente não requer regeneração química de rotina com ácidos e álcalis, tornando-o adequado para a produção contínua de água de alta pureza e ultrapura.
O que é um skid de EDI? Como funcionam os sistemas de tratamento de água por eletrodeionização
EDI significa eletrodeionização. Um skid EDI é um sistema de purificação de água montado em fábrica que contém um ou mais EDI módulos, juntamente com o equipamento necessário para os operar, monitorizar e controlar.
Normalmente, o conjunto recebe água de alimentação altamente purificada proveniente de um sistema de osmose inversa. Em seguida, remove grande parte das impurezas iónicas dissolvidas remanescentes, produzindo água desionizada ou água de processo de elevada pureza.
Um fluxo de tratamento simplificado tem o seguinte aspeto:
Água bruta
↓
Pré-tratamento
↓
Ósmosis inversa
↓
Permeado de osmose inversa
↓
Unidade EDI
↓
Água de alta pureza
A palavra “skid” refere-se à embalagem física. Bombas, válvulas, módulos EDI, instrumentos, tubagem, componentes elétricos e sistemas de controlo são montados numa estrutura de suporte, para que o sistema possa ser fabricado e testado antes do envio.
Isto é útil para projetos EPC, uma vez que grande parte da integração da canalização e da instalação elétrica ocorre na fábrica e não no local da obra.
Um módulo EDI, por outro lado, é apenas o dispositivo central de separação. Um sistema EDI ou skid integra o módulo numa unidade completa de tratamento de água operacional.
O processo EDI combina três tecnologias:
A resina retém os iões dissolvidos na água. O campo elétrico aplicado faz com que esses iões migrem através de membranas seletivas para os canais de concentrado.
Os iões com carga positiva, denominados catiões, incluem substâncias como:
Os iões com carga negativa, denominados aníons, incluem:
A pilha EDI contém membranas seletivas de iões dispostas alternadamente. As membranas de troca de catiões favorecem o movimento de iões com carga positiva, enquanto as membranas de troca de aniões favorecem os iões com carga negativa.
Uma visão simplificada é a seguinte:
Campo elétrico de corrente contínua
(+) -------------------- (-)
Água de alimentação
↓
┌─────────────────────────────────────────┐
│ Câmara de diluição com resina │
│ │
│ Catiões ──────► Membrana catiônica │
│ Aniões ◄────── Membrana aniônica │
│ │
│ A água purificada continua a avançar │
└─────────────────────────────────────────┘
↓ ↓
Água do produto Concentrado
À medida que os iões se afastam do fluxo do produto, a água do produto torna-se progressivamente mais desionizada.
Uma característica fundamental é o comportamento da resina. Na troca iônica convencional, a resina esgotada requer normalmente uma regeneração com ácido ou soda cáustica. Na EDI, as condições elétricas no interior do módulo promovem a dissociação da água em hidrogénio e iões hidróxido. Estes contribuem para a regeneração contínua da resina durante o funcionamento.
É por isso que a eletrodeionização é frequentemente descrita como um processo contínuo. A Veolia descreve a EDI contínua como um processo que utiliza resina, membranas e eletricidade para purificar continuamente o permeado da osmose inversa, sem necessidade de regeneração química de rotina.
O que é um skid de EDI? Como funcionam os sistemas de tratamento de água por eletrodeionização
Um sistema industrial de tratamento de água por EDI inclui muito mais do que o próprio módulo EDI.
Um skid típico pode incluir:
| Componente | Função |
|---|---|
| Módulo EDI | Elimina as impurezas ionizáveis remanescentes |
| Válvula de isolamento da alimentação | Controla o permeado de osmose inversa (RO) recebido |
| Regulador de pressão | Mantém a pressão de funcionamento adequada |
| Medidores de caudal | Medir o caudal do produto e do concentrado |
| Manómetros/transmissores de pressão | Monitorizar as condições hidráulicas |
| Medidor de condutividade/resistividade | Verifica a qualidade da água do produto |
| Fonte de alimentação de corrente contínua | Fornece o campo elétrico |
| Painel de controlo | Opera e protege o sistema |
| PLC/HMI | Automação e monitorização de processos |
| Tubagens e válvulas | Fluxos de alimentação direta, de produto e de concentrado |
| Pontos de amostragem | Permitir a realização de análises à qualidade da água |
| Estrutura/plataforma | Suporta o pacote completo |
Os sistemas de maior dimensão podem utilizar vários dispositivos EDI em paralelo para atingir a capacidade de produção de água necessária.
O sistema também necessita de interbloqueios. Por exemplo, a alimentação de corrente contínua não deve funcionar sem um caudal de água adequado. Um caudal baixo, pressão excessiva, má qualidade da água de entrada ou outra condição anómala podem desencadear um alarme ou um desligamento.
No que diz respeito aos empreiteiros de EPC, recomendamos normalmente que considerem o skid EDI como parte integrante de todo o sistema de tratamento de água, e não como uma unidade separada. A qualidade da osmose inversa, a desgaseificação, o bombeamento, o armazenamento, a recirculação, a instrumentação e a higiene a jusante são fatores que afetam o desempenho final.
A EDI é uma tecnologia de purificação. Em geral, não foi concebida para receber água bruta não tratada.
A osmose inversa realiza, portanto, a maior parte do processo de dessalinização em grande escala numa primeira fase.
Uma configuração comum do sistema é a seguinte:
Água bruta
↓
Pré-tratamento
↓
RO
│
├── Remove a maior parte do sal dissolvido
↓
EDI
│
└── Purifica os iões restantes
↓
Água de alta pureza
Os sistemas comerciais RO-CEDI da Veolia combinam osmose inversa e eletrodeionização contínua numa única plataforma, especificamente concebida para produzir água desmineralizada de alta qualidade.
Este acordo traz um importante benefício económico.
Se uma unidade de EDI tivesse de tratar água com uma carga iônica muito elevada, teria de fazer passar um número muito maior de iões através das suas membranas seletivas. Isso gera uma maior procura de energia elétrica, risco de incrustação e problemas de desempenho.
A RO reduz, em primeiro lugar, este encargo.
O sistema de osmose inversa também reduz:
A EDI trata, em seguida, a carga iónica muito menor que permanece no permeado da RO.
No caso de sistemas de alta pureza, também pode ser instalado um desgaseificador de membrana a montante do EDI para controlar o dióxido de carbono. O CO₂ é importante porque, na sua forma molecular dissolvida, não é fortemente rejeitado como ião e pode aumentar a carga iónica após entrar no ambiente do EDI.
As orientações técnicas da DuPont sobre o EDI referem especificamente que níveis excessivos de CO₂ e alcalinidade podem reduzir significativamente a qualidade da água do produto.
Tanto a EDI como a troca iônica tradicional podem produzir água desmineralizada. A grande diferença reside na forma como a resina de troca iônica é regenerada.
Num sistema convencional de desionização de leito misto ou de dois leitos, a resina acaba por ficar esgotada. Os operadores recorrem normalmente a ácidos e produtos químicos cáusticos para restaurar a sua capacidade de troca.
O EDI utiliza eletricidade para manter a resina ativa durante o funcionamento.
| Fator | EDI | Troca iônica tradicional |
|---|---|---|
| Remoção de iões | Contínuo | Em lote/cíclico |
| Resina | Sim | Sim |
| Membrana seletiva | Sim | Normalmente, não |
| Campo elétrico | Sim | Não |
| Regeneração de rotina com ácidos/substâncias cáusticas | Normalmente não é necessário | Obrigatório |
| Necessidades alimentares | Água pré-tratada de alta qualidade | Pode adaptar-se a condições mais amplas, dependendo do projeto |
| Estabilidade da qualidade da água | Funcionamento contínuo quando utilizado corretamente | Pode variar ao longo do ciclo de manutenção/regeneração |
| Automação | Elevado | Pode ser automatizado, mas a regeneração continua a ser necessária |
| Armazenamento de produtos químicos | Baixar para regeneração | Normalmente são necessários ácidos/substâncias cáusticas |
Esta é uma das razões pelas quais o EDI se tornou uma opção atraente para instalações que pretendem reduzir o manuseamento rotineiro de produtos químicos perigosos.
No entanto, a expressão “sem produtos químicos” não deve ser interpretada de forma demasiado literal.
A EDI elimina a regeneração química de rotina da resina durante a produção normal, mas uma unidade industrial pode ainda necessitar de produtos químicos noutros processos para:
A verdadeira vantagem reside na eliminação do ciclo recorrente de regeneração com ácidos e substâncias cáusticas que caracteriza muitos sistemas tradicionais de troca iónica.
O EDI é utilizado quando o Permeado de osmose inversa não é suficientemente puro.
Em condições adequadas de alimentação de água e de funcionamento, os sistemas comerciais de eletrodeionização podem produzir água com uma resistividade que se aproxima dos 18 MΩ·cm. A Veolia afirma que alguns sistemas integrados de RO-CEDI foram concebidos para produzir água desionizada com uma resistividade de até aproximadamente 18 MΩ·cm.
Uma resistividade mais elevada indica, geralmente, uma menor contaminação iónica.
Uma comparação simplificada é a seguinte:
| Fase aquática | Pureza iônica relativa típica |
|---|---|
| Água bruta | Baixo |
| Água descalcificada | Íons totais semelhantes, menor dureza |
| Permeado de osmose inversa | Elevado |
| Produto RO + EDI | Muito elevado |
| RO + EDI + polimento final | Adequado para aplicações ultrapuras exigentes, quando devidamente concebido |
O desempenho efetivo deve ser definido em função de cada projeto específico.
Não escolha um sistema EDI apenas porque um folheto indica “18 MΩ·cm”. A qualidade da água do produto depende de:
Além disso, as indústrias controlam frequentemente mais do que apenas a condutividade ou a resistividade.
Podem ainda especificar:
No caso de projetos relacionados com a indústria de semicondutores, farmacêutica e outros que envolvam água ultrapura, a EDI pode constituir uma das etapas de um processo de purificação muito mais abrangente.
Um bom desempenho do EDI começa com uma água bem pré-tratada.
A dureza é especialmente importante. O cálcio e o magnésio podem formar incrustações no interior das zonas de concentrado do EDI, uma vez que as condições locais de pH podem favorecer a precipitação.
Por exemplo, o manual técnico atual do EDI-310 da DuPont especifica uma dureza máxima de 0,5 mg/L, expressa em CaCO₃, para uma recuperação de 90%, e de 0,1 mg/L para uma recuperação de 95%, relativamente a esse módulo específico. Estes valores ilustram o quão baixa pode ter de ser a dureza da água de alimentação do EDI; o limite correto deve ser sempre indicado pelo fabricante do módulo selecionado.
Outros parâmetros importantes da água de alimentação incluem:
A sílica pode causar depósitos difíceis de remover em condições inadequadas da água. A DuPont alerta que um excesso de sílica na água de entrada pode reduzir o desempenho do EDI e contribuir para a formação de incrustações irreversíveis nas câmaras de concentrado.
O dióxido de carbono consegue passar pela osmose inversa (RO) com relativa facilidade, em comparação com os sais iónicos. Assim que entra numa unidade de EDI, as reações que envolvem bicarbonato e carbonato aumentam a carga iónica.
No caso de água com um teor significativo de CO₂, os engenheiros podem recorrer a:
A solução exata depende da análise completa da ração.
As aplicações industriais da EDI concentram-se em processos que requerem água contínua, fiável e de baixa condutividade.
A EDI é amplamente associada à produção de energia, incluindo a produção de água desmineralizada para alimentação de caldeiras e aplicações relacionadas com turbinas.
A Veolia refere especificamente a alimentação de caldeiras e a injeção em turbinas entre as aplicações das instalações integradas de RO-CEDI.
A baixa contaminação iónica contribui para reduzir:
As instalações farmacêuticas utilizam sistemas de água purificada cuja qualidade microbiológica e química é rigorosamente controlada.
O EDI pode fazer parte do circuito de purificação a seguir à RO, embora a utilização de um módulo EDI, por si só, não garanta a conformidade com uma norma farmacopeica. Todo o projeto sanitário, armazenamento, distribuição, monitorização, validação e procedimentos operacionais devem cumprir os requisitos aplicáveis.
As fábricas de eletrónica necessitam de níveis de contaminação extremamente baixos para processos como:
O processo RO + EDI é frequentemente seguido de um tratamento de refinamento adicional para a produção de água ultrapura.
A EDI consegue fornecer água de processo de alta qualidade nos casos em que o teor de minerais tem de ser rigorosamente controlado.
Laboratórios, instalações de revestimentos, processos químicos especializados, centros de dados e muitas outras instalações podem recorrer à EDI nos casos em que é necessária água de elevada pureza constante. A Veolia inclui os setores da energia, alimentar e de bebidas, microeletrónica, metalurgia, indústria transformadora em geral e centros de dados entre as aplicações dos seus sistemas RO-CEDI.
O que é um skid de EDI? Como funcionam os sistemas de tratamento de água por eletrodeionização
A principal vantagem da eletrodeionização é a desmineralização contínua sem a necessidade de regeneração rotineira das resinas com ácido e soda cáustica.
O funcionamento contínuo elimina também os ciclos de qualidade de manutenção/regeneração que se verificam em alguns sistemas convencionais de desionização.
O EDI não é adequado para todos os fluxos de alimentação.
Entre os seus limites contam-se:
Por outras palavras:
A EDI é uma excelente tecnologia de polimento, mas constitui um substituto inadequado para um pré-tratamento adequado.
Um módulo EDI não consegue corrigir um sistema de osmose inversa mal concebido.
Os bons sistemas modulares de tratamento de água eletro-desionizada começam por uma especificação do processo, e não por um modelo de módulo.
Antes de determinar as dimensões do equipamento, os engenheiros precisam de saber:
Análise da água de alimentação
↓
Conceção do sistema de osmose inversa (RO)
↓
Análise/projeção do permeado de RO
↓
Cálculo da carga do EDI
↓
Seleção do módulo EDI
↓
Concepção hidráulica
↓
Seleção da fonte de alimentação
↓
Instrumentação
↓
Programação de PLC / IHM
↓
Fabrico da plataforma
↓
Testes em fábrica
↓
Expedição e colocação em serviço
No caso de sistemas de grande dimensão, vários módulos podem funcionar em paralelo.
Por exemplo:
┌── Módulo 1 de EDI ──┐
Permeado da RO ───┼── Módulo EDI 2 ──┼──► Água produzida
├── Módulo EDI 3 ──┤
└── Módulo EDI 4 ──┘
Esta estrutura modular permite também aos engenheiros garantir redundância. Um projeto pode recorrer a uma configuração N+1 quando o tempo de atividade é fundamental.
Os projetos baseados em skids são especialmente úteis para centrais em contentores e projetos EPC, uma vez que o equipamento pode ser montado, ligado, inspecionado e parcialmente colocado em funcionamento antes de chegar ao local da obra.
São também disponibilizados sistemas RO-CEDI comerciais do tipo «plug-and-play» para transporte em contentores e instalação rápida, o que demonstra a praticabilidade desta abordagem.
O EDI requer menos trabalhos de regeneração de rotina do que os desionizadores convencionais, mas não é isento de manutenção.
Os operadores devem monitorizar:
Uma tendência estável é, muitas vezes, mais útil do que uma medição isolada.
| Observação | Possível causa |
|---|---|
| A resistividade do produto diminui | Alterações na qualidade da ração, CO₂, carga do módulo |
| A queda de pressão aumenta | Incrustação ou obstrução |
| A corrente elétrica varia acentuadamente | Carga iónica de alimentação ou problema de funcionamento |
| Quedas no fluxo de produtos | Restrição hidráulica |
| A sílica sobe | Problema de desempenho a montante ou no EDI |
| A dureza surge na ração | Falha no sistema de osmose inversa (RO) ou no pré-tratamento |
O sistema de osmose inversa (RO) a montante também deve ser monitorizado de perto.
Se a rejeição da osmose inversa (RO) se deteriorar repentinamente, a carga iónica que entra no sistema EDI pode aumentar acentuadamente. Continuar a operar o conjunto EDI sem tomar medidas corretivas pode levar à formação de incrustações ou a uma má qualidade da água produzida.
Uma boa programação de PLC pode, portanto, incluir alarmes para:
Esta é uma das razões pelas quais a automatização é importante numa estação integrada de tratamento de água.
Na maioria dos projetos industriais, o EDI não é uma tecnologia de tratamento autónoma.
Um sistema completo poderia ter o seguinte aspeto:
Água bruta
↓
Multimédia / Pré-tratamento UF
↓
Carvão ativado ou decloração
↓
Filtro de cartucho
↓
Ósmose inversa
↓
Controlo de CO₂, se necessário
↓
EDI
↓
UV / Polimento final, se necessário
↓
Reservatório de água pura
↓
Circuito de distribuição
Um sistema eletrónico mais exigente poderá utilizar:
Pré-tratamento
↓
RO
↓
RO de segunda passagem
↓
EDI
↓
UV
↓
Aperfeiçoamento do TOC
↓
UF final
↓
Água ultrapura
Os projetos de reutilização de águas residuais podem ter início muito mais cedo:
Águas residuais industriais
↓
Tratamento biológico
↓
MBR
↓
RO
↓
EDI
↓
Água de reutilização de alta qualidade
Esta abordagem integrada é fundamental para o nosso trabalho enquanto fabricante e fornecedor especializado em engenharia de sistemas de tratamento de água e de águas residuais na China.
Fabricamos e integramos:
No caso de um projeto EPC, isso significa que o MBR, a UF, a RO, a EDI, as bombas, a instrumentação, os tanques, os controlos PLC/SCADA e a documentação técnica podem ser considerados como um único processo de engenharia, em vez de um conjunto de componentes independentes.
Para um comprador industrial, um produto barato EDI O módulo não implica necessariamente a construção de uma estação de tratamento de água de baixo custo.
Um mau design pode levar a:
Antes de adquirir equipamento EDI, peça ao fornecedor para confirmar:
| Requisito | O que deverá receber |
|---|---|
| Especificações da água de alimentação | Limites claros |
| Meta relativa à água utilizada na produção | Resistividade/condutividade e outros parâmetros |
| Caudal | Capacidade nominal e operacional |
| Recuperação | Valor de projeto |
| Modelo de módulo | Ficha técnica e quantidade |
| Concepção elétrica | Tensão/corrente/alimentação elétrica |
| P&ID | Plano completo do processo |
| Instrumentação | Marca, gama, sinal |
| Filosofia de controlo | Lógica do PLC/HMI |
| Materiais | Tubagem, estrutura, componentes em contacto com o fluido |
| Testes | Plano FAT |
| Documentação | Manuais e desenhos |
| Peças sobressalentes | Lista de recomendações |
| Colocação em funcionamento | Suporte remoto ou no local |
Recomendamos também que envie ao seu fornecedor os resultados reais da análise da água de alimentação, em vez de se limitar a perguntar:
“Quanto custa um skid EDI de 10 m³/h?”
Duas instalações com o mesmo caudal podem necessitar de projetos diferentes, uma vez que o seu permeado de osmose inversa contém níveis diferentes de CO₂, dureza, sílica e outras espécies ionizáveis.
Para empreiteiros de EPC, empresas de engenharia municipal e industrial, fábricas farmacêuticas, fabricantes de semicondutores, fábricas de alimentos e bebidas e distribuidores internacionais, a melhor sequência de aquisição é:
análise da água → requisitos relativos à água do produto → conceção do processo → seleção de equipamentos → orçamento comercial.
Isso reduz o risco para todos.
EDI significa eletrodeionização. Este processo combina resina de troca iônica, membranas seletivas e corrente elétrica contínua para remover continuamente as impurezas iônicas dissolvidas da água altamente pré-tratada.
Um módulo EDI é o dispositivo central de desionização. Um conjunto EDI inclui o módulo, bem como a tubagem, as válvulas, as fontes de alimentação elétrica, a instrumentação, os controlos e a estrutura necessária para o seu funcionamento como um sistema completo.
Na maioria das aplicações industriais de alta pureza, sim. A osmose inversa (RO) remove primeiro a maior parte do sal dissolvido, permitindo que a EDI elimine os iões restantes de forma eficiente. A EDI deve, normalmente, receber água pré-tratada de alta qualidade e baixa dureza.
Em muitas aplicações de polimento por osmose inversa (RO), a EDI pode substituir a troca iônica regenerável convencional e evitar a regeneração rotineira com ácido e soda cáustica. No entanto, cada processo apresenta limites diferentes para a água de alimentação, custos de investimento e requisitos operacionais.
Os sistemas EDI comerciais podem atingir cerca de 18 MΩ·cm em condições adequadas de funcionamento e de água de alimentação. Este valor não deve ser considerado garantido sem se analisar a qualidade da água de alimentação, a temperatura, o CO₂, a carga e o módulo selecionado.
Normalmente, a EDI não necessita da regeneração regular com ácidos e álcalis utilizada na troca iónica convencional. No entanto, a estação de tratamento de água na sua totalidade pode ainda utilizar produtos químicos para o pré-tratamento por osmose inversa (RO), ajuste do pH, limpeza, higienização ou controlo de incrustações.
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