GE Power & WaterWater & Process Technologies

PRE TRATAMENTO POR TROCA IÔNICATreinamento Básico BWT

204/12/23

DEFINIÇÃO RESINAS DE DEFINIÇÃO RESINAS DE TROCATROCA IÔNIC IÔNICAA

Adsorvem íons (Cátions ou Anions) de uma solução e os substituem por quantidades equivalentes de outros íons da mesma carga baseados em uma escala de selectividade.

2R-(H+) + Ca++ R2-(Ca+2) + 2H+

R+ -(OH ) + Cl R+-(Cl ) + OH

304/12/23

IMPUREZAS DA ÁGUAIMPUREZAS DA ÁGUA

Sólidos em Suspensão

Colóides

Matéria Orgânica

Microorganismos

Gases Dissolvidos

Sólidos Totais Dissolvidos

Sólidos em Suspensão

Colóides

Matéria Orgânica

Microorganismos

Gases Dissolvidos

Sólidos Totais Dissolvidos

404/12/23

SELETIVIDADE DAS SELETIVIDADE DAS RESINASRESINAS

SELETIVIDADE CATIÔNICA

Fe+3 > Cu+2 > Fe+2 >Ca+2 >Mg+2 >NH4+ >Na+ >H+

SELETIVIDADE ANIÔNICA

SO4- - > NO3- > Cl > HCO3- > HSiO3

- > OH-

504/12/23

G G G G

G G G G

G G G GG

G G G G G

Matriz polimérica

Agente de entrelaçamento (Divinil Benzeno)

G Grupo funcional (trocador de ions)

ESTRUTURA QUÍMICA DAS ESTRUTURA QUÍMICA DAS RESINASRESINAS

604/12/23

FORMA FÍSICA DAS FORMA FÍSICA DAS RESINASRESINAS

AMORFAS:Matriz fenólicas

GEL:Esferas 0.5 mm diâmetro médioMatriz estirênica ou acrílica

MACRORRETICULARES:Esferas 0.5 mm diâmetro médio Matriz estirênica ou acrílica.

704/12/23

RESINAS DO TIPO GELRESINAS DO TIPO GEL

Mais susceptíveis a degradar-se (atrito, oxidação e envenenamento)Maior capacidade de troca iônicaMenor preço

804/12/23

Estrutura porosa com canais ou macrorretículos Maior conteúdo de Divinilbenzeno Maior Resistência Física (maior vida útil

operacional ) Menor capacidade de troca ionica Maior custo Usadas em condições severas:

Presença de agentes oxidantesOperação em condições de alta perda de cargaPresença de sólidos em suspensãoAltas temperaturas

14

RESINAS MACRORETICULARESRESINAS MACRORETICULARES

904/12/23

ESTRUTURAS GEL vs ESTRUTURAS GEL vs MACRORETICULARMACRORETICULAR

TIPO GEL TIPO MACRORRETICULAR

MacroporosArea superficial:0.7 m2/grama seco

Area superficial:60 m2/grama seco

Poliestireno DivinilBenzeno

15

1404/12/23

CATIONIC

AS

FORTES

Grupo funcional:

sulfonicoFRACAS

Grupo funcional: carboxílico

ANIONICA

S

FORTES - TIPO I - Tri-Metil-Amina

Grupo funcional: aminas

quaternáriasFORTES - TIPO II- Di-Metil-Etanol Amina

Grupo funcional: aminas quaternárias

FRACAS - Di-Metil-Amina

Grupo funcional: aminas terciárias

GRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINASGRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINAS

1504/12/23

CATIONICAS FORTES

Grupo funcional Sulfônico

Remove todos os cátions dissociados na solução

Regenerada com NaCl produzem água abrandada.

Regenerada com ácido serve como leito primário (catiônico) em desmineralização de água.

Transforma os sais presentes na água em quantidades equivalentes dos ácidos correspondentes.

NaCl HCl CaSO4 H2SO4 MgHCO3 H2CO3

- SO3-

H+

Na+

GRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINASGRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINAS

1604/12/23

CATIONICAS FRACASGrupo funcional Ácido fraco Carboxílico.Somente removem cátions associados a

alcalinidadeMaior capacidade e eficiência na regeneração do

que as catiônicas fortesUsadas precedendo as catiônicas fortes para

diminuir carga iônica destas e economizar regenerantes.CaHCO3 H2CO3 MgHCO3 H2CO3 NaOH H2O

COO- H+

GRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINASGRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINAS

1704/12/23

ANIONICAS FRACAS:Grupos funcionais aminas terciárias.Só removem ácidos fortes como HCl e

H2SO4. Não removem H2CO3 nem Sílica.

Usadas precedendo a resinas fortes para economizar regenerantes

Mais resistentes a envenenamento de matéria orgânica.Protegem resinas aniônicas fortes

CH2N(CH3)2 CH2NH2

GRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINASGRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINAS

1804/12/23

ANIÔNICAS FORTES:Grupos funcionais aminas quaternárias (mais

alcalinas)Removem todos os ânions em solucão

incluindo bicarbonatos e SílicaBaixa eficiência de regeneracãoSe subdividem em duas categorias:

Tipo I: mais básica, maior remoção de Sílica.Tipo II: menos básica, menor capacidade, menor estabilidade química e térmica. Menor vida útil

CH2N(CH3)+

Tipo I

CH2N(CH3)2CH2OH+

Tipo II

GRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINASGRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINAS

2004/12/23

FATORES QUE AFETAM A FATORES QUE AFETAM A TROCA IÔNICATROCA IÔNICA

Tipo, concentração e quantidade de regenerante.

Tipo de regeneração (Co ou Contra-Corrente)

Natureza e conteúdo sais minerais na água a tratar

Velocidade de fluxo através da resina.

Temperatura do regenerante.

Profundidade do leito de resina.

2104/12/23

EXEMPLO DE RESINA EXEMPLO DE RESINA CATIÔNICACATIÔNICA

SOSO33 SOSO33

SO3SO3

SOSO33

SOSO33

SOSO33

SOSO33

SOSO33

H

H

H

H

H

Ca

MgSOSO33

Mg

Mg

Ca

CaCa

H

H

H

H HH

H

H

DIVINILBENZENO

AGUA DE HIDRATACÃO

POLIESTIRENO

SERVIÇOSERVIÇOREGENERAÇÃOREGENERAÇÃO

Ca

H

33OSOSCa

SOSO33

Mg

SOSO33K

K

SOSO33

H

SOSO33H

Na

SOSO33NaNa

H

SOSO33

H

SOSO33 H

2204/12/23

EXEMPLO DE RESINA EXEMPLO DE RESINA ANIÔNICAANIÔNICA

Mg

Mg

H

DIVINILBENZENOÁGUA DE HIDRATAÇÃO

POLIESTIRENO

Saída CátionSaída Cátion

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OHOH

OHSO4

H

H

ClH

SO4

H

H

H

HCO3

ClH

ClH

ClH

Cl

Cl

SO4

SO4

CO3

OHOH

OHH

OHH

HH

OHH

CO3

Cl

H

H

OHH

SiO3

H

H

H

2304/12/23

PROCESSOS COM USO DE PROCESSOS COM USO DE RESINAS RESINAS

Abrandamento

Desmineralização

Polimento Condensado

2504/12/23

SISTEMA DE SISTEMA DE ABRANDAMENTOABRANDAMENTO

Regenerante gasto

Agua bruta

Retrolavagem

Regenerante

Agua tratada

Resina

2604/12/23

Remoção da Dureza Total (Ca e Mg) A concentração de sólidos dissolvidos da água não

altera Se substitue os Cátions de Ca e Mg por Sódio (Na+) Se utiliza resinas cationicas no ciclo Sódico,

regeneradas com salmoura (Cloreto de Sódio). Baixo custo dos equipamentos Baixo custo de operação Alta capacidade de troca ionica É apropriado para produzir água para caldeiras de baixa

pressão (< 250 libras) Não remove a Sílica

31

SISTEMA DE ABRANDAMENTOSISTEMA DE ABRANDAMENTO

2704/12/23

SISTEMA DE SISTEMA DE ABRANDAMENTOABRANDAMENTO

Usa resinas fortemente ácidas

É regenerada com NaCl

Não reduz condutividade na água abrandada

Se regenerada com ácido pode remover alcalinidade em etapa posterior

Opera em batelada até vazamento de dureza, quando deve ser regenerada

Taxa de aplicação de 15 a 25 m3/h/m2. Abaixo de 7m3/h/m2 vaza dureza.

2804/12/23

Ânions

Ca++

Mg+

+

Na+

HCO3-

SO4=

Cl-

Cátions

Na+

HCO3-

SO4=

Cl-

Cátions Ânions

1 equivalente 1 equivalente

1 ppm CaCO3 1 ppm CaCO3

20 mg Ca++ 23 mg Na+

12 mg Mg++ 23 mg Na+

Entrada AbrandadaResina Catiônica

R- Na+

SISTEMA DE SISTEMA DE ABRANDAMENTOABRANDAMENTO

2904/12/23

ABRANDAMENTO EM ABRANDAMENTO EM OPERAÇÃOOPERAÇÃO

RFA

Cátions

Entrada

Abrandada

CaMgNa

HCO3

SO4

Cl

Ânions

NaHCO3

SO4

Cl

Cátions Ânions

3004/12/23

REGENERAÇÃO DE REGENERAÇÃO DE ABRANDADORESABRANDADORES

Contralavagem

Passagem do regenerante

Deslocamento (lavagem lenta)

Lavagem rápida

Retorno ao serviço

3104/12/23

ETAPA DE CONTRALAVAGEMETAPA DE CONTRALAVAGEM

Vazão de 15 a 18 m3/h/m2 dever ser suficiente para expandir leito de 55 a 75% em temperatura de 15oC.

A taxa de contralavagem é função da temperatura

Tempo de 10 a 15 minutos

Remover sujeira e descompacta o leito

3504/12/23

Na+

SiO2

R-Na+Na+

Ca+2 Mg+2

Na+

HCO3-

Cl-

NO3-

SO4=

SiO2

Água bruta

NaCl NaCl

Cationicaforte

Água tratada

HCO3-

Cl-

NO3-

SO4=

32

Regenerante

SISTEMA DE ABRANDAMENTOSISTEMA DE ABRANDAMENTO

3604/12/23

SISTEMA DE SISTEMA DE ABRANDAMENTOABRANDAMENTO

Avaliar a carga catiônica de dureza

Deteminar o tempo entre regenerações

Usar a capacidade de troca da resina regenerada com NaCl na faixa de 45 a 50 gCaCO3/l

Calcular a quantidade de resina

Calcular quantidade de sal com nível de regeneração de 150 g/l resina

Avaliar vazões e tempos no processo de regeneração

3904/12/23

SISTEMA DE SISTEMA DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO

R-HH++

NaCl

Cationica

forte Anionica

forte

H2S04

- R-OHOH--

NaOH

HCO3-

Cl-

NO3-SO4=Org.

SiO2

CO2

H+

CO2

Na+ Cl-

OH-

SiO2

HH++ OHOH--

Água tratada

HH22OO

Água bruta Regenerantes

Ca+2 Mg+2

Na+

HCO3-

Cl-

NO3-

SO4=

SiO2

4004/12/23

CONTROLE CONTROLE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO

CONDUTIVIDADE ou RESISTIVIDADEMede a concentração de sólidos dissolvidos na água

FUGA DE SÍLICASe analisa na saída do aniônico e do leito misto polidorUnidades: ppm ou ppb

pHIndica qual elemento está escapando (Cátion/Ânion)

Ácido [H+] ou Básico [OH-]

4104/12/23

TORRE TORRE DESCARBONATADORADESCARBONATADORA

Agua descationizada

CO2

Insuflador de Ar

Saida água para anionico

H2CO3 H2O + CO2

Eficiência de remoção de CO2: 80 a 90%

H2CO3

4204/12/23

Co

C1 Co

C2

Co

C2

C1

H

F

Co condutividade agua a tratar

C1 condutividade agua tratada

C2 condutividade com resina

saturada

H altura de intercambio

F fuga

Regeneração

Horas

1 2 3

1

2

3

Resina

saturada

Resina

regenerada

Co Co Co

CoC1

CICLO DE ESGOTAMENTO DA RESINACICLO DE ESGOTAMENTO DA RESINA

4304/12/23

SINAIS DE EXAUSTÃO SINAIS DE EXAUSTÃO DE CÁTIONDE CÁTION

AUMENTO SÓDIO NO CATIONQUEDA ACIDEZ NO CÁTIONELEVAÇÃO pH NO CÁTION QUEDA CONDUTIVIDADE NO CÁTIONAUMENTO CONDUTIVIDADE NO ÂNIONAUMENTO pH NO ÂNION

4404/12/23

SINAIS DE EXAUSTÃO SINAIS DE EXAUSTÃO DE ÂNIONDE ÂNION

QUEDA pH DO ÂNION

QUEDA SEGUIDA DE ELEVAÇÃO DA CONDUTIVIDADE DO ÂNION

AUMENTO DA SILICA NO ÂNION

4504/12/23

SERVIÇO

Entrada doRegenerante

Agua ou Ar (Contenção)

Saida doRegenerante

REGENERAÇÃO

REGENERAÇÃO EM CONTRA REGENERAÇÃO EM CONTRA CORRENTECORRENTE

4604/12/23

Ca+2

Mg+2

Na+H+

H+

H2SO4

H+

H2SO4

Regeneração Co-corrente

RegeneraçãoContra-Corrente

Saturação

Serviço

CÁTION EM CO CÁTION EM CO CORRENTE & CONTRA CORRENTE & CONTRA

CORRENTECORRENTE

4704/12/23

SO4=

OH-

OH-

OH-

Regeneração Co-Corrente

RegeneraçãoContra-Corrente

Saturação

ServiçoNaOH

NaOH

Cl-

SiO2

ÂNION EM CO ÂNION EM CO CORRENTE & CONTRA CORRENTE & CONTRA

CORRENTECORRENTE

4804/12/23

PROCESSOS DE PROCESSOS DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO

QUALIDADE AGUA

Condutiv. 5- 10 Us/cmpH 8 - 9Sílica 50 - 200 ppb

ANION FRACO

IRA-96SB

CATIONFORTEIR-120

TD

TD

ANION FORTE

IRA-402SB

CO2

CO2

ANIONFORTEIRA-402

CATIONFRACOIRC-86

CATIONFORTEIR-120

4904/12/23

PROCESSOS DE PROCESSOS DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO

Condutiv. 0,5 - 1,0 uS/cmpH 6,5 - 7,5Sílica 5 - 55 ppb

QUALIDADE ÁGUA

CO2

DG

CATIONFRACOIRC-86

CATIONFORTE1500

ANIONFRACOIRA-96

ANIONFORTE

IRA-402LEITOMISTO

5004/12/23

SISTEMA DE SISTEMA DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO

Avaliar a carga catiônica e aniônica

Deteminar o tempo entre regenerações

Usar a capacidade de troca da resina regenerada com ácido e soda

Calcular as quantidades de resinas catiônica e aniônica

Calcular quantidade de regenerantes

Avaliar vazões e tempos nas etapas de regeneração

5104/12/23

DESMINERALIZAÇÃO POR DESMINERALIZAÇÃO POR LEITO MISTOLEITO MISTO

Funciona como infinitos Cation/Anions

Produz água muito pura: condutividade < 0.1 uS/cm

Silica < 0.01 ppm

O pH fica próximo de 7

A regeneração é complexa e difícil

O ciclo de operação é longo

Usada para polimento para caldeiras de alta pressão

5204/12/23

DESMINERALIZAÇÃO POR DESMINERALIZAÇÃO POR LEITO MISTOLEITO MISTO

Serviço

Acido

Acido

Resina Anionica

RegeneraçãoResina Cationica

Agua

Resina Cationica

NaOH

RegeneraçãoResina Anionica

NaOH

Agua Ar

5304/12/23

REGENERAÇÃO LEITO REGENERAÇÃO LEITO MISTOMISTO

ENTRADA

SAIDA

(1) SERVIÇO

(4) DRENO

DRENO

AR

(5) MISTURA

AR

(2) RETROLAVAGEM

ÁGUA

DRENO

(3) REGENERAÇÃO

(6)LAVAGEM

ÁGUA

DRAIN

ACIDO

MIXED BEDANION

CATIONANION

CATION

ANIONCATION

MIXEDBED

MIXEDBED

DRENO

ALKALI

5404/12/23

PROBLEMAS EM LEITOS PROBLEMAS EM LEITOS MISTOSMISTOS

CONTAMINAÇÃO CRUZADA

USO DE RESINA INERTE E AVALIAÇÃO DE PERDA DE RESINAS

MISTURA COM AR APÓS A REGENERAÇÃO

NÍVEL DE ÁGUA ACIMA DA RESINA ANTES DA MISTURA COM AR

5504/12/23

Serviço

Resina anionica

Resina cationica

Resina Inerte

Elimina a contaminaçãocruzada

LEITO MISTO COM RESINA LEITO MISTO COM RESINA INERTEINERTE

5604/12/23

Agua tratada

Resinas estratificadas, não se

misturam

possuem Granulometria especial Regeneração em Contra-Corrente Excelente qualidade de água

produzida Grande economia de regenerantes A resina anionica fraca se regenera

com

o excesso de regenerante de resina

forte Economia no investimento (Equiptos) Resina anionica fraca protege a

resina forte

de envenenamento por matéria

orgânica

Regenerante

FRACA

FORTE

Serviço

LEITOS LEITOS ESTRATIFICADOSESTRATIFICADOS

5704/12/23

Regenerante

Agua Bruta

COLUNA DERETROLAVAGEM

Saida deresina

Entradaresina

Saida retrolavagem

Entrada água SaídaresinaLmpa

Saida deresina

Agua tratada

LEITOS COMPACTOSLEITOS COMPACTOS

5804/12/23

Análise atualizada da água bruta (carga iônica)

Medição da quantidade de resina

Verificação dos critérios de regeneração

Análise de amostras de resinas

PERDA DE CAPACIDADE PERDA DE CAPACIDADE OPERACIONALOPERACIONAL

6104/12/23

CRITÉRIOS DE CRITÉRIOS DE REGENERAÇÃOREGENERAÇÃO

NÍVEL DE REGENERAÇÃO

NaCl 100 A 320 g NaCl/l resina

HCl 96 A 110 g HCl100%/l resinaH2SO4 96 A 110 g H2SO4 98%/l

resinaNaOH 90 A 120 g NaOH

100%/l resina

6204/12/23

CRITÉRIOS DE CRITÉRIOS DE REGENERAÇÃOREGENERAÇÃO

CONCENTRAÇÃO DE REGENERANTES

NaCl 8 a 10%HCl 4 a 10%H2SO4 2 a 4%NaOH 4 a 7%

6404/12/23

RESINA CATIÔNICA - REGENERAÇÃO H2SO4

• Temperatura 20 oC• Profundidade leito min 600 mm• Vazão contralavagem 12 a 18 m/h (10 a25 oC)• Nível de regeneração 40 a 144 g ácido 98%/l res.• Concentração regenerante 2 a 6% (1,8 a 5,5 o be)• Vazão de regeneração 4 a 12 VL/h• Vazão enxágue lento 4 a 6 VL/h• Vazão enxágue rápido 12 VL/h• Taxa de serviço 8 a 40 VL/h• Consumo de água enxágue 8 a 10 VL

CONDIÇÕES OPERACIONAISCONDIÇÕES OPERACIONAIS

6504/12/23

RESINA ANIÔNICA - REGENERAÇÃO NaOH

• Temperatura 50 oC• Profundidade leito min 600 mm• Vazão contralavagem 3 a 5 m/h (10 a25 oC)• Nível de regeneração 64 a 160 g soda 100%/l res.• Concentração regenerante 4% (1,8 a 5,5 o be)• Vazão de regeneração 2 a 8 VL/h• Vazão enxágue lento 2 a 8 VL/h• Vazão enxágue rápido 12 VL/h• Taxa de serviço 8 a 40 VL/h• Consumo de água enxágue 6 a 12 VL

CONDIÇÕES OPERACIONAISCONDIÇÕES OPERACIONAIS

6604/12/23

CONTAMINAÇÃO DE CONTAMINAÇÃO DE RESINAS POR MATÉRIA RESINAS POR MATÉRIA

ORGÂNICAORGÂNICA

AÇÃO PRINCIPAL EM RESINAS ANIÔNICAS

Baixo pH da água tratada

Aumento da condutividade da água tratada

Aumento do escape de sílica

Aumento da necessidade de água de enxágue

Perda da capacidade operacional

USO DE RESINAS ACRÍLICAS OU MACRORRETICULARES

6704/12/23

TRATAMENTO DE ÁGUA TRATAMENTO DE ÁGUA INDUSTRIAL INDUSTRIAL Contaminação Contaminação

Matéria OrgânicaMatéria Orgânica

6804/12/23

CONTAMINAÇÃO DE CONTAMINAÇÃO DE RESINAS POR MATÉRIA RESINAS POR MATÉRIA

ORGÂNICAORGÂNICASALMOURAGEM CÁUSTICA

10% NaCl 300 g/l resina

2% NaOH 60 g/l resina

3 VL

Temperatura até 35 oC

Vazão de 2VL/h manter 10 cm acima leito

8 horas com agitação com ar

Regeneração dupla com 100 g NaOH/l resina

6904/12/23

TESTE DE CONTAMINAÇÃO TESTE DE CONTAMINAÇÃO ORGÃNICA EM RESINASORGÃNICA EM RESINAS

1) Pegar 200 ml de resina 2) Preparar 400 ml de salmoura a 10% 3) Juntar a resina com a solução e deixar em agitação durante +/- 24 hs. 4) Filtrar esta solução em uma tela onde não permita a passagem de resina 5) Verificar a cor da salmoura 6) Comparar com a tabela em anexo.  Se a cor estiver acima de 8 na tabela recomendamos a salmoragem na unidade anionica e nos leitos mistos.

7004/12/23

CONTAMINAÇÃO DE CONTAMINAÇÃO DE RESINAS POR FERRORESINAS POR FERRO

FERRO SOLÚVEL OXIDADO NA UNIDADE

HCl a 10%

FERRO SOLÚVEL OXIDADO ANTES DA UNIDADE

AQUAMAX IEC1072

FERRO SUSPENSO

Retro lavagem