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IST - INSTITUTO SUPERIOR TUPY SOCIESC GRADUAO BACHAREL EM ENGENHARIA QUMICA

TROCA INICA

Daniela dos Santos Jacson Retzlaff EGQ361 Tratamento de Efluentes - Cristiane Hildebrand

JOINVILLE MAIO/2011 RESUMO

Este trabalho apresenta informaes sobre a utilizao de troca inica em tratamento de efluentes, mais especificamente sobre as resinas de troca inica. Sua abrangncia se estende deste a definio de troca inica, o que so as resinas de troca inicas, seus tipos, aplicaes e importncia. As resinas de troca inica tm sido cada vez mais utilizadas nas indstrias com o objetivo de reduzir os resduos lquidos gerados nos processos qumicos, e tambm possibilitar o reuso desta gua industrial, sendo as indstrias de galvanoplastia uma das maiores responsveis pelo crescente aumento da utilizao desta tecnologia. O grande consumo de gua nos banhos de eletrodeposio de metais e seu posterior descarte a principal causa para tal. Neste tipo de indstria as resinas so utilizadas no rejuvenescimento dos banhos metlicos, na recuperao de solues de decapagem, na reciclagem das guas de enxges e no tratamento de diversos efluentes. Os fatores que mais tem influenciado a deciso de se utilizar resinas de troca inica para a recuperao e reuso de guas industriais tem sido as regulamentaes ambientais, as limitaes econmicas e a qualidade final necessria para o produto. A utilizao de resinas seletivas confere melhoria da qualidade dos efluentes para descarte. Palavras chave: troca inica, resinas, efluente, reuso de gua.

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SUMRIO INTRODUO 1.A GUA 1.1.A GUA COMO MATRIA PRIMA 1.2.GUA NA INDSTRIA 2.ASPECTOS LEGAIS E INSTITUCIONAIS 3.RESO DA GUA Utilizao de efluentes como gua de reuso 3.1.RESO EM CASCATA 3.2.RESO DE EFLUENTES TRATADOS 4.TROCA INICA 4.1. RESINAS DE TROCA INICA 4.2. CLASSIFICAO DAS RESINAS DE TROCA INICA 4.2.1.Resina Catinica Forte 4.2.2.Resina Catinica Fracamente cida 4.2.3.Resina Aninica Forte 4.2.4.Resina Aninica Fracamente Bsica 4.3.UTILIZAO DAS RESINAS DE TROCA INICA 4.3.1. Aplicao em Desmineralizao 4.3.2. Aplicao em Dealcalinizao 4.3.3. Aplicao em Polimento 4.3.4. Aplicao em Descolorao 4.3.5. Aplicao em Purificao 4.3.6. Aplicao em Remoo de Nitrato 4.3.7. Aplicao em Recuperao de Efluentes 4.3.8. Aplicao em Catalise Qumica 4.4.TIPOS DE APLICAES 4.4.1.Desmineralizao de Leite 4.4.2.Sucos de Frutas 4.4.3.Industria suo-alcoeira 4.4.4.Indstria de Refrigerantes e Cervejas 4.4.5.Indstria de Hidroponia 4.4.6.Indstria de Gelatinas 4.4.7.Indstria de Solventes Orgnicos 4.4.8.Indstria de Limpeza Desinfeco de Resinas (Limpeza de bactrias e algas) Remoo de Ferro Aes Remediativas 4.4.9.Indstria de Ao, Metais e Superfcies 4.4.10.Indstria Qumica e Petroqumica 4.4.11.Abrandamento e Desmineralizao Sistema abrandador com resinas Sistema desmineralizador Desmineralizao com leito de polimento 4 5 5 5 7 8 8 9 9 11 11 13 13 13 14 14 14 14 15 16 17 17 18 18 18 19 19 19 20 20 20 21 21 22 22 22 22 23 23 24 24 24 25 3

CONCLUSO REFERENCIAS

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INTRODUO Inquestionvel a importncia da gua para a vida, todo ser vivo existente na Terra necessita dela para que possa existir e sobreviver. No entanto, da mesma forma que sua presena fornece condies para a vida, sua m qualidade representar um srio risco sade. Atualmente o consumo seguro da gua depende da qualidade do tratamento pelo qual ela passa. Com o crescimento das cidades, toda gua necessria passou a ser retirada dos mananciais, porm, devem chegar s residncias, comrcios e indstrias pronta para o consumo. Seu ciclo se encerra sendo devolvida muitas vezes ao meio ambiente praticamente sem tratamento. Em virtude disso, a implantao de novos sistemas de tratamento/abastecimento, o correto tratamento de esgotos sanitrios e a expanso da rede existente tornam-se uma necessidade para o fornecimento de gua dentro de padres internacionais de potabilidade. Atualmente a indstria nacional est submetida a dois grandes instrumentos de presso. De um lado, as imposies do comrcio internacional pela melhoria da competitividade e, do outro, as questes ambientais e as recentes condicionantes legais de gesto de recursos hdricos, particularmente as associadas cobrana pelo uso da gua. 4

Para se adaptar a este novo cenrio, a indstria vem aprimorando seus processos e desenvolvendo sistemas de gesto ambiental para atender s especificaes do mercado interno e externo. Em linha com esta tendncia, j encontramos bons exemplos de implantao de sistemas e procedimentos de gesto da demanda de gua e de minimizao da gerao de efluentes. As prticas de conservao e reso de gua, que vem se disseminando em todo o Brasil consistem, basicamente, na gesto da demanda, ou seja, na utilizao de fontes alternativas de gua e na reduo dos volumes de gua captados por meio da otimizao do uso. Diante das necessidades que se apresentaram, tcnicos de todo o mundo desenvolveram mtodos para suprir as indstrias com gua dentro dos parmetros necessrios, entre elas, a troca inica que se baseia no emprego de resinas sintticas de troca inica. Resinas de troca inica so produtos sintticos, que colocados na gua, podero liberar ons sdio ou hidrognio (resinas catinicas) ou hidroxila (resinas aninicas) e captar desta mesma gua, respectivamente, ctions e nions, responsveis por seu teor de slidos dissolvidos, indesejveis a muitos processos industriais. As resinas sintticas de troca inica foram produzidas em escala industrial a partir de 1938, representando um grande avano nas tcnicas de tratamento de guas industriais. Inicialmente foram utilizadas para a remoo da dureza da gua (sistemas conhecidos como abrandamento de gua) e posteriormente para a remoo de vrios tipos de sais (processo conhecido como desmineralizao), podem ser utilizadas tambm na descolorao da calda de acar filtrada para o branqueamento desejvel e em uma serie de outras atividades industriais.

1. A GUA A importncia da gua para a vida inegvel. No h ser vivo sobre a face da Terra que possa prescindir de sua existncia e sobreviver. Mas, assim como sua presena cria condies para a vida, a qualidade da gua tambm pode representar um srio risco sade. Se em outras pocas bastava procurar uma fonte ou um rio prximo para se abastecer, atualmente o consumo seguro da gua depende da qualidade do tratamento pelo qual ela passa. Com o crescimento das cidades, o suprimento de gua passou a depender da retirada do precioso lquido de mananciais. Porm, se chegam s residncias, comrcio e indstria em condies de consumo, devolvida ao meio ambiente praticamente sem tratamento. Em virtude disso, as enfermidades e mortes provocadas pela ingesto de gua de qualidade inadequada so absurdamente grandes. Segundo a ONU - Organizaes das Naes Unidas, a cada dia morrem 25 mil pessoas no mundo, na maioria crianas, em conseqncia de doenas causadas pela gua contaminada. No Brasil, essa situao responsvel por 65% das internaes hospitalares e 40% das mortes infantis. A implantao de novos sistemas de tratamento e abastecimento e o correto tratamento de esgotos

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sanitrios, bem como a expanso da rede existente torna-se uma necessidade para o fornecimento de gua dentro de padres internacionais de potabilidade. 1.1. A GUA COMO MATRIA PRIMA No apenas para o consumo humano que a gua precisa ser tratada para ser aproveitada. No porque a gua tem especificaes para o consumo humano que estar apta elaborao de medicamentos, alimentos, cosmticos e ou matrias-primas qumicas e farmacuticas. Toda a instalao de gua para processo relacionada com os produtos para a sade necessita de adequao da gua potvel. Uma Estao de Tratamento de gua (ETA) deve ter um projeto especificado por tcnico responsvel e seleo de equipamentos adequada, prevendo a qualificao de fornecedores. A gua para a indstria farmacutica, alimentcia, de bebidas, etc. tem exigncias diferentes para a elaborao do seu produto final. Vrias indstrias j tratam e reutilizam gua residual de processo. Esterilizao com lmpadas ultravioletas e tratamento com oznio, por exemplo, j so tecnologias alternativas para desinfeco da gua, ao invs da clorao normalmente utilizada. 1.2. A GUA NA INDSTRIA Atualmente a indstria nacional est submetida a dois grandes instrumentos de presso. De um lado, as imposies do comrcio internacional pela melhoria da competitividade e, do outro, as questes ambientais e as recentes condicionantes legais de gesto de recursos hdricos, particularmente as associadas cobrana pelo uso da gua. Para se adaptar a este novo cenrio, a indstria vem aprimorando seus processos e desenvolvendo sistemas de gesto ambiental para atender s especificaes do mercado interno e externo. Em linha com esta tendncia, j encontramos bons exemplos de implantao de sistemas e procedimentos de gesto da demanda de gua e de minimizao da gerao de efluentes. Dependendo da disponibilidade hdrica, alm de iniciativas para a reduo do consumo de gua, a produo industrial fica condicionada anlise das seguintes opes, que no so necessariamente excludentes: I - Manter a situao tradicional, utilizando gua de sistemas pblicos de distribuio e dos recursos hdricos superficiais e subterrneos; II - Adquirir gua de reuso ou gua de utilidade, produzida por companhias de saneamento, atravs de tratamento complementar de seus efluentes secundrios; ou, III - Reusar, na medida do possvel, os seus prprios efluentes, aps tratamento adequado. Esta ltima opo costuma ser mais atrativa, com custos de implantao e de operao inferiores aos associados captao e ao tratamento de guas de mananciais ou compra de gua oferecida por empresas de saneamento, tanto de sistemas potveis como de sistemas de gua de reuso.

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A prtica de conservao e reuso de gua, que vem se disseminando em todo o Brasil, consiste basicamente na gesto da demanda, ou seja, na utilizao de fontes alternativas de gua e na reduo dos volumes de gua captados por meio da otimizao do uso. A gesto da demanda se inicia por um processo integrado de identificao e medio contnua de demandas especficas de cada sub-setor industrial. Essa informao gerenciada permite um efetivo controle da demanda individualizada e orienta a eliminao do desperdcio operacional e a modernizao dos processos. Uma vez controlada a demanda, inicia-se a gesto da oferta, que consiste em substituir as fontes de abastecimento convencionais por opes mais favorveis em termos de custos e de proteo ambiental. As opes se concentram: no reuso da gua que constitui os efluentes gerados na prpria indstria; no aproveitamento de guas pluviais de telhados ou ptios internos e, eventualmente, no reforo das guas subterrneas por meio de recarga artificial dos aqferos subjacentes prpria indstria com efluentes industriais controlados e adequadamente tratados. A prtica do reuso em sistemas industriais proporciona benefcios ambientais significativos, pois permite que um volume maior de gua permanea disponvel para outros usos. Em certas condies, pode reduzir a poluio hdrica por meio da minimizao da descarga de efluentes. Existem tambm benefcios econmicos, uma vez que a empresa no acrescenta a seus produtos os custos relativos cobrana pelo uso da gua.

2. ASPECTOS LEGAIS E INSTITUCIONAIS O aumento da demanda de gua e a poluio dos mananciais tm despertado a preocupao de vrios setores da sociedade, que se mobiliza para tentar garantir uma relao mais harmnica entre as suas atividades e os recursos hdricos. A Constituio de 1988 estabelece que a gua seja um bem da Unio ou dos estados, ressaltando que o seu aproveitamento econmico e social deve buscar a reduo de desigualdades. Com base na Constituio de 1988, foi elaborada a Poltica Nacional de Recursos Hdricos (Lei 9.433 de 1997), que define a gua como um bem de domnio pblico, dotado de valor econmico. A Poltica tambm estabelece diretrizes para o melhor aproveitamento. Na Lei 9.433, o Captulo IV trata dos instrumentos definidos para gesto dos recursos hdricos, como a outorga pelo direito de uso da gua e a cobrana correspondente. Um dos objetivos da cobrana pelo uso da gua incentivar a sua 7

racionalizao, que pode contemplar medidas de reduo do consumo por meio de melhorias no processo e pela prtica de reuso. A primeira regulamentao que tratou de reuso de gua no Brasil foi a norma tcnica NBR-13.696, de setembro de 1997. Na norma, o reuso abordado como uma opo destinao de esgotos de origem essencialmente domstica ou com caractersticas similares. Quatro classes de gua de reuso e seus respectivos padres de qualidade foram definidos na norma e so apresentados na tabela 2.1. Com o crescente interesse pelo tema, o Conselho Nacional de Recursos Hdricos (CNRH), publicou a Resoluo 54, em 2005, que estabelece os critrios gerais para a prtica de reuso direto no potvel de gua. Nessa resoluo, so definidas as cinco modalidades de reuso de gua: Reuso para fins urbanos; Reuso para fins agrcolas e florestais; Reuso para fins ambientais; Reuso para fins industriais; Reuso na aqicultura. A Resoluo ser regulamentada e estabelecer diretrizes de qualidade da gua de reuso para cada uma das modalidades. Estes so exemplos da incorporao dos temas relacionados conservao e reuso de gua na legislao brasileira.

3. REUSO DE GUA

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importante enfatizar que as opes de reuso s devem ser consideradas aps a implantao das opes de reduo do consumo de gua. Para a prtica adequada do reuso, deve ser identificada a qualidade mnima da gua necessria para um determinado processo ou operao industrial. Muitas vezes, no existe informao sobre o nvel mnimo de qualidade de gua para uma atividade industrial, o que pode dificultar a identificao de oportunidades de reuso. necessrio, portanto, um estudo mais detalhado do processo industrial para a caracterizao da qualidade de gua. Simultaneamente, preciso realizar um estudo de tratabilidade do efluente, para que seja estabelecido um sistema de tratamento que produza gua com qualidade compatvel com o processo industrial considerado. Em alguns casos, a qualidade da gua de reuso pode ser definida com base nos requisitos exigidos por processos industriais j bem difundidos (como as torres de resfriamento) em que a qualidade mnima necessria conhecida, devido sua ampla utilizao em atividades industriais. Utilizao de efluentes como gua de reuso Para a aplicao da prtica do reuso de gua em indstrias, existem duas alternativas a serem consideradas. Uma delas o reuso macro externo, definido como o uso de efluentes tratados provenientes das estaes administradas por concessionrias ou outras indstrias. A segunda, o reuso macro interno, definido como o uso interno de efluentes, tratados ou no, provenientes de atividades realizadas na prpria indstria. A adoo do reuso macro interno pode ser de duas maneiras distintas: reuso em cascata e de efluentes tratados. 3.1. RESO EM CASCATA Neste processo, o efluente gerado em um determinado processo industrial diretamente utilizado, sem tratamento, em um outro subseqente, pois o efluente gerado atende aos requisitos de qualidade da gua exigidos pelo processo subseqente. Na maioria dos casos, os efluentes gerados nos processos industriais so coletados em tubulaes ou sistemas centralizados de drenagem, dificultando a implantao da prtica de reuso em cascata. Por esta razo, para possibilitar o reuso, devem ser feitas as alteraes para que o efluente no seja misturado com os demais. Uma variao do reuso em cascata o reuso parcial de efluentes, que consiste na utilizao de uma parcela do efluente gerado. Este processo indicado quando ocorre a variao da concentrao dos contaminantes no efluente com o tempo. Esta situao comum em operaes de lavagem com alimentao de gua e descarte do efluente de forma contnua. A mistura do efluente com gua de qualquer outro sistema de coleta convencional pode ser considerada como outra forma do reuso em cascata. Este 9

caso ocorre quando o efluente gerado apresenta caractersticas de qualidade prximas das necessrias para uma determinada aplicao, no sendo, entretanto, suficiente para possibilitar o reuso, ou quando a vazo desse efluente no atende demanda total. A qualidade da gua de reuso um fator preocupante para quaisquer tipos de reuso em cascata, principalmente quando as caractersticas do efluente podem sofrer variaes significativas. Nestes casos, recomenda-se a utilizao de sistemas automatizados de controle da qualidade, com uma linha auxiliar de alimentao do sistema convencional de abastecimento da empresa. 3.2. RESO DE EFLUENTES TRATADOS Esta a forma de reuso que tem sido mais utilizada na indstria. Consiste na utilizao de efluentes gerados localmente, aps tratamento adequado para a obteno da qualidade necessria aos usos pr-estabelecidos. Na avaliao do potencial de reuso de efluentes tratados, deve ser considerada a elevao da concentrao de contaminantes que no so eliminados pelas tcnicas de tratamento empregadas. Na maioria das indstrias, as tcnicas utilizadas de tratamento de efluentes no permitem a remoo de compostos inorgnicos solveis. Para avaliar o aumento da concentrao desses compostos nos ciclos de reuso, adota-se uma varivel conservativa, que seja representativa da maioria dos processos industriais. Geralmente, o parmetro Slidos Dissolvidos Totais (SDT) o mais utilizado nos balanos de massa para determinar as porcentagens mximas de reuso possveis. Portanto, para determinar a quantidade de efluente que pode ser utilizada em um determinado processo industrial, necessrio elaborar um balano de massa, para verificar a evoluo da concentrao de SDT. A Figura 3.6 mostra um esquema deste procedimento, desenvolvido em funo da entrada de sais, que so ciclicamente adicionados ao processo. Pode-se observar um dos efluentes sendo introduzido no processo produtivo B, misturando-se com a gua de alimentao, para garantir a concentrao de SDT permitida no processo. Em alguns casos, para possibilitar o reuso de um determinado efluente, necessrio um tratamento preliminar adicional, para permitir que a concentrao de um poluente especfico seja compatvel com o processo que o utiliza. Este tratamento adicional, muitas vezes, possibilita a eliminao dos contaminantes de interesse. Com isso, pode-se obter um efluente tratado com caractersticas de qualidade equivalentes gua que alimenta toda a unidade industrial. A avaliao do potencial de reuso deve ser efetuada posteriormente fase de gesto da demanda e de reuso em cascata, uma vez que estas aes iro afetar, de forma significativa, tanto a quantidade quanto a qualidade dos efluentes produzidos, podendo comprometer toda a estrutura de reuso que tenha sido implementada anteriormente ao programa de reduo do consumo.

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4. TROCA INICA A operao de troca inica pode ser vista como um caso especial de adsoro, onde o adsorvente uma resina trocadora de ons especialmente preparada. Os Trocadores inicos so matrizes slidas que contm reas ativas. Originariamente a troca inica foi utilizada para tratamento de gua, tendo sido desenvolvidas vrias outras aplicaes, tais como: dessalinizao de gua salobra, separao de terras raras, hidro-metalurgia na recuperao de metais de solues de lixiviao ou de correntes de rejeitos, indstria farmacutica para a recuperao de antibiticos de mostos de fermentao, resduos nucleares, indstria alimentcia, agricultura. Uma operao tpica que ocorre durante uma troca inica a de abrandamento da gua (eliminao da dureza, com remoo de Ca++ e Mg++), que pode ser representada simplificadamente pela seguinte equao:

Considerando que esta reao reversvel, a resina pode ser regenerada por meio da passagem de uma soluo saturada de cloreto de sdio pela resina que est saturada com Ca++ e assim ficar novamente pronta para ser usada. 11

4.1. RESINAS DE TROCA INICA A resina trocadora de ons pode ser imaginada como sendo um gel homogneo, atravs do qual est distribuda uma rede de cadeias hidrocarbnicas s quais esto ligados grupos inicos imveis. A carga dos grupos inicos fixos equilibrada pelas cargas opostas de ons difusveis. Resinas de troca inica so produtos sintticos, que colocados na gua, podero liberar ons sdio ou hidrognio (resinas catinicas) ou hidroxila (resinas aninicas) e captar desta mesma gua, respectivamente, ctions e nions, responsveis por seu teor de slidos dissolvidos, indesejveis a muitos processos industriais. As resinas de troca inica sintticas so constitudas, na sua maioria, de copolmeros do estireno, com divinil benzeno (D.V.B.), na forma de partculas esfricas de dimetro 300 a 1.180 m. A estrutura tridimensional destas pequenas esferas varia com a quantidade de D.V.B. utilizada para a copolimerizao. Pequena quantidade de D.V.B. dar uma estrutura tipo gel ou gelular, com baixa porosidade, e elevada quantidade, uma estrutura macro-reticular com elevada porosidade. Aps a copolimerizao processada, grupamentos cidos ou bsicos podero ser inseridos nos ncleos de benzeno dos monmeros utilizados, dando uma funcionalidade s resinas. Entre os grupamentos cidos, o mais comum o cido sulfnico, produzindo a resina catinica fortemente cida (C.F.A.) e o menos comum, o cido carboxlico, produzindo a resina catinica fracamente cida (C.F.A.). Entre os grupamentos bsicos inseridos nas cadeias das resinas aninicas tem-se aminas tercirias que produzem resinas fracamente bsicas (R.A.F.) e os quaternrios de amnio, que produzem resinas fortemente bsicas (R.A.F.). As resinas com grupamentos cidos ou bsicos, ao contrrio das solues aquosas de cidos e bases, no se dissociam em duas espcies inicas. Somente uma espcie dissociada nas resinas catinicas, Na+ ou H+ ; nas aninicas, mais freqentemente a hidroxila OH-. As demais ficam ligadas s cadeias de estireno e divinil benzeno. As resinas sintticas de troca inica foram produzidas em escala industrial a partir de 1938, representando um grande avano nas tcnicas de tratamento de guas industriais. Inicialmente foram utilizadas para a remoo da dureza da gua (sistemas conhecidos como abrandamento de gua) e posteriormente para a remoo de vrios tipos de sais (processo conhecido como desmineralizao). Inicialmente adotou-se, para as trocas inicas, o fluxo co-corrente, que, hoje, pode ser considerado como processo de primeira gerao. O segundo passo foi o desenvolvimento de novas tcnicas que permitissem reduzir o consumo de regenerantes e uma melhoria na qualidade da gua tratada. As primeiras unidades utilizando a tcnica de contracorrente foram introduzidas no mercado na dcada de 1950. As unidades convencionais com fluxo co-corrente ainda so utilizadas para pequenas vazes. Nestes sistemas a gua a tratar atravessa o leito de resinas de cima para baixo, tambm o regenerante passa no mesmo sentido. A troca inica 12

se processa exaurindo a capacidade de troca das resinas no mesmo sentido da passagem da gua. Faz-se necessrio uma passagem de gua no sentido inverso antes da passagem do regenerante para se expandir o leito de resinas e conseguirse uma boa regenerao. As unidades de segunda gerao so, tambm, definidas como unidades contracorrente. Nestas unidades as solues regenerantes atravessam os leitos de resina de baixo para cima, em contracorrente ao sentido de fluxo da gua a ser tratada, que circula de cima para baixo. Nestas unidades, durante a regenerao, tem-se a necessidade de manter o leito de resina na posio original, por meio de ar, contra presso de gua ou outros meios, para evitar a reclassificao das resinas. A quantidade de regenerante despendido nas regeneraes j se faz bem menor que no sistema de primeira gerao. Um outro passo importante foi o desenvolvimento da terceira gerao de unidades, utilizando o conceito de leito fluidizado, compacto ou suspenso onde o fluxo de gua a ser tratada segue de baixo para cima. Neste sistema o regenerante injetado de cima para baixo. O vaso trocador contm dois fundos falsos, superior e inferior, cuja funo de manter a resina na posio desejada, de forma compacta. 4.2. CLASSIFICAO DAS RESINAS DE TROCA INICA De acordo com os grupos ionizveis presos s estruturas das resinas, elas se classificam em quatro grupos bsicos: catinica fraca, catinica forte, aninica fraca e aninica forte.

4.2.1.Resina Catinica Forte 13

Estas resinas podem estar na forma de sal de sdio, quando so utilizadas para abrandamento da gua ou na forma de hidrognio, quando so utilizadas para descarbonatao ou desmineralizao da gua. - Reao de abrandamento Ca2+ +2R.Na Mg2+ - Reao de descarbonatao/desmineralizao Ca2+ Mg2+ + 2.R.H 2Na+ 4.2.2.Resina Catinica Fracamente cidaEstas resinas so utilizadas para remoo de clcio, magnsio e sdio, ligados somente a nion fraco, como o bicarbonato e nunca aos nions fortes, como sulfato, cloreto e nitrato. Na realidade ela somente usada em guas com dureza temporria predominantemente elevada.

Ca2+ 2Na+ + Mg2+

R2

2H

+

+

Ca Mg Na

R2

Ca2+ Mg2+ 2Na+

+ (HCO3)2 + 2R. COOH

2 RCOO

Ca Mg + 2H2CO3 2Na

4.2.3.Resina Aninica ForteTodas as resinas aninicas fortemente bsicas removem nions fortes e fracos, tais como cloretos, sulfatos, nitratos, bicarbonatos e silicatos. H2SO4 2 HCl 2 HNO3 + 2R. OH 2R SO4 22Cl 2NO3+ 2H2O

4.2.4.Resina Aninica Fracamente Bsica Estas resinas s removem nions fortes, tais como sulfato, cloreto e nitrato, no removendo nions fracos, como os bicarbonatos e silicatos. H2SO4 2 HCl 2 HNO3 + 2R. OH 2R SO422Cl+ 2 H2O 2NO3-

4.3.UTILIZAO DAS RESINAS DE TROCA INICA

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As resinas de troca inica so aplicadas em vrias reas de atuao como tratamento de guas, resduos nucleares, indstria alimentcia, indstria farmacutica, agricultura, metalrgica, entre outros. Na rea de tratamento de gua industrial, as resinas so muito utilizadas em tratamento primrio de gua de alimentao de caldeiras, em processos de abrandamento ou desmineralizao. Para uma operao segura e efetiva de uma caldeira, impurezas que causam incrustao e corroso, como Clcio, Magnsio, Slica, Ferro entre outros, devem ser rigorosamente removidas da gua bruta, de acordo com o tipo, estrutura, uso do vapor e condies operacionais do sistema. Portanto, a correta operao de um sistema de desmineralizao, juntamente com outros processos mecnicos, passa a ser uma etapa importante dentro de um tratamento de gua para gerao de vapor. 4.3.1. Aplicao em Desmineralizao As resinas para aplicao em desmineralizao ou deionizao de gua so resinas catinicas fortemente cidas de copolmero de poliestireno e operadas no formato hidrognio (H), seguidas por um outro leito com resinas aninicas fortemente bsicas de copolmero de poliestireno operadas no formato OH. Essas resinas so produzidas e comercializadas nos formatos sdio - Na (catinica) e cloro - Cl (aninica) para garantir as melhores condies de transporte at o cliente. Quando instaladas em seus respectivos vasos de trabalho, essas resinas devem se submeter a um procedimento de ativao. As resinas catinicas apresentam uma forte atrao por tomos de clcio (Ca) e magnsio (Mg). Portanto, a troca inica acontece pelo hidrognio (H) at ento instalado na resina. Outros ctions como sdio (Na), potssio (K) e ferro (Fe) tambm ficam retidos na resina. A reao no leito catinico a seguinte: R-H+ + Ca ++ R-H+ + Na + R-H+ + K + R-Ca + 2H+ R-Na + H+ R-K + H+

R-H+ + Mg ++ R-Mg + 2H+

R-H+ + Fe +++ R-Fe + 3H+ A reao no leito catinico a seguinte: R-OH- + SO4-- R-SO4 + 2H+ R-OH- + NO3-- R-NO3 + 2H+ 15

R-OH- + Cl -

R-Cl + H+

R-OH- + SiO2- R SiO2 + H+ O processo reversvel e uma vez que todos os stios catinicos ativos em R esto tomados por tomos de clcio, magnsio, sdio, potssio e ferro, e/ou enquanto os stios ativos das resinas aninicas esto tomados por radicais aninicos dos tipos sulfatos, cloretos, nitratos e silicatos, a capacidade de troca da resina , ento, esgotada. A regenerao do leito catinico deve ser feita com uma soluo de cido clordrico (HCl). J a regenerao do leito aninco deve ser feita com soda custica NaOH. 4.3.2. Aplicao em De-alcalinizao A alcalinizao se d pelo excesso de bicarbonatos e carbonatos presentes na gua. Esse excesso pode se apresentar naturalmente conforme as condies de extrao dessa gua ou ser resultado de algum processo industrial. Alm de comprometer o bom uso de equipamentos industriais, provocando incrustaes crnicas ao longo do sistema, a instabilidade desses carbonatos promovem a formao de CO2, acarretando a cavitao e comprometimento estrutural de uma instalao. A desestabilizao desses compostos feita com aplicao de uma resina catinica fraca, que altera o balano qumico de H+ livres na gua de forma a eliminar o risco de formao de CO2 e outros elementos que do dureza a gua. 4.3.3. Aplicao em Polimento Os leitos de polimento so equipamentos projetados e desenhados para trabalharem com os dois tipos de resinas misturadas, proporcionando uma remoo simultnea de ctions e radicais aninios em uma nica passagem pelo leito. O polimento , normalmente, aplicado em seqncia desmineralizadores onde devemos alcanar um alto nvel de pureza. No entanto, a mesma tecnologia se permite aplicar no que, normalmente, chamamos de leitos mistos de trabalho, ou seja, equipamentos desenhados para desmineralizao de gua bruta em uma nica passagem.

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O projeto de um vaso que opera um leito misto deve contemplar um tubo coletor instalado na altura terica da coluna catinica. Uma das etapas da regenerao de um leito misto implica na separao das resinas. Com a inundao do leito, as resinas catinicas de maior densidade comeam a se acomodar no fundo do vaso, enquanto as aninicas de menor densidade se acomodam acima do tubo coletor. Aps essa separao, o processo de regenerao consiste na injeo simultnea dos qumicos: soda custica por cima na regenerao das resinas aninicas - e cido clordrico por baixo - na regenerao das resinas catinicas. Esse efluente percola pela tubulao intermediria, formando uma soluo neutralizada. Para retomada do regime de operao, necessrio misturar, novamente, as resinas com a injeo de ar por 10 ou 20 minutos antes de coloc-la em operao. A operao desse tipo de vaso sempre descendente. 4.3.4. Aplicao em Descolorao A descolorao da guas industriais e efluentes pode ser feita com resinas de troca inica com alto grau de sucesso. No entanto, o cuidado na hora de escolher suas resinas garante vida longa e o melhor retorno econmico para sua aplicao. Os compostos orgnicos da gua podem ser agrupados em duas grandes categorias: a) Insolveis Micro-particulas animais e vegetais; Material humico; leos vegetais e minerais; b) Solveis Espcies fulvicas e humicas; Sintticos industriais orgnicos; Sacardeos, alguns amino-acidos e protenas; 17

Enquanto os compostos insolveis normalmente podem ser removidos por coagulao os compostos solveis assumem as mais diversas formas de estrutura molecular. 4.3.5. Aplicao em Purificao Os purificadores de gua industriais ou residenciais garantem a qualidade da gua consumida pelas pessoas e animais na ingesto direta, na preparao, limpeza e cozimento de gneros alimentcios. O sistema mais completo, alm de apresentarem elementos filtrantes, garante a purificao da gua com o controle fsico e qumico dos sais e com o auxlio de resinas de troca inica. 4.3.6. Aplicao em Remoo de Nitratos A remoo de nitratos se aplica em sistemas de potabilizao de gua, onde esse radical aninico se apresenta acima dos padres recomendados pela OMS (Organizao Mundial de Sade), ou seja, 40ppm. Geralmente para a remoo de nitratos utiliza-se resina com grupo funcional de amnia quartenria. 4.3.7. Aplicao em Recuperao de Efluentes Seja no enxge ou no acabamento de uma srie de itens manufaturados, no geral, as indstrias utilizam grande volume de gua nas mais diversas etapas da cadeia de produo. Esses efluentes aquosos, muitas vezes, podem conter elementos valiosos, que podem ser recuperados, ou compostos txicos, que devem ser removidos antes de expostos ao meio ambiente. A gua em si pode ser recuperada e reutilizada, trazendo consigo grandes benefcios econmicos na produo. A aplicabilidade de resinas de troca inica na recuperao de efluentes industriais invariavelmente focada na purificao de uma gua que seja a mais adequada para o reuso do seu processo. Na indstria galvnica, por exemplo, aplica-se para: reuso de gua de enxge, recuperao de banhos de decapagem / desoxidao, banhos de HCl, banhos de H2SO4, banhos de H3PO4, banhos de anodizao de alumnio (Al), reclassificao de efluentes, remoo de metais pesados, remoo de cromo (Cr), remoo de Cianetos, remoo de compostos clorados, remoo de solventes, recuperao de produtos valiosos, catalisadores base de planita (Pt), ouro (Au), prata (Ag), cobre (Cu). 4.3.8. Aplicao em Catalise Qumica Catlise o termo genericamente usado para descrever um processo qumico que sofre aumento de taxa de converso ou tem sua converso influenciada pela presena de uma determinada substncia (o catalisador) que no consumida na reao e pode ser removida na seqncia dos processos desde que isso no se constitua como impureza: As catlises podem ser classificadas como: 18

a) Catalisadores solveis no meio reativo, resultando em uma catlise homognea; b) Catalisadores insolveis, resultando em uma catlise heterognea; As resinas de troca inica podem ser utilizadas como catalisadores cidos ou bases insolveis. As cargas fixas de resinas catinicas e aninicas as fazem poderosos meios de reao como acontece em sua aplicao mais usual, no tratamento de gua. As vantagens de se utilizar uma resina de troca inica como catalisador de uma reao so: podem ser reutilizados aps a regenerao, reduo dos problemas de corroso (j que H+ e OH- esto fixos em um meio slido), podem ser separados facilmente do meio reativo por se manterem slidos, podem ser aplicados em processos em fase gasosa, podem ser aplicados em processos contnuos. 4.4.TIPOS DE APLICAES 4.4.1. Desmineralizao de Leite: Na fabricao de produtos lcteos como iogurtes e leite em p, depois da desnatao, o soro do leite deve ser desmineralizado, garantindo a qualidade dos produtos fabricados.

4.4.2. Sucos de Frutas: Uma das grandes riquezas tropicais o cultivo de frutas ctricas e silvestres em larga escala, alm da potncia do mercado exterior, que cada vez mais busca novos sabores. As resinas de troca inica podem ser aplicadas nas seguintes cadeias produtivas: Suco de laranja: Remoo do limoneno (reduo do amargor), desacidificao. Suco de Uva: Desmineralizao, descolorao do mosto. Suco de ma: Desmineralizao, descolorao. Suco de abacaxi: Demineralizao. 19

4.4.3. Industria Sucro-Alcoeira: Na indstria sucro-alcoleira, alm do tratamento de guas industriais utilizadas em caldeiras e trocadores de calor, as resinas de troca inica da desempenham uma srie de papis importantes na cadeia produtiva. As resinas especialmente desenhadas para aplicaes da indstria aucareira, podem ser aplicadas na descolorao da calda de acar filtrada para o branqueamento desejvel em mercados internacionais parametrizados pela ICUMSA.

4.4.4. Indstria de Refrigerantes e Cervejas: A fabricao de cervejas e refrigerantes exige cuidados especiais, pois a gua desempenha o papel importante na composio desses produtos. Como qualquer outro insumo, independentemente do ponto de captao ou da poca do ano, a composio da gua deve ser acompanhada e enquadrada nos padres de formulao que o mercado conhece. As resinas de troca inica e os leitos filtrantes de carvo ativado so os responsveis pela melhor adequao da composio da gua. No processo de lavagem de garrafas de cerveja, muita gua pode ser reutilizada sem o comprometimento do sucesso dessa cuidadosa operao. Na produo de vinhos, as resinas de troca inica ainda podem ser aplicadas na estabilizao de processos fermentativos. 4.4.5. Indstria de Hidroponia: A cultura hidropnica umas das grandes responsveis fornecimento de verduras de qualidade em grandes centros urbanos. pelo

A correta nutrio dessas verduras a chave para o sucesso de produtividade e qualidade, alm de garantir uma produo livre de riscos para a sade do consumidor. Por isso desenvolveu-se uma linha de resinas capaz de 20

controlar a dosagem de nutrientes na sua cultura hidropnica para obter os melhores resultados.

4.4.6. Indstria de Gelatinas: O termo gelatina aplicado a uma srie de protenas derivadas da hidrlise do colgeno animal. As matrias primas para produo de gelatina so essencialmente obtidas de peles e ossos de animas abatidos, que depois de separadas, seguem por duas principais via de processo. Hoje, a aplicao da gelatina, alm da sobremesa, atinge medicamentos, cosmticos e desempenhar um importante papel nutricional quando incorporada a outros alimentos. Ao lado dos maiores produtores de gelatina do mundo as indstrias de resina buscam melhorar constantemente suas linhas de produtos que desmineralizam a gelatina, viabilizando seu processo de industrializao. Para esta aplicao utilizam-se resinas catinicas fortemente cidas ou aninicas fracamente bsicas nos sistemas desmineralizadores. 4.4.7. Indstria de Solventes Orgnicos: Na purificao e reuso de solventes orgnicos: cidos utilizados em seqncias de tratamento e decapagem na indstria metalrgica podem ser recuperados com trocadores contnuos que garantem melhor reaproveitamento dessas substncias, normalmente, descartadas. Com a utilizao de resina banhos de HCl e H2SO4 podem ser reutilizados continuamente sem o comprometimento de suas concentraes por xidos metlicos provenientes dessas matrias primas. Na indstria metalrgica, banhos de cromo podem ser purificados por trocadores inicos que utilizarem alguns tipos de resina. Banhos de pinturas por eletrodeposio (cataforese e anaforese) que, normalmente, so contaminados, comprometendo a qualidade do trabalho final, podem ser purificados com resinas CPM e APM. 4.4.8.Indstria de Limpeza: 21

Desinfeco de Resinas (Limpeza de bactrias e algas) Esse procedimento deve ser executado no seu leito de troca inica sempre que for constatada a presena de atividade microbiolgica, normalmente, causadas por bactrias ou algas nas resinas. Para o sucesso do procedimento de desinfeco, recomendamos que a resina a ser tratada esteja completamente saturada. Passos a serem seguidos: 1. Preparar uma soluo de 1 BV (volume de resina dentro da coluna) com 0.2% de cido peractico. 2. Introduzir a soluo at cobrir completamente as resinas (a melhor vazo de execuo de tal trabalho de 5BV/h e agitar com ar comprimido por 1 hora. 3. Lavar as resinas com condensado com vazo de 5 BV/h por 1 hora e, depois, com alta vazo por mais 30 minutos. 4. Executar todos os procedimentos de regenerao e retornar ao uso. Remoo de Ferro O Ferro pode estar presente na gua sob vrias resultados. Em uma concepo mais prtica, nestes casos, entendido como em seu estado trivalente quando em contato com a resina. Nesse estado, o ferro acumulado dentro de leitos com resinas catinicas e essa impregnao compromete o xito dos sucessivos procedimentos de regenerao. Alm do ferro solvel ionizvel na gua pode tambm ocorrer a presente na gua alimentada ao sistema trocador ferro precipitado sob a forma de bicarbonatos ou ainda hidrxidos de ferro. Nesse caso, o bloqueio do Ferro na resina fsico, entupindo os canais internos da resina onde ocorre a troca. Causando, assim, o aumento da perda de carga no sistema e a deteriorao genrica do seu leito de resinas.

Aes Remediativas A remoo do Ferro insolvel presente na gua alimentada deve ocorrer antes na estao de troca inica. Quando as precaues necessrias no forem tomadas, a resina, provavelmente, se encarregar da remoo desse elemento e, assim, alguns procedimentos especiais devero ser considerados: 1. Reduo do Ferro trivalente (frrico) para bivalente. Assim, nesta forma, ele ir se solubilizar e ser removido. 22

2. Solubilizao do Ferro trivalente em soluo de HCl (em vasos catinicos). 3. Formao de complexos frricos com orgnicos presentes na gua, ocasionando a reteno desses compostos no leito aninico. 4.4.9. Indstria de Ao, Metais e Superfcies: A indstria galvnica costumeiramente utiliza grandes volumes de gua no processo de manufatura de seus produtos intermedirios e acabados. Os efluentes industriais dessas linhas podem ainda conter elementos de alto valor econmico que podem ser recuperados como: platina, ouro, prata e cobre. Em outros casos, elementos txicos como cianetos e o mercrio devem ser removidos para uma destinao final mais adequada. O reciclo das guas de enxage traz alm de um benefcio econmico, um compromisso de responsabilidade ambiental na otimizao da utilizao dos recursos hdricos disponveis. As resinas seletivas podem ser aplicadas em conjunto com resinas convencionais em plantas galvnicas, com diferentes seqncias de tratamento de superfcies, seja por imerso ou por jateamento de gua. A reduo e o controle desses contaminantes permitem uma produo mais limpa mantendo seus equipamentos livres de incrustaes, que muitas vezes comprometem a qualidade final do produto.

4.4.10.Indstria Qumica e Petroqumica: A indstria qumica e petroqumica ainda conta com a utilizao de resinas especiais que catalisam o processo de esterificao de metacrilatos, etilcrilatos e ebutilcrilatos.

Eterificao de: MTBE, ETBE, TAME, TAEE.

4.4.11.Abrandamento e Desmineralizao: 23

A presena de carbonatos e sulfatos de clcio e magnsio dissolvidos impedem a formao de uma espuma de sabo, causando o que chamam de dureza da gua. A principal causa da gua dura o hidrogeno combinado com o carbonato de clcio dissolvido conceitualmente, ou seja, uma gua dura aquela que apresenta concentrao elevada desses sais diludos. Assim, para garantir o melhor funcionamento de equipamentos trocadores de calor como: Sistema abrandador com resinas

Sistema desmineralizador

Os sais dissolvidos e ionizados presentes na gua transformam-na em um eletrlito capaz de conduzir a corrente eltrica. Como h uma relao de proporcionalidade entre o teor de sais dissolvidos e a condutividade eltrica, podemos estimar o teor de sais pela medida de condutividade de uma gua. A medida feita por meio de um condutivmetro e a unidade usada o MHO (inverso de OHM, unidade de resistncia). Como a condutividade aumenta com a temperatura, usa-se 25C como padro, sendo necessrio a correo da medida em funo da temperatura, se o condutivmetro no o fizer automaticamente. Para as guas subterrneas, as medidas de condutividade so dadas em micro MHO/cm.

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OBS: No Sistema Internacional de Unidades, adotado pelo Brasil, a unidade de condutncia siemens (S). Para as guas subterrneas, usa-se a unidade microsiemens por centmetro (S/cm). Desmineralizao com leito de polimento Para gua com um grande nmero de slidos dissolvidos, alm de um trem desmineralizador com as resinas, pode se instalar na seqncia um equipamento trocador inico que trabalha com ambas resinas nos seus graus uniformes, polindo esses eventuais slidos para entregar uma gua de qualidade superior.

5. CONCLUSO Pode-se concluir atravs da apresentao deste trabalho que a gua o insumo mais importante de uma variada gama de indstrias, e que, alm de sua abundncia, sua qualidade um fator de extrema importncia, necessitando assim para muitas aplicaes a gua captada e distribuda para as indstrias passar por um pr- tratamento afim de que seu grau de pureza atenda as normas estabelecidas. 25

Para isso as indstrias tm investido em estudos e elaborao de diversos tipos de resinas de troca inica, no s para um pr-tratamento, mas tambm com o intuito de possibilitar o reuso das guas de processos, minimizando assim os descartes de efluentes no meio ambiente.

6. REFERNCIAS Artigo - Tratamento de Efluentes e Destinao dos Resduos de Ensaios por Lquidos Penetrantes 6 Conferencia Sobre Tecnologia e Equipamentos.Site: http//: www.perulite.com.br , ltimo acesso dia 08/03/2011 as 09:15h.

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Artigo Cientifico Sade Unipar, set/2010 Influncia da -Galoctosidade na tecnologia do leite e na m digesto da lactose.

Reportagem Tecnologia para Tratamento de gua www.ambientebrasil.com.br, ultimo acesso dia 08/03/2011 as 09:53h.Troca Inica http//: www.yete.com.br, ultimo acesso 08/03/2011 as 10:09h Artigo Cientifico As Vantagens da Etrodeionizao Gehaka Transferncia de massa por troca inica - Professor: Samir Aride -2009/2

http//:

Remoo de Metais Pesados em Soluo de Zeolitas Naturais - Revista do Instituto Geolgico, So Paulo, 27-28 (1/2), 65-78, 2007. Estudo de propriedades de Troca-Inica do Zelito A sintetizado e natural Universidade Estadual de Gois UEG Manual de Conservao e Reuso de gua na Indstrias FIRJAN SEBRAE RJ. Artigo Cientifico - gua e Reuso na Industria de Alimentos. Documento Tcnico Troca Inica Kurita do Brasil.

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