Desenvolvimento de equipamento, técnica de separação e regeneração de resinas de troca iônica para purificação de água

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Iniciação Científica

Autores

Hamada, A.M.O. (IFSP - CAMPUS CAPIVARI) ; Caris, N.A. (IFSP - CAMPUS CAPIVARI) ; Rocha, A.A. (IFSP - CAMPUS CAPIVARI)

Resumo

Nos laboratórios de química do IFSP Campus Capivari, não existe sistema adequado e eficiente para a purificação de água que atenda a demanda dos mesmos, existindo apenas um destilador de baixa capacidade e eficiência. Outro agravante é o alto consumo de energia elétrica e água para operacionalização do mesmo. Assim, o projeto visa desenvolver, fabricar e testar um equipamento para purificar, separar e regenerar resinas de troca iônica saturadas. Para isso, está em desenvolvimento um sistema de purificação de água, com a utilização de resinas de troca iônica e matérias primas de baixo custo. O equipamento será construído no formato cilíndrico com saídas laterais e de fundo, para facilitar a drenagem das resinas separadas e o acoplamento de barriletes com soluções regenerantes.

Palavras chaves

Água deionizada; Purificação de água; Resinas de troca iônica

Introdução

Em via da sustentabilidade, uma das maiores preocupações é o uso indiscriminado da água. A sociedade brasileira, passando atualmente por uma crise hídrica, necessita de medidas para diminuir o uso desnecessário dessa. Nesse contexto o projeto foi criado, pois, atualmente, nos laboratórios de química do IFSP Campus Capivari, não existe sistema adequado e eficiente para a purificação de água que atenda a demanda dos mesmos, existindo apenas um destilador de baixa capacidade e eficiência. Tendo ainda, como agravante, o alto consumo de energia elétrica e água para operacionalização do mesmo. Desse modo, tem-se como objetivo do projeto desenvolver e fabricar equipamentos para purificação de água de baixo custo, com a utilização de resinas de trocas iônicas e matérias primas de baixo custo, a serem estudadas e testadas em relação à sua efetividade. O equipamento será construído no formato cilíndrico com saídas laterais e de fundo, para facilitar a drenagem das resinas separadas e o acoplamento de barriletes com soluções regenerantes. Para tanto será utilizado um modelo tradicional de deionizador já existente no laboratório, embora não em funcionamento. Para separação das resinas será utilizada solução de NaCl comercial; para regeneração das resinas catiônicas será utilizado ácido clorídrico e; para as aniônicas hidróxido de sódio ou outros reagentes que reduza o tempo de regeneração e apresentem resultados adequados, ou seja, com condutividade elétrica abaixo de 2 μS cm-1. E por fim, o projeto visa testar e aperfeiçoar as condições operacionais do equipamento construído, com o intuito de, em sua finalização, instalá-los a fim de suprir toda a demanda de água dos laboratórios do IFSP Campus Capivari, e diminuir os gastos com energia e água.

Material e métodos

Para melhor conhecer o funcionamento de um deionizador, utilizou-se um modelo tradicional já existente no laboratório, o qual estava inativo. Colocou-se o equipamento em funcionamento e fez-se o estudo das vazões de água, comparando os resultados obtidos com os resultados do destilador, até então, o único equipamento utilizado para a purificação de água ativo no Campus. Após alguns dias, o deionizador foi desativado, pois a resina havia saturado. Para colocar tal sistema em funcionamento novamente, iniciaram-se testes para a regeneração dessa resina. Primeiramente, apesar de conhecido o tipo de resina a ser trabalhada, fez-se um teste para a identificação de seu tipo, observado através do valor de pH. Obtido o resultado do teste de identificação da resina, iniciou-se o processo de separação da resina com solução de NaCl, caracterizada por duas etapas. Na primeira, a resina – situada em um Recuperador de Resinas TE 308, presente no laboratório até então inativo – é preenchido com solução 10% de NaCl para separação parcial; na segunda etapa, a solução anteriormente inserida é drenada, e a coluna com a resina é preenchida com solução de NaCl a 70° C – Solução supersaturada a 80°C, esperou-se a solução resfriar a 70° C para a adição na resina – para a total separação da resina, a qual acontece através da flotação, sendo a resina aniônica aquela que flota. Em seguida a resina de menor densidade, foi retirada com uma mangueira de silicone e colocada em um Becker, portanto tem- se as resinas aniônicas e catiônicas definitivamente separadas. Para finalizar o processo de separação da resina, lava-se ambas as resinas com água destilada em abundância. O trabalho ainda se encontra em andamento, portanto a próxima etapa já está em estudo, sendo ela a regeneração de cada resina.

Resultado e discussão

Ao inicio do uso do deionizador, nota-se que não há o desperdício algum, sendo necessário somente a regulagem da vazão de entrada e o uso de energia elétrica ser mínimo. Para melhores estudos, foi feita a análise das vazões do destilador e do deionizador cronometrando o preenchimento de uma proveta para tais cálculos. A partir disso, tem-se para o destilador 126 L/h de água desperdiçada para 5 L/h de água destilada, evidenciando que o equipamento permanecia em funcionamento doze horas por dia. Com o deionizador há uma vazão de entrada menor e uma produção maior de água purificada, 7,5 L/h, sem volume de água perdido. Após algumas semanas, o deionizador foi desativado, e iniciou-se o trabalho com a resina contida nele. Primeiramente fez-se a identificação do tipo de resina, para certificar que a resina trabalhada era mista. Tanto o teste para resina aniônica quanto para a catiônica foram positivos, logo, deduz-se que esse resultado foi obtido porque a resina é catiônica e aniônica, ou seja, mista. Certificado o tipo de resina, deu-se início ao processo de separação da resina, uma vez que não existe método de regeneração da resina mista. A separação é feita com solução de NaCl. Primeiro adiciona-se solução de NaCl 10% para separação parcial, onde nota-se uma quantidade de resina aniônica (menos densa e mais clara) acumulada na parte superior das resinas (Figura 01). Após drenar essa solução, é adicionada a solução de NaCl a 70° C (supersaturada a 80ºC), que faz a separação total das resinas. Vê-se em suspensão a resina mais clara e de menor densidade, a resina Aniônica; e a resina catiônica, de coloração mais escura e maior densidade, permanece no fundo da coluna (Figura 01). Por fim a resina é definitivamente separada, com o auxílio de uma mangueira de silicone

Resina parcialmente separada na coluna esquerda e separação total na coluna do lado direito.

Conclusões

Ao contrário dos demais processos de purificação de água, o emprego de colunas de resinas trocadoras de íons evita desperdício de água, sendo ainda favorecido pela simplicidade da técnica, durabilidade das resinas e alta pureza do produto obtido (1-2), apresentando maior complexidade somente na separação da resina mista, o que abre espaço a possibilidade de construir o equipamento com duas colunas, uma para cada tipo de resina, sem a necessidade da separação dessas, simplificando a regeneração dessas, e evitando gastos desnecessários.

Agradecimentos

Agradecemos aos nossos familiares, ao orientador Aderbal A. Rocha, à equipe do IFSP Campus Capivari e ao programa de Bolsa Discente pelo apoio e oportunidade.

Referências

1 - Abrão A. Operações de troca iônica. IAG: São Paulo, 1972.

2 - Bendassolli JA, Trivellin PCO, Carneiro Jr. F. Sistema desmineralizador de água de alta eficiência e baixo custo, utilizando resinas trocadoras de íons. Química Nova, v.19, n.2, p.195-199, 1996.