Os desmineralizadores são um componente frequentemente negligenciado do tratamento de água industrial. Como o mau funcionamento do desmineralizador pode causar problemas nos processos posteriores, é importante identificar e tratar os problemas precocemente para reduzir o impacto negativo em suas operações.
O que é desmineralização?
A desmineralização é um processo para a produção de água de alta pureza usando a troca iônica. É comumente usado em setores como fabricação de semicondutores e produtos farmacêuticos, bem como em aplicações de água de alimentação de caldeira de alta pressão. A desmineralização é obtida usando desmineralizadores, que são produtos químicos usados para remover minerais da água.
Visão geral do fluxo do processo do desmineralizador
O esquema abaixo mostra o fluxo do processo de uma unidade de cátion até um polidor de leito misto. (Um fluxo de desmineralização básico incluiria apenas uma unidade de cátion e uma unidade de ânion.)
A água de entrada está cheia de íons: cátions como cálcio, magnésio, sódio e potássio, e ânions como fosfato, alcalinidade, sulfato, cloreto, nitrato e sílica. Os sistemas desmineralizadores removem esses íons da água destinada a processos de alta pureza.
Os cátions são primeiro removidos da água na unidade de cátions. Os íons de hidrogênio são trocados das esferas de resina pelos cátions na água de entrada, reduzindo o pH. Os ânions restantes se combinam com íons de hidrogênio para formar seus ácidos correspondentes e sulfeto de hidrogênio (H2S), se presentes.
A água então passa através de um desgaseificador para retirar o dióxido de carbono (CO2) da água e expeli-lo para ajudar a reduzir a carga aniônica para a unidade de ânions.
Finalmente, a unidade de ânions remove ânions da água através da troca iônica, liberando íons de hidróxido no fluxo de ânions. A água que sai da unidade de ânions será relativamente pura, provavelmente sob condutividade de 2 μS, e conterá apenas baixos níveis de sódio e sílica. Algumas aplicações, particularmente caldeiras de alta pressão, podem precisar passar a água através de um polidor de leito misto para tratamento adicional.
Dois problemas principais com desmineralizadores
1. Execuções curtas
Uma execução curta indica baixo rendimento. A qualidade da água produzida pode ser aceitável, mas a condutividade e/ou ruptura de sílica ocorre precocemente, e o sistema produz menos galões de água de processo entre regenerações.
2. Alta fuga
Alto vazamento refere-se à piora da qualidade da água durante todo o ciclo de serviço. Isso pode incluir níveis mais elevados de sódio ou sílica, dependendo da causa.
Melhores práticas de solução de problemas do desmineralizador
A importância de manter registros
A manutenção de registros é um componente fundamental da solução de problemas de desmineralizadores. As principais métricas de tendência estabelecem as bases para o diagnóstico de problemas do sistema.
No mínimo, recomendamos acompanhar os seguintes dados:
- Duração da corrida após cada regeneração: quantos galões de água são produzidos em um determinado trem entre regenerações.
- Duração do enxágue: quanto tempo as unidades de ânions ou leitos mistos levam para enxaguar de acordo com as especificações.
- pH e condutividade da água bruta, efluente de cátions e efluente de ânions.
- Análise regular de sílica do efluente de ânions: investir em analisadores de sódio ou sílica on-line pode ser uma ótima maneira de solucionar problemas do sistema.
- Análise anual da resina: Envie amostras de núcleo para um laboratório analítico para ajudar a determinar o que pode estar contribuindo para a incrustação da resina (por exemplo, orgânicos ou lodo).
- Amostras trimestrais de água de fonte. As fontes de água podem mudar, especialmente rios e águas de superfície, por isso recomendamos monitorar regularmente as amostras para rastrear quaisquer mudanças na composição da água.
- Inspeção anual da embarcação para garantir que os componentes internos da embarcação estejam em bom estado, as laterais e telas estejam intactas etc.
Solução de problemas de execuções curtas
Mudanças na qualidade da água de alimentação
A qualidade da água de alimentação pode variar ao longo do ano. Um sistema desmineralizador é projetado para um número definido de íons, e as mudanças de condutividade afetarão o rendimento do sistema.
Por uma questão de simplicidade, a água com condutividade de 100 μS tem cerca de metade do número de íons que a água com 200 μS. Portanto, um desmineralizador que processa água com condutividade de 200 μS terá aproximadamente metade do rendimento de um sistema que processa água com condutividade de 100 μS. Essa mudança na taxa de transferência pode ser interpretada erroneamente como uma execução curta, mas na verdade não indica um problema no sistema.
A baixa condutividade da fonte de água pode, muitas vezes, mascarar o baixo desempenho da resina porque os rendimentos são mais longos. À medida que a condutividade aumenta, ela pode causar possíveis problemas de desempenho, portanto, garantir a operação adequada do desmineralizador é importante para manter a saúde do sistema.
Perda de resina
A perda de resina leva à redução da produção de água, causando execuções curtas. Ela pode ser desencadeada pela retrolavagem a uma taxa de fluxo muito alta, que levanta resina e sólidos da unidade.
Recomendamos verificar os níveis de resina sempre que o recipiente for aberto. Os níveis de resina devem estar aproximadamente 6 polegadas abaixo do seu distribuidor regenerante (verifique os esquemas para confirmar a posição das laterais regenerantes). Se a resina for perdida, ela precisa ir a algum lugar: verifique onde a retrolavagem descarrega para determinar se alguma resina foi perdida.
Taxas de retrolavagem sazonal
A densidade da água varia com a temperatura (a água fria é mais densa do que a água morna), portanto, as taxas de retrolavagem podem precisar mudar com as estações. Uma taxa de fluxo de retrolavagem única e definida pode matar o desmineralizador no verão ou fornecer fluxo excessivo no inverno. Dependendo de onde sua instalação estiver localizada, o fluxo de retrolavagem ideal para os meses de verão pode ser muito maior do que o necessário para o inverno. A retrolavagem ideal para a maioria das resinas é 50% de expansão do leito.
Sujeira
Quando a retrolavagem não ocorre conforme necessário, os sólidos da água de alimentação se acumulam na resina, causando incrustação de lama ou lodo, também conhecida como incrustação de sólidos suspensos totais (TSS). A incrustação também pode ser causada por problemas com um clarificador upstream. Em geral, a água afluente para as unidades de cátion não deve ter mais de 5 Ntu de TSS.
A incrustação de lama pode ser tratada por:
- Estender a retrolavagem ou aumentar a taxa de fluxo de retrolavagem para expandir o leito o máximo possível sem perder resina.
- Esfregar ao ar ou usar uma lança de ar para quebrar aglomerados de lama na cama antes de lavar novamente.
- Aplicação de surfactantes à resina limpa (normalmente enquanto o equipamento está off-line).
Canalização
A incrustação de sólidos e lodo pode levar à canalização, o fluxo preferencial através de uma porção do leito de resina. Quando lama ou lodo e sólidos sujam um leito de resina, a água fluirá pelo caminho de menor resistência, criando grandes cânions ou rachaduras. A retrolavagem insuficiente é uma causa importante de canalização.
Para testar a canalização, execute uma regeneração manual e deixe a unidade retrolavar. Após a retrolavagem, pule todas as outras etapas de regeneração até o enxágue rápido. Se a qualidade da água retornar, sua cama foi canalizada e a resina pode precisar ser limpa.
Uma observação rápida sobre camas embaladas
Os desmineralizadores de leito compactado produzem água de excelente qualidade com menor vazamento do que as unidades regeneradas de corrente concomitante. No entanto, a resina é embalada entre duas placas nesses recipientes, não deixando espaço para que ela se expanda durante a retrolavagem para remover sólidos. Os leitos embalados exigem tanques externos de retrolavagem onde a resina possa ser removida do recipiente de serviço para ser felpudo e limpo de sólidos a cada 1–4 meses. Se o seu sistema não tiver um tanque de retrolavagem, certifique-se de que a água de alimentação seja de alta qualidade, com um índice de densidade de silte (SDI) de menos de 5.
Degradação de resina
Danos químicos: A resina pode se degradar quimicamente, causando execuções curtas e maior vazamento. Se um residual de cloro livre for transportado da frente da fábrica através do clarificador para o sistema desmineralizador, a resina de cátion se torna suscetível a danos por cloro. Desclorar a água antes de entrar nas unidades de cátion é uma prática recomendada para mitigar esse problema.
Danos por temperatura: A resina de ânion é suscetível a danos causados por altas temperaturas. As resinas estirênicas têm um limite de temperatura de 140°F (para resina tipo I) ou 95-105°F (para resina tipo II). As resinas acrílicas têm um limite de temperatura de aproximadamente 90–95°F. Esteja ciente desses limites e monitore a temperatura ambiente da água afluente à medida que a soda cáustica é aquecida para regeneração.
Solução de problemas de fuga aumentada
Regenerações ruins
Uma das principais causas de execuções curtas e alto vazamento é a má regeneração. As unidades são projetadas para uma quantidade definida de alimentação ácida e cáustica. Se o ácido ou a substância cáustica forem subalimentados durante uma regeneração, isso pode resultar em execuções curtas e maior vazamento. Ácido e cáustico devem ser alimentados nas dosagens e concentrações corretas.
O ácido sulfúrico é tipicamente alimentado a 4-10 lbs. de ácido por pé cúbico de resina, e a soda cáustica é alimentada a 3-8 lbs. por pé cúbico de resina de ânion. As concentrações recomendadas são de 1–5% para ácido e aproximadamente 4% para cáustico.
Solução de problemas com estudos de eluição
Os estudos de eluição medem as concentrações regenerantes dentro e fora do recipiente com um hidrômetro para determinar a concentração. Valores regenerativos fora do vaso devem se aproximar lentamente da concentração que entra no vaso.
Observação importante: Ao realizar a medição do hidrômetro, a temperatura também deve ser medida, pois aumentará durante a reação exotérmica de ácido e soda cáustica. A leitura do hidrômetro precisará ser corrigida com o uso de uma tabela de compensação de temperatura.
A curva acima fornece um exemplo dos resultados do estudo de eluição para uma unidade de cátion. A linha cinza representa a porcentagem de ácido na unidade de cátion medida por um medidor de condutividade de alta faixa. A linha laranja representa a porcentagem de ácido medida por um hidrômetro, e a linha azul mostra a porcentagem de ácido saindo do recipiente.
Essa regeneração exigiu uma etapa ácida de 3% e uma etapa ácida de 6%. A sonda de condutividade de alto intervalo mostrou que as concentrações de ácido alvo estavam sendo alcançadas, mas a amostragem manual do hidrômetro indicou que o ácido foi subalimentado em pelo menos 1% em cada etapa. Após calibrar o medidor de condutividade, a fábrica alcançou níveis operacionais adequados.
Incrustação por dureza na resina de cátion
A incrustação por dureza ocorre quando a dureza precipita como sulfato de cálcio no leito de resina, causando alto vazamento e execuções curtas. Ao usar ácido sulfúrico, é importante prestar muita atenção à concentração de ácido no sistema. A regeneração do ácido sulfúrico faz com que o cálcio e o bário da resina reajam com os sulfatos para formar e precipitar o sulfato de cálcio (gesso). A adição de ácido em etapas pode evitar precipitação de dureza.
Começando com uma concentração de ácido mais baixa, alimente 1–2% de ácido sulfúrico para regenerar o leito e, em seguida, aumente a concentração para 2–5% para obter boa regeneração sem o risco de precipitação de sulfato de cálcio. As concentrações adequadas de ácido para adição gradual de ácido devem sempre ser calculadas; sempre consulte o fabricante da resina antes de alterar as concentrações de ácido.
Solução de problemas
A precipitação de sulfato de cálcio aparecerá como flocos brancos e nevados na amostra de saída de ácido. Isso indica uma das duas coisas:
1. A taxa de fluxo de diluição é muito lenta, ou
2. A injeção de ácido na primeira etapa é muito alta (potencial dureza suja no leito de resina)
Incrustação orgânica
A incrustação orgânica é um problema comum para desmineralizadores, particularmente em sistemas que usam água de superfície para maquiagem. Ela causa longos tempos de enxágue dos ânions e ciclos mais curtos.
Solução de problemas com estudos de eluição de unidade aniônica
Se você suspeitar que seu sistema está sujo com orgânicos, monitore a cor da saída durante a injeção cáustica. Se escurecer até uma cor semelhante ao chá, aproximando-se de 8 a 12 na escala VCS, a resina de ânion provavelmente está organicamente suja.
O que causa incrustação orgânica?
As águas de superfície são carregadas com taninos e ligninas, que são moléculas de ácido orgânico de cadeia longa. Com carga negativa, essas moléculas se comportam como ânions na água de alimentação e se fixam à resina de ânions. Uma vez ligadas a grupos funcionais carregados positivamente na resina de ânion, as moléculas de cadeia longa são envolvidas na resina e bloqueiam outros locais de troca iônica.
Quando a substância cáustica é adicionada durante a regeneração, os íons de sódio se ligam aos locais restantes nas moléculas de cadeia orgânica carregadas negativamente. Eles eluirão lentamente durante o enxágue rápido e estenderão os tempos de enxágue. Como resultado, longos tempos de enxágue também são um bom indicador de incrustação orgânica.
Observação: A remoção de orgânicos da resina de ânion não será 100% eficaz. Normalmente, a porcentagem de orgânicos restantes na resina Tipo I é de 70%. Com o tempo, esses orgânicos se acumulam e uma compressão cáustica da salmoura precisará ser realizada para removê-los.
Tratamento de incrustação orgânica: Brinco cáustico
Uma compressão de salmoura cáustica é um método preventivo para incrustação orgânica de resina de ânion.
Para água afluente com alto teor de orgânicos, como água de rio, pode ser necessário um aperto cáustico de salmoura pelo menos 2–4 vezes por ano.
Procedimento de aperto cáustico da salmoura
(Esta é uma breve visão geral do procedimento; consulte seu fornecedor de tratamento de água antes de realizar uma compressão de salmoura cáustica para garantir que todas as etapas necessárias sejam tomadas.)
1. Injete 2–3% de soda cáustica a 95 °F por 20 minutos e, em seguida, enxágue a soda cáustica da unidade
2. Injete com salmoura a 8–10% ou cloreto de sódio e deixe a resina de molho por 40 minutos
3. Repita esse processo até que a cor da solução de limpeza clareie para uma cor semelhante a um chá
Incrustação de ferro
O ferro pode sujar a resina de cátions, resultando em execuções curtas. Altas concentrações de ferro associadas ao uso de água de poço, cloreto férrico ou sulfato férrico podem resultar em precipitação de ferro no leito de resina. A incrustação de ferro é bastante fácil de detectar com uma avaliação de amostra de resina fora do local. As amostras devem ser coletadas sempre que um recipiente estiver aberto e pelo menos uma vez por ano.
Sistemas com ferro podem ser tratados com limpadores de ferro, como o RL2016 da ChemTreat.
Incrustação de coagulante
Coagulantes que podem sujar a resina de cátion incluem DADMAC ou coagulantes orgânicos como poliamina. Coagulantes orgânicos têm alta carga positiva e alto peso molecular. A carga positiva se ligará à resina de cátion e se ligará, essencialmente irreversivelmente. A dosagem de DADMAC deve ser rigorosamente controlada porque a incrustação de DADMAC também é frequentemente irreversível e a sobrealimentação pode sujar a resina de cátion a jusante.
A incrustação DADMAC causa um efeito de “bolsa plástica”, como se uma bolsa plástica estivesse presa na resina, impedindo que íons maiores se movam através da cama e causem vazamento de dureza. Se houver suspeita de incrustação coagulante, o teste de corante azul de metileno pode ser executado em uma amostra enviada para fora do local. O teste laboratorial externo avaliará se a resina absorve o corante, o que indicaria incrustação coagulante.
Inspeções internas de vasos
É uma prática recomendada inspecionar as partes internas da embarcação anualmente. Durante essas inspeções, uma amostra de resina de núcleo deve ser coletada e os seguintes itens devem ser observados:
Forro interno
- Está intacto? Ou está rachado ou borbulhado?
- Há lodo ou incrustação biológica presente?
- Há um revestimento marrom (ferro) ou branco (cálcio) no interior?
Distribuidores
- As laterais e os distribuidores são uniformes?
- As orientações do orifício de pulverização estão corretas?
- As embalagens da tela estão intactas?
- A corrosão está ocorrendo?
A parte superior do leito de resina
- Os sólidos são óbvios e presentes?
- Há canalização na cama?
- Há alguma substância oleosa na cama?
- Marque a altura da resina; a resina precisa ser adicionada?
O formato da cama tem uma parte superior plana e uniforme?
Problemas com o descarbonator
Os descarbonatores tendem a ser negligenciados com mais frequência do que os desmineralizadores. Esses sistemas removem CO2 e H2S e, se estiverem funcionando incorretamente, causarão execuções curtas. Se houver suspeita de um problema de descarbonator, verifique as concentrações de CO2 dentro e fora da unidade para determinar a eficiência da remoção de CO2.
Os descarbonatores atuam como purificadores de ar gigantes. Se seus filtros estiverem falhando ou puxando ar sujo, eles podem contribuir para a incrustação da unidade de ânion a jusante. Problemas adicionais podem incluir distribuição incorreta de pulverização, fluxo de ar inadequado e um elemento de embalagem colapsado ou biologicamente sujo.
Três coisas a procurar ao solucionar problemas de cama mista
Os leitos mistos devem ser enxaguados até aproximadamente 0,1 ou 0,2 μS dentro de uma hora. Um tempo de enxágue mais longo indica um problema com o sistema. Nesses casos, há três coisas principais a serem verificadas.
1. Separação incompleta da resina de cátion e ânion após a retrolavagem: Deve haver uma separação clara e nítida entre as duas resinas. Se a separação for ruim, pode ocorrer contaminação cruzada durante a regeneração, causando tempo de inatividade prolongado do enxágue.
2. Etapa de mistura ruim: O fluxo de ar durante a etapa de mistura deve ser violento e atingir o fluxo de ar alvo.
3. Falha na drenagem adequada: O leito deve ser drenado antes da mistura para o nível correto. Se estiver drenando muito alto ou muito baixo, não ocorrerá uma boa mistura.
Precisa de ajuda para solucionar problemas de desmineralizadores?
A ChemTreat está aqui para ajudá-lo a solucionar problemas de seus desmineralizadores e sistemas de água associados. Podemos ajudá-lo a analisar a resina, e nossos especialistas técnicos e a equipe local podem identificar problemas e criar um plano de tratamento mais adequado às necessidades de sua instalação.
Assim como ocorre com todas as outras tecnologias, a devida diligência é necessária para determinar a viabilidade da utilização desses métodos. É sempre importante consultar seus manuais e guias de equipamentos e buscar orientação de seu representante local de tratamento de água para atender às suas necessidades específicas.
