Produção de água ultrapura para caldeiras de alta pressão

A investida das usinas de açúcar e álcool em co-geração de energia impõe a busca por novas soluções para a produção de água desmineralizada (ultrapura) para as caldeiras de alta pressão, que estão instalando. Diferentes das caldeiras de baixa pressão, que operam com pressão em média, de 20 kg/cm2, as caldeiras de alta pressão necessitam de água de alta qualidade, ou seja, totalmente desmineralizada, com baixíssimo teor de sólidos totais dissolvidos. Isto representa uma nova realidade para as usinas, até então acostumadas a trabalhar com abrandadores ou apenas produtos químicos em suas caldeiras. Para atingir a qualidade de água de make-up requerida pelos fabricantes de caldeiras de alta pressão, as usinas estão optando por duas tecnologias: osmose reversa ou troca iônica, tecnologias que competem entre si, e às vezes, se complementam.

Osmose reversa e troca iônica – A tecnologia de osmose reversa nasceu nos anos 60, com o objetivo de dessalinizar águas salobras, ou água do mar, para abastecimento público. Esse uso é, ainda, o mais difundido no mundo para essa tecnologia.

O processo de osmose reversa é conhecido como a forma mais nobre e eficiente de filtração. Em termos simples, podemos caracterizar osmose reversa como um processo quase puramente físico.

Membranas de osmose reversa são filtros com porosidade tão baixa, que têm competência para remover íons, sais dissolvidos presentes em água.

O processo de osmose consiste na passagem da água bruta pelas membranas, sendo a mesma separada em dois canais: permeado e rejeito.

O permeado é o canal de água tratada ou desmineralizada. O rejeito é o canal de água concentrada. Na osmose reversa sempre há uma perda de água. Essa perda é necessária, pois os sais da água bruta não podem saturar na superfície das membranas, necessitando, portanto, serem conduzidos ainda dissolvidos pelo rejeito.

Por ser um processo físico, a limpeza das membranas é necessária quando ocorre seu entupimento, geralmente causado por sólidos suspensos ou colóides. A limpeza das membranas, no entanto, é química. Normalmente é feita a cada dois ou três meses. Com essas características, a osmose reversa é considerada um processo contínuo.

Já a troca iônica é um processo puramente químico. As resinas de troca iônica são pequenas esferas poliméricas carregadas com hidrogênio (resinas catiônicas) ou hidroxilas (resinas aniônicas). O processo de remoção dos sais por troca iônica é simples:

As resinas catiônicas trocam seus hidrogênios (H+) por cátions, como cálcio, magnésio, potássio, sódio etc.

As resinas aniônicas trocam suas hidroxilas (OH-) por ânions, como fluoretos, cloretos, sulfatos, bicarbonatos etc. A sílica (SiO2) também é removida pelas resinas aniônicas.

Como é um processo químico, quando a resina troca todos seus hidrogênios (catiônicas) ou hidroxilas (aniônicas) é necessário regenerá-las, pois encontram-se saturadas pelos sais que estavam antes na água.

Para repor hidrogênio nas resinas catiônicas, estas são regeneradas com um ácido. Normalmente é utilizado o ácido clorídrico, ou sulfúrico.

Já as resinas aniônicas são sempre regeneradas com soda cáustica, para reposição de hidroxilas.

Essas regenerações são feitas a cada 24 horas, em média, e o efluente gerado pelas mesmas deve ser tratado para descarte. Por tais características, diz-se que troca iônica é um processo intermitente.

Como escolher entre as tecnologias – Como existem diferenças básicas de processo entre as tecnologias de osmose reversa e troca iônica, a escolha da melhor opção é função direta da qualidade de água que a usina dispõe, como mostramos abaixo. A troca iônica é um processo químico, ou seja, os custos operacionais mais relevantes são as regenerações diárias, automação para realizá-las, o tratamento do efluente gerado. Já na osmose reversa, o custo operacional mais importante é o consumo de energia elétrica nas bombas de alta pressão. Em função dessas características, podemos inferir que para águas com maiores teores de sais dissolvidos, maior será o custo operacional da troca iônica. Isso deve-se ao fato de ser um processo químico. Para uma quantidade maior de sais, maior será o volume de resinas necessário para removê-los, mantendo-se o ciclo entre regenerações constantes. Da mesma forma, maior será o volume de ácido e soda consumidos no processo de regeneração das resinas. Como o processo de osmose reversa é físico, esse fator (quantidade de sais presentes na água) não é tão significativo para essa tecnologia.

Já para a osmose reversa, é necessário um pré-tratamento um pouco mais sofisticado, principalmente para águas superficiais, pois tais águas contêm mais sólidos suspensos, podendo causar entupimento (scaling) mais cedo nas membranas, gerando limpezas químicas mais freqüentes.

Se a água bruta tem sólidos totais dissolvidos maior que 60 ppm, é muito provável que a osmose reversa seja a melhor alternativa. Já se o teor de sais na água bruta for pequeno, inferior a 60 ppm, a melhor alternativa é a troca iônica.

Esse valor de 60 ppm pode alterar-se um pouco em função do nível de automatismo de cada sistema a ser implantado. No entanto, sabe-se que para sistemas com alto nível de automação a osmose tende a ser mais competitiva, visto ser um processo que utiliza menor quantidade de válvulas para sua operação, bem como um menor número de parâmetros para monitoramento.

José Eduardo Rocha é gerente geral da Fluid Brasil / www.fluidbrasil.com.br

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