Fornecendo Água Ultrapura, Sistemas De Eletrodeionização (Edi) Conquistam Novos Mercados
Por Beatriz Farrugia
Edição Nº 56 - Maio/Junho de 2012 - Ano 11
Os módulos de EDI estão ganhando novas aplicações e têm custos de manutenção mais baratos
A eletrodeionização, conhecida como EDI, é uma tecnologia para tratamento de água que consegue remover sais e minerais do meio líquido através de processos eletroquímicos.
Muito usada por indústrias farmacêuticas ou do ramo de microeletrônica, que precisam de água ultrapura para a produção de remédios, equipamentos eletrônicos e até alimentos, por exemplo, a EDI também tem ganhado novas aplicações e conquistado espaço nas usinas de açúcar (sucroalcooleiras) do Brasil para polir sistemas de desmineralização para caldeiras de alta pressão.
Os aparelhos de EDI não são considerados filtros propriamente ditos, que removem partículas sólidas por meio de poros, mas sim, equipamentos completos porque conseguem retirar os minerais em forma dissolvida (íons) e obter água de condutividade baixa.
Nos equipamentos de EDI, aplica-se uma corrente elética em placas fixadas ao longo de cada módulo. Uma placa é carregada positivamente, atraindo os ânions, e a outra, negativamete, puxando os cátions.
O sistema é completado por membranas seletivas que atuam em conjunto com resinas de troca iônica, facilitando o transporte dos iôns e fazendo com que eles não caiam na corrente de água tratada.
"O princípio básico do funcionamento dos EDI é a aplicação de um campo elétrico através de um módulo para direcionar os íons (minerais dissolvidos) para os ductos do rejeito (concentrado). Especificamente, os ânions são atraídos pelo anodo e os cátions pelo cátodo. Os dutos de água desmineralizada e água concentrada estão limitados por membranas com uma passagem seletiva de íons (permitem passar somente ânions ou cátions) formando canais de concentrado ou permeado", explicou o engenheiro Pablo Sturm, da Unitek S.A. – Engenharia em Tratamento de Água.
O especialista detalhou que a água ingressa aos eletrodeionizadores (EDI) e tem como resultado dois fluxos de saída de água, um deles é água desmineralizada (permeado ou produto), outro é uma corrente com maior concentração de sais (rejeito ou concentrado).
De acordo com ele, os designs dos EDI permitem trabalhar com recuperações muito altas (recuperação = 100 x vazão de permeado/vazão de alimentação) na ordem de 90 a 95%.
"Devido a isto e a que os EDI têm uma remoção geral dos minerais superior a 99%, os sais no rejeito têm de 10 a 20 vezes mais sais que a alimentação (fator de concentração = 1/(1-recuperação)", afirmou.
Sturm também ressaltou que, para manter os módulos de EDI trabalhando de forma contínua, limpos e produzindo água de alta qualidade, "a água de entrada tem limitações de condutividade, dureza e sílica".
"Por isto é que a tecnologia de EDI é utilizada (como os leitos mistos) para fazer polimento da água já tratada ou desmineralizada parcialmente. Geralmente, são equipamentos que vão depois de uma osmose reversa ou torres de troca iônica (cátion e ânion)", explicou.
Pode-se dizer que os aparelhos de EDI surgiram como forma de aumentar a eficiácia dos sistemas de osmose reversa uma vez que, com eles, é possível obter água com condutividade menor que 0,1 µS/cm, remoção de sódio e cloreto acima de 99%, retirada de sílica e boro próximo a 95% e taxas de recuperação de até 95%. No entanto, se a EDI for aplicada isoladamente, sem os sistemas de osmose reversa, esse rendimento cai. De acordo com Sturm, as capacidades dos módulos de EDI variam de 45 l/h a 15 m3/h, com muitos modelos intermediários. Isso fornece uma grande versatilidade no momento de dimensionar os equipamentos.
A venda de aparelhos de EDI ainda está em expansão no Brasil, mas é possível encontrar alguns fornecedores. As peças, basicamente, possuem a mesma lógica de funcionamento, diferenciando-se umas das outras apenas em alguns detalhes.
"Não existem grandes diferenças entre os módulos de EDI dos distintos fornecedores ou fabricantes. As principais diferenças são as dimensões/capacidades, a forma (podem ser retangulares ou cilíndricas) e a conformação das membranas e resina dentro do módulo que podem ser enroladas em espiral ou com placas planas. Independentemente da forma de fabricação. o conceito técnico dos distintos equipamentos/módulos são similares com o mesmo resultado de qualidade de água", garantiu Sturm.
Mas o especialista recomenda que, se levarmos em conta o ponto de vista da limpeza e da possibilidade de reparação dos módulos (trocar resina ou membranas), "é conveniente a utilização dos módulos com placas ou entre placas, e não os equipamentos em espiral".
"Esta é a maior diferença no momento de selecionar ou escolher os módulos (possibilidade de reparação e reutilização dos módulos)", afirmou.
A Dow Water & Process Solutions na América Latina é uma das empresas fabricantes de sistemas de EDI e oferece ao mercado o módulo EDI-310, feito em espiral.
Segundo Renato Ramos, a empresa está desenvolvendo um módulo EDI-310 que não necessita mais de recirculação externa.
"A Dow Water & Process Solutions usa um processo de fabricação com espiral patenteada para construir seus módulos. O design espiral resulta em um módulo mais leve, livre de vazamentos e que precisa de menos manutenção em comparação com placas e estruturas da geração anterior de produtos de EDI. Os módulos espirais de EDI da DOW usam um vaso de pressão de plástico reforçado com fibra de vidro (FRP) que possui travas em ambas as extremidades para evitar vazamentos", explicou Ramos, informando que o módulo EDI-310 pode tratar até 2,2 m³/h, com uma corrente máxima de 9A e uma voltagem de 160 VDC.
A Unitek, por sua vez, trabalha com aparelhos de EDI customizados, segundo o engenheiro Pablo Sturm. "Nossa empresa oferece ao mercado tanto venda dos equipamentos de EDI como de plantas completas com seus pré-tratamentos correspondentes (filtros multicamada, ultrafiltracão, osmose reversa, troca iônica, UV, etc.). Cabe destacar que dependendo da qualidade de água, automação e necessidade ou não de pré-tratamento, geralmente não é possível padronizar as plantas de EDI, mas fazer um design totalmente customizado e pensado para cada aplicação e cada cliente, otimizando, assim, os recursos para poder atender as necessidades do cliente", afirmou.
Outra empresa que também fornece sistemas de EDI ao mercado brasileiro é a GE Power &Water.
Por ser uma tecnologia que ainda está ganhando espaço e novas aplicações no Brasil, a EDI pode apresentar altos preços para sua implantação. Os custos de manutenção, porém, são ligeiramente inferiores a outras tecnologias de polimento da água, como o leito misto.
Isso porque os módulos de EDI não têm a necessidade de armazenar químicos, pois não fazem regeneração química; não precisam de equipamentos em stand-by, já que trabalham de maneira contínua; e não param a operação para regenerar, porque não necessitam de sistemas de regeneração nem de tanques de neutralização de efluentes.
"Isto faz que, considerando todos os componentes periféricos, a obra civil associada, etc., o EDI seja geralmente mais econômico que a troca iônica (leito misto)", comparou Sturm.
Alguns estudos sobre o tema apontam que o investimento inicial para a implantação de um sistema de osmose reversa seguido por EDI sai 83% mais caro do que um de troca iônica. No entanto, para a manutenção e custos operacionais, a primeira opção sai 64% mais barata.
De acordo com o engenheiro Pablo Sturm, os equipamentos de EDI têm um custo que, em linhas gerais e dependendo dos materiais de construção (Skid, Piping, etc.), automação e marcas dos componentes, fica em torno de US$ 4.500 e, 5.500/m³ de capacidade, considerando um aparelho de dimensões intermediárias (30 - 100 m³/h).
Os especialistas e engenheiros do setor de tratamento de água apontam uma série de vantagens na instalação de módulos EDI. A primeira delas é o fato do sistema ser considerado mais seguro devido à menor quantidade de químicos manuseados pelos funcionários da planta.
"Também há menor dependência da operação dos operários. Nos leitos mistos, o processo de regeneração é muito delicado e crítico, podendo mudar a capacidade de troca tanto em qualidade como em quantidade de um mesmo sistema de resinas. No EDI, como este processo é contínuo e não envolve o operário, é muito mais confiável", observou o engenheiro da Unitek.
Outra vantagem destacada é que os sistemas de eletrodeionização precisam de limpeza química somente a cada seis meses, em média. Os módulos ainda trabalham de forma constante, eliminando a necessidade de equipamentos em stand-by.
A área da planta dos EDI é menor se comparados aos equipamentos como leito misto, tanques de químicos e sistemas de regeneração, que exigem espaços maiores para implantação.
O custo da operação também é menor, uma vez que os módulos de eletroideonização requerem apenas eletricidade para operarem.
Outro ponto positivo é que o rejeito do EDI pode ser reutilizado diretamente na saída do equipamento ou tratado para reutilização e a qualidade da água de permeado é constante.
"Como a resina no interior dos módulos é regenerada constantemente, a qualidade da água produto também é constante", destacou Sturm.
A qualidade da água em si também é melhor, uma vez que os sistemas de EDI geralmente têm uma qualidade de saída entre 10 e 18 megaHoms/cm e uma concentração de sílica menor que cinco ppb.
A principal desvantagem está relacionada à escassez de fornecedores de EDI, na opinião de engenheiros consultados pela Revista Meio Filtrante.
Os equipamentos de resinas de troca iônica, como os leitos mistos, são uma commodity hoje em dia e têm muitos fornecedores distintos. Os EDI, por sua vez, ainda não têm um design padrão para todos os fornecedores. Então, para mudar de fornecedor, pode ser necessária alguma alteração no sistema.
Outro ponto negativo é: como os EDI são relativamente "novos" no mercado, as pessoas e as empresas que já têm equipamentos de leito mistos não querem mudar de sistema, levando os módulos a uma baixa aceitação.
Os EDI também têm um limite de qualidade de água na alimentação dos módulos e, geralmente, os leitos mistos são mais versáteis neste aspecto. Uma alimentação fora dos limites, para o EDI, pode requerer limpeza química do sistema, enquanto, num leito misto, simplesmente diminui a capacidade em volume de tratamento para uma mesma quantidade de resina.
Além disso, os cartões do controle de potência dos EDI são sensíveis às flutuações de tensão de corrente da alimentação. Portanto, se a planta tem problemas para garantir uma tensão de alimentação constante, há chances do sistema apresentar problemas nos cartões de controle e falhas nos equipamentos.
Sturm ainda apontou outro aspecto negativo: "Dentro dos limites da água de alimentação, temos também a dureza (1 mg/l como CaCO3) e a sílica (1 ppm). Isto, no Brasil, não é um problema maior, já que os aquíferos têm baixa condutividade, dureza e sílica, mas em outros países (Argentina, Chile, Peru, por exemplo), tem que ter maior controle no momento de dimensionar as plantas para garantir a qualidade de água na alimentação de EDI".
Os sistemas de EDI ainda estão sendo aperfeiçoados pelas empresas fabricantes para que supram outras necessidades e melhorem cada vez mais os seus desempenhos.
Entre os principais desafios enfrentados atualmente, destaca-se o tratamento de águas com dureza, sílica, alcalinidade e condutividade elevadas.
Outro salto importante seria preparar todo os módulos de EDI para atuarem em operações simples de osmose reversa, pois, hoje em dia, recomenda-se a operação de duplo passo para se atingir uma recuperação de 95% da água. Só com o passo simples, a recuperação não chega a 80%, o que faz com que muitas empresas optem por outros sistemas.
Com a transposição destes e de outros desafios, a eletroideonização poderá se tornar um sistema cada vez mais eficiente e de grande aceitação de mercado.
Além disso, os constantes aperfeiçoamentos no EDI trazem a possibilidade de descobrir novas aplicações para ele, diversificando os métodos de tratamento de água.
Muito usada por indústrias farmacêuticas ou do ramo de microeletrônica, que precisam de água ultrapura para a produção de remédios, equipamentos eletrônicos e até alimentos, por exemplo, a EDI também tem ganhado novas aplicações e conquistado espaço nas usinas de açúcar (sucroalcooleiras) do Brasil para polir sistemas de desmineralização para caldeiras de alta pressão.
Os aparelhos de EDI não são considerados filtros propriamente ditos, que removem partículas sólidas por meio de poros, mas sim, equipamentos completos porque conseguem retirar os minerais em forma dissolvida (íons) e obter água de condutividade baixa.
Nos equipamentos de EDI, aplica-se uma corrente elética em placas fixadas ao longo de cada módulo. Uma placa é carregada positivamente, atraindo os ânions, e a outra, negativamete, puxando os cátions.
O sistema é completado por membranas seletivas que atuam em conjunto com resinas de troca iônica, facilitando o transporte dos iôns e fazendo com que eles não caiam na corrente de água tratada.
"O princípio básico do funcionamento dos EDI é a aplicação de um campo elétrico através de um módulo para direcionar os íons (minerais dissolvidos) para os ductos do rejeito (concentrado). Especificamente, os ânions são atraídos pelo anodo e os cátions pelo cátodo. Os dutos de água desmineralizada e água concentrada estão limitados por membranas com uma passagem seletiva de íons (permitem passar somente ânions ou cátions) formando canais de concentrado ou permeado", explicou o engenheiro Pablo Sturm, da Unitek S.A. – Engenharia em Tratamento de Água.
O especialista detalhou que a água ingressa aos eletrodeionizadores (EDI) e tem como resultado dois fluxos de saída de água, um deles é água desmineralizada (permeado ou produto), outro é uma corrente com maior concentração de sais (rejeito ou concentrado).
De acordo com ele, os designs dos EDI permitem trabalhar com recuperações muito altas (recuperação = 100 x vazão de permeado/vazão de alimentação) na ordem de 90 a 95%.
"Devido a isto e a que os EDI têm uma remoção geral dos minerais superior a 99%, os sais no rejeito têm de 10 a 20 vezes mais sais que a alimentação (fator de concentração = 1/(1-recuperação)", afirmou.
Sturm também ressaltou que, para manter os módulos de EDI trabalhando de forma contínua, limpos e produzindo água de alta qualidade, "a água de entrada tem limitações de condutividade, dureza e sílica".
"Por isto é que a tecnologia de EDI é utilizada (como os leitos mistos) para fazer polimento da água já tratada ou desmineralizada parcialmente. Geralmente, são equipamentos que vão depois de uma osmose reversa ou torres de troca iônica (cátion e ânion)", explicou.
Pode-se dizer que os aparelhos de EDI surgiram como forma de aumentar a eficiácia dos sistemas de osmose reversa uma vez que, com eles, é possível obter água com condutividade menor que 0,1 µS/cm, remoção de sódio e cloreto acima de 99%, retirada de sílica e boro próximo a 95% e taxas de recuperação de até 95%. No entanto, se a EDI for aplicada isoladamente, sem os sistemas de osmose reversa, esse rendimento cai. De acordo com Sturm, as capacidades dos módulos de EDI variam de 45 l/h a 15 m3/h, com muitos modelos intermediários. Isso fornece uma grande versatilidade no momento de dimensionar os equipamentos.
A venda de aparelhos de EDI ainda está em expansão no Brasil, mas é possível encontrar alguns fornecedores. As peças, basicamente, possuem a mesma lógica de funcionamento, diferenciando-se umas das outras apenas em alguns detalhes.
"Não existem grandes diferenças entre os módulos de EDI dos distintos fornecedores ou fabricantes. As principais diferenças são as dimensões/capacidades, a forma (podem ser retangulares ou cilíndricas) e a conformação das membranas e resina dentro do módulo que podem ser enroladas em espiral ou com placas planas. Independentemente da forma de fabricação. o conceito técnico dos distintos equipamentos/módulos são similares com o mesmo resultado de qualidade de água", garantiu Sturm.
Mas o especialista recomenda que, se levarmos em conta o ponto de vista da limpeza e da possibilidade de reparação dos módulos (trocar resina ou membranas), "é conveniente a utilização dos módulos com placas ou entre placas, e não os equipamentos em espiral".
"Esta é a maior diferença no momento de selecionar ou escolher os módulos (possibilidade de reparação e reutilização dos módulos)", afirmou.
A Dow Water & Process Solutions na América Latina é uma das empresas fabricantes de sistemas de EDI e oferece ao mercado o módulo EDI-310, feito em espiral.
Segundo Renato Ramos, a empresa está desenvolvendo um módulo EDI-310 que não necessita mais de recirculação externa.
"A Dow Water & Process Solutions usa um processo de fabricação com espiral patenteada para construir seus módulos. O design espiral resulta em um módulo mais leve, livre de vazamentos e que precisa de menos manutenção em comparação com placas e estruturas da geração anterior de produtos de EDI. Os módulos espirais de EDI da DOW usam um vaso de pressão de plástico reforçado com fibra de vidro (FRP) que possui travas em ambas as extremidades para evitar vazamentos", explicou Ramos, informando que o módulo EDI-310 pode tratar até 2,2 m³/h, com uma corrente máxima de 9A e uma voltagem de 160 VDC.
A Unitek, por sua vez, trabalha com aparelhos de EDI customizados, segundo o engenheiro Pablo Sturm. "Nossa empresa oferece ao mercado tanto venda dos equipamentos de EDI como de plantas completas com seus pré-tratamentos correspondentes (filtros multicamada, ultrafiltracão, osmose reversa, troca iônica, UV, etc.). Cabe destacar que dependendo da qualidade de água, automação e necessidade ou não de pré-tratamento, geralmente não é possível padronizar as plantas de EDI, mas fazer um design totalmente customizado e pensado para cada aplicação e cada cliente, otimizando, assim, os recursos para poder atender as necessidades do cliente", afirmou.
Outra empresa que também fornece sistemas de EDI ao mercado brasileiro é a GE Power &Water.
Por ser uma tecnologia que ainda está ganhando espaço e novas aplicações no Brasil, a EDI pode apresentar altos preços para sua implantação. Os custos de manutenção, porém, são ligeiramente inferiores a outras tecnologias de polimento da água, como o leito misto.
Isso porque os módulos de EDI não têm a necessidade de armazenar químicos, pois não fazem regeneração química; não precisam de equipamentos em stand-by, já que trabalham de maneira contínua; e não param a operação para regenerar, porque não necessitam de sistemas de regeneração nem de tanques de neutralização de efluentes.
"Isto faz que, considerando todos os componentes periféricos, a obra civil associada, etc., o EDI seja geralmente mais econômico que a troca iônica (leito misto)", comparou Sturm.
Alguns estudos sobre o tema apontam que o investimento inicial para a implantação de um sistema de osmose reversa seguido por EDI sai 83% mais caro do que um de troca iônica. No entanto, para a manutenção e custos operacionais, a primeira opção sai 64% mais barata.
De acordo com o engenheiro Pablo Sturm, os equipamentos de EDI têm um custo que, em linhas gerais e dependendo dos materiais de construção (Skid, Piping, etc.), automação e marcas dos componentes, fica em torno de US$ 4.500 e, 5.500/m³ de capacidade, considerando um aparelho de dimensões intermediárias (30 - 100 m³/h).
Os especialistas e engenheiros do setor de tratamento de água apontam uma série de vantagens na instalação de módulos EDI. A primeira delas é o fato do sistema ser considerado mais seguro devido à menor quantidade de químicos manuseados pelos funcionários da planta.
"Também há menor dependência da operação dos operários. Nos leitos mistos, o processo de regeneração é muito delicado e crítico, podendo mudar a capacidade de troca tanto em qualidade como em quantidade de um mesmo sistema de resinas. No EDI, como este processo é contínuo e não envolve o operário, é muito mais confiável", observou o engenheiro da Unitek.
Outra vantagem destacada é que os sistemas de eletrodeionização precisam de limpeza química somente a cada seis meses, em média. Os módulos ainda trabalham de forma constante, eliminando a necessidade de equipamentos em stand-by.
A área da planta dos EDI é menor se comparados aos equipamentos como leito misto, tanques de químicos e sistemas de regeneração, que exigem espaços maiores para implantação.
O custo da operação também é menor, uma vez que os módulos de eletroideonização requerem apenas eletricidade para operarem.
Outro ponto positivo é que o rejeito do EDI pode ser reutilizado diretamente na saída do equipamento ou tratado para reutilização e a qualidade da água de permeado é constante.
"Como a resina no interior dos módulos é regenerada constantemente, a qualidade da água produto também é constante", destacou Sturm.
A qualidade da água em si também é melhor, uma vez que os sistemas de EDI geralmente têm uma qualidade de saída entre 10 e 18 megaHoms/cm e uma concentração de sílica menor que cinco ppb.
A principal desvantagem está relacionada à escassez de fornecedores de EDI, na opinião de engenheiros consultados pela Revista Meio Filtrante.
Os equipamentos de resinas de troca iônica, como os leitos mistos, são uma commodity hoje em dia e têm muitos fornecedores distintos. Os EDI, por sua vez, ainda não têm um design padrão para todos os fornecedores. Então, para mudar de fornecedor, pode ser necessária alguma alteração no sistema.
Outro ponto negativo é: como os EDI são relativamente "novos" no mercado, as pessoas e as empresas que já têm equipamentos de leito mistos não querem mudar de sistema, levando os módulos a uma baixa aceitação.
Os EDI também têm um limite de qualidade de água na alimentação dos módulos e, geralmente, os leitos mistos são mais versáteis neste aspecto. Uma alimentação fora dos limites, para o EDI, pode requerer limpeza química do sistema, enquanto, num leito misto, simplesmente diminui a capacidade em volume de tratamento para uma mesma quantidade de resina.
Além disso, os cartões do controle de potência dos EDI são sensíveis às flutuações de tensão de corrente da alimentação. Portanto, se a planta tem problemas para garantir uma tensão de alimentação constante, há chances do sistema apresentar problemas nos cartões de controle e falhas nos equipamentos.
Sturm ainda apontou outro aspecto negativo: "Dentro dos limites da água de alimentação, temos também a dureza (1 mg/l como CaCO3) e a sílica (1 ppm). Isto, no Brasil, não é um problema maior, já que os aquíferos têm baixa condutividade, dureza e sílica, mas em outros países (Argentina, Chile, Peru, por exemplo), tem que ter maior controle no momento de dimensionar as plantas para garantir a qualidade de água na alimentação de EDI".
Os sistemas de EDI ainda estão sendo aperfeiçoados pelas empresas fabricantes para que supram outras necessidades e melhorem cada vez mais os seus desempenhos.
Entre os principais desafios enfrentados atualmente, destaca-se o tratamento de águas com dureza, sílica, alcalinidade e condutividade elevadas.
Outro salto importante seria preparar todo os módulos de EDI para atuarem em operações simples de osmose reversa, pois, hoje em dia, recomenda-se a operação de duplo passo para se atingir uma recuperação de 95% da água. Só com o passo simples, a recuperação não chega a 80%, o que faz com que muitas empresas optem por outros sistemas.
Com a transposição destes e de outros desafios, a eletroideonização poderá se tornar um sistema cada vez mais eficiente e de grande aceitação de mercado.
Além disso, os constantes aperfeiçoamentos no EDI trazem a possibilidade de descobrir novas aplicações para ele, diversificando os métodos de tratamento de água.
