Tratamento de água - processo de amaciamento

Vamos começar por explicar por que o pré-tratamento precisa de um processo de amolecimento? A água da cidade já foi tratada?

O equipamento de tratamento final do sistema de água medicinal possui requisitos mais rigorosos: o tratamento final da água, seguindo os padrões da farmacopeia, é realizado por meio de filtração por membrana. Tanto a unidade de filtração por membrana quanto a unidade EDI (eletrodeionização/desidratação) devem atender aos requisitos de dureza da água de entrada, que precisa ser de no máximo 3 ppm, caracterizando a água como "mole". Se a dureza permanecer muito alta, a água é considerada "dura", o que pode levar à formação de incrustações no sistema de membranas e, consequentemente, a paradas não programadas. O índice de dureza precisa ser controlado de forma estável pelo processo de amaciamento, que consiste no amaciamento da água urbana por meio de um amaciador. Os amaciadores, também conhecidos como trocadores de íons de sódio, são compostos principalmente por resina, recipientes contendo a resina, válvulas e sistemas de controle.

Então, o que é troca iônica?

A troca iônica é um processo químico que remove íons indesejados da água, substituindo-os por íons com cargas semelhantes. Isso é obtido por meio de resinas em forma de grânulos, que atraem e retêm íons, sendo frequentemente utilizadas no amaciamento da água. A principal função dos amaciadores de água para uso farmacêutico é substituir os íons de cálcio e magnésio presentes na água urbana pelo sódio (Na+) trocável presente na nanoresina, reduzindo assim a dureza da água. O processo de amaciamento consiste principalmente em duas etapas: "amaciamento" e "regeneração".

1. Amolecimento

A resina de troca catiônica de ácido forte em nanoescala é geralmente utilizada no tratamento de água para amolecimento na indústria farmacêutica, sendo o elemento central do processo de amolecimento.

A estrutura polimérica das esferas de resina de troca catiônica de ácido forte em nanoescala contém um íon negativo fixo permanentemente ligado, que não pode ser removido. Em termos simples, as esferas de resina possuem uma carga negativa fixa. Cada sítio de troca com carga negativa pode acomodar um íon com carga positiva. Neste caso, o sódio (com carga positiva) está ligado ao ponto de troca (as cargas negativas e positivas se atraem). Assim, os íons de sódio em movimento se ligam a cada carga negativa fixa nas esferas de resina.

O princípio do amolecimento da reação química é o seguinte:

Os íons de cálcio e magnésio suspensos em água possuem uma carga positiva mais forte do que as partículas de sódio. À medida que a água dura passa pelas esferas, a forte atração do cálcio e do magnésio pelas esferas carregadas negativamente "expulsa" os íons de sódio, permitindo que o cálcio e o magnésio ocupem seus lugares (e permaneçam ligados às esferas). Íons divalentes de cálcio e magnésio maiores requerem dois sítios de troca na superfície da resina.

Com o tempo, a dureza das resinas se satura, principalmente de cálcio e magnésio, deixando de produzir pontos de troca iônica que geram água desmineralizada. As resinas se esgotam e precisam ser regeneradas.

2. Regeneração

O amaciamento é um processo simples e amplamente utilizado, pois a resina pode ser regenerada com uma solução salina de NaCl (geralmente a 10%). Após a saturação da resina de amaciamento no amaciador, o NaCl é utilizado para a regeneração. A resina de troca iônica é imersa em uma solução de cloreto de sódio (salmoura), na qual uma grande quantidade de salmoura precipita os íons de cálcio e magnésio das esferas de resina. O sódio presente na solução salina adere às esferas de resina. Após a regeneração, o excesso de salmoura é removido e as esferas de resina podem ser reutilizadas.

O princípio de regeneração do sistema de amolecimento é o seguinte:

Durante a regeneração, o aumento na concentração de íons de sódio monovalentes força a separação das duas cargas dos íons de cálcio e magnésio, essencialmente "perdendo o controle" no sítio de troca. Devido à alta concentração de íons de sódio, torna-se muito mais fácil trocar íons de sódio monovalentes por íons de cálcio e magnésio divalentes.