Deionizador / Deionização / Filtro DI / Resina DI - Tópico Oficial

Euler Kernighan

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#1
Pessoal,

Estou abrindo este tópico para apresentar uma visão geral, fácil e rápida do que é um Filtro Deionizador (Filtro DI) e o papel dele dentro do contexto de nossa aplicação, ou seja, o aquarismo marinho.

Acredito que muitos aquaristas iniciantes irão se benificiar deste material, pelo fato dele ser escrito em linguagem simples e voltado ao aquarismo marinho. Da mesma forma, aquaristas mais experientes poderão reforçar o conceito, e preencher certas lacunas em seu conhecimento.

Se sua dúvida é como montar um filtro DI para aquarismo marinho, dê uma olhada neste tópico:
Filtros de Osmose Reversa / Deionizador - Tópico Oficial

Se você quer entender um pouco mais da teoria por trás do filtro DI, este tópico lhe dará um bom ponto de partida.

Sem mais delongas, aí vamos nós.
 
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Euler Kernighan

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#2
Definição de alguns termos:

Água da rua:
água tratada pela companhia de abastecimento de água e esgoto da sua cidade. Esta água chega a sua casa repleta de sais minerais, além de outras coisas.

Água da torneira:
vide água da rua.

Sais minerais:
Substâncias químicas inorgânicas (não possuem o carbono como principal elemento de sua composição), são substâncias naturais, porém, não podem ser produzidos por seres vivos. Alguns exemplos podem ser: cloreto de sódio, cloreto de cálcio, cloreto de magnésio, bicarbonato de sódio, bicarbonato de potássio, sulfato de magnésio, dentre outros.

Átomo:
Um Átomo é a unidade básica (menor porção) da matéria. Em seu centro/núcleo encontram-se os prótons e os nêutrons, girando em volta deste núcleo, distribuído em camadas, estão os elétrons.

Os prótons possuem carga elétrica positiva.
Os nêutrons não possuem carga elétrica.
Os elétrons possuem carga elétrica negativa.

O número de prótons e nêutrons no núcleo de um átomo é sempre o mesmo.
O número de elétronss de um átomo pode variar.

Quando um átomo possui a mesma quantidade de prótons e elétrons, ele é considerado um átomo de carga elétrica neutra.

Os átomos com cargas elétricas opostam tendem a se atrair, porque um átomo sempre quer completar o número de elétrons de sua camada mais externa.

Os elétrons das camadas mais externas de um átomo podem "pular" de um átomo para outro, fazendo com que o átomo de origem se torne eletricamente menos carregado, enquanto que o átomo de destino se torne eletricamente mais carregado.

Cátion:
O átomo que "perde" o elétron será constituído então, por um número maior de prótons - terá uma carga elétrica positiva maior. A este átomo dá-se o nome de cátion.

Ânion:
O átomo que "ganhou" o elétron, terá uma carga negativa maior. A este tipo de átomo, se dá o nome de ânion.

Íon:
É uma outra forma de chamar um átomo com défit ou excesso de elétrons.

Ionização:
É o processo pelo qual um átomo ou molécula ganha ou perde elétrons.

Deionização:
É é o método usado para remoção de todos os minerais orgânicos ou não, e sais ionizados da água. Normalmente este método emprega um processo de duas fases para troca de íons:
- Na primeira, os íons carregados positivamente, por ex: Ca+2, Mg+2, Fe+2, são removidos pela resina catiônica por uma quantidade equivalente de íons de hidrogênio.
- Na segunda, os íons carregados negativamente, por ex: Cl-1, SO4-2, NO3-, são removidos pela resina aniônica por uma quantidade equivalente de íons de hidróxido (hidroxila).

O hidrogênio e o hidróxido introduzidos neste processo se unem para formar moléculas de água deionizada.

Molécula:
Um agrupamento de átomos.
 
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#3
Antes de mais nada, do ponto de vista de aquaristas marinhos, nos interessa uma água limpa, purificada, livre de: vírus, bactérias, microorganismos, compostos químicos (por ex: amônia), compostos orgânicos voláteis (pesticidas e herbicidas), sais minerais, odores e turbidez.

Quando se fala em “limpar” da água é importante dividir os assuntos. Sempre ouve-se falar em osmose reversa/deionização, ou então, em RODI (reverse osmosis - deionization), ou RO/DI, como se representassem apenas um significado, a purificação da água; porém, estas palavras constituem processos diferentes que se complementam.
 


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#4
Então, qual a diferença entre Osmose Reversa e Deinização na purificação da água?

Ambos os processos (Osmose Reversa e Deionização) usam diferentes reações químicas e físicas para limpar a água.

A Osmose Reversa é frequentemente usada para limpar parcialmente a água da torneira, produzindo uma água com um grau de 90 a 99% de pureza, ou seja, com um pequeno percentual restante de sais minerais.

A Deionização é o processo pelo qual as resinas deionizadoras trocam íons positivos (cátions) de hidrogênio (elemento químico H+) e íons negativos (ânions) de hidroxila (formula molecular OH-), por moléculas positivas e negativas de contaminantes. Esta troca se dá, falando de forma simplória, da seguinte forma: os contaminantes e sais minerais que estão dissolvidos na água da torneira ao passarem pela mídia deionizadora/resina deionizadora, têm seus íons positivos ou negativos atraídos pela mídia. Por meio de reações químicas, a resina deionizadora captura o íon positivo ou negativo do sal mineral, e em troca, libera o íon positivo ou negativo de hidrogênio ou hidroxila, estes, por sua vez irão se associar na água, formando a mais pura H2O – nossa sonhada, imaculada, água.
 
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#5
Testando a qualidade da água Deionizada.

O método mais comum de testar a qualidade da água produzida por um filtro DI é pela resistividade / condutividade. A água produzida é um condutor elétrico muito fraco, tendo a resistividade de 18.2 milhões de ohm/cm (18.2 megohm) e a condutividade de 0.055 microsiemens.

Seu leitor de EC (electrical condutivity) faz a medição da condutividade, para então, usar um algorítmo interno para converter o número em TDS (total of dissolved solids).

A quantidade de substâncias ionizadas (ou sais) dissolvidas na água, é que determinam a habilidade da água em conduzir eletricidade. Por esta razão, a resistividade e seu inverso, a condutividade, são um bom indicador para se medir a qualidade da água.

A temperatura da água afeta enormemente sua condutividade, quando se fala de água deionizada, pode-se pensar numa margem de erro de 10%!!!

Os aparelhos medidores de EC/TDS de qualidade voltados ao hobby possuem uma compensação automática de temperatura, apresentando assim resultados mais confiáveis.
 
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#6
Destilação e Deionização são a mesma coisa?

Não, não são.

O processo de destilar a água consiste em convertê-la para seu estado gaso por meio de aquecimento; quando o vapor atinge uma surperfície fria, ele se condensa em seu estado líquido novamente, para que então possa ser recolhido e armazenado. A destilação é mais comumente usada para remover sólidos dissolvidos e outras impurezas da água.
 
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#7
Deionização x Destilação.

Ambas tecnologias competem em diversas aplicações, onde leva-se em conta a qualidade, conveniência e custo. A Destilação remove a água dos minerais, já a Deionização remove os minerais da água.
 
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#8
O que afeta a qualidade da água produzida pelo filtro DI?

Qualidade da água de torneira – não se sabe ao certo o tratamento que a companhia de saneamento submente água antes de distribuí-la.

Tipo de resina deionizadora usado.

Proporção de resina catiônica e aniônica.

Fluxo d’água na entrada do filtro.

Tempo de contato com a resina.

Consumo da resina e capacidade restante.
 
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#10
Um pequeno resumo do vídeo que expressa a opinião de seu autor, é:

- Usar um filtro DI casado com um filtro de RO melhora ainda mais a qualidade da água produzida.

- Usar apenas resina mista é um disperdício de dinheiro, pois a resina aniônica se gasta muito mais rápido do que a resina catiônica, no entanto, como estão misturadas somos obrigados a jogas as duas fora quando apenas uma se desgasta.

- Um filtro DI com três estágios é extremamente eficiente, com grande destaque na remoção de Sílica e CO2/dióxido de carbono.

- Em um filtro DI com dois estágios, pode-se usar resina aniônica no primeiro estágio, e resina mista no segundo estágio.

- Numa configuração de filtro DI com dois estágios, onde a resina catiônica fica no primeiro, e a resina aniônica fica no segundo, o autor não vê esta configuração produtiva, uma vez que acredita que a resina catiônica não retém de maneira adequada e deixa passar o sódio e outros compostos por acreditar que eles possuem carga neutra, ou então, possuem carga elétrica fraca (como é o caso do sódio).

- Para quem sofre com problemas de Sílica e tem um filtro DI com apenas um estágio, pode-se usar uns três ou quatro dedos de resina aniônica no fundo do cartucho, e depois completá-lo com alguma mídia removedora de Sílica.

- Em um ambiente com pH elevado e com maior tempo de contato com a resina aniônica, a Sílica se torna mais solúvel e mais fácil de ser removida. Por isso a defesa de se usar no mínimo um filtro DI com dois estágios.
 
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#12
Dando continuidade, o Dr Randy Holmes-Farley (aquarista marinho é químico renomado com quase 100 patentes, co-inventor de remédios na indústria farmacêutica e diversas publicações científicas) após assistir ao vídeo postou a mensagem abaixo que traduzo em sua íntegra:

Muito bom estudo :)

Alguns comentários:

1) Você esqueceu de mencionar (ou eu não reparei direito) que ao se usar as resinas catiônica e aniônica em separado, o aquarista pode regenerá-las e com isto fazer uma grande economia de dinheiro.

2) O comentário sobre o sódio ter uma carga elétrica fraca, e por isto não ser muito bem removido pela resina catiônica não é 100% correto. O problema não é ele ter uma carga fraca, como poderia ser o caso da Sílica; o problema é que o Sódio (Na+) está presente em excesso na água da rua, e possui praticamente a mesma afinidade que o hidrogênio (H+) tem com a resina catiônica, dificultando a troca que a resina faria entre eles. Por essa razão, se o contato com a resina catiônica não for longo o suficiente, pode acontecer da resina não conseguir retê-lo; neste caso, em sua passagem pela resina aniônica ele irá se ligar ao hidróxido (OH-) liberado pela resina e irá formar o hidróxido de sódio (NaOH).

A lista abaixo é um ranking de afinidade de alguns íons com a resina catiônica, sendo que quanto mais a esquerda, menor a afinidade:
Hg2+ <Li+ <H+ <Na+ < K+ ≈ NH4+ < Cd2+ < Cs+ < Ag+ < Mn2+ < Mg2+< Zn2+ < Cu2+ < Ni2+ < Co2+ < Ca2+ < Sr2+ < Pb2+ < Al3+ < Fe3+

Gostaria de reforçar que não estou convencido com nenhuma das explicações dadas pelos fabricantes de resinas referente ao sódio ser retido em resinas mistas, porém, não ser retido quando se usa as resinas em separado. Eu gostaria de receber melhores explicações, porque as que foram dadas não me parecem corretas, e acredito que existe algo não revelado que esteja causando isto.

O fabricante disponiliza a seguinte informação em seu artigo:

http://puretecwater.com/downloads/basics-of-ion-exchange.pdf

"Num sistema com resina mista, o cátion de ácido forte e o ânion de base forte ficam misturados. Esta mistura faz com que a resina mista funcione como se fosse milhares de resinas individuais, porém, dentro do mesmo cartucho, onde a troca de cátions e ânions é feita continuamente e repetidamente, fazendo com que o sódio seja melhor retido. Você pode produzir água de altíssima qualidade usando resina mista."

Para mim isto não faz o menor sentido, porque o mesmo poderia ser dito de milhares de resinas catiônicas num filtro DI com dois estágios.

3) O TDS muito baixo da água afeta diretamente a mensuração do pH, e este apresetará erros se não for medido com eletrodos especiais. Nem os testes normais ou os kits especializados podem de fato medí-lo corretamente, e provavelmente o resultado será duvidoso.

https://tools.thermofisher.com/content/sfs/brochures/AN-PHLOWION-E 0914-RevA-WEB.pdf

Dito isto, o pH quando medido na saída da resina catiônica será baixo, porque a resina trocou hidrogênio (H+) por todos os íons positivamente carregados, por ex.: trocando hidrogênio por sódio. Da mesma forma, o pH quando medido na saída da resina aniônica será bem alto porque a resina troca hidróxido por todos os íons negativamente carregados, por ex.: trocando hidróxido por cloreto.


Tópico de origem no Reef2Reef:
Is there something better than mixed bed DI resin? | BRStv Investigates

Post do Dr. Randy Holmes-Farley no Reef2Reef:
https://www.reef2reef.com/threads/is-there-something-better-than-mixed-bed-di-resin-brstv-investigates.330516/#post-4108668
 
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Sinaldo, acredito que o melhor arranjo é um filtro com três estágios, sendo:
- primeiro estágio com resina catiônica
- segundo estágio com resina aniônica
- terceiro estágio com resina mista


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#18
Sinaldo, acredito que o melhor arranjo é um filtro com três estágios, sendo:
- primeiro estágio com resina catiônica
- segundo estágio com resina aniônica
- terceiro estágio com resina mista


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Legal Euler.
Qual a sua sugestao sobre quando fazer troca delas, iríamos pela coloracao, fazendo teste de Ph em cada estágiocomo citado aqui no tópico ou pela caneta tds na saída da água?
 
19 Janeiro 2017
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#20
Acho que medir o pH como fazemos nos reatores de cálcio não é uma medida viável pra controle de saturação das resinas.

Veja o porque disso aqui:
http://www.reefclub.net.br/communit...ação-filtro-di-resina-di-tópico-oficial.6174/

Acredito que a melhor maneira ainda é investir num medidor de TDS em linha que tenha a funcionalidade de compensação de temperatura.

Se esta não for a opção, acredito que seria legal na saída de cada carcaça colocar uma conexão T e um registro. Assim, uma ponta do T vai para o próximo filtro, e a outra vai o registro.

Essa configuração permite vc coletar a água, testar o TDS, e saber quando terá que trocar a resina.

A resina aniônica é a que mais vai se desgastar e que vc terá que trocar mais frequentemente.

Você usa um filtro de osmose reversa também?

Não tenho osmose.
Apenas 1 estagio de polipropileno + 1 estágio de carvao + 2 estagios com resina mista.
 

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