ORIGINALER ARTIKEL
BORGONOVI, Steven de Andrade [1], IBARRA, Gabrielle Amarilha [2], NECO, Gabriel Conforti Papa [3], RODRIGUES, Rayane Vieira [4], BARBOSA, Hueberton [5], PÁDUA, Aryston Vinicius Queiroz de Almeida [6], SANTOS, Alexsander Saves dos [7]
BORGONOVI, Steven de Andrade. Et al. Filtrationsprototyp in Der Wasserdeionisierung mit Mischharz angewendet. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Jahrgang 06, Ed. 05, Vol. 14, S. 61-72. Mai 2021. ISSN: 2448-0959, Zugangslink: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engineering-chemical/wasserentionisierung
ZUSAMMENFASSUNG
In dieser Arbeit wurde ein Prototyp eines Entionisierungsfilters zur Rohwasserentsalzung entworfen, gebaut und getestet. Der Prototyp hat einen Acryl-Hauptkörper mit Stufen aus Holzkohle, Sand, Stein und kationischen und anionischen Harzen, mit einem Holzsockel und einem Behälter zum Auffangen von entionisiertem Wasser. Der Test wurde mit Rohwasser durchgeführt, das eine Leitfähigkeit von 144.8.10-6 µs/cm vor der Filterung und später von 20.15.10-6 µs/cm aufwies, was eine beachtliche Effizienz des Systems zeigt. Der Prototyp zeigte zufriedenstellende Ergebnisse und erfüllte seinen Erstellungszweck, basierend auf SANEPAR (2013), wo für Lösungen mit mittlerer Leitfähigkeit wie mineralisiertes Wasser, Trinkwasser und Abwasser der Bereich von 10,10-6 µs/cm bis 2000,10 -6 µs/ cm.
Schlüsselwörter: Niedrige Kosten, Filtration, Entionisierer, Wasser.
1. Einleitung
Laut Teruya (2012) ist die Filtration eine experimentelle Technik zur Teilung heterogener Gemische, die aus einem festen und einem flüssigen Zustand, in der Regel einer Flüssigkeit, bestehen. Es ist weit verbreitet, nicht nur feste Partikel des Flüssigkeitszustandes zu löschen, sondern auch, um einen dispergierten Feststoff zu sezernieren oder in einer Flüssigkeit zurückgehalten. Der Filtrationsprozess kann nicht nur im Labormaßstab, sondern auch im industriellen Maßstab eingesetzt werden.
Solche Filtrationstechniken werden durchgeführt: einfache Filtration, auch als common und Vakuumfiltration bekannt.
Nach den Worten von Salvador und Usberco (2006), in der einfachen Filtrationsprozess, im Labor durchgeführt, wird ein kreisförmiges Filterpapier verwendet, das in der Hälfte zweimal gefaltet wird, um in vier Teile unterteilt werden. Dieses Papier erhöht die Filtrationsfläche, indem es das Verfahren beschleunigt. Wenn der relevanteste Teil der feste Rückstand ist, der im Filterpapier zurückgehalten wird, besteht die Möglichkeit, ihn noch mehr zu falten. Dieses Filterpapier wird dann in einen analytischen Trichter gelegt und mit Hilfe eines Glastrommeltrommels wird die Mischung übertragen. Während Feststoffpartikel im Filter zurückgehalten werden, wird die Flüssigkeit, die durch die Poren geht, in einem anderen Behälter gesammelt. Bei der Vakuumfiltration liegt der Unterschied in der Anwendung des Vakuums (Niederdruck) im Behälter, das die gefilterte Lösung sammelt. In diesem Prozess beschleunigt das Auftreten von Saugvorgang aufgrund der Anwendung des Vakuums das Verfahren.
Unter den Filtrationsprozessen ist es auch möglich, einen Filter zur Entmineralisierung oder Deionisierung zur Gewinnung von reinem Wasser anzuwenden. Der Wasserentmineralisierungsprozess besteht aus der Entfernung von Ionen (Anionen und Kationen), die darin vorhanden sind, so dass das Verfahren allgemein deionisation genannt wird. Es hat die gleichen Vorteile und Aspekte von destilliertem Wasser, aber sie werden durch andere Verfahren erhalten. Dieser Prozess geschieht mit der Dauerhaftigkeit eines Ionenaustauscherharzes, das aus synthetischen Produkten besteht und am Ende des Filters befestigt ist, was die Reinigung von Wasser auf chemischer Ebene ermöglicht, mit dem Übergang von kontaminierenden Ionen durch inerte Ionen zur Lösung.
Wenn sie in Wasser gesetzt werden, können Ionenaustauscherharze Natrium- oder Wasserstoffionen (kationische Harze) oder Hydroxyl (anionische Harze) freisetzen und aus demselben Wasser bzw. Kationen und Anionen abfangen, die für ihren Gehalt an gelösten Feststoffen verantwortlich sind und für viele industrielle Prozesse unerwünscht sind (SAKAI, 2012).
Die wichtigste Veränderung von demineralisiertem Wasser zu Destillat ist, dass das erste Reinigungsverfahren keine Energie verbraucht. Es werden nur bestimmte Harze verwendet, die einen Ionenaustausch durchführen und somit gereinigtes Wasser entstehen lassen. Darüber hinaus gibt es auch das Verfahren durch Umkehrosmose, bei dem die Filtration keine Chemikalien verwendet und es sich um einen mechanischen Prozess handelt (AFONSO, 2015).
Das Wichtigste ist die Endqualität des entmineralisierten Wassers, das produziert wird und wo es verwendet wird. Bei Kraftwerken wird Wasser in Kesselwaschanlagen weit verbreitet sein, während es in Laboratorien für das endende Waschen von Glasfliesen gilt.
Ziel dieser Arbeiten war es, einen Deionisatisiererfilter mit Mischharz und anderen Filtern zu bauen und dessen Betrieb für die Wasserfiltration für den Industrie- und Laborverbrauch zu bewerten.
2. MATERIAL UND METHODEN
Das vorliegende Projekt wurde von August bis Dezember 2019 an der Universidade Brasil in der Estrada Projeto F-1 s/n Fazenda Santa Rita in der Gemeinde Fernandópolis-SP durchgeführt.
Der erste Schritt war die Wahl und technische Gestaltung des Gerätemodells nach Abbildung 1 mit Maßstab in mm unter Berücksichtigung der besten Produktion und Ausbeute in der Filtration. Das Endprodukt wurde auf 30cm für Säulenlänge und Breite von 10cm eingestellt.
Abbildung 1: Technische Sendeplanung des Projekts.
Anschließend wurden die in Tabelle 1 aufgeführten Materialien beschafft, einige Materialien wie Siebgewebe, Rohre und Holzplattform wurden von Usina Bpbunge in der Stadt Ouroeste/SP und Madeireira Lourenção in der Stadt Fernandópolis/SP gespendet. Ziel war es, kostengünstige und wiederverwendbare Materialien zu verwenden.
Tabelle 1 – Materialien und Werte.
| Materialien | Menge | Einheitswert (R$) | Gesamtwert (R$) |
| Acrylfilter 10×30 cm | 1 | 65,00 | 65,00 |
| Tippen Sie auf ¾ | 2 | 4,50 | 9,00 |
| Holztablette 70×40 cm | 1 | 0,0 | 0,0 |
| Gummischlauch ¾ | 1m | 2,70 | 2,70 |
| Gummischlauch ½ | 1m | 2,30 | 2,30 |
| PVC-Rohr 100mm (Reservoir) | 20cm | 8,50 | 8,50 |
| PVC-Rohr 100mm | 30cm | 10,00 | 10,00 |
| Pvc-Rohr 50mm | 45cm | 8,00 | 8,00 |
| ¾ U Klemme | 2 | 0,55 | 1,10 |
| ½ U-Klemme | 2 | 0,55 | 1,10 |
| Sah | 1 | 0,0 | 0,0 |
| Schraube | 8 | 0,10 | 0,80 |
| Holzplattform 70x40cm | 1 | 0 | 0 |
| Stylus | 1 | 0,0 | 0,0 |
| Silikonkleber | 1 | 15,00 | 15,00 |
| Hausgemachter Holzhalter 40x20cm | 1 | 0,00 | 0,00 |
| PVC-Kappe 100mm | 4 | 2,00 | 8,00 |
| Siebnetz 10x10cm | 1 | 0,0 | 0,0 |
| Stein | 300g | 2,00 | 2,00 |
| Sand | 500g | 3,00 | 3,00 |
| Pvc-Rohr 50mm | 1 | 8,00 | 8,00 |
| Aktivkohle | 200g | 35,00 | 35,00 |
| Ionisches Harz | 500g | 60,80 | 60,80 |
| gesamt | – | – | 240,30 |
Quelle: Die Autoren.
Der nächste Schritt war die Montage der Außenausrüstung mit den Holzplattformen, dann wurden zwei Perforationen von 13mm durchgeführt, an der Spitze (Einlass von Rohwasser) und an der Unterseite (deionisierter Wasserauslass), im Acrylfilter, der ein Maß von 10x10x30cm hat, mit einem Volumen von 3L, wie in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2: Montage außerhalb.
Als nächstes wurde der innere Teil des Filters montiert, wo der Filtrationsprozess durchgeführt wurde, um alle im Rohwasser enthaltenen Ere und Salze zu entfernen (siehe Abbildung 3).
Abbildung 3: Montage im Inneren.
Der interne Montageschritt folgt der Abfolge eines üblichen Filters, beginnend mit Aktivkohle, die aus industrieller Sicht eines der wichtigsten Adsorbentien ist und zur Trennung und Reinigung von Gemischen in gasförmiger und flüssiger Phase verwendet wird, dann entfernen die Sand- und Kiesfilter Trübung, Partikel und geringe Menge emulgiertes Material in kolloidaler Form oder Emulsion, verbesserungder Farbe und Geschmack, wurde das Mischharz anschließend eingeführt, das aus 50% kationischem Harz und 50% Anionharz besteht, das speziell für die Wasseraufbereitung in Industrien und Laboratorien entwickelt wurde, werden für die Entfernung von Ionen aus Wasser verwendet, nachdem eine Schicht aus Baumwolle, die bei der Entfernung von Feststoffen aus Wasser hilft , aufgrund der hohen Kontaktfläche, Folge der mikrometrischen Abmessungen der Drähte und mit einem Filternetz, um eine hohe Effizienz des Filtrationsprozesses zu gewährleisten.
Nach dem Prozess ist das entionisierte Wasser für den nächsten Behälter bestimmt, der in Gummirohr, Gravitation, in einem Rohrreservoir mit einem Volumen von 2,45L empfangen wird, wodurch der Produktbestand durch Abbildung 4 dargestellt wird.
Abbildung 4: Speicherprozess.
3. ERGEBNISSE UND DISKUSSION
Leitfähigkeitsanalysen wurden vor und nach jeder Filtration durchgeführt. Die Ergebnisse wurden tabellarisch dargestellt und in Tabelle 2 dargestellt:
Tabelle 2 – Leitfähigkeitswerte.
| Tests | Leitfähigkeit von Rohwasser | Leitfähigkeit von entionisiertem Wasser |
| 1 | 144.8 | 20,15 |
| 2 | 164.3 | 17,56 |
| 3 | 164.3 | 16,21 |
| 4 | 164,3 | 16,14 |
| 5 | 166.1 | 17,25 |
Quelle: Die Autoren.
Die Leitfähigkeitsrate umgerechnet 70 % wird gesenkt. Der Ionenaustausch erfolgte aufgrund der Verwendung von Kunstharzen, wo sie die in Wasser gelösten Salze durch eine chemische Reaktion zurückhalten und gleichwertige Ionen zur Lösung freisetzen. Das zu entwässernde Rohwasser muss einer Vorfiltration zur Entfernung von suspendierten Feststoffen unterzogen werden: Ton, Sand und andere, einschließlich Chlor, das zu Beginn der Filtration aufgrund des Vorhandenseins der atitierten Kohle entfernt wird. Laut Saves (2018, apud SANTOS, 2019)
Es ist natürlich, das Harz entsprechend dem Zeitpunkt der Verwendung zu sättigen, so dass es notwendig ist, dass das erzeugte Wasser häufig mit Hilfe eines Leitungsvimeters überwacht wird, so dass bestimmt werden kann, wann es ersetzt werden soll. Die maximale Leitfähigkeit, die bestimmt, wann das Harz geändert werden soll, hängt von der Verwendung ab, für die gereinigtes Wasser bestimmt ist, die vom Benutzer für jede Anwendung festgelegt wird. Referenzwerte werden in Diagramm 1 angezeigt.
Tabelle 1 – Leitfähigkeitsreferenzwerte.
| Anwendung | Gürtel |
| Für Lösungen mit geringer Leitfähigkeit wie destillierte, deionisierte oder
Reine. |
0,5 µs bis um 400 µs |
| Für mittlere Leitfähigkeitslösungen wie Mineralwasser, Trinkwasser und Wasser
Rest. |
10µs bis um 2000 µs |
| Für Lösungen mit guter Leitfähigkeit, so dass Meerwasser, Säuren, Basen und verdünnte Salze,
physiologische Lösungen. |
1000 µs bis um 200.000 µs |
Quelle: SANEPAR, 2013.
Der Filterdurchfluss wurde mit Gleichung 1 berechnet:
Gleichung 1 : 
wobei Q der Fluss, V das Volumen und t die Zeit ist.
Der Filterfluss wurde durchgeführt, in dem t=49.15s und V=0,003m³ und Q=6,1×10-5 m3/s erhalten wurden. Das im Filter belegte Volumen wurde mit Gleichung 2 berechnet:
Gleichung 2: V = A.h
Wobei V das vorgefüllte Filtervolumen ist, ist A der Filterbereich und h die Höhe, die von den Filterkomponenten belegt wird. Das vorgefüllte Volumen wurde mit A= 0,01m² und h= 0,019m berechnet.
V = 0,00195 m3.
Tabelle 3 – Berechnungsergebnis
| Ertrag | ≅ 72% |
| Volumen des im Filter enthaltenen Materials | 0,00195 m3 |
| Filtervolumen | 0,003 m³ |
| Volumenstrom | 6,1×10-5 m3/s. |
Quelle: Die Autoren.
4. SCHLUSSFOLGERUNGEN
Es wurde der Schluss gezogen, dass die Leistung des Prototyps im Vergleich zu den von SANEPAR (2013) veröffentlichten Ergebnissen zufriedenstellend war. Die Variation der am Ende jeder Probe ermittelten Werte hängt vom bei der Filtration verwendeten Wasser ab, die ergebnisse jedoch bei allen Tests linear, was die Effizienz des Systems zeigt, da der Prozess mehrmals durchgeführt werden kann, ohne dass die Materialien ausgetauscht werden müssen.
Es wird davon ausgegangen, dass es möglich ist, die Effizienz des Prototyps zu erhöhen, wenn die Verlängerung der Harzsäule geändert wird, solange der Fluss aufrechterhalten wird. Harzmenge/Retentionszeit sind entscheidende Faktoren für die Leistung des Prototyps.
Verringern Sie bei einer möglichen Replikation des Filters den leeren Platz am Ende der Spalte, da er nur dazu dient, umgekehrten Druck zu vermeiden.
VERWEISE
AFONSO, Julio Carlos. Separação sólido-líquido: Centrífugas e papeis filtro. Química Nova, volume nº38, no.05. São Paulo, Junho de 2015
SAKAI, Suzana. Resinas trocadoras de Íons, soluções a favor do tratamento de água e efluentes. Revista TAE, São Paulo, edição Nº 9 – outubro/novembro de 2012 – Ano 2.
SALVADOR, Edgard e USBERCO, João. Química, volume único. 1ª edição. São Paulo-SP: Editora Saraiva, 2006. 672 p.
SANEPAR. Companhia de Saneamento do Paraná, 2013. Disponível em: <https://site.sanepar.com.br/>
TERUYA, Leila Cardoso. Filtração Simples. LABIQ – Laboratório de Química e Bioquímica. Disponível em: <http://labiq.iq.usp.br/paginas_view.php?idPagina=4&idTopico=68#.YIs6H7VKjDc> Acesso em: 12 de outubro 2019.
[1] Akademiker in Chemietechnik.
[2] Akademiker in Chemietechnik.
[3] Akademiker in Chemietechnik.
[4] Akademiker in Chemietechnik.
[5] Akademiker in Chemietechnik.
[6] Akademiker in Chemietechnik.
[7] Berater. Master in Umweltwissenschaften.
Eingereicht: Februar 2021.
Genehmigt: Mai 2021.
