Tratamiento de aguas por intercambio iónico

intercambio iónico

El intercambio iónico consiste en la eliminación de iones disueltos en el agua a través de resinas que se reactivan mediante el uso de regenerantes. Este intercambio se da entre iones de igual carga eléctrica (cationes por cationes y aniones por aniones).

Los intercambiadores de iones fijan mas no filtran materia en suspensión, coloides o emulsiones grasas. La presencia de estas disminuye el tiempo de vida de las resinas. Por consiguiente, se debe tener un pretratamiento de coagulación, decantación y filtración. También son afectado por oxidantes como cloro y ozono. El diseño debe permitir el aumento de volumen o una contracción de resinas, que sucede al fijarse iones o complejos ionizados de dimensiones y pesos muy variables.

Tipos de resinas de intercambio iónico

La resina más habitual es la obtenida por copolimerización del estireno y el divenilbenceno (DVB) efectuada en forma de emulsión, que solidifican en forma de esferas perfectas en las que se inserta el grupo activo de intercambio. (Degremont, 1979)

Las resinas de intercambio iónico deben tener las siguientes características:

  1. Su estructura química debe incluir en su molécula uno o varios radicales de función acida o básica.
  2. Debe ser insoluble en las condiciones normales de empleo. Además de mantener su integridad ante la variación de iones retenidos.
  3. Debe presentarse en granos homogéneos y de tales dimensiones que minimice la perdida carga en filtración.
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Esquema de una perla de intercambio catiónico orgánico. Obtenido de Water and Wastewater Engneering by Mackenzie L. Davis, Ph.D., P .E., BCEE (2020)

En la imagen se puede ver como la resina se come un polímero de poliestireno reticulado con divinilbenceno con coiones fijos (carga negativa) equilibrados por contraiones móviles cargados positivamente (carga positiva).     

Existe en el mercado distinto tipos de resinas y en cada caso su capacidad será distinta.

Tipo de resinas

Tablas modelos
Obtenido de jhuesa.com

Clasificación de intercambiadores iónicos

Se puede clasificar los distintos tipos de intercambiador de iones según su aplicación.

  1. Desendurecimiento: Se utiliza cloruro de sodio como regenerante. Todas las sales del agua tratada se transforman en sales de sodio. Su pH y alcalinidad no cambian.
  2. Descarbonatación: Se emplea acido como regenerante.
  3. Desmineralización total: El agua atraviesa sucesivamente un intercambiador de cationes en forma de H (regenerado con ácido) y un intercambiador de aniones en forma OH (regenerado con base)
intercambio iónico
Esquema de intercambio iónico para desendurecimiento.

Mantenimiento de un intercambiador iónico

Mantenimiento de un intercambiador iónico

Una vez alcanzada la capacidad de intercambio, podemos decir que la resina está agotada. Cuando esto sucede, se procede a su regeneración. Esto es un conjunto de operaciones que permite el desplazamiento de los iones retenidos hasta dejar de nuevo la resina en su estado de carga inicial. Existen dos tipos de regeneración según el sentido de paso del agua llamados co-corriente y contracorriente. Siendo la más optima esta última donde los fluidos pasan alternativamente de arriba abajo y de abajo arriba en las fases de agotamiento y de regeneración. Los siguientes pasos se utilizan en el ciclo de intercambio iónico:

  1.  Servicio

El agua cruda pasa hacia abajo a través de la columna hasta que la dureza que sale de la columna excede los límites de diseño. La columna se pone fuera de servicio y se pone en línea otra columna.

  1.  Retrolavado

Se introduce un flujo de agua a través del desagüe inferior. Fluye a través del lecho lo suficiente como para expandir el lecho en un 50 por ciento. El propósito es aliviar la compactación hidráulica (Gottlieb, 2005) y mover el material de resina más fino y los fragmentos a la parte superior de la columna y eliminar los sólidos en suspensión que se hayan acumulado durante el ciclo de servicio.

 

  1. Regeneración.

El producto químico de regeneración, por ejemplo, el cloruro de sodio, fluye hacia abajo a través del lecho a un ritmo lento para permitir que las reacciones avancen hacia la regeneración completa.

 

  1. Enjuague lento.

El agua de enjuague pasa a través de la columna a la misma velocidad de flujo que la velocidad de flujo de regeneración para empujar el producto químico de regeneración a través del lecho.

 

  1. Enjuague rápido.

Este es un paso final de enjuague. El enjuague rápido fluye al mismo caudal que el caudal de servicio para eliminar cualquier resto de solución regeneradora.

 

  1. Regreso al servicio. La columna se vuelve a poner en uso.

Este procedimiento es válido para la mayoría de los sistemas de intercambio iónico con una sola resina, tales como ablandamiento, descarbonatación o eliminación de nitratos.

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Columna de resina de intercambiador iónico tipica. Obtenido de Water and Wastewater Engneering by Mackenzie L. Davis, Ph.D., P .E., BCEE (2020)
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Planta de intercambio iónico. Obtenido de https://jhuesa.com/tecnologias/intercambio-ionico

Autor: Crisell Quiroz 

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