Tratamiento de agua por Intercambio iónico
Conocer las necesidades de agua dentro de la industria y las potenciales fuentes de origen son el punto de partida para especificar el tipo de tratamiento a considerar. Éste, será tanto más intensivo cuanta mayor calidad de esta agua se demande en el proceso, siendo la calidad del agua destinada a calderas de alta presión la más exigente.
La industria puede utilizar diferentes fuentes de agua, principalmente: aguas subterráneas y aguas superficiales. Entre los contaminantes que pueden encontrarse estas aguas se incluyen: gases atmosféricos, minerales, materia orgánica y microrganismos. Estos contaminantes se pueden encontrar disueltos en el agua o en suspensión.
Las aguas subterráneas son aquellas que percolan a través de suelos porosos, y son “filtradas” por éstos, de tal forma que la contaminación orgánica y microbiológica es consumida por la actividad bacteriológica en el propio suelo, resultando unas aguas relativamente libres de sólidos en suspensión. Sin embargo, estas aguas contienen un nivel mayor de contaminación mineral, ya que pueden disolver diversos minerales, especialmente calizas, las cuales contienen predominantemente calcio. Otras formaciones geológicas contribuyen con otros minerales como magnesio, hierro, sulfatos y cloruros, dando una típica característica de “dureza” al agua.
Las aguas superficiales contienen menos contaminación mineral, pero en cambio, poseen un mayor nivel de contaminación orgánica así como partículas no disueltas debido a que esta agua ha entrado en contacto con vegetación y escombros de la superficie.
Uno de los tratamientos más conocidos y empleados dentro del tratamiento de aguas para eliminar sólidos disueltos tanto en aguas subterráneas como superficiales es el INTERCAMBIO IÓNICO, el cual forma parte de los tratamientos de desmineralización. Este tipo de tratamiento permite eliminar especies iónicas (sales) disueltas y que podrían generar precipitaciones en equipos de transferencia de calor, reduciendo la transferencia a través de las superficies metálicas, lo que lleva a fallos y roturas por stress térmico.
Los tratamientos de agua por Intercambio iónico emplean resinas de intercambio iónico. Éstas son co-polímeros o polímeros acrílicos granulares insolubles en agua que tienen la capacidad de intercambiar unas de sus moléculas por otras. Su estructura incluye radicales ácidos (de signo positivo) o básicos (de signo negativo) capaces de permutarse con cantidades equivalentes de iones del mismo signo que contenga el agua. De esta forma, los iones positivos o negativos presentes en el agua, cuyo origen son las sales minerales disueltas, se “fijan” a los radicales de la resina de intercambio al pasar a través de ella y se permutan con los radicales ácidos o básicos que la resina contiene, como se muestra de forma esquemática en la Figura 1.
Figura 1: Intercambio iónico
Se distinguen dos tipos de resinas de intercambio iónico:
- Resinas catiónicas: captan los cationes que contenga el agua (Na+, Ca2+, Mg2+, Fe3+ , etc.) desplazando de la resina las cargas H+ o Na+.
- Resinas aniónicas: captan los aniones que contenga el agua (Cl– , SO42-, CO32-, NO3–, etc.) desplazando de la resina las cargas OH– o Cl+. También captan la sílice del agua, ya que se comporta como un anión débil.
Las resinas de intercambio presentan mayor afinidad por los iones de mayor valencia. En términos sencillos, la resina catiónica prefiere el ión calcio al sodio. Evidentemente, el intercambio de iones entre el agua y la resina no es ilimitado y después de un cierto tiempo, la resina ha quitado tantos cationes y aniones del agua que no queda espacio para acoger otros. Es entonces cuando se dice que la resina se ha “agotado” y se procede a su regeneración.
Un síntoma claro de agotamiento de la resina es un incremento de la conductividad del agua a la salida al producirse la denominada “fuga de iones” cuando la resina comienza a no retener los iones por los que tiene menor afinidad. Llegado este punto, la resina debe regenerase. La regeneración consiste en hacer pasar una solución concentrada de un ácido u una base a través de ella. Para las resinas catiónicas se utilizará una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) o clorhídrico (HCl), si bien este último presenta mayores problemas de corrosión en los materiales metálicos. Para resinas aniónicas se empleará una solución de sosa (NaOH).
La naturaleza del regenerante cambia según la acidez o basicidad de la resina, y no hay un único procedimiento para realizar la regeneración, (en co-corriente, contra-corriente, etc).
El intercambio iónico se trata pues de un proceso reversible, ya que una vez regenerada la resina ésta queda de nuevo lista para volver a tratar el agua bruta y comenzar el proceso de nuevo. El resultado de la desmineralización por intercambio iónico es una reducción del 95-99.9 % de los sólidos disueltos en el agua.
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