Intercambio iónico
La tecnología de intercambio iónico se emplea a menudo con fines estéticos en forma de ablandadores de agua para eliminar minerales, y también es útil para eliminar productos químicos inorgánicos, metales pesados y sólidos disueltos cuando se utiliza como tecnología de pulido con agua. El fluoruro, el radio y, hasta cierto punto, el nitrato se tratan eficazmente con resinas de intercambio iónico. La eliminación de estos contaminantes se logra mediante la adsorción de los iones contaminantes en un medio de intercambio de resina. En este caso, un ion se sustituye por otro ion en la superficie cargada del medio, generalmente una resina plástica sintética. Esta superficie de resina está diseñada como catiónica (carga negativa) o aniónica (carga positiva). El medio se satura con el ion intercambiable antes de que comiencen las operaciones de tratamiento. Durante el intercambio, los iones contaminantes reemplazan a los iones regenerantes porque son los preferidos por el medio. Una vez que el medio alcanza el equilibrio con los iones contaminantes, el medio se regenera con una solución adecuada, como cloruro de sodio, cloruro de potasio, soda cáustica o solución ácida. Los desechos de intercambio iónico están altamente concentrados y requieren una eliminación cuidadosa.
Ablandamiento de agua
El ablandamiento del agua es un proceso para la eliminación de calcio y magnesio del agua. Estos minerales son la causa principal de la dureza. Con agua dura, se necesitan grandes cantidades de jabón para producir espuma y es posible que se formen escamas duras en los utensilios de cocina o en las palanganas. Las formaciones duras similares a la tiza también pueden cubrir el interior de las tuberías y los calentadores de agua.La mayoría de los ablandadores de agua funcionan con el proceso de intercambio de iones, lo que provoca el reemplazo de iones de calcio y magnesio con iones de sodio. El intercambio tiene lugar cuando el agua dura entra en contacto con un medio de intercambio, generalmente una resina sintética o una zeolita en gel. Estos son materiales granulares insolubles que poseen la propiedad de intercambio iónico. Después de un período de tiempo, el material de intercambio debe regenerarse. Los iones de sodio se restauran en la resina (o medio de zeolita) pasando una solución de sal (NaCl) o salmuera a través del lecho. Sin embargo, este tipo de proceso de ablandamiento del agua aumenta el contenido de sodio del agua y puede hacer que no sea adecuada para las personas que siguen una dieta baja en sodio.
Eliminación de nitratos (NO3)
El nitrato (NO3) es un compuesto que se forma cuando el nitrógeno se combina con el oxígeno; a veces, grandes cantidades de nitrato llegan al agua potable debido a: fertilizantes, desechos animales, particularmente en áreas de agricultura intensiva, sistemas de eliminación de aguas residuales no reticuladas, desechos industriales y de procesamiento de alimentos. La prueba es la única forma de detectar nitrato, ya que es insípido, inodoro e incoloro. Los niveles de nitrato varían a lo largo del año, a menudo los resultados son más altos en primavera (después de la lluvia y el derretimiento de la nieve) y se han encontrado niveles altos de nitrato a fines del verano en áreas donde hay riego extensivo.
El nitrato es un ion altamente soluble y estable en agua. Por lo tanto, se han empleado algunas técnicas para la eliminación eficiente del agua, como la adsorción, el intercambio iónico, la ósmosis inversa y los tratamientos biológicos. Algunos de estos métodos tienen altos costos operativos. El proceso de intercambio iónico parece ser el más adecuado para los pequeños proveedores de agua debido a su simplicidad, efectividad y costo relativamente bajo. El proceso de intercambio de iones implica el paso de agua cargada de nitrato a través de un lecho de resina que contiene resinas de intercambio de aniones de base fuerte en las que los iones de nitrato se intercambian por cloruro hasta que se agota la resina.
Eliminación de iones metálicos: Arsénico (As), Zinc (Zn)
Las resinas de intercambio iónico tienen buena selectividad con respecto a los iones metálicos. Depende en gran medida de la estructura de la resina y específicamente del radio iónico y la densidad de carga iónica de los iones metálicos. Un ion de mayor densidad de carga tiende a desplazar a un ion de menor densidad de carga. Los iones trivalentes se adsorben preferentemente, luego los iones divalentes. Dentro de los iones de la misma carga, la selectividad se rige por la fuerza del enlace. Esto está determinado por la característica electrovalente del ion metálico. Los iones metálicos que son más electrovalentes se unen más fuertemente y se adsorben preferentemente. Por ejemplo, el cobre es más electropositivo que el zinc; como resultado, de un efluente que contiene cobre y zinc disueltos, los iones cúpricos son preferentemente adsorbidos. El arsénico es una sustancia tóxica con diversos grados de regulación. Mediante la tecnología de intercambio iónico es posible mediante el uso de resina aniónica eliminar el arsénico pentavalente y trivalente del agua. Se recomienda la oxidación previa para convertir el arsénico trivalente en la forma pentavalente antes de eliminarlo con resinas de intercambio iónico. Cualquier exceso de oxidante debe eliminarse antes del contacto con la resina.
Eliminación de boro
El boro es un elemento natural que prevalece en las aguas subterráneas de áreas con geología volcánica, presente en el agua de mar y se utiliza en productos comerciales como detergentes. Ligeramente tóxico para los humanos pero frecuentemente muy tóxico para las plantas, especialmente para las variedades de cítricos, el boro está regulado en la mayoría de las regiones del mundo. Según la salinidad del agua, la concentración de boro y la temperatura, se utilizan dos procesos principales para producir agua potable con menos de 0,5 mg/l de boro:• Diseño de ósmosis inversa de 2 pasos:
Diseño de tecnología de ósmosis inversa de segundo paso con adición de sosa cáustica para elevar el pH alrededor de 9.5. Parte del permeado del primer paso se puede desviar para mantener algunos minerales en el agua.
• Tecnología de ósmosis inversa + diseño de intercambio iónico:
La resina de intercambio iónico de boro selectivo con o sin derivación se puede utilizar para la eliminación de boro como tratamiento posterior del permeado de primer paso, según la concentración de boro residual necesaria. La resina selectiva debe regenerarse in situ con sosa cáustica y ácido clorhídrico o sulfúrico. A menudo se requiere un sistema de doble columna para garantizar una producción continua.