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Intercambio de IonesMr. Smith Chetanachan/123RF

Las perlas de resina utilizadas en la purificación de agua de intercambio iónico deben tratarse o regenerarse para su uso continuo.

Aunque hay muchas tecnologías de purificación de agua disponibles, el intercambio iónico es adecuado para la eliminación altamente selectiva de contaminantes específicos

El intercambio de iones es un proceso de tratamiento de agua comúnmente utilizado para el ablandamiento o la desmineralización de agua, pero también se utiliza para eliminar otras sustancias del agua en procesos como la negociación, desionización, desnitrificación y la desinfección. Con muchas otras tecnologías superpuestas disponibles, es importante determinar si el intercambio iónico es la mejor opción en un escenario determinado.

¿Qué es exactamente el Intercambio de Iones?

El intercambio de iones describe un proceso químico específico en el que los iones disueltos no deseados en el agua y los efluentes – como nitrato, flúor, sulfato y arsénico – se intercambian por otros iones con una carga similar. Los iones son átomos o moléculas que contienen un número total de electrones que no son iguales al número total de protones.

Hay dos grupos diferentes de iones:

  • Cationes cargados positivamente
  • Aniones cargados negativamente

Tenemos que agradecer a Michael Faraday por estos nombres, que ideó basándose en la atracción de cationes a cátodos y en la atracción de aniones a ánodos en un dispositivo galvánico.

Eliminación de Contaminantes Iónicos

Esta atracción se utiliza para eliminar los contaminantes iónicos disueltos del agua. El proceso de intercambio se produce entre un sólido (resina o zeolita) y un líquido (agua). En el proceso, los compuestos menos deseados se intercambian por aquellos que se consideran más deseables. Estos iones deseables se cargan en el material de resina. Estas resinas se pueden utilizar solas o en conjunto para eliminar los contaminantes iónicos del agua.

En el intercambio de cationes durante el tratamiento del agua, los iones cargados positivamente que entran en contacto con la resina de intercambio iónico se intercambian con iones cargados positivamente disponibles en la superficie de la resina, generalmente sodio.

En el proceso de intercambio de aniones, los iones cargados negativamente se intercambian con iones cargados negativamente en la superficie de la resina, generalmente cloruro. Varios contaminantes — incluyendo nitrato, flúor, sulfato y arsénico- pueden ser eliminados por intercambio de aniones.

En comparación con otras tecnologías, como la electrodesionización continua (CEDI), la cromatografía, ultrafiltración, y tratamientos biológicos, el intercambio iónico es particularmente adecuado cuando se intenta eliminar un contaminante específico de baja concentración, por ejemplo, la eliminación de boro del agua de pozo.

Resinas de Recarga

Los materiales de resina tienen una capacidad de intercambio finito. Cada uno de los sitios de intercambio individuales se llenará con un uso prolongado. Cuando no pueda intercambiar iones por más tiempo, la resina debe ser recargada o regenerada para restaurarla a su condición inicial. Las sustancias utilizadas para esto pueden incluir cloruro de sodio, así como ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, o hidróxido de sodio.

La sustancia primaria que queda del proceso se llama “regenerante gastado”. Contiene no sólo todos los iones eliminados, sino también cualquier ion regenerador adicional, y también tendrá un alto nivel de sólidos disueltos totales. El regenerante se puede tratar en una instalación municipal de efluentes, pero las descargas pueden requerir supervisión.

La eficacia del intercambio de iones para el tratamiento de aguas se puede limitar por la eliminación de sarro mineral, obstrucciones de superficie y otros problemas que contribuyen a ensuciar la resina. Los procesos del tratamiento previo tales como filtración o adición de productos químicos pueden ayudar a reducir o a prevenir estas ediciones.

Mercado de Intercambio de Resinas

El mercado mundial de resinas de intercambio iónico, que se estimó en $1540 millones de dólares en 2014, se proyectó en 2016 para ser $2460 millones de dólares para el 2022, una tasa de crecimiento anual compuesto de aproximadamente 6%, según Stratistics MRC, una firma de investigación de mercado con sede en Maryland. Sus analistas ven una mayor demanda de energía nuclear y estrictas regulaciones ambientales que impulsan el mercado. Esto se ve particularmente en la generación de energía y los mercados de tratamiento de efluentes.

Intercambio de Iones en el Tratamiento de Agua Potable

Recientemente las resinas de intercambio iónico se han utilizado cada vez más para producir agua potable. Las resinas especializadas han sido diseñadas para tratar diversos contaminantes de interés, incluyendo boro, perclorato y uranio.

Hay muchas resinas diseñadas para estos propósitos, tales como base fuerte/resina de anión fuerte, que se utiliza para eliminar nitratos y perclorato. El intercambio de iones se utiliza ampliamente en el ablandamiento del agua, donde se considera una tecnología sólida y probada.

Procesamiento de Alimentos

La adsorción y el intercambio iónico, ambos utilizados en el procesamiento de alimentos, son similares en diseño y a veces en sus ciclos de funcionamiento. El intercambio de iones se puede utilizar para el vino, el jugo de fruta y la desmineralización del suero de leche, y la decoloración del azúcar de caña. En la desmineralización del suero de leche, el intercambio iónico se utiliza para recuperar y convertir la lactosa y las sales minerales en sustancias más valiosas para su uso en productos como alimentos para bebés y productos farmacéuticos. En la decoloración del zumo de fruta, el intercambio iónico se utiliza para decolorar el mosto de las uvas, por ejemplo, y también se utiliza para la desmineralización en bodegas.

¿Es el Intercambio de Iones Adecuado para Sus Necesidades?

Aunque el intercambio iónico y el tratamiento biológico son ampliamente reconocidos como las dos tecnologías líderes para la desnitrificación, el intercambio iónico se utiliza típicamente para tratar los nitratos en las aguas subterráneas, mientras que el tratamiento biológico se utiliza típicamente para tratar el agua superficial.

El intercambio de iones también se puede utilizar en la eliminación de arsénico   y otros metaloides y metales. Otras alternativas viables, incluida la separación de membranas, pueden ser más eficientes, pero también vienen con un costo más alto.

Determinar si el intercambio iónico es adecuado para una situación en particular requiere consideración cuidadosa. Contacte a Fluence para saber qué tecnología de tratamiento es adecuada para sus desafíos específicos del agua.

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