Uso de la tecnología de Intercambio Iónico para el tratamiento de agua

Esta tecnología resalta por ser versátil en cuanto a su aplicabilidad se refiere, ya que se puede emplear en la recuperación de uranio, metales presentes en soluciones, desalinización de aguas salobres, ablandamiento, desmineralización, separación de amonio y mucho otros más.

El intercambio de iones, consiste en poner en contacto un denominado sólido iónico o intercambiador o resina junto con una mezcla líquida, que contiene iones. Básicamente los iones de la mezcla (o llamados también iones impuros) son intercambiados por otros iones que despide la resina. (Ver figura -1)

Al realizar el intercambio se consigue eliminar una determinada especie iónica de la solución líquida, dando como resultado su separación y su concentración en fase sólida dentro de la resina.

De manera general dentro del proceso de intercambio entre la resina y la solución, se tienen las etapas siguientes: difusión, adsorción, atracción electrostática y equilibrio ácido-base.

Este proceso es reversible debido a que no se producen transformaciones químicas como tal, ni en el líquido ni en el intercambiador, aspecto que es ventajoso, porque se puede realizar la recuperación del ion tras el intercambio.

Figura -1, Ablandamiento (intercambio de sodio) en una resina

Fuente: http://dardel.info/IX/IX_Intro_ES.html

Acerca de la solución líquida

El agua como elemento vital contiene ciertas cantidades de diferentes sustancias de manera natural, pero por diferentes modificaciones, estas se ven alteradas, por ejempló la alta cantidad de magnesio y calcio ocasiona una mayor dureza en el agua.

El método no solo se usa para aguas que han sido alteradas en su composición natural, sino que también en algunos casos se requiere extraer ciertos elementos o compuestos del agua en su estado natural, por ejemplo la desalinización de aguas de mar.

La mencionada mezcla liquida está compuesta por diferentes iones, estos pueden ser de dos tipos:

-Cationes: iones con carga eléctrica positiva, entre ellos, calcio, hierro, potasio magnesio, sodio, etc.

-Aniones: iones con carga eléctrica negativa, entre ellos, nitrato, cloruro, sulfato bicarbonato, carbonato, etc.

Aspectos relevantes del intercambiador

Desde años atrás se han ido fabricando y diseñando diferentes tipos de intercambiadores o resinas, los más usados son de poliestireno o algún polímero acrílico, que resulta ser la estructura básica y a esta se le añaden grupos funcionales ionizables.

Estas resinas contiene un radical fijo y un ion móvil o de sustitución, éste último es intercambiado por los iones que desean eliminarse de la solución, además esto solo se realiza en iones de igual carga eléctrica.

Las principales características que debe tener una resina son: rigidez, solubilidad, un tamaño adecuado, resistencia a fracturas, estabilidad y una densidad apropiada.

Existen gran variedad de resinas, de forma general se tienen dos tipos básicos, las de intercambio de cationes y las de intercambio de aniones, pero estos también pueden clasificarse según otros criterios:

Según su Estructura de Red

-Microporosas o Tipo Gel

-Macroporosas o Macroreticulares

-Isoporosas

Según su Grupo Funcional

-Resinas Catiónicas de Ácido Fuerte

-Resinas Catiónicas de Ácido Débil

-Resinas Aniónicas de Base Fuerte

-Resinas Aniónicas de Base Débil

-Resinas Quelatantes

Este tipo de tecnología usada para el tratamiento de aguas, llega a ser un método muy eficiente en la remoción de iones, además las áreas de tratamiento son reducidas, es de sencilla operación, lo cual reduce los costos de mantenimiento de manera significativa, cabe resaltar también que la inversión de instalación es de alguna manera económica, claro que dependerá de la cantidad de agua a tratar y del tipo de resinas a usarse.

Las resinas tienen una vida útil relativamente larga, debido a su reutilización después de la extracción de los iones intercambiados por la misma, pero cuando acaba su funcionamiento se convierte en un residuo que debe ser tratado para su posterior disposición, el tipo de tratamiento que se aplique a la resina dependerá de la naturaleza de la misma y de los iones que ha absorbido, por ejemplo las resinas usadas en el sector nuclear deben ser sometidos inicialmente a diferentes procesos para reducir su nivel de radioactividad antes de ser desechado en matrices de cementos, silicatos y otros. Este proceso se traduce en costos extras.

Elementos como hierro, aluminio, bario, manganeso y aceites o grasas pueden ocasionar atascamientos en las paredes de la resina, el cloro y ozono llegan a degradar la estructura de las mismas, todo esto ocasiona un deterioro en la calidad del agua producida e interviene en la capacidad de intercambio de las resinas.

El intercambio iónico resulta más adecuado en tipos de aguas que no presenten altas cantidades de los elementos mencionados anteriormente, debido a que estos alteran la superficie de intercambio, en aguas que no contengan alta cantidad de bacterias, porque la resina actuaría como un medio de cultivo bacteriano, estos son los principales parámetros que deben de cumplir las aguas a ser tratadas mediante este método, para obtener buenos resultados.

REFERENCIAS

DARDEL. El intercambio iónico, principios básicos. Home Page. 6 Noviembre 2016

PAUER, Ricardo E. Generalidades sobre el Intercambio Iónico conceptos introductorios [En línea] Rosario, Argentina: IDRECO Sudamericana, 1990. 16 p. [fecha de consulta: 14 Marzo 2017]

Disponible en:

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Disponible en: http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/22193/Capitulo3.pdf

SÁNCHEZ Ruiz, Concepción. Intercambio Iónico. Fichas Técnicas de Etapas de Proceso de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales de la Industria Textil. [En línea] La Coruña, España: Universidad de La Coruña, 2015. 30 p. [fecha de consulta: 14 Marzo 2017].

Disponible en: https://www.wateractionplan.com/documents/186210/200858/FT-TER-006-INTERCAMBIO+IONICO+A201515.pdf/7ad263b8-d51c-44b3-a366-9598794c596e

TESACUA, Tratamiento de Aguas (España). Intercambio Iónico. [en línea] Madrid España. 4 p. [fecha de consulta: 14 Marzo 2017]

Disponible en: http://www.tesacua.es/index_htm_files/Principios%20basicos%20del%20Intercambio%20Ionico.pdf