Un filtro de agua de intercambio iónico es una unidad de filtración de agua que utiliza resinas de intercambio iónico para capturar e intercambiar contaminantes cargados por iones no objetables. Los filtros de agua de intercambio iónico funcionan reemplazando los componentes iónicos no deseados por iones menos dañinos, que prácticamente no degradan la calidad del agua.
El intercambio iónico se utiliza principalmente para ablandar el agua dura, reducir determinados iones disueltos y producir agua desionizada o desmineralizada. La elección del filtro intercambiable de agua depende de la composición del agua de alimentación, la calidad que se desea obtener, el caudal necesario y la capacidad de intercambio de la resina.
Qué es un filtro intercambiable de agua
El agua se pasa a través de unas botellas con resinas de intercambio iónico, las cuales tienen la facultad de retener el Ion deseado; cuando ha pasado cierta cantidad de agua la carga filtrante o resina, se satura, siendo necesario realizar un lavado o regeneración de la carga filtrante, volviéndose a repetir el proceso de retención y posterior regeneración.
Sistemas de tratamiento de agua por intercambio iónico Son muy populares como sistemas de ablandamiento o desionización de agua. Básicamente, capturan elementos cargados, muy comunes en el agua natural, y los intercambian por iones beneficiosos.
La presencia de impurezas ionizadas en prácticamente todas las fuentes naturales de agua limita sus campos de aplicación. El mecanismo más eficaz y popular para filtrar estos elementos iónicos a lo largo de los años ha sido el intercambio iónico.
Cómo funciona el intercambio iónico
Los filtros de intercambio iónico, que son esencialmente resinas de intercambio iónico hechas de pequeñas perlas de poliestireno, están permanentemente cargados con iones menos molestos. Las perlas de resina son típicamente porosas y su diámetro mide aproximadamente 0,5 milímetros.
Los filtros de agua de intercambio iónico se alojan principalmente en recipientes a presión. Al introducir agua dura o ionizada en el recipiente, esta se filtra a través de las perlas de resina cargadas.
Los iones fijados en las perlas de resina tienen una afinidad relativamente mayor que los contraiones, por lo que atraen a los iones disueltos en el agua. Posteriormente, los iones nocivos se unen a los iones fijados en las perlas de resina, mientras que los iones no contaminantes se integran en el agua.
Las resinas catiónicas y aniónicas son eficaces para la eliminación de iones con carga positiva y negativa, respectivamente. Técnicamente, los iones de hidrógeno (H+) e hidroxilo (OH-) se fijan permanentemente en las perlas de resina de desionización, mientras que los iones de sodio (Na+) se adhieren a la resina del descalcificador.
Debido al agotamiento de las perlas de resina, se activa periódicamente un proceso de regeneración para desplazar los iones contaminantes capturados y, en última instancia, revitalizar el filtro de intercambio iónico.
Qué contaminantes puede eliminar
Los principales contaminantes expulsados del agua mediante procesos de intercambio iónico son elementos ionizados disueltos. Sin embargo, eliminan una serie de contaminantes no deseados cuando se implementan en conjunto con otros. sistemas de tratamiento de agua
La mayoría de los contaminantes transportados por el agua se descomponen en átomos, que contienen cargas positivas o negativas. Las perlas de resina de intercambio iónico aprovechan su alta afinidad para atraer las impurezas catiónicas y aniónicas, sustituyéndolas por iones no contaminantes.
Además de eliminar los iones disueltos, los filtros de intercambio iónico también eliminan metales volátiles como el hierro (Fe₂+).
Los contaminantes que pueden tratarse mediante intercambio iónico incluyen:
- Alcalinidad.
- Fluoruro.
- Dureza del agua.
- Sílice.
- Cloruro.
- Radio.
- Sulfato.
- Arsénico.
- Reducción de TDS.
- Reducción de orgánicos.
Ablandamiento del agua dura
Las aguas naturales contienen iones de calcio y magnesio que forman sales poco solubles. Estos cationes, entre otros menos comunes como el estroncio o el bario, se llaman iones de dureza.
Cuando el agua se evapora, pueden precipitar y formar sólidos. El agua dura produce incrustaciones y puede generar turbidez, por eso es necesario eliminar estos componentes en la medida de lo posible para conseguir un agua más blanda.
Para ello, se utilizan resinas intercambiadoras de cationes fuertemente ácidas en las que el ion intercambiable es el sodio Na, denominándose genéricamente resina catiónica en ciclo sódico.
Sistemas de ablandamiento de agua Se utilizan principalmente filtros de intercambio iónico para eliminar el magnesio (Mg⁺) y el calcio (Ca⁺), que son las principales causas de la dureza del agua.
Estos filtros se fabrican típicamente con resinas de intercambio catiónico, ya que los componentes objetivo son principalmente impurezas catiónicas. El sodio (Na⁺) se fija en las perlas de resina como contraiones, mientras que los iones de sulfonato (SO₃) se fijan permanentemente en ellas.
Como alternativa, se pueden utilizar iones de potasio (K⁺), ya que difícilmente precipitan formando incrustaciones.
Desionización del agua
Las resinas de intercambio iónico que comprenden iones no contaminantes (hidrógeno H+ e hidroxilo OH-) se utilizan comúnmente en sistemas desionizadores de agua Para desplazar iones objetables.
Estos filtros de intercambio iónico se utilizan principalmente para producir agua desionizada o desmineralizada para usos de laboratorio y farmacéuticos.
Además, nuestros sistemas son ideales para tratar el agua dura, eliminando el magnesio y el calcio. Además, reponen las sales beneficiosas y los iones H y OH del agua. Estos iones H y OH se combinan para formar H₂O, o agua pura para consumo.
Tipos de filtros de intercambio iónico
Ablandadores de agua
Los ablandadores emplean principalmente resinas catiónicas para retirar calcio y magnesio, responsables de la dureza. Su funcionamiento sustituye estos iones por sodio o, en determinados casos, potasio.
Desionizadores de agua
Los desionizadores utilizan resinas catiónicas y aniónicas cargadas con hidrógeno e hidroxilo. Su objetivo es retirar una gama más amplia de iones y obtener agua desionizada o desmineralizada.
Desionizadores de lecho mixto
En los desionizadores de lecho mixto, las resinas de intercambio aniónicas y catiónicas se encuentran alojadas en un único recipiente de intercambio. Esta combinación aumenta su productividad, pero debido a su sensibilidad a distintos contaminantes, se utilizan ampliamente como sistemas de postratamiento para desionizadores de dos lechos.
Desionizadores de dos lechos
En los desionizadores de dos lechos, la resina de intercambio aniónico se almacena en un recipiente separado de la resina de intercambio catiónico.
El agua de alimentación se introduce primero en el recipiente de intercambio catiónico, donde los iones positivos se intercambian por hidrógeno (H+), mientras que los iones negativos se reemplazan por iones hidroxilo (OH-).
Componentes de un filtro intercambiable de agua
Un filtro de intercambio iónico consta de los siguientes elementos principales:
- Botella de PRFV.
- Válvula de control con medición de caudal.
- Depósito de polietileno de alta densidad con sonda de nivel y carga de salmuera.
En instalaciones compactas, el equipo puede integrar distintos elementos de filtración y acondicionamiento:
- Edificio prefabricado con recubrimiento de panel sándwich.
- Filtro de retención de solidos disueltos.
- Filtro de retención de nitratos.
- Depósito de polietileno de alta densidad para almacenar la sal muera.
- Equipo de desinfección mediante bomba dosificadora de cloro.
El filtro IX se aloja en un recipiente a presión, pero la configuración puede incluir uno o dos recipientes.
Regeneración de la resina
Los sitios activos de la resina de intercambio iónico se saturan una vez que los iones contaminantes se adhieren a la mayoría de ellos. Esto agota el filtro de agua de intercambio iónico, y la única solución es recargar las perlas de resina.
Idealmente, se introduce un regenerante químico adecuado en el lecho de resina. Este proceso se realiza mediante regeneración de flujo inverso o regeneración de coflujo.
Regeneración de flujo inverso
También se conoce como proceso de contraflujo. El producto químico de regeneración se introduce en sentido inverso, a diferencia del flujo de servicio normal.
Se utiliza comúnmente con columnas de intercambio iónico de lecho empacado y es eficiente en el uso de productos químicos de regeneración.
Regeneración de coflujo
Este proceso permite que el producto químico de regeneración comparta el mismo flujo que el flujo de servicio normal (generalmente de arriba a abajo).
No se recomienda utilizar este proceso cuando se tratan caudales grandes o se desea una mayor calidad.
Etapas de regeneración
- Retrolavado. Este es el mecanismo de limpieza utilizado para desalojar las partículas atrapadas en el lecho de resina y reorganizar las perlas de resina.
- Inyección de la solución de regeneración.
Para el proceso de regeneración de la resina, se utilizará una solución en salmuera (cloruro sódico).
Capacidad de intercambio y caudal
La capacidad de intercambio mide la capacidad de su filtro de agua de intercambio iónico para intercambiar iones no deseados por iones no contaminantes durante períodos de tiempo determinados.
La capacidad de intercambio, que se mide principalmente en granos, representa el volumen de agua que su filtro de intercambio iónico procesará en un período determinado. El rango que elija debe ajustarse cómodamente a las necesidades de cantidad de su aplicación.
| Parámetro | Valores indicados |
|---|---|
| Capacidad de cartuchos | 450 hasta 3000 granos |
| Caudal de servicio | 0,13 hasta 1,25 GPM |
| Capacidad de sistemas comerciales e industriales | 450 granos hasta más de 4000 mil granos |
| Caudal máximo indicado para sistemas comerciales e industriales | 1000 GPM |
Qué tener en cuenta antes de elegirlo
Composición del agua de alimentación
Comprender el tipo de contaminantes presentes en el agua de alimentación le ayudará a elegir el filtro de intercambio iónico, el sistema de pretratamiento y el sistema de postratamiento ideales, si es necesario.
Para ablandar el agua, puede adquirir un filtro de resina catiónica de alta acidez.
Calidad de agua deseada
Los distintos filtros de intercambio iónico generan agua de calidad distinta. Por ejemplo, los intercambiadores de iones de lecho mixto ofrecen una calidad superior en comparación con los intercambiadores de iones de dos lechos.
Además, puede solicitar un sistema de postratamiento que acondicionará el agua a su gusto.
Capacidad necesaria
El caudal y la capacidad deben corresponder al consumo previsto y al número de puntos de uso. Un equipo con una capacidad insuficiente puede saturar la resina con mayor rapidez y exigir regeneraciones más frecuentes.
Regeneración
Algunos equipos permiten regeneración automática. La regeneración de resina puede realizarse según temporizador o caudal.
Precauciones de instalación
Dado que estos filtros funcionan con resinas muy especificas, estas pueden verse dañadas o saturadas por otros elementos existentes en el agua a tratar, los cuales hay que evitar y se pueden resumir en:
- Turbidez en el agua que satura las resinas y dañas las válvulas de control.
- Bacterias.
- Hierro y manganeso.
- Cloro y sus derivados.
- Otros minerales.
La existencia de algunos de estos elementos puede reducir el rendimiento del sistema o dañarlo de forma irreversible.
Por ello, puede ser necesario utilizar sistemas de pretratamiento o combinar el intercambio iónico con otros métodos de purificación.
El sodio después del ablandamiento
A la hora de instalar un filtro de intercambio iónico hay que tener en consideración el valor inicial del sodio del agua a tratar.
Los intercambiadores de iones, intercambian el ion retenido por otro de sodio Na, lo que aumentara el valor de este parámetro a la salida del filtro.
Puede ocurrir que eliminemos dureza o nitratos del agua y aumentemos el valor del sodio hasta valores no permitidos por normativa.
Dónde se utilizan
Como su nombre indica, los filtros de intercambio iónico están especializados en eliminar las impurezas ionizadas del agua. Por ello, se utilizan principalmente para ablandar el agua dura y purificarla mediante desionización.
Los principales ámbitos de aplicación son:
- Complejos residenciales y comerciales.
- Agua de alimentación de caldera.
- Torres de enfriamiento.
- Tratamiento de agua de pozo.
- Tratamiento de aguas residuales.
- Potabilización del agua.
Algunas de las aplicaciones del intercambio iónico son:
- Como pretratamiento de otros procesos, por ejemplo, la ósmosis inversa.
- En la industria agroalimentaria.
- En la industria química y farmacéutica.
- En la industria energética, electrónica y nuclear.
- Para el tratamiento de superficies.
- Para el aporte de agua de calderas.
El intercambio iónico se utiliza ampliamente en la industria de alimentos y refrescos, hidrometalurgia, terminación de metales, compuestos, petroquímica, innovación farmacéutica, creación de azúcar y azúcar, tratamiento de aguas molidas y consumibles, tratamiento de agua atómico, suavizado, mecánico, semiconductores, energía y numerosas empresas diferentes.
Materiales de las resinas
Los filtros de agua de intercambio iónico se componen principalmente de resinas de intercambio iónico, que a su vez están compuestas por microesferas microperforadas.
Estas microesferas de resina de intercambio iónico son prácticamente insolubles en disolventes orgánicos y agua. Normalmente, el material base utilizado para fabricar las microesferas de resina de intercambio iónico es poliacrilato y poliestireno, y las microesferas suelen tener un diámetro de entre 0,3 mm y 1,3 mm.
Las perlas de resina de intercambio iónico se cargan con iones no contaminantes, que pueden ser catiónicos o aniónicos. En los filtros desionizadores de agua, las resinas se cargan con iones de hidrógeno (H+) e hidroxilo (OH-).
Las perlas de resina con carga positiva se clasifican como resinas de intercambio catiónico, mientras que las negativas se clasifican como resinas de intercambio aniónico.
Intercambio iónico combinado con otros sistemas
Nuestros filtros de intercambio iónico pueden utilizarse como soluciones independientes o junto con otros sistemas de purificación para obtener mejores resultados.
Como pretratamiento de otros procesos, por ejemplo, la ósmosis inversa.
La ósmosis inversa y los filtros intercambiables de agua cumplen funciones diferentes: el intercambio iónico se centra en los iones disueltos, mientras que la ósmosis inversa puede integrarse como una etapa adicional dentro de una solución de tratamiento más amplia.
Diferencia entre ablandamiento, desionización y filtración convencional
Los ablandadores reducen principalmente la dureza causada por calcio y magnesio. Los desionizadores eliminan cationes y aniones para producir agua desionizada o desmineralizada.
Un filtro de carbón activo para agua del grifo bajo fregadero está orientado a obtener agua filtrada, mientras que el intercambio iónico actúa específicamente sobre impurezas ionizadas.
Un purificador de agua doméstico puede incorporar un elemento de filtrado de carbón activado y un tanque de 13 l carbón activado.
Los filtros de intercambio iónico pueden utilizarse como soluciones independientes o junto con otros sistemas de purificación para obtener mejores resultados.
Aplicaciones avanzadas del intercambio iónico
La cromatografía comercial de partículas es una estrategia cromatográfica que se utiliza ampliamente para la investigación de mezclas y la partición de partículas.
Por ejemplo, en química orgánica se usa generalmente para aislar átomos cargados, por ejemplo, proteínas.
Una región importante de la aplicación es la extracción y purga de sustancias creadas naturalmente, por ejemplo, proteínas (aminoácidos) y ADN / ARN.
Las formas de intercambio iónico se utilizan para aislar y limpiar metales, incluido el aislamiento de uranio del plutonio y diferentes actínidos, incluidos el torio, el neptunio y el americio.
Este procedimiento también se usa para aislar los lantánidos, por ejemplo, lantano, cerio, neodimio, praseodimio, europio e iterbio, entre sí.
El proceso de intercambio iónico también se utiliza para aislar diferentes disposiciones de fundamentalmente los mismos componentes de la mezcla, por ejemplo, circonio y hafnio, que también es importante para el negocio atómico.
De esta manera, el comercio de partículas se utiliza en el reprocesamiento atómico y el tratamiento de desechos radiactivos.
Los campos de intercambio iónico como películas delgadas se utilizan adicionalmente en procesos de cloro alcalino, dispositivos de potencia y baterías redox de vanadio.
Las resinas de intercambio iónico
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