Los intercambiadores de iones desempeñan un papel fundamental en el tratamiento moderno del agua. Se utilizan para eliminar eficazmente los iones disueltos y adaptar el agua a requisitos específicos, ya sea para procesos industriales, la producción de agua desmineralizada (agua totalmente desmineralizada) o el reciclado de agua de proceso. En este artículo explicamos la función de los intercambiadores de cationes y aniones, qué iones se eliminan con los distintos tipos de resinas y cuándo tiene sentido utilizar un filtro de goteo de CO₂.
Índice
Intercambiador de cationes: eliminación de iones positivos (cationes)
1. intercambiadores de cationes fuertemente ácidos (SAC)
Los intercambiadores de cationes fuertemente ácidos contienen grupos funcionales como el ácido sulfónico, que están altamente ionizados y, por tanto, permanecen activos incluso con un valor de pH bajo. Estas resinas de intercambio sustituyen los iones de carga positiva (cationes) del agua por iones de hidrógeno. Esto elimina eficazmente los formadores de dureza, como el calcio y el magnesio, lo que es especialmente importante en el ablandamiento y la desmineralización.
Ámbitos de aplicación
- Ablandamiento:
- Eliminación de los formadores de dureza, como (iones de calcio) e (iones de magnesio), que provocan depósitos calcáreos.
- Desmineralización:
- Eliminación de todos los cationes, incluidos (sodio), (potasio) y (hierro), en combinación con intercambiadores de aniones.
Conexiones que se eliminan
- Endurecedor
- Sodio y potasio
- Iones de metales pesados como hierro, cobre o plomo
Conexiones que no se eliminan
- Aniones como cloruro, sulfato o nitrato
- Compuestos no iónicos como sustancias orgánicas o partículas no disueltas
2. intercambiadores de cationes débilmente ácidos (WAC)
Los intercambiadores de cationes débilmente ácidos contienen grupos carboxilo que se ionizan en rangos de pH más altos y, por tanto, pueden unir iones cargados positivamente (cationes). Son especialmente eficaces para eliminar los cationes ligados a la dureza del carbonato (bicarbonatos). A diferencia de los intercambiadores de cationes fuertemente ácidos, sólo funcionan en un intervalo de pH entre alcalino y neutro, por lo que su aplicación es más selectiva.
Ámbitos de aplicación
- Eliminación selectiva de la dureza carbonatada:
- Fijación de iones de calcio y magnesio, presentes en forma de bicarbonatos.
- Regeneración con pequeñas cantidades de productos químicos:
- En comparación con las resinas fuertemente ácidas, las resinas débilmente ácidas necesitan menos ácido para regenerarse.
Conexiones que se eliminan
- Endurecedores en forma de bicarbonatos.
- Iones de metales pesados como el hierro, que se unen a los bicarbonatos.
Conexiones que no se eliminan
- Dureza no bicarbonatada: sulfatos o cloruros de calcio y magnesio
- Aniones como el cloruro o el nitrato
Foto: Nuestros intercambiadores de cationes y aniones ALMA ION
Intercambiador de aniones: eliminación de iones negativos (aniones)
1. intercambiadores de aniones débilmente básicos (WBA)
Los intercambiadores de aniones débilmente básicos tienen grupos funcionales, como grupos amino, que pueden unir ácidos débiles como el ácido carbónico y aniones orgánicos. Funcionan en un intervalo de pH neutro a ligeramente alcalino y son ideales para eliminar aniones específicos. Una desventaja decisiva es que los intercambiadores de aniones débilmente alcalinos no pueden eliminar directamente el CO₂ disuelto.
Ámbitos de aplicación
- Tratamiento previo:
- Alivio de intercambiadores de aniones fuertemente básicos mediante la eliminación previa de cloruros (), sulfatos () y bicarbonatos ().
- Eliminación de ácidos débiles:
- Fijación de ácido carbónico () y aniones orgánicos.
Conexiones que se eliminan
- Aniones como cloruro, sulfato y nitrato
- Bicarbonato
- Aniones orgánicos débiles y ácido carbónico
Conexiones que no se eliminan
- Dióxido de carbono disuelto
- Aniones débilmente disociados que están fuera del rango efectivo de pH
2. intercambiadores de aniones fuertemente básicos (SBA)
Los intercambiadores de aniones fuertemente básicos contienen grupos de amonio cuaternario que tienen una gran afinidad por todo tipo de aniones, incluidos los ácidos débilmente disociados como el ácido silícico. Funcionan en una amplia gama de pH y son ideales para eliminar cualquier anión, incluidos los débilmente o no totalmente ionizados.
Ámbitos de aplicación
- Desmineralización:
- Eliminación de todos los aniones (por ejemplo, cloruro, sulfato, nitrato) en combinación con intercambiadores de cationes fuertemente ácidos.
- Eliminación del ácido silícico y de la alcalinidad residual:
- Eliminación de oligoelementos e iones residuales mínimos para conseguir la máxima pureza del agua.
Conexiones que se eliminan
- Todos los aniones clásicos: Cloruro, sulfato, nitrato, fosfato
- Ácidos débilmente disociados: ácido silícico
- Aniones orgánicos y residuos de ácidos orgánicos
- Residuos de alcalinidad como bicarbonatos
Conexiones que no se eliminan
- Sustancias no iónicas como sustancias orgánicas no disueltas
- CO₂ molecular, si no se ha utilizado previamente un elevador de CO₂.
Foto: Nuestro intercambiador de iones ALMA ION con filtro multicapa aguas arriba ALMA Fil
¿Cuándo es útil un CO₂-Riesler?
Un filtro percolador de CO₂ se utiliza cuando es necesario eliminar del agua el dióxido de carbono disuelto. Este se produce cuando el bicarbonato se convierte en ácido carbónico en un intercambiador de cationes. A continuación, el ácido carbónico se descompone en y agua. Este CO₂ disuelto supone un reto para el tratamiento del agua, especialmente en sistemas con intercambiadores de aniones.
Razones para el uso de una pinza de CO₂.
1. alivio del intercambiador de aniones
El CO₂ no puede ser eliminado directamente por los intercambiadores de aniones, ya que no está cargado. Sin embargo, vuelve a formar bicarbonato en la resina al reaccionar con iones de hidróxido, lo que sobrecarga innecesariamente la capacidad del intercambiador de aniones y reduce su eficacia.
Un goteador de CO₂ expulsa este CO₂ del agua antes de que entre en el intercambiador de aniones. Esto protege la resina y prolonga su vida útil. También reduce la cantidad de regeneración necesaria, ya que quedan menos iones regenerables, como el bicarbonato, en la resina.
2. optimización del valor de pH
El CO₂ disuelto en el agua disminuye el valor de pH del agua al convertirse parcialmente en ácido carbónico. Un valor de pH bajo (inferior a 6) puede mermar la eficacia de un intercambiador de aniones y desestabilizar todo el proceso de intercambio iónico.
Un goteador de CO₂ elimina el exceso de CO₂, lo que estabiliza el valor del pH a un nivel más neutro (6-7). Esto proporciona las condiciones ideales para el intercambiador de aniones, ya que la resina funciona con mayor eficacia en este rango de pH.
3. mejora de la calidad del agua
La eliminación de CO₂ reduce la alcalinidad residual del agua tratada. La alcalinidad, principalmente en forma de bicarbonatos, puede ser indeseable en el agua tratada, especialmente en la producción de agua desmineralizada (agua totalmente desmineralizada).
Un goteador de CO₂ ayuda al intercambiador de aniones a eliminar más eficazmente los aniones restantes, como cloruro, sulfato y nitrato. Esto aumenta la pureza del agua y reduce aún más la conductividad, algo esencial para aplicaciones en las industrias electrónica, química y alimentaria.
4. optimización de costes
Un goteador de CO₂ reduce los costes de funcionamiento de un sistema de tratamiento de agua. Al reducir la carga del intercambiador de aniones, se necesita menos agente regenerador (como sosa cáustica) y se prolonga la vida útil de las resinas. Esto no sólo ahorra en costes químicos, sino que también reduce los costes de mantenimiento y los tiempos de inactividad del sistema.
Resumen
La combinación de intercambiadores de cationes, intercambiadores de aniones y un filtro percolador de CO₂ es un proceso clave en el tratamiento del agua:
- Los intercambiadores de cationes fuertemente ácidos y débilmente ácidos eliminan los iones cargados positivamente, como el calcio y el magnesio, y reducen la dureza del carbonato sustituyéndolos por iones de hidrógeno.
- Los intercambiadores de aniones débilmente alcalinos y fuertemente alcalinos eliminan los iones cargados negativamente como el cloruro, el sulfato, el nitrato e incluso sustancias débilmente disociadas como el ácido silícico.
- Un filtro percolador de CO₂ es una solución eficaz para eliminar el CO₂ disuelto en el agua. Esto alivia el intercambiador de aniones, estabiliza el valor del pH y mejora la calidad del agua al reducir la alcalinidad residual.
Mediante el uso selectivo de estas tecnologías, el agua puede tratarse con un alto grado de pureza y, al mismo tiempo, de forma económica. La selección de la combinación adecuada de intercambiadores de iones y un purificador de CO₂ depende de los requisitos específicos de cada sistema. Con una planificación y aplicación bien meditadas, se pueden reducir los costes de funcionamiento y aumentar considerablemente la eficacia del sistema de tratamiento de agua.
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