UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

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TRATAMIENTO DE AGUA POR INTERCAMBIO IONICOCon el avance de la ciencia y de la tcnica es cada vez mayor el uso de agua desprovista de ciertos iones y muchas veces desprovista de todos los iones. Una de las tcnicas de eliminacin de iones consiste enhacerpasar el agua a travs de resinas de intercambio inico.Es frecuente encontrar instalaciones que usan resinas de intercambio inico que no producen la calidad delaguarequerida o la cantidad requerida, o ambas cosas a la vez, y esto puede deberse al desconocimiento de laspropiedadesde las resinas de intercambio inico o a la falta de experiencia necesaria paramanejarlos imprevistos que pueden presentarse durante la operacin de intercambiadores de iones. En muchas ocasiones se descartan prematuramente las resinas de intercambio inico, en otras se sigue usando las resinas que ya cumplieron suvidatil y muchas veces se usan resinas que no son las adecuadas.El intercambio inico no est restringido al tratamiento de agua, sino que tiene un ampliocampode aplicacin, tal como: Recuperacin de uranio Decoloracin y reduccin de cenizas en soluciones de azcar Recuperacin y purificacin de estreptomicina. Remocin del cido frmico del formaldehdo Recuperacin de metales de soluciones Desalinizacin de aguas salobres Eliminacin de acidez de efluentes minero-metalrgicosPor su relevancia en el tratamiento de aguas y diversos procesos industriales, en este dossier se pretende dar una visin general de los intercambiadores inicos, su funcionamiento y sus principales aplicaciones.CationesAniones

Calcium (Ca2+)Cloruro (Cl-)

Magnesio (Mg2+)Bicarbonato (HCO3-)

Sodio (Na+)Nitrato (NO3-)

Potasio (K+)Carbonato (CO32-)

Hierro (Fe2+)Sulfato (SO42-)

INTERCAMBIO INICOEl proceso de Intercambio de Iones

En el contexto de purificacin, intercambio de ion es un proceso rpido y reversible en el cual los iones impuros presentes en el agua son reemplazados por iones que despiden una resina de intercambio de iones. Los iones impuros son tomados por la resina que debe ser regenerada peridicamente para restaurarla a su forma inica original. (Un ion es un tomo o grupo de tomos con una carga elctrica. Los iones con carga positiva se llaman cationes y son generalmente metales, los iones con carga negativa se llaman aniones y son generalmente no metales).

Los siguientes iones son generalmente encontrados en aguas crudas:Por sus propiedades como disolvente y su utilizacin en diversos procesos industriales, el agua acostumbra a tener muchas impurezas y contaminantes. Las sales metlicas se disuelven en el agua separandose eniones, cuya presencia puede ser indeseable para los usos habituales del agua. Adems, el creciente inters por el medio ambiente, impone establecer tratamientos eficaces que eviten el deterioro de la calidad de las aguas, especialmente por el vertido de efluentes industriales altamente contaminados. Entre todos los tratamientos posibles, el intercambio inico es una opcin a considerarResina de Intercambio de IonesHay 2 tipos bsicos de resinas-intercambio de cationes e intercambio de aniones. Resinas del intercambio de cationes emiten iones Hidrgeno (H+) u otros iones como intercambio por cationes impuros presentes en el agua. Resina de intercambio de Aniones despedir iones de hydroxil (OH) u otros iones de cargas negativas en intercambio por los iones impuros que estn presentes en el agua.Las resinas de Intercambio de iones modernas son preparadas de polmeros sintticos tales como styrenedivinlybenzene copolymers que han sido sulphonated para formar unos intercambios de cationes fuertemente cidos o aminated para formar intercambios de aniones fuertemente bsicos o dbilmente bsicos.La aplicacin del intercambio de ion al tratamiento de agua y purificacinEstas son tres maneras en la cual la tecnologa de intercambio de iones puede ser usada en el tratamiento de agua y purificacin: primero, resinas de intercambio de cation solas se pueden emplear para suavizar el agua por intercambio base; segundo, resinas de intercambio anin solas pueden ser utilizadas para escarbar o eliminar nitrato y tercero, combinaciones resinas de intercambios de cationes y aniones pueden ser utilizadas para eliminar virtualmente todas las impurezas inicas presentes en el feedwater, un proceso conocido como deionizacin.Las dos primeras tecnologas son formas de tratamiento de agua en cualquiera de la naturaleza qumica de las impurezas sean cambiadas (como un intercambio en base de suavizante (]) o ciertas impurezas que son eliminadas selectivamente (como un escarbar orgnico o eliminacin de nitrato). Por contraste, la desionizacin es un proceso de purificacin que puede producir agua de calidad excepcional.Suavizando Intercambio de BaseSuavizando fue la primera aplicacin industrial que involucro el intercambio de iones. Este proceso fue propuesto por primera vez por Gans en el 1905. Excepto para algunos tipos de mejoramientos en el tipo de material de intercambio de ion y el equipo, el proceso de Gans es an uno de los mtodos ms simples de Suavizar el agua.El proceso consiste agua que pasa conteniendo iones de dureza, mayormente calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+) a travs de una columna conteniendo una resina de intercambio cido de cation en forma de sodio (Na+) (por ejemplo, los cationes intercambiables son sodio). Los iones de calcio y magnesio son intercambiados por un nmero equivalente de iones de sodio. La resina, una vez agotada, (por ejemplo, todos los iones de sodio disponible han sido intercambiados) deben ser recargados. Esto significa que hay que pasar una solucin que contiene una alta concentracin de sales de sodio tales como brine cloruro de sodio a travs de la resina de intercambio- un proceso conocido como regeneracin.

USOS PRINCIPALES DEL AGUA SUAVIZADAPara prevenir formacin de sarro en calderas, calentadores de agua, planchas de vapor y mquinas de lavar platos, etc.Para eliminar la produccin de capa de suciedad formada como resultado de la reaccin entre los iones de calcio y magnesio con cidos de grasa encontrado en jabones en la industria textil, mquinas de lavar, etcPara prevenir manchas antiestticas en cristalera, espejos, etc. Para pre-tratar osmosis inversa feed water para prevenir que se contaminen las membranas de osmosis inversa.Escarbando OrgnicosEscarbadores orgnicos son plantas totalmente automticas diseadas primordialmente para eliminar contaminantes que ocurren naturalmente- mayormente cidos humic y fulvic- de las fuentes de agua. Estos son compuestos ionizados dbilmente que pueden contaminar irreversiblemente las resinas normales de los aniones e invertir las membranas de osmosis pero que pueden ser eliminados fcilmente del agua por una combinacin de absorcin e intercambio de ion.Escarbadores orgnicos contienes resinas especiales macro porosas que operan en la forma de cloruro. Tienen una estructura abierta con grandes poros que le permiten a los voluminosos aniones orgnicos ser eliminados del feedwater entonces eludidos fuera de nuevo durante la regeneracin.La Regeneracin es iniciada automticamente por un reloj automtico de ciclo. El regenerarte es cloruro de sodio en forma de solucin salmuera 10% que se lleva hacia el escarbador desde el tanque de salmuera.Eliminacin de NitratoNitratos son un peligro particular para bebs de menos de seis meses de edad. Los nitratos se reducen a nitritos en el sistema gastrointestinal del nio(a), reduciendo as la capacidad de llevar oxgeno a la sangre (el sndrome de nio azul). El mtodo ms simple ms factible de costo para eliminar nitratos del agua es por intercambio de aniones, utilizando sus resinas en forma de cloruro y regeneradas con brine. Resinas especiales estn disponibles para tratar las aguas ricas en sulfato. (Resinas convencionales tienen una mayor afinidad para el sulfato que el nitrato, reduciendo as su capacidad para eliminar el nitrato. DESIONIZACINPara muchas aplicaciones de laboratorio e industriales se requiere la alta pureza del agua, la cual est esencialmente libre de contaminantes inicos. Agua de esta calidad se puede producir con la Deionizacin.Los dos tipos ms comunes de deionizacin son: Deionizacin de Dos Camas Deionizacin de Camas Mixtas

Deionizacin de Dos CamaEl Desionizador de Dos Camas consiste en dos recipientes- uno conteniendo una resina de intercambio de cationes en forma de hidrgeno (H+) y la otra conteniendo una resina de aniones en forma de hidroxil (OH-). El agua fluye a travs de la columna de cationes, donde todos los cationes son intercambiados por iones de hidrgeno.Para mantener el agua elctricamente balanceada por cada monovalente, por ejemplo, Na+, un in de hidrgeno es intercambiado y por cada catin divalente, por ejemplo Ca2+, Mg2+, dos iones de hidrgeno son intercambiados. El mismo principio aplica cuando se considera un intercambio de aniones.El agua descatolizada entonces fluye a travs de la columna de aniones. Esta vez todos los iones con carga negativa son intercambiados por iones de hidrxido los cuales entonces se combinan con los iones de hidrgeno para formar agua (H2O). Deionizacin de Cama MixtaEn los desionizadores de cama mixta, las resinas del intercambio de cationes y de aniones estn ntimamente mezcladas y contenidas en un solo recipiente a presin. La mezcla minuciosa de cationes intercambiadores y aniones intercambiadores en una columna sencilla hace al desionizador de cama mixta equivalente a la serie larga de plantas de dos camas. Como resultado, la calidad del agua obtenida de un desionizador de cama mixta es apreciablemente ms alta que la que se produce en una planta de dos camas.El recipiente puede ser en la forma de una columna grande de acero inoxidable o de fibra de vidrio reforzada conteniendo cientos de litros de resina, o un cartucho pequeo desechable/regenerarle que cuando se acaba, puede desecharse o enviado al proveedor original para regeneracin. Los desionizadores grandes- ya sean de dos camas o camas mixtas- se regeneran automticamente ellos mismos, en su lugar, cuando la calidad del agua cae por debajo de los niveles fijados anteriormente.Aunque son ms eficientes purificando el feedwater entrante, las plantas de camas mixtas son ms sensitivas a las impurezas en la fuente de agua e involucran un proceso de regeneracin ms complicado. Los desionizadores de cama mixta se utilizan normalmente para pulir el agua a altos niveles de pureza despus de que han sido tratadas inicialmente por un desionizador de dos camas o una unidad de osmosis inversa.Los desionizadores usados en aplicaciones de laboratorios son casi invariablemente unidades de camas mixtas conteniendo cartuchos de resina intercambiables o desechables. Desionizadores grandes de auto-regeneracin se utilizan a veces en sistemas de purificacin de agua supliendo volmenes substanciales de aguas para suites de laboratorios, o grandes cantidades de agua para proceso industrial.

QUIMICA INORGANICAPgina 1