Lecho mixto

Las reacciones de intercambio iónico son frecuentes en el recorrido subterráneo de las aguas naturales, al encontrarse sustancias naturales con poder de intercambio, pero en las industrias se prefieren las resinas poliméricas de fabricación sintética, con claras ventajas de uso en los procesos de ablandamiento y desmineralización del agua, y en otros procesos especiales tales como la purificación de ciertos productos químicos, la desmineralización de jarabes de azúcares, etc.

Las resinas de intercambio iónico, catiónicas y aniónicas mezcladas, tienen la capacidad, en contacto con una solución acuosa, de intercambiar los minerales disueltos por iones hidrógeno y aniones oxidrilos, cuando las mismas son regeneradas por ácido y base.  Las resinas se comportan como un electrolito, con la particularidad que todos los grupos reactivos están unidos a un polímero insoluble que forma la matriz de la resina. La acción de intercambio iónico es una reacción reversible.

Las ventajas del proceso iónico en el tratamiento de aguas son las siguientes:

  • Las resinas actuales tienen altas capacidades de intercambio que permiten conseguir procesos compactos requiriendo inversiones moderadas.
  • Las resinas son estables químicamente, de larga duración y fácil regeneración.
  • Las instalaciones pueden ser automáticas o manuales para adaptarse a las condiciones específicas.

Es importante considerar que los vertidos de la regeneración son corrosivos y en general, aún después de mezclarlos, se precisará una neutralización previa al envío del efluente como vertido.

La mayoría de las resinas empleadas hoy en día son sintéticas, basadas en un copolímero de estireno-divinilbenceno, tratado apropiadamente para agregarle los grupos funcionales. La sulfonación da lugar a resinas catiónicas y la aminación a resinas aniónicas. 

Existen cuatro tipos principales: catiónica fuerte (CF), catiónica débil (CD), aniónica fuerte (AF) y aniónica débil (AD).

La diferencia más importante es que las resinas fuertes operan a cualquier pH y son más versátiles en cuanto a la captación de todos los iones.

RESINAS CATIONICAS FUERTES

Son capaces de eliminar todos los cationes del agua.

Presentan máxima selectividad para los cationes trivalentes, intermedia para los bivalentes e inferior para los monovalentes.

La velocidad de intercambio es rápida y da poca fuga iónica. Son resinas muy estables y pueden durar hasta 20 años o más. Se expanden poco, menos del 8%, al pasar de la forma Na+ a la H+. Las resinas catiónicas soportan temperaturas altas de más 100 grados centígrados.

RESINAS ANIONICAS FUERTES

Son capaces de eliminar todos los aniones de ácidos débiles o fuertes operando a cualquier pH.

Su selectividad para los aniones bivalentes es superior a los monovalentes. Son menos estables que las homólogas catiónicas, su duración bastante inferior y resisten temperaturas límites inferiores (35 a 60 º). La expansión al pasar a formar OH- es inferior al 12%.

DESMINERALIZACION

Existen múltiples maneras de combinar los cuatro tipos básicos de resinas (catiónica y aniónica fuertes y débiles). Algunos son fundamentales para conseguir una calidad de requerida del agua a partir de una alimentación determinada. Otros son combinaciones más complejas, o incluyen un desgasificador de CO2, para mejorar el rendimiento económico.

La operación de intercambio iónico simple debe ir precedida del pre-tratamiento adecuado ya que se debe eliminar la materia en suspensión y la materia coloidal que pueden ensuciar las resinas, reduciendo la cinética de difusión de los iones y colmatarlas creando caminos preferenciales con disminución de la eficacia. Algo similar ocurre con los aceites y gases que puedan estar presentes en el agua de alimentación de las resinas.

Según sea la composición del agua pueden emplearse las cuatro resinas, en columnas independientes o dobles. Cuando se requieren calidades superiores de agua se utiliza un lecho mixto, en el cual las resinas aniónicas y catiónicas, ambas fuertes, van mezcladas en una columna. El lecho mixto se sitúa como un pulido final.

Con el lecho mixto final se consiguen calidades de agua con conductividades inferiores a 1 micro-siemens, y concentraciones de sílice entre 0,001 y 0,005 ppm.