El principio del intercambio de iones se realiza entre dos electrolitos que están presentes en una disolución. Es un proceso de separación que ocurre en función de la transferencia de masa, en la que los iones con la misma carga pasan de la fase líquida al sólido por desplazamiento.
Muy utilizado como parte del sistema de tratamiento de aguas, sobre todo en la desmineralización durante la etapa de ablandamiento. El medio filtrante que utiliza es un polímero en forma de esferas con un tamaño diminuto y que tiene la propiedad de sustituir ciertos iones contaminantes por otros, mientras el agua pasa a través de él.
También puede remover otras sustancias para conseguir purificar el líquido en los procesos de desalcalinización, desinfección total y desionización.
Funcionamiento del proceso de intercambio iónico
En el tratamiento de aguas, uno de los objetivos de realizar una sustitución de iones es retener los minerales de dureza.
Esto es posible con el uso de sustancias granuladas insolubles como la zeolita o una resina de intercambio iónico, macroporosa o en forma de gel, que ablanda el líquido y elimina el contenido mineral.
- Las resinas de gel: se obtienen por co-polimerización y cuentan con una porosidad limitada natural entre sus distancias intermoleculares, su tamaño de estructura es de tipo microporo.
- Las resinas macroporosas: también se obtienen de la polimerización. Sin embargo, su porosidad es artificial y se obtiene al añadir sustancias que le atribuyen esa propiedad.
En el caso de ablandamiento se utiliza una resina de ácido fuerte con cationes de sodio (Na+), potasio (K+) o hidrógeno (H+), que son intercambiados por los minerales contaminantes de calcio (Ca+2) y magnesio (Mg+2), los responsables de la dureza del agua.
El caudal pasa por el medio filtrante que tiene la propiedad de atraer cada vez más los cationes duros, hasta que se satura y debe ser regenerado con la adición de cloruro de sodio (NaCl).
Es un sistema selectivo, ya que según su estructura química puede tener preferencia con ciertas moléculas en función de su carga, composición o tamaño iónico.
Ventajas de este tipo de tratamiento
La aplicación del intercambio iónico en las etapas de purificación tiene muchos beneficios. Aparte de suavizar el agua es posible eliminar gran cantidad de compuestos orgánicos e inorgánicos, entre ellos nitratos, cloruros, sulfatos, fluoruros, sílice, radio, uranio, arsénico, bario, boro, materia orgánica y sólidos disueltos totales (TDS).
También consigue cambiar las propiedades del líquido como su alcalinidad, olor, sabor, color y hasta reduce la formación de productos secundarios en la desinfección.
Otras ventajas de este tipo de tratamiento son:
- Utiliza últimas tecnologías en resinas según su material, alta capacidad de retención y poder de regeneración.
- Sus procesos ofrecen resultados rápidos y sin el uso de la temperatura, lo que hace que sean sistemas de bajo consumo.
- Pueden ser aplicados a corto y largo plazo, ya que la vida útil de la resina es extensa y se puede reutilizar.
- Se diseñan según la capacidad de la planta por lo que el mercado ofrece variedad de opciones de tamaños de sus tanques de operación.
- Sus instalaciones se realizan de forma rápida y sencilla.
- Son de bajo mantenimiento.
Este es un mecanismo muy útil para la potabilización del agua, ya que sus tiempos de separación son mínimos en comparación a otros sistemas.