1.8: Intercambio iónico
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Objetivos de aprendizaje
- Describir la química del intercambio iónico
- Definir materia, iones y compuestos
- Describir el proceso de aireación y las aplicaciones
Procesos de intercambio iónico
La mayoría de las unidades de intercambio iónico en uso hoy en día utilizan resinas de poliestireno sulfonado como medio de intercambio. El intercambio iónico se puede definir como el intercambio de iones que se encuentran en el agua fuente por iones de sodio o iones cloruro que se unen a las resinas de intercambio iónico.
Los iones son átomos o moléculas que tienen una carga eléctrica neta distinta de cero. Su número total de electrones no es igual a su número total de protones. La materia ocupa espacio y posee masa de descanso, especialmente a diferencia de la energía. Viene en forma de gas, líquido o sólido. Los iones son una forma de materia. Los compuestos se componen de dos o más átomos unidos entre sí, y una forma de enlace es un enlace iónico que se forma por la unión de iones cargados de manera opuesta.
Un catión es un ion cargado positivamente, mientras que un anión está cargado negativamente. Debido a sus cargas eléctricas opuestas, los cationes y aniones se atraen entre sí y forman fácilmente compuestos iónicos como sales.
Los iones se pueden crear por medios químicos, como la disolución de una sal en agua. Los iones que consisten en un solo átomo son iones atómicos. Si consisten en dos o más átomos, entonces se les llama iones moleculares.
El operador de la planta de tratamiento debe conocer los tres tipos de unidades de intercambio iónico:
- Una unidad de flujo ascendente en la que el agua entra desde la parte inferior y fluye hacia arriba a través del lecho de intercambio iónico y sale por la parte superior
- Una unidad que se construye y opera como un filtro de arena rápido por gravedad. El agua entra por la parte superior, fluye hacia abajo a través del lecho de intercambio iónico y sale por la parte inferior
- La unidad de intercambio iónico de flujo descendente de presión es la más común. Estas unidades pueden ser horizontales o verticales. Se prefieren las unidades verticales debido a menos posibilidades de cortocircuitos
El agua ingresa a la unidad a través de un distribuidor de entrada ubicado en la parte superior. Se fuerza (bombea) hacia abajo a través de un lecho de algún tipo de medio hacia una estructura de drenaje subterráneo. Desde la estructura de drenaje inferior, el agua tratada fluye fuera de la unidad y hacia el almacenamiento o hacia el sistema de distribución.
El patrón de flujo a través de un filtro y una unidad de intercambio iónico son similares, la diferencia es la acción que tiene lugar en el medio o lecho de cada proceso. El lecho filtrante puede ser considerado como un dispositivo de adsorción y esfuerzo mecánico utilizado para eliminar los sólidos suspendidos del agua. La cama generalmente consiste en arena, antracita o una combinación. Una vez que el lecho se satura, con el material insoluble, el filtro se saca de servicio, se lava a contracorriente y se devuelve al servicio. Este filtro de presión continuará funcionando hasta que vuelva a ocurrir la condición y se repita el procedimiento.
El lecho, el medio o la resina en una unidad de intercambio iónico es más complejo. La resina sirve como medio en el que tiene lugar un intercambio iónico. A medida que el agua pasa a través de la resina, los iones de sodio en la resina se intercambian por cationes en el agua. Los iones primarios que se intercambian por sodio son calcio y magnesio. Los iones de sodio se liberan de la resina de intercambio y permanecen en el agua, que fluye fuera de la unidad. Los iones intercambiados son retenidos por la resina, y están libres de los iones intercambiados.
Una vez que una unidad ha intercambiado todos los iones de sodio y la resina está saturada, ya no eliminará los iones objetivo. La unidad se debe sacar de servicio y los iones objetivo deben eliminarse de la resina intercambiándolos con iones de sodio. Este proceso se conoce como un ciclo de regeneración.
En un ciclo de regeneración, los iones que han sido retenidos por la resina deben ser eliminados y los iones de sodio restaurados. Para que el intercambio tenga lugar, la resina debe contener todos los iones sin apretar. La sal, en forma de una solución concentrada de salmuera, se utiliza para regenerar (recargar) la resina de intercambio iónico. Cuando se agrega sal al agua, cambia o se ioniza para formar cationes de sodio y aniones cloruro. Cuando la solución de salmuera se introduce en la resina, se intercambian los cationes de sodio. A medida que la solución de salmuera se desplaza hacia abajo a través de la resina, los cationes de sodio se unen a la resina. Después de que haya tenido lugar la regeneración, la cama está lista para ser puesta en servicio.
Operación
Varios factores influyen en los procedimientos utilizados para operar una unidad de intercambio iónico y la eficiencia del proceso. Estos factores incluyen:
- Características de la resina de intercambio iónico
- Calidad del agua de origen
- Velocidad de flujo aplicada a la unidad
- Dosis de sal durante la regeneración
- Concentración de salmuera
- Tiempo de contacto de salmuera
Cada unidad de intercambio iónico tendrá al menos cuatro etapas comunes de operación. Estas etapas son:
- Servicio
- Retrolavado
- Salmuera
- Enjuague
Servicio
La etapa de servicio de cada unidad es donde ocurre el intercambio iónico real. El agua es forzada a entrar en la parte superior de la unidad y se deja fluir hacia abajo a través de la resina de intercambio. A medida que se lleva a cabo este proceso, los iones objetivo se intercambian con sodio en la resina. Los iones de sodio se liberan en el agua y la capacidad de intercambio de la unidad se agota lentamente.
La duración de cada etapa de servicio depende de la calidad del agua de la fuente. El efluente de la unidad tiene una reducción es TDS. Si el agua de origen tiene altos niveles de TDS, entonces puede ocurrir alguna fuga. Si el agua con alto TDS tiene altos niveles de sodio, entonces el proceso puede verse obstaculizado porque puede ocurrir un intercambio local en el medio por sodio. La cantidad de fuga depende del TDS y la dosis de sal utilizada para la regeneración.
Otros factores involucraron ae el tamaño del suavizante y la capacidad de intercambio de la resina. La unidad debe producir suficiente agua sin los iones objetivo para que la mezcla del agua de origen y el efluente de la unidad de intercambio produzca un agua tratada con el contenido de iones deseado.
La resina de intercambio también varía en su capacidad de eliminación. La capacidad de eliminación de la resina generalmente se expresa en granos de material removidos por pie cúbico de resina.
Las características del agua fuente, el tamaño de la unidad y la capacidad de eliminación de la resina determinarán la cantidad de agua que se puede tratar antes de la regeneración. Con unos pocos cálculos, un operador puede determinar la capacidad de las unidades.
Retrolavado
La segunda etapa del proceso de intercambio iónico es el retrolavado. En esta etapa, la unidad se saca de servicio y se invierte el patrón de flujo a través de la unidad. El propósito de esta actividad es expandir y limpiar las partículas de resina y liberar cualquier material como hierro, manganeso y partículas que pudieran haber sido removidas durante la etapa de servicio. El agua de retrolavado que ingresa a la unidad al inicio de esta etapa debe aplicarse a un ritmo lento y constante. Si el agua entra a la unidad demasiado rápido, podría crear una oleada en la resina y lavarla de la unidad con el agua que se va a desperdiciar.
La expansión ideal del lecho durante el proceso de retrolavado debe ser del 75 al 100 por ciento. Cuando la unidad se lava a contracorriente, la resina debe expandirse para ocupar un volumen de 75 a 100 por ciento mayor que cuando está en servicio normal. A medida que el lecho se expande, una acción de cizallamiento debido al agua de retrolavado y alguna acción de lavado liberará el material que podría haberse formado sobre las partículas de resina durante la etapa de servicio.
Durante el lavado a contracorriente, se podría perder una pequeña cantidad de resina. La cantidad debe ser mínima y el operador debe verificar el efluente de lavado a contracorriente a diferentes intervalos para asegurarse de que no se pierda la resina. Se puede usar un vaso de precipitados de vidrio para capturar una muestra del efluente mientras la unidad se está lavando a contracorriente. Una cantidad traza de resina no debe causar alarma; sin embargo, una pérdida constante de resina podría indicar un problema en la unidad y la causa debe localizarse y corregirse. Demasiada pérdida de resina puede ser causada por un francobordo inadecuado en el tanque o en los canales de lavado. La duración del lavado a contracorriente y el caudal variarán dependiendo del fabricante, el tipo y tamaño de la resina utilizada y la temperatura del agua.
Salmuera
La tercera etapa se llama con mayor frecuencia la etapa de regeneración o salmuera. En este punto, la concentración de iones sodio de la resina se recarga bombeando una solución concentrada de salmuera sobre la resina. Se permite que la solución circule a través de la unidad y desplace toda el agua de la resina para proporcionar un contacto completo entre la solución de salmuera y la resina.
La mayoría de las plantas de tratamiento utilizan una solución de salmuera para regeneración. La concentración óptima de salmuera que entra en contacto con la resina de intercambio iónico es de alrededor de 10 a 14 por ciento de solución de cloruro de sodio. La salmuera concentrada solo se usa cuando el agua dentro de la unidad sirve como agua de dilución. Una solución de salmuera al 26 por ciento (saturada) causa un choque osmótico demasiado grande en la resina de intercambio iónico y puede hacer que se rompa. La dosis de sal utilizada para preparar la solución de salmuera es uno de los factores más importantes que afectan la capacidad de intercambio iónico, y oscila entre 5 y 15 libras de sal por pie cúbico de resina. Las concentraciones de salmuera menores que saturadas requieren un tiempo de contacto más largo y se debe aplicar más solución a la resina para lograr la regeneración.
La etapa de regeneración es muy importante y el operador debe estar seguro de que se lleva a cabo correctamente. En la etapa de regeneración, se intercambian los iones de sodio presentes en la solución de salmuera. Los iones de la resina se intercambiaron durante la etapa de servicio. La tasa de regeneración suele ser de 1 a 2 GPM por pie cúbico de resina durante los primeros 55 minutos y luego de 3 a 5 GPM por pie cúbico durante los últimos 5 minutos. Si el proceso de regeneración se realiza correctamente, entonces el resultado es un lecho que está completamente recargado y listo para el servicio.
Enjuague
La última etapa es la etapa de enjuague. Después de que se haya permitido un tiempo de contacto adecuado entre la solución de salmuera y la resina, se aplica un enjuague transparente desde la parte superior de la unidad para eliminar los productos de desecho y el exceso de solución de salmuera. El patrón de flujo es muy similar al de la etapa de servicio excepto que el efluente va a residuos. La descarga de residuos contiene altas concentraciones de cloruro. La mayoría de las etapas de enjuague durarán entre 20 y 40 minutos, dependiendo del tamaño de la unidad y del fabricante.
El operador debe prestar mucha atención a la unidad mientras se enjuaga. El enjuague debe ser lo suficientemente largo como para eliminar la fuerte concentración de desechos de la unidad. Si el enjuague no es de tiempo suficiente y la unidad vuelve al servicio, se notará un sabor salado en el efluente. Pruebe el efluente residual cerca del final de la etapa de enjuague para determinar si la mayoría de los iones cloruro se han eliminado. La concentración de iones cloruro también se puede medir mediante titulación o se puede medir la conductividad. Si el agua tiene un sabor salado fuerte o hay iones cloruro excesivos, verifique la velocidad de enjuague y los ajustes del temporizador. La unidad puede necesitar ajustes para aumentar la duración de la etapa de enjuague.
Tratamiento para Hierro y Manganeso
Si el agua contiene manganeso hasta 0.3 mg/L y menos de 0.1 mg/L de hierro, se puede lograr un control económico y razonablemente efectivo alimentando el agua con uno de los tres polifosfatos. Por lo general, el cloro debe alimentarse junto con el polifosfato para evitar el crecimiento de bacterias de hierro. El efecto del polifosfato es retrasar la precipitación de manganeso oxidado por unos días para que se reduzca la incrustación que se acumula en las paredes de las tuberías.
Tratamiento de Polifosfato
La dosis de cloro para el tratamiento con fosfato debe ser suficiente para producir un residuo de cloro libre de 0.25 mg/L después de un tiempo de contacto de cinco minutos. Se puede usar cualquiera de los polifosfatos; sin embargo, el metafosfato de sodio es efectivo en concentraciones más bajas que los otros polifosfatos. La dosis adecuada de fosfato se determina mediante pruebas de laboratorio a escala de banco.
El tratamiento con polifosfato para controlar el hierro y el manganeso es más efectivo cuando el polifosfato se agrega aguas arriba del cloro. El cloro nunca debe alimentarse antes del polifosfato porque el cloro oxidará el hierro y el manganeso a precipitados insolubles.
Intercambio iónico
Las unidades de intercambio iónico de hierro y manganeso son similares a los filtros de presión de flujo descendente. El agua a tratar ingresa a la unidad a través de un distribuidor de entrada ubicado en la parte superior. El agua es forzada hacia abajo a través de la resina de intercambio iónico hacia una estructura de drenaje inferior. Desde la estructura de drenaje inferior, el agua tratada fluye fuera de la unidad al siguiente proceso de tratamiento.
La ubicación de las resinas de intercambio iónico con respecto a otros procesos de tratamiento de agua dependerá de la calidad del agua cruda y del ingeniero de diseño. Si el agua no contiene oxígeno, el hierro y el manganeso pueden eliminarse por intercambio iónico utilizando las mismas resinas que se utilizan para el ablandamiento del agua. Si el agua a tratar contiene oxígeno disuelto, la resina se ensuciará con óxido de hierro o dióxido de manganeso insoluble. La resina se puede limpiar; sin embargo, este proceso es costoso.
La principal ventaja del intercambio iónico para la eliminación de hierro y manganeso es que la planta requiere poca atención. Las desventajas son el peligro de ensuciar la resina de intercambio iónico con óxido y alto costo inicial.
Para operar una unidad de intercambio iónico, opere lo más cerca posible para diseñar flujos. Controle diariamente el agua tratada para detectar hierro y manganeso. Cuando el hierro y el manganeso comienzan a aparecer en el agua tratada, la unidad debe ser regenerada. Se regenera con una solución de salmuera que se trata con 0.01 libras de bisulfito de sodio por galón (1.2 g/L) de salmuera para eliminar el oxígeno presente. Una vez completada la regeneración, deseche la salmuera de manera aprobada.
Oxidación por aireación
El hierro se puede oxidar aireando el agua para formar hidróxido férrico insoluble. Esta reacción es acelerada por un incremento en el pH. Si el agua contiene sustancias orgánicas, las tasas serán significativamente menores. Una temperatura reducida también bajará las tarifas. La oxidación del manganeso por aireación es tan lenta que este proceso no se usa en agua con altas concentraciones de manganeso.
Dado que el pH se incrementa por la eliminación del dióxido de carbono, es importante que la aireación sea lo más eficiente posible. A veces se agrega cal al agua para aumentar el pH junto con la eliminación del dióxido de carbono. Cuanto mayor sea el pH, más corto será el tiempo requerido para la aireación.
La operación del proceso de aireación para eliminar hierro y manganeso requiere un control cuidadoso del flujo a través del proceso. Si el flujo se vuelve demasiado grande, no habrá suficiente tiempo disponible para que ocurran las reacciones. Los flujos se controlan mediante el uso de bombas de velocidad variable o la selección del número adecuado o combinaciones de bombas. Controle cuidadosamente el contenido de hierro y manganeso del agua tratada. Si se detecta hierro, entonces los flujos pueden tener que reducirse.
Se utilizan varios métodos para suministrar aireación. El agua que se está tratando puede dispersarse en el aire o se puede burbujear aire a través del agua. La aireación se puede lograr usando aire comprimido que pasa a través de difusores en el agua. Estos difusores producen pequeñas burbujas que permiten la transferencia de oxígeno en el aire al oxígeno disuelto en el agua.
Otras técnicas de aireación incluyen tiro forzado, múltiples charolas, cascadas y aerosoles. Estos métodos pueden hacer que se desarrollen crecimientos de limo en superficies o recubrimientos en medios. Los crecimientos de limo y los recubrimientos en los medios deben controlarse para evitar el desarrollo de sabores y olores en el agua del producto y el desprendimiento de los limos. La cloración se puede utilizar para controlar crecimientos y recubrimientos de limo. Inspeccione regularmente los equipos de aireación para el desarrollo de cualquier cosa inusual.
Una cuenca de reacción (detención o recolección) sigue el proceso de aireación. El propósito de la cuenca de reacción es dar tiempo para que se produzcan las reacciones de oxidación. El proceso de aireación debe producir suficiente oxígeno disuelto para que el hierro sea oxidado a hidróxido férrico insoluble. Un tiempo mínimo de detención recomendado es de 20 minutos con tiempos de detención deseables que van de 30 a 60 minutos. El pH del agua influye fuertemente en el tiempo para que tenga lugar la reacción. A veces se agrega cloro antes de la cuenca de reacción.
La cuenca de reacción es similar a un clarificador. A menudo la cuenca está desconcertada para evitar cortocircuitos y la deposición de sólidos. Dado que no hay provisiones para la eliminación de lodos, la cuenca debe ser drenada y limpiada regularmente. Si no se limpian las cuencas, babosas de depósitos o lodos o larvas de mosquitos y moscas podrían llegar a los filtros en el siguiente proceso y hacer que se tapen.
Los operadores deben estar alerta por posibles fuentes de contaminación. Las cuencas deben tener cubiertas y tapas protectoras para evitar la lluvia, la escorrentía de las aguas pluviales, los roedores y los insectos. Todos los respiraderos deben estar debidamente apantallados. La salida al desagüe no debe estar conectada directamente a una alcantarilla o drenaje de aguas pluviales. Debe estar presente un espacio de aire o algún otro dispositivo de protección para evitar la contaminación por reflujo.
Después de que se forma hidróxido férrico en el proceso de aireación, se elimina por sedimentación o por filtración. Si solo se usa filtración, el agua de la cuenca de reacción generalmente se bombea a filtros de presión. El agua también se puede bombear o fluir por gravedad a filtros de arena rápidos.
La principal ventaja de este método es que no se requieren productos químicos; sin embargo, se puede agregar cal para aumentar el pH. La principal desventaja es que pequeños cambios en la calidad del agua superficial cruda pueden afectar el pH y los niveles orgánicos solubles y ralentizar las tasas de oxidación hasta un punto en el que se reduce la capacidad de la planta.
Oxidación con cloro
El cloro oxidará el manganeso al dióxido de manganeso insoluble y oxidará el hierro a hidróxido férrico insoluble, que luego se puede eliminar por filtración. Cuanto mayor sea el cloro residual, más rápido se produce esta reacción. Se han construido algunas plantas compactas tratando el agua a un residuo de cloro libre de 5 a 10 mg/L, filtrando y desclorando a un residuo adecuado para uso doméstico. No usar altas dosis de cloro si el agua contiene un alto nivel de color orgánico debido a que podrían desarrollarse concentraciones excesivas de trihalometanos totales. El agua es desclorada usando agentes reductores como dióxido de azufre, bisulfito de sodio y sulfito de sodio. El bisulfito se usa comúnmente porque es más barato y más estable que el sulfito. Al desclorar con agentes reductores, tenga cuidado de no sobredosis porque podría resultar una desinfección inadecuada y si se agota el nivel de oxígeno disuelto en el agua, podrían ocurrir muertes de peces en acuarios domésticos. Con frecuencia, se instala una cuenca de reacción entre los procesos de cloración y descloración para dar tiempo a que ocurran las reacciones.
Oxidación con Permanganato
El permanganato de potasio oxida el hierro y el manganeso a óxidos insolubles, y puede usarse para eliminar estos elementos de la misma manera que se usa el cloro. La dosis de permanganato de potasio debe ser exacta. Se requieren pruebas a escala de banco para determinar la dosis adecuada. Una dosis demasiado pequeña no oxidará todo el manganeso en el agua y una dosis demasiado grande permitirá que el permanganato ingrese al sistema y produzca un color rosado en el agua. Las observaciones reales del agua que se está tratando indicarán si es necesario algún ajuste del alimentador químico. La mayor parte del agua de pozo tiene concentraciones relativamente constantes de hierro y manganeso. Por lo tanto, una vez que se establece el alimentador químico, los ajustes de la dosis generalmente no son necesarios.
La experiencia de muchas plantas de tratamiento de agua ha demostrado que un lecho filtrante regular (filtro de arena rápido o un lecho filtrante de doble medio) puede eliminar el manganeso siempre y cuando las concentraciones de hierro y manganeso sean inferiores a 1 mg/L Estas plantas utilizan cloro o permanganato para oxidar el hierro y el manganeso antes que el agua siendo tratados fluye a través del lecho filtrante.
El permanganato de potasio se usa a menudo con zeolita de manganeso o verde de manganeso. Greensand es un material granular. Después de que la arena verde haya sido tratada con permanganato de potasio, puede oxidar hierro y manganeso a sus óxidos insolubles. El verde también actúa como filtro y debe ser lavado a contracorriente para eliminar los óxidos insolubles.
Los filtros de manganeso y verde se pueden operar en tres modos: regeneración continua (CR), regeneración intermitente (IR) o regeneración catalítica. El método empleado dependerá de las concentraciones de hierro y manganeso en el agua y del pH del agua.
El verde de manganeso y el proceso de regeneración continua pueden ser utilizados para el agua que contiene concentraciones de hierro tan altas como 15 mg/L; sin embargo, con concentraciones tan altas, será necesario un lavado a contracorriente frecuente. Generalmente, el agua con concentraciones de hierro en el rango de 0.5 mg/L a 3.0 mg/L se puede tratar con duraciones más aceptables de 18 a 36 horas antes del lavado a contracorriente.
En el proceso de regeneración continua, se agregan cloro y permanganato de potasio al agua cruda antes del lecho verde de manganeso. Primero se agrega cloro para oxidar la mayor parte del hierro y cualquier sulfuro. Luego se agrega un ligero exceso de permanganato de potasio para oxidar el hierro restante y el manganeso soluble. Esta reacción produce óxidos insolubles. Cuando el agua cruda pasa a través del lecho de manganeso y verde, ocurren dos cosas:
- Las partículas insolubles de óxido de hierro se filtran
- Cualquier permanganato restante se reduce a óxidos de manganeso por la arena verde
Estos óxidos de manganeso se adhieren a los granos de arena verde; con ello, regenerando continuamente la arena verde de manganeso. A medida que avanza la operación, el lecho filtrante se obstruye con óxidos insolubles y la presión diferencial aumenta. Cuando la pérdida de carga alcanza un punto predeterminado o se ha tratado un cierto número de galones de agua, el filtro debe ser lavado a contracorriente para eliminar las partículas filtradas.
El proceso de regeneración intermitente es adecuado para agua cruda que contiene solo manganeso o principalmente manganeso con pequeñas cantidades de hierro. El agua cruda fluye a través de un lecho verde de manganeso donde la oxidación del manganeso ocurre directamente sobre los granos o la arena verde. Algo de hierro también se oxidará directamente sobre los granos de greensand. Si las concentraciones de hierro son altas, los óxidos de hierro cubrirán o ensuciarán rápidamente los medios. Para evitar el ensuciamiento del medio, el hierro a veces se convierte a su forma insoluble antes de que el agua entre en el lecho verde agregando cloro por delante del filtro o aireando el agua antes de que entre en el lecho verde. Después de tratar un cierto número de galones de agua o cuando la pérdida de carga alcanza un punto predeterminado, se agota la capacidad de la arena verde para oxidar manganeso y hierro y los medios deben ser retrolavados y regenerados. La regeneración consiste en el paso de flujo descendente de una solución diluida de permanganato de potasio a través del lecho utilizando 1.5 onzas de permanganato de potasio por pie cúbico de medio, seguido de un enjuague completo del medio.
Cuando el agua de pozo contiene bajas concentraciones de hierro y manganeso y el pH es mayor a 7.0, el modo de operación de regeneración catalítica puede ser un método adecuado para eliminar hierro y manganeso.
Operación de Filtros
Cuando el hierro y el manganeso se oxidan a formas insolubles por aireación, cloración o permanganato, los procesos de oxidación suelen ser seguidos por filtros para eliminar el material insoluble.
Las pruebas de hierro deben hacerse mensualmente en el agua que ingresa a un filtro para asegurarse de que el hierro está en estado férrico. Recoge una muestra del agua y pasa el agua a través de un papel de filtro. Ejecutar una prueba de hierro en el agua que ha pasado por el filtro. Si el hierro aún está en el estado ferroso soluble, el hierro está en el agua. Si se está utilizando aireación para oxidar el hierro desde el férrico soluble hasta el estado férrico insoluble y el hierro todavía está presente en estado soluble en el agua que ingresa al filtro intente agregar cloro o permanganato de potasio. Si se está utilizando cloro o permanganato de potasio y el hierro soluble está en el agua r entrando al filtro, intente aumentar la dosis química. Si se está utilizando permanganato de potasio, la arena puede ser reemplazada por verde para mejorar la eficiencia del proceso.
Si se logra la oxidación por aireación o cloración, se debe mantener un residuo de cloro libre en el efluente del filtro para evitar que el hierro férrico insoluble regrese a la forma ferrosa soluble y pase por el filtro.
La mayoría de las plantas de tratamiento de eliminación de hierro están diseñadas para que los filtros sean lavados a contracorriente de acuerdo con la pérdida Si la rotura de hierro es un problema, los filtros deben lavarse a contracorriente cuando se produce una ruptura o justo antes de que se espere un avance. Los registros precisos pueden revelar cuándo ocurre un avance y cuándo se puede esperar una ruptura completa.
Preguntas de revisión
- Describir la química de intercambio iónico.
- Definir materia, iones y compuestos.
- Describir el proceso de aireación y las aplicaciones.
Preguntas de prueba
- ________ se puede definir como el intercambio de iones que se encuentran en el agua fuente por iones de sodio o iones cloruro que se unen a las resinas de intercambio iónico.
- Suavizante
- Oxidación
- Reducción
- Intercambio iónico
- Un ______ es un ion cargado positivamente. Un anión está cargado negativamente.
- Anión
- Catión
- Ion
- Electron
- Un _____ está cargado negativamente.
- Anión
- Catión
- Ion
- Electron
- Una vez que una unidad ha intercambiado todos los iones de sodio y la resina está saturada, ya no eliminará los iones objetivo. La unidad se debe sacar de servicio y los iones objetivo deben eliminarse de la resina intercambiándolos con iones de sodio. Este proceso se conoce como ________.
- Ciclo de servicio
- Ciclo de retrolavado
- Ciclo de regeneración
- Ciclo de enjuague
- _______ es cuando ocurre el intercambio iónico real. El agua es forzada a entrar en la parte superior de la unidad y se deja fluir hacia abajo a través de la resina de intercambio.
- Ciclo de servicio
- Ciclo de retrolavado
- Ciclo de regeneración
- Ciclo de enjuague
- _____ es cuando la unidad se saca de servicio y se invierte el patrón de flujo a través de la unidad. El propósito de esta actividad es expandir y limpiar las partículas de resina y liberar cualquier material como hierro, manganeso y partículas que pudieran haber sido removidas.
- Ciclo de servicio
- Ciclo de retrolavado
- Ciclo de regeneración
- Ciclo de enjuague
- ______ es cuando la concentración de iones sodio de la resina se recarga bombeando una solución concentrada de salmuera sobre la resina. Se permite que la solución circule a través de la unidad y desplace toda el agua de la resina para proporcionar un contacto completo entre la solución de salmuera y la resina.
- Ciclo de servicio
- Ciclo de retrolavado
- Ciclo de regeneración
- Ciclo de enjuague
- Después de que se haya permitido un tiempo de contacto adecuado durante la aplicación de salmuera, se aplica un ______ para eliminar los productos de desecho y el exceso de solución de salmuera. El patrón de flujo es similar al flujo a través de la unidad excepto que el efluente va a desechos. La descarga de residuos contiene altas concentraciones de cloruro. Este ciclo durará entre 20 y 40 minutos, dependiendo del tamaño de la unidad y fabricante.
- Ciclo de servicio
- Ciclo de retrolavado
- Ciclo de regeneración
- Ciclo de enjuague
- Si el agua contiene manganeso hasta 0.3 mg/L y menos de 0.1 mg/L de hierro, se puede lograr un control económico y razonablemente efectivo alimentando el agua con _______. Por lo general, el cloro debe alimentarse junto con el polifosfato para evitar el crecimiento de bacterias de hierro.
- Cloruro de sodio
- Polifosfato
- Carbonato de calcio
- Hidróxido de magnesio
- El hierro se puede oxidar aireando el agua para formar hidróxido férrico insoluble. Esta reacción es acelerada por __________.
- Aumento del pH
- Incremento de la materia orgánica
- Temperatura decreciente
- Disminución del pH
- Después de que la arena verde haya sido tratada con _________, puede oxidar hierro y manganeso a sus óxidos insolubles.
- Cloruro de sodio
- Carbonato de calcio
- Permanganato de potasio
- Polifosfato
- Si la oxidación de hierro y manganeso se está logrando por aireación o cloración, _______ debe mantenerse en el efluente del filtro para evitar que el hierro férrico insoluble regrese a la forma ferrosa soluble y pase a través del filtro.
- Un pH de 8.2
- Un permanganato residual de 0.3 mg/L
- Un residuo de cloro libre
- Ninguno de estos son requeridos