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En el tratamiento del agua industrial, la desmineralización se refiere a la eliminación de los sólidos disueltos del agua de alimentación y de las corrientes de proceso. Si está investigando opciones para el tratamiento y la purificación del agua, es posible que se pregunte: «¿Qué es la desmineralización del agua y cómo funciona?»

El siguiente artículo ofrece una explicación sencilla de cómo funciona la desmineralización, qué puede esperar de un sistema de desmineralización medio y qué contaminantes suelen eliminarse con las tecnologías de desmineralización.

¿Qué es la desmineralización del agua?

La desmineralización es un tipo de purificación del agua. Aunque puede referirse a cualquier proceso de tratamiento que elimine los minerales del agua, el término desmineralización suele reservarse específicamente para los procesos de intercambio de iones (IX) utilizados para la eliminación casi total de los contaminantes minerales iónicos. A menudo, los términos desmineralización y desionización se utilizan indistintamente.

La desmineralización IX utiliza resinas de intercambio catiónico y aniónico, a veces incluso en la misma columna o lecho. Tras la desmineralización, el agua tratada tendrá un alto nivel de pureza comparable al del agua destilada, pero normalmente a un coste mucho menor.

¿Qué incluye un sistema básico de desmineralización?

El diseño y los componentes específicos de un sistema de desmineralización IX pueden variar de una aplicación a otra en función de las condiciones del proceso y de la composición de la corriente a tratar. Aun así, la mayoría de los sistemas de desmineralización incluirán los siguientes componentes:

• Una o más columnas de IX
• Sistema de dosificación de regenerante
• Tanques de almacenamiento de alimentación química
• PLC, válvulas de control y tuberías
• Resinas de IX

Existe cierta flexibilidad en la configuración de un sistema de desmineralización para satisfacer de forma óptima diversas condiciones de proceso y objetivos de pureza. Al diseñar un sistema de desmineralización, se debe tener en cuenta la variabilidad del agua de alimentación, el nivel de pureza necesario, la huella del sistema, la tolerancia a las fugas de iones (en particular de sodio y sílice) y los requisitos de alimentación de productos químicos, entre otros factores.

¿Cómo funciona la desmineralización?

Como hemos dicho, la desmineralización se refiere típicamente a la eliminación de los sólidos minerales disueltos mediante un proceso IX. Pero antes de profundizar en cómo funciona la desmineralización, repasaremos los principios básicos de una reacción IX.

En presencia de agua, los minerales y las sales se disocian en sus iones constituyentes. Estos sólidos disueltos consisten en iones de carga negativa conocidos como aniones, e iones de carga positiva conocidos como cationes, cada uno de los cuales es atraído por contraiones (o iones de carga opuesta). Dentro de una columna IX hay una resina que consiste en perlas de plástico a las que se ha unido un grupo funcional iónico. Estos grupos funcionales retienen libremente los iones de carga opuesta mediante una atracción electrostática mutua. Durante un ciclo IX activo, se introduce en la resina un agua con iones disueltos. Los iones de la solución intercambiarán su lugar con los iones de las perlas de resina, aferrándose a los grupos funcionales de la resina incluso cuando la solución resultante se vacíe. IX ocurre cuando un ion tiene mayor afinidad por el grupo funcional que el ion que ya está presente. Los contaminantes iónicos específicos presentes dictarán si se necesitan tipos de resina aniónica y/o catiónica.

En una reacción típica de IX, el intercambio de iones simplemente resulta en la sustitución de los iones contaminantes por otros iones menos objetables. En un sistema de ablandamiento de sodio IX, por ejemplo, el objetivo es eliminar los iones de dureza (por ejemplo, Ca2+ o Mg2+) de la solución sustituyéndolos por iones de sodio (Na+). Como resultado, la solución tratada tendrá poca o ninguna dureza, pero contendrá una mayor concentración de iones de sodio.

Aunque esto es aceptable para muchas aplicaciones, algunos procesos exigen una eliminación casi total de los sólidos disueltos. Ahí es donde entra la desmineralización. En la desmineralización, los cationes del agua de alimentación se intercambian por iones de hidrógeno (H+) y los cationes se intercambian por iones de hidroxilo (OH-). El resultado es el agua: H+ + OH-OH → H2O. En general, los sistemas de desmineralización IX están disponibles en configuraciones de dos lechos o de lecho mixto, como se detalla a continuación.

Intercambio de dos lechos

Los intercambiadores de dos lechos o de doble lecho utilizan dos o más lechos o columnas de resina IX para tratar una corriente, cada uno de los cuales contiene un tipo específico de resina IX. En la desmineralización de dos lechos, una corriente se trata primero con una resina de catión ácido fuerte (SAC) que captura los cationes disueltos y libera iones de hidrógeno (H+) en el intercambio. La solución de ácido mineral resultante se dirige entonces al lecho de resina de base fuerte (SBA). Este segundo paso secuestra los contaminantes aniónicos mientras libera iones de hidróxido (OH-), que se combinan con los iones de hidrógeno (H+) existentes para formar agua. La corriente resultante es baja en TDS y tiene un pH casi neutro. Aunque los intercambiadores de dos lechos son eficaces para la desmineralización, las fugas de sodio pueden afectar a la calidad de su salida, especialmente en el caso de corrientes con altos TDS y/o bajo pH.

Intercambiadores de lecho mixto IX

Los intercambiadores de lecho mixto ofrecen una mayor calidad de agua en comparación con los sistemas de lecho doble. Los intercambiadores de iones de lecho mixto contienen una mezcla de diferentes resinas IX alojadas en una sola columna IX. Cuando se introduce una corriente en la unidad, las reacciones de intercambio de cationes y aniones tienen lugar simultáneamente dentro de la unidad, lo que tiene el efecto de resolver los problemas de fuga de sodio que pueden comprometer la calidad del agua producida por un sistema IX de lecho doble. Aunque los intercambiadores de lecho mixto producen agua de mayor calidad, también requieren un proceso de regeneración de la resina más complejo. Además, las unidades de lecho mixto son más susceptibles al ensuciamiento de la resina y/o a un funcionamiento inferior del sistema debido a las fluctuaciones en el contenido de la corriente, por lo que se suelen utilizar después de otras medidas de tratamiento.

¿Qué contaminantes elimina la desmineralización?

La desmineralización generalmente produce una eliminación casi completa de los minerales, por lo que suele reservarse para aplicaciones que requieren un mayor nivel de pureza del agua, como el agua de alimentación o de reposición para las calderas de alta presión, el agua de enjuague para las industrias de alimentos y bebidas, o las corrientes de proceso utilizadas en la fabricación de productos electrónicos, por ejemplo. Para aplicaciones de agua dulce, la desmineralización puede ser una buena alternativa a la destilación, ya que es capaz de producir un agua de calidad similar a la del agua destilada, pero a través de un proceso de intercambio de iones más rentable.

A continuación se describen los contaminantes más comunes tratados por los desmineralizadores:

Cationes

Las resinas catiónicas de un sistema de desmineralización intercambiarán cationes, o contaminantes con carga positiva. Los contaminantes catiónicos comunes incluyen:

• Calcio (Ca2+)
• Hierro (Fe3+)
• Magnesio (Mg2+)
• Manganeso (Mn2+)
• Potasio (K+)
• Sodio (Na+)

Aniones

Las resinas aniónicas de un sistema de desmineralización intercambiarán aniones o contaminantes que tienen una carga negativa. Los contaminantes aniónicos comunes incluyen:

• La alcalinidad (CO32-, HCO3-)
• Cloruro (Cl-)
• Nitrato (NO3-)
• Sulfatos (SO42-)
• Sílice (SiO2)

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