Suavizado
El suavizado de agua es un tratamiento en donde los iones de calcio y magnesio, y cantidades menores de iones de metales más pesados (Fe2+, Mn2+ y Sr2+), son reemplazados por iones de sodio. De forma común, a estos iones de calcio y magnesio se le denominan como “dureza” del agua.
El ablandamiento del agua por intercambio catiónico se representa mediante las siguientes ecuaciones, en las que “R” representa el medio intercambiador:
Ca(HCO₃)₂ + Na₂R → CaR + 2NaHCO₃
Mg(HCO₃)₂ + Na₂R → MgR + 2NaHCO₃
CaSO₄ + Na₂R → CaR + Na₂SO₄
MgSO₄ + Na₂R → MgR + Na₂SO₄
Cuando se reemplaza todo el sodio, es necesario regenerar el medio intercambiador. Esto se hace pasando una solución fuerte de sal, NaCl, a través del medio intercambiador para que el sodio reemplace al calcio y al magnesio como se muestra en la siguiente ecuación:
2NaCl + CaR + MgR → Na₂R + CaCl₂ + MgCl₂
La eliminación de Ca²⁺ y Mg²⁺ de esta forma es mucho más completa que en el proceso de cal-sosa; debido a que se logra virtualmente un reemplazo completo de los iones Ca²⁺ y Mg²⁺, pero no se elimina la alcalinidad.
Se puede dejar algo de dureza residual en el agua terminada mediante un tratamiento dividido, en el que solo una parte del agua pasa a través del lecho de intercambio iónico.
El efluente del intercambiador se mezcla con la corriente de agua sin tratar para producir un agua resultante de la dureza deseada, generalmente entre 70 y 100 mg/L. En el caso de aguas de dureza moderada ([Ca²⁺] <200 mg/L como CaCO3) y aguas con mucha dureza no carbonatada, el ablandamiento por intercambio iónico es generalmente menos costoso que el ablandamiento con cal y sosa. En el caso de aguas muy duras, el ablandamiento parcial por tratamiento con cal y soda puede ir seguido de un intercambio iónico. La regeneración de columnas de intercambio iónico requiere NaCl considerablemente superior a la capacidad de la columna: aproximadamente 5 moles de NaCl por 1 mol de Ca²⁺. La regeneración parcial con menos NaCl puede ser más económica.
El éxito de la operación dependerá de la finalización de las reacciones descritas arriba, en las que el contacto adecuado del agua con el medio de intercambio es lo más importante. Para lograr el máximo contacto, el agua no debe estar turbia, ya que se produciría un recubrimiento indeseable de las partículas del intercambiador. Además, puede producirse ensuciamiento de las superficies de intercambio o de los sistemas de drenaje subterráneo. El medio de intercambio debe utilizarse para ablandar y no para filtrar. El hierro en estado soluble se eliminará de una manera similar a la del calcio y el magnesio. Sin embargo, la aireación del agua provocará la precipitación del hierro y la contaminación del medio de intercambio. Otros factores para el contacto máximo incluyen el caudal, la profundidad del lecho y el carácter del intercambiador.
El tanque puede estar abierto para el flujo por gravedad o cerrado para el flujo a presión. Las unidades de presión pueden, en muchos casos, eliminar la necesidad de bombear el agua dos veces. La dirección del flujo puede ser hacia arriba o hacia abajo. Los ablandadores de flujo descendente son los más utilizados, ya que pueden funcionar de manera eficiente a caudales variables, mientras que los ablandadores de flujo ascendente deben funcionar a un caudal constante. El tamaño del ablandador dependerá principalmente del carácter del agua y del material de intercambio, del volumen máximo de agua ablandada por unidad de tiempo y del volumen de agua necesario entre regeneraciones. Se debe tener en cuenta la eliminación de las soluciones de salmuera regenerante usadas para no contaminar las aguas receptoras.
El efluente del suavizador tendrá una dureza prácticamente nula hasta que se alcance la capacidad de intercambio. Esto se puede detectar mediante pruebas de dureza del efluente.
Cuando la dureza comienza a aumentar, es necesario regenerar la unidad. El tiempo entre regeneraciones también se puede calcular si se conocen los siguientes datos: dureza del agua cruda, volumen del medio intercambiador y capacidad de ablandamiento por unidad de volumen.
Configuración de los suavizadores
Un intercambiador de cationes es similar a un filtro de arena. Hay un recipiente para contener el medio y un medio para pasar el agua que se va a ablandar y la sal para la regeneración a través del intercambiador.
