Ablandamiento del agua

Los aparatos convencionales de ablandamiento de agua destinados al uso doméstico dependen de una resina de intercambio iónico en la que los "iones de dureza" (principalmente Ca ²⁺⁾y Mg ²⁺—se intercambian por iones de sodio . ^{[ 7 ]} Como se describe en la norma NSF/ANSI 44 , ^{[ 8 ]} los dispositivos de intercambio iónico reducen la dureza al reemplazar el calcio y el magnesio ( Ca ²⁺y Mg ²⁺) con iones de sodio o potasio ( Na ⁺y K ⁺)."

Las resinas de intercambio iónico son polímeros orgánicos que contienen grupos funcionales aniónicos a los que se unen los cationes divalentes ( Ca ²⁺y Mg ²⁺) se unen más fuertemente que los cationes monovalentes ( Na ⁺y K ⁺Los materiales inorgánicos llamados zeolitas también presentan propiedades de intercambio iónico. Estos minerales se utilizan ampliamente en detergentes para ropa . También existen resinas para eliminar los iones carbonato, bicarbonato y sulfato que se absorben, así como los iones hidróxido que se liberan de la resina. ^{[ 9 ]}

Cuando todos los iones Na ⁺ disponibles han sido reemplazados por iones calcio o magnesio, la resina debe recargarse mediante la elución del Ca2 ^+.y Mg ²⁺iones utilizando una solución de cloruro de sodio o hidróxido de sodio , según el tipo de resina utilizada. ^{[ 10 ]} Para resinas aniónicas, la regeneración generalmente utiliza una solución de hidróxido de sodio ( lejía ) o hidróxido de potasio. Las aguas residuales eluidas de la columna de intercambio iónico que contienen las sales de calcio y magnesio no deseadas generalmente se descargan al sistema de alcantarillado . ^{[ 3 ]}

La recarga generalmente toma los siguientes pasos: ^{[ 11 ]}

• Retrolavado: El agua se dirige a través de la resina en sentido contrario al flujo normal, y el agua de salida se envía a un desagüe para su eliminación. Este proceso elimina los sólidos y expande el lecho de resina.
• Extracción de salmuera: El agua se dirige a través de una bomba de chorro , que extrae agua salada del tanque de salmuera , antes de que el agua y la salmuera pasen a través del lecho de resina en la dirección normal, si es en contracorriente , o en la dirección inversa, si es en contracorriente . ^{[ 12 ]} El producto de este proceso también se desecha a través de la manguera de drenaje.
• Enjuague: Se detiene la extracción de salmuera, pero el agua continúa fluyendo desde la entrada hasta la salida, eliminando gradualmente la salmuera del lecho de resina. El agua de enjuague fluye lentamente durante varios minutos y luego a mayor velocidad durante una hora. En algún momento, el depósito de salmuera se vuelve a llenar con agua limpia.

El ablandamiento con cal es el proceso mediante el cual se añade cal al agua dura para ablandarla. Presenta varias ventajas sobre el método de intercambio iónico: se pueden reducir o eliminar los niveles de sílice, alcalinidad y materia en suspensión, y los costos operativos pueden ser menores. Sin embargo, es más adecuado para aplicaciones de tratamiento comercial debido a su mayor costo de capital y a que generalmente requiere personal capacitado. ^{[ 13 ]}

Los quelantes se utilizan en análisis químicos , como suavizantes de agua y son ingredientes de muchos productos comerciales, como champús y conservantes alimentarios . El ácido cítrico se utiliza para suavizar el agua en jabones, productos de cuidado personal y detergentes para la ropa . Un quelante sintético de uso común es el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), que puede existir como sal tetrasódica o disódica. Debido a la preocupación por la toxicidad ambiental y acuática derivada del uso generalizado de EDTA en productos domésticos y de cuidado personal, se están utilizando cada vez más alternativas como el fitato de sodio/ ácido fítico , el diacetato de glutamato tetrasódico y el disuccinato de etilendiamina trisódico.

En este método, el agua se trata con una cantidad calculada de carbonato _de sodio ( Na₂CO₃ ₎ , que convierte los cloruros y sulfatos de calcio y magnesio en sus respectivos carbonatos, que precipitan.

CaCl ₂ + Na ₂ CO ₃ → CaCO ₃ + 2NaCl

MgSO ₄ + Na ₂ CO ₃ → MgCO ₃ + Na ₂ SO ₄

Dado que Ca ²⁺y Mg ²⁺Existen como sales no volátiles y pueden eliminarse destilando el agua. La destilación es costosa y energéticamente ineficiente en comparación con otros métodos de ablandamiento del agua. El agua de lluvia es blanda porque se destila naturalmente durante el ciclo del agua de evaporación, condensación y precipitación. ^{[ 14 ]}

La ósmosis inversa utiliza un gradiente de presión aplicado a través de una membrana semipermeable para superar la presión osmótica y eliminar las moléculas de agua de la solución con iones de dureza. La membrana tiene poros lo suficientemente grandes como para permitir el paso de las moléculas de agua; los iones de dureza como Ca ²⁺y Mg ²⁺No caben a través de los poros. El agua blanda resultante está libre de iones de dureza sin la adición de otros iones. Las membranas son un tipo de filtro de agua que requiere limpieza o reemplazo periódico.

Algunos fabricantes afirman que los dispositivos eléctricos que producen pueden afectar la interacción de los minerales con el agua, impidiendo que estos se adhieran a las superficies. Dado que estos sistemas no funcionan mediante el intercambio de iones, como los descalcificadores tradicionales, una de las ventajas que se les atribuyen es la eliminación de la necesidad de añadir sal al sistema. Dichos sistemas no eliminan los minerales del agua en sí, sino que solo modifican los efectos que el agua mineralizada tendría de otro modo. Estos sistemas no se engloban dentro del término "ablandamiento de agua", sino más bien como "acondicionamiento de agua".

Los dispositivos de precipitación eléctrica provocan la formación de cristales minerales microscópicos que permanecen suspendidos mientras fluyen con el agua, actuando también como núcleos para el crecimiento de nuevos cristales. Al calentarse el agua, los minerales cristalizan sobre estos núcleos, en lugar de sobre el sistema de tuberías. Los minerales disueltos se convierten en partículas sólidas insolubles en suspensión, que atraviesan el sistema sin adherirse a las superficies de las tuberías. ^{[ 19 ]}

Las afirmaciones sobre el tratamiento magnético del agua no se consideran válidas. Por ejemplo, no se observó reducción en la formación de incrustaciones al someter científicamente un dispositivo magnético de este tipo. ^{[ 20 ]}

El agua fría y dura pasa a través de un tanque que contiene diminutas perlas poliméricas con superficies que permiten la nucleación de pequeñas burbujas de dióxido de carbono. La nucleación inicial de las burbujas de gas puede ocurrir debido a la despresurización del agua dura a medida que fluye hacia arriba en un pozo, como cuando se abre una botella de cerveza. Una vez que el dióxido de carbono abandona el líquido, una reacción química impulsa inmediatamente la formación de cristales de carbonato de calcio en la superficie de las burbujas. A medida que los cristales crecen sobre estas semillas, se desprenden en el flujo cuando aún son microscópicos. Si estas diminutas partículas pasan por un calentador de agua, se produce una mayor exsolución de dióxido de carbono debido al aumento de la temperatura, y el crecimiento de nuevos cristales se produce sobre las partículas, en lugar de sobre el calentador. Una vez que aparece calcita en el agua, la nueva calcita tenderá a formarse sobre la calcita antigua debido a los enlaces disponibles en los cristales y a la proximidad y cantidad de superficies de calcita en el agua.

Este proceso se denomina cristalización asistida por plantilla (TAC) o cristalización asistida por nucleación (NAC). Las microesferas poliméricas son polifosfatos con tamaños que oscilan entre 0,5 y 2,0 μm, y algunas tienen un recubrimiento cerámico. Las pruebas realizadas en la Universidad de Arizona demostraron que la TAC es la más eficaz para reducir la formación de incrustaciones, seguida de cerca por el intercambio iónico (véase el gráfico anterior). Son más eficaces que los métodos que intentan secuestrar iones mediante la aplicación de campos magnéticos o eléctricos. Las ventajas de los tanques TAC incluyen la simplicidad, el bajo mantenimiento, la ausencia de efluentes tóxicos (como el cloro) y la disponibilidad de calcio como nutriente en el agua potable. Entre las desventajas se encuentra que los cristales de calcita no se evitan ni se eliminan del agua, por lo que las zonas donde el agua se evapora seguirán presentando depósitos. Los fabricantes afirman que estos depósitos son más fáciles de limpiar, ya que la calcita se forma sobre cristales semilla en lugar de sobre las superficies.