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Tratamiento del agua - proceso de ablandamiento
Comencemos por preguntarnos: ¿por qué el pretratamiento requiere un proceso de ablandamiento? ¿Ha sido tratado el agua de la ciudad?
El equipo de tratamiento final del sistema de agua medicinal tiene mayores requisitos: el sistema de tratamiento final de agua farmacopeica aguas abajo se realiza mediante filtración por membrana, y la unidad de filtración por membrana y la unidad EDI tienen requisitos para la dureza de la calidad del agua de entrada, que debe cumplir un nivel no superior a 3 ppm, lo que se puede denominar "agua blanda"; si la dureza continúa siendo demasiado alta, se puede denominar "agua dura", y las consecuencias son la incrustación del sistema de membrana, lo que a su vez conlleva un posible tiempo de inactividad no planificado. El índice de dureza debe controlarse de forma estable mediante el proceso de ablandamiento, que es lograr el ablandamiento del agua urbana a través del ablandador. Los ablandadores, también conocidos como intercambiadores de iones de sodio, se componen principalmente de resina, contenedores que contienen resina, válvulas y sistemas de control.
¿Qué es el intercambio iónico?
El intercambio iónico es un proceso químico que elimina los iones no deseados del agua mediante su intercambio con iones de carga similar. Esto se logra mediante perlas de resina, que atraen y retienen los iones, y que se utilizan frecuentemente para ablandar el agua. La función principal de los ablandadores de agua farmacéuticos es intercambiar los iones de calcio y magnesio presentes en el agua urbana con el sodio intercambiable Na+ de la nanoresina, reduciendo así la dureza del agua. El proceso de ablandamiento consta principalmente de dos etapas: "ablandamiento" y "regeneración".
1. Suavizado
La resina de intercambio catiónico de ácido fuerte a nanoescala se utiliza habitualmente para el ablandamiento del agua en el tratamiento farmacéutico, siendo este el medio principal del proceso de ablandamiento.
La estructura polimérica de las microesferas de resina de intercambio catiónico de ácido fuerte a nanoescala contiene un ion negativo fijo permanentemente unido que no se puede eliminar. En términos sencillos, las microesferas de resina tienen una carga negativa fija. Cada sitio de intercambio con carga negativa puede albergar un ion con carga positiva. En este caso, el sodio (con carga positiva) se une al punto de intercambio (las cargas negativas y positivas se atraen entre sí). Por lo tanto, los iones de sodio móviles se unen a cada carga negativa fija en las microesferas de resina.
El principio de la reacción química de ablandamiento es el siguiente:
Los iones de calcio y magnesio suspendidos en agua tienen una carga positiva más fuerte que los iones de sodio. A medida que el agua dura atraviesa las microesferas, la fuerte atracción del calcio y el magnesio hacia estas, cargadas negativamente, desplaza a los iones de sodio, permitiendo que el calcio y el magnesio ocupen su lugar (y permanezcan unidos a las microesferas). Los iones divalentes de calcio y magnesio, de mayor tamaño, requieren dos sitios de intercambio en la superficie de la resina.
Con el tiempo, la dureza de las perlas de resina se satura, principalmente de calcio y magnesio, y ya no hay puntos de intercambio que produzcan agua desmineralizada. Las perlas de resina se han agotado y deben regenerarse.
2. Regeneración
El ablandamiento es sencillo y de uso generalizado, ya que la resina se puede regenerar con una solución salina de NaCl (normalmente al 10%). Tras la saturación de la resina en el ablandador, se utiliza NaCl para su regeneración. La resina de intercambio iónico se sumerge en una solución de cloruro de sodio (salmuera), donde una gran cantidad de salmuera precipita los iones de calcio y magnesio de las perlas de resina. El sodio de la solución salina se adhiere a las perlas de resina. Tras la regeneración, se enjuaga el exceso de salmuera y las perlas de resina pueden reutilizarse.
El principio de regeneración del sistema de ablandamiento es el siguiente:
Durante la regeneración, un aumento en la concentración de iones de sodio monovalentes fuerza la separación de las dos cargas de los iones de calcio y magnesio, lo que esencialmente "permite que pierdan el control" en el sitio de intercambio. Debido a la alta concentración de iones de sodio, ahora es mucho más fácil intercambiar iones de sodio monovalentes por iones de calcio y magnesio divalentes.
