Análisis de las variables del proceso de intercambio iónico para la puesta en marcha de planta piloto de tratamiento de aguas residuales

Abstract

El contexto global y regional del agua exige la implementación de más y mejores estrategias para asegurar la disponibilidad del recurso hídrico para las generaciones presentes y futuras. Uno de los sectores de mayor demanda de agua en el mundo es el sector industrial, que es responsable, de manera general, del consumo de aproximadamente 20% del vital liquido. Una de las alternativas para disminuir este consumo es el uso de agua residual tratada dentro de los procesos industriales. Sin embargo, los altos requerimientos de calidad han dificultado su aplicación en la realidad. En este sentido, la implementación de trenes de tratamientos para agua residual debe incluir etapas que aseguren la excelencia en la calidad del agua. Una de las tecnologías para llevar a cabo dicho tratamiento es el intercambio iónico. Sin embargo, este proceso se ve limitado por el costo relativamente alto asociado a los materiales, la operación y la regeneración de las resinas en un equipo de intercambio iónico. En particular, la regeneración de las resinas de intercambio es un proceso que pocas veces es estudiado y optimizado cuando no se conocen las especificaciones del proveedor. Es por ello que, en el presente trabajo se estudió, desde un punto de vista práctico, cuáles son las mejores estrategias de regeneración de las resinas de intercambio iónico. En este trabajo, se utilizó como modelo de estudio a un grupo de resinas comerciales contenidas en un equipo de intercambio iónico comercial. Las resinas se caracterizaron mediante una técnica de espectrometría infrarroja y su regeneración se investigó mediante la utilización de distintas concentraciones de regenerante. Posteriormente, el comportamiento de las resinas regeneradas fue evaluado en un sistema de flujo continuo. Por último, se hicieron simulaciones a fin de estimar costos de un proceso alterno de intercambio iónico y osmosis inversa. Los resultados obtenidos indican que las mejores estrategias de regeneración varian conforme al tipo de resina a renerar. En este trabajo las mejores estrategias para la regeneración de resinas aniónicas fueron la utilización de NaOH (12.5%), NH4OH (12.5%) y NH4OH (7.5%), para las resinas 1, 2 y 4A, respectivamente. Mediante esta estrategia de regeneración se alcanzaron caoacidades maximas de intercambio desde 10.6 mg SDT/g resina hasta 45.6 mg SDT/ g resina. por otra parte, las mejores estrategias de regeneración para las resinas catiónicas, fueron la utilización de H2SO4 (2.5%) y HCI (2.5%) para las resinas 3 y 4B, respectivamente, en el primer caso, la maxima capacidad de intercambio iónico registrada fue de 30 mg SDT/g resina. Finalmente, mediante el uso de software especializado, se estimaron costos de producción de agua de aproximadamente 43.1 MXN/m3 y 850.3 MXN/m3 mediante los procesos de ósmosis inversa e intercambio iónico, respectivamente. Considerando las mejores estrategias de regeneración encontradas en este trabajo, los costos de regeneración se verian disminuidos en aproximadamente 20%.