Archive | diciembre 2011

Curso online “Eliminación de boro en aguas”, cuarta entrega

4. Sistemas de eliminción de boro mediante intercambio iónico

4.1 Resinas para el intercambio de boro.

La débil acidez del H3BO3 (pK: 9,2) no permite una separación adecuada del boro de los vertidos mediante el uso de resinas típicamente aniónicas de base fuerte (grupo funcional amino terciario unido a una matriz de base poliamida) como son las Dowex 1® (Dow Chemical Company USA) o la Amberlita® IR 400 (Rohm & Haas Company USA). Para los aniones más comunes se puede establecer la siguiente serie:

sulfato > cromato > citrato > nitrato > arseniato > fosfato > acetato >  cloruro > borato

siendo el borato, el ion que primero es eluido y por lo tanto que peor se retiene al tener baja afinidad por la resina.

Por lo tanto se hace necesario el empleo de resinas específicas. Las resinas de intercambio más empleadas sonla Amberlita® IRA-743 yla Lewatit MK® 51.

AMBERLITA® IRA-743, también conocida como Amberlita® XE-243. Esta resina pertenece al grupo de sorbentes polimerizados con grupos funcionales aminopoliol (sorbitol), como el grupo N-metilglucosamina [ R-CH2-N(CH3)-C6H8(OH)5 ], unido a matrices de estireno hidrofóbicas (del tipo de poliestireno copolimerizado con divinilbenceno).

LEWATIT® MK 51, se trata de una resina de intercambio aniónico basada en un estireno macroporoso con gupos polihidroxilos, que presenta una elevada selectividad para la retención del ácido bórico y boratos del agua.

La elevada selectividad de la resina sobre los complejos de boro, permite la separación del ácido bórico de soluciones acuosas con elevada concentración salina.

La elección de la resina más adecuada se realiza en laboratorio, utilizando columnas de vidrio en una técnica llamada cromatografía de intercambio iónico. Se dimensionan para permitir una altura de lecho de al menos 25 cm con 100 ml de resina de intercambio iónico.

La resina muestra alta selectividad en medios neutros o alcalinos ya que el boro intercambiado debe estar en forma aniónica como B(OH)4. En medios ácidos la capacidad de estas resinas disminuye bruscamente al estar el boro en forma neutra como B(OH)3. Este aspecto es de gran interés a la hora de evaluar la posible regeneración de la resina una vez agotada su capacidad de intercambio.

4.2 Características necesarias del vertido para aplicar el intercambio iónico

El agua a tratar mediante intercambio iónico ha de cumplir una serie de características para que el proceso sea efectivo.

  • Necesidad de pretratar el agua para eliminar sólidos y grasas que inutilicen la resina
  • La temperatura debe ser menor de30 ºCpara no dañar la resina.
  • El pH debe ajustarse a un valor fijo aproximadamente igual a 8 para lograr la máxima eliminación.
  • La presencia de sales metálicas disminuye la retención (K+, Na+, Zn2+, Mg2+, …)

Las desventajas del empleo de resinas de intercambio iónico para eliminar el boro son las siguientes:

  • Capacidad limitada de las resinas por lo que el método está reservado a efluentes con bajas concentraciones iniciales de boro y débilmente minieralizadas.
  • Necesidad de reactivos para la regeneración de la resina.
  • Presencia de altas concentraciones de boro en el líquido residual de la regeneración.
  • Costes asociados relativamente altos.

Las principales ventajas del empleo de resinas de intercambio iónico son:

  • Elevada especificidad
  • Altos rendimientos en la eliminación
  • Puede diseñarse en un procedimiento en continuo
  • Viabilidad a nivel industrial

4.3 Dimensionamiento de la resina

Deben conocerse las características del efluente a tratar por el sistema desborificador para definir correctamente los parámetros de diseño. Este punto es muy importante llevarlo a cabo ya que un cambio substancial en alguno de los puntos puede hacer que no elimine el boro correctamente (sobre todo en lo que se refiere a la concentración inicial de boro y el caudal a tratar):

  • Concentración inicial de Boro
  • Concentración final deseada de Boro
  • Caudal medio a tratar
  • Caudal punta
  • Horas funcionamiento instalación
  • Superficie disponible

Estos datos se aplican a programas informáticos que determinan la cantidad de resina necesaria para alcanzar las condiciones propuestas. El diseño de la instalación depende del equipo técnico que decidirá la conveniencia de instalar una o varias columnas, en función del espacio, la necesidad de producción y los costes.

Se hace necesario controlar los tiempos y caudales de regeneración y el consumo de los reactivos necesarios.

4.4 Fotografías de una instalación de eliminación de boro

4.4.1 Planta de eliminación de boro de 3000 l/h

Planta de intercambio iónico para una caudal de 3000 litros/hora y una concentración del agua de entrada de 7 ppm de boro.

4.4.2 Planta de eliminación de boro de 300 l/h

Planta de intercambio iónico para una caudal de 300 litros/hora y una concentración del agua de entrada de 16 a 20 ppm de boro.

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