tratamiento de aguas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL
Ing. José Huapaya Barrientos
1
CURSO
TRATAMIENTO DE
AGUA INDUSTRIAL
Expositor
2012

2
ASPECTOS TÉCNICOS DEL
TRATAMIENTO DE AGUA

3
TECNOLOGÍAS PARA EL
TRATAMIENTO DE AGUA
a. DUREZA:
• ABLANDAMIENTO
QUÍMICO
• ABLANDAMIENTO FÍSICO
• NANOFILTRACIÓN
• ÓSMOSIS INVERSA
b. DESMINERALIZACIÓN:
• INTERCAMBIO IÓNICO
• ÓSMOSIS INVERSA

4
ABLANDAMIENTO FÍSICO
• RECOMENDADO PARA DUREZA TOTAL MENOR
DE 500 PPM
• USO DE RESINAS CICLO SODIO –
REGENERACIÓN
• LAS PROPIEDADES DE LAS RESINAS
DETERMINAN LAS CONDICIONES OPERATIVAS
• SE REQUIERE LAVADO Y SUSTITUCIÓN, PREVIA
EVALUACIÓN
• LAS CONDICIONES OPERATIVAS DEL
ABLANDADOR INFLUYEN EN LA EFICIENCIA

5
ASPECTOS TÉCNICOS
• DUREZA TOTAL DEL AGUA CRUDA
• DUREZA TOTAL DEL AGUA BLANDA
• TIPO DE RESINA
• PROPIEDADES DE LA RESINA
• CAUDAL DE AGUA BLANDA
• VOLUMEN DE RESINA
• PESO DE REGENERANTE (NaCl)
• PORCENTAJE EN PESO DEL REGENERANTE
• LAVADO DE RESINA
• REPOSICIÓN DE RESINA

6
ANÁLISIS DE AGUA EN EL ABLANDAMIENTO
COMPONENTE AGUA CRUDA
(CaCO3)
AGUA BLANDA (CaCO3)
+2
+2
Ca 350 2
Mg 100 1
Na +1
80 527
HCO-
305 305
3 CO=
0 0
3 OH- 0 0
Cl- 110 110
SO=
115 115
4 M 305 305
P 0 0
PH 7,6 7,6
SD 570 595

ANÁLISIS TÍPICO DEL AGUA A TRAVÉS DE MEMBRANAS
CATIONES
Y ANIONES
 NH
7
DE OSMOSIS INVERSA
MEMBRANA OR -3344 MEMBRANA OR - 3444
ALIMENTACIÓN
mg/L
CONCENTRADO
mg/L
PERMEADO
mg/L
ALIMENTACIÓN CONCENTRADO PERMEADO
Ca+2 265 659,92 1,72 265 756,03 0,60
Mg+2 95 236,57 0,62 95 271,03 0,21
Na+1 315 780,04 4,97 315 892,32 4,13
K+1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
1
4
Sr+2 0 0 0 0 0 0
Ba+2 0 0 0 0 0 0
Fe+2 0 0 0 0 0 0
Mn+2 0 0 0 0 0 0

CATIONES
Y ANIONES
8
MEMBRANA OR -3344 MEMBRANA OR - 3444
ALIMENTACIÓN
mg/L
CONCENTRADO
mg/L
PERMEADO
mg/L
ALIMENTACIÓN CONCENTRADO PERMEADO
0 0 0 0 0 0
260 242,43 3,48 260 526,47 3,76
420 1046,39 2,41 420 1198,99 0,55
Cl- 750 2095,88 9,61 750 2254,35 6,02
0 0 0 0 0 0
F- 0 0 0 0 0 0
32 79,37 0,42 32 90,85 0,31
42,2 159,10 157,89 42,2 95,51 94,83
SD 2004,7 5017,28 21,45 2004,7 5722,31 13,67
PH 7,0 6,39 4,55 7 6,95 4,81
DT
(CaCO3)
1052,99 2622,22 6,84 1052,99 3004,14 2,37

3 CO

3 HCO

4 SO

3 NO
2 SiO
2 CO

9
ASPECTOS ECONÓMICOS
• A > D.T. > COSTO DE OPERACIÓN
• A > D.T. > COSTO DE REGENERANTE
• A > D.T. > COSTO DE AGUA
• A > D.T. > COSTO DE TRATAMIENTO
• A > S.S. > COSTO DE MANTENIMIENTO
• A > C.I. > COSTO DE LA RESINA

10
VENTAJAS DEL ABLANDAMIENTO
• REDUCE LA D.T. A LÍMITES BAJOS
• BAJO COSTO ($ 1,56/ m3)
• FACILIDAD DE OPERACIÓN
• BAJA INVERSIÓN
• LA REPOSICIÓN DE RESINA ES GRADUAL
DESVENTAJAS DEL ABLANDAMIENTO
• NO REDUCE LA ALCALINIDAD
• AUMENTA SÓLIDOS DISUELTOS
• REDUCE LA DUREZA DE Ca Y Mg
• REQUIERE REGENERACIÓN Y LAVADO CON
MENOR TIEMPO QUE LA O.I.

11
VENTAJAS DE LA ÓSMOSIS INVERSA
• EL COSTO DEL AGUA OSMOTIZADA ES
COMPETITIVO
• AMPLIO ESPECTRO DE REMOCIÓN
• CUMPLIMIENTO CON LAS REGULACIONES
AMBIENTALES
• ESPACIO MÍNIMO
• FLEXIBILIDAD DE OPERACIÓN
• AMPLIO RANGO DE CAPACIDADES
• COMPATIBILIDAD
• AUTOMATIZACIÓN
• REQUIERE LAVADO ANUAL

12
FUNCIONAMIENTO DE UNA RESINA DE INTERCAMBIO
IÓNICO

13
REGENERACIÓN DE UNA RESINA Y ENJUAGUE

14
FUNCIONAMIENTO DE UNA MEMBRANA
SEMIPERMEABLE DE ACETATO DE CELULOSA

15

16

17
PROPIEDADES DE LA RESINA AMBERLITE
IR – 120 PLUS
La Amberlite IR – 120 Plus es una resina intercambiadora de
cationes, fuertemente ácida, tipo gel, sintética y de alta
capacidad de intercambio. Tipo poliestureno sulfurado y se
suministra en forma de ciclo hidrógeno o ciclo sodio, en
partículas esféricas transparentes de color amarillo casi
perfectas como si fueran perlas, se utilizan en la suavización
del agua industrial, desalcalinización, desionización o en
aplicaciones de procesos químicos.

18
Características importantes:
 Alta capacidad de intercambio 25000 – 30000 granos/ft3
Nivel de regenaración con NaCl al 10% 15 lb BaCl/ft3
15000 – 10000 granos/ft3
10 lb NaCl/ft3
 Estable dentro del rango completo de PH 0 – 14
 Insoluble En todos los solventes comunes

El lecho de la resina se expande un
50% mínimo durante el
retrolavado. La expansión para
diferentes velocidades superficiales
y temperaturas se muestra en el
gráfico
19
Características hidráulicas:
 Caída de presión Se muestra en la gráfica
 Características del retrolavado
Después de cada ciclo de servicio debe de
ser retrolavada con agua para reclasificar
las partículas de la resina y expulsar del
lecho todo material insoluble en
suspensión, el cual puede quedar atrapado
en la parte superior del lecho de la resina.
 Flujo de regenerante 1 gal/min/ft3
 Límites recomendados de operación
Flujo superficial 5 – 8 gal/min ft2
Flujo espacial 1 – 5 gal/min ft3
Temperatura 121 ºC
Resistencia a los cloruros Sin límite
 Velocidad de enjuague y regeneración 1 – 2 gal/min ft3 de resina

20
ABLANDAMIENTO
OPERACIÓN DE REDUCIR EL CONTENIDO
DE Ca+2 Y Mg+2.
SE REALIZA EN LOS ABLANDADORES CON
EL FIN DE REDUCIR LAS INCRUSTACIONES
DE CaCO3, Mg(OH)2, CaSO4, SiO2.
CLASIFICACIÓN:
•SISTEMA MANUAL
SISTEMA SEMIAUTOMÁTICO: VÁLVULA ,MULTIPORT
SISTEMA AUTOMATIZADO: VÁLVULA AUTOMÁTICA

21
RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO
• SE APLICA PARA AGUA CON STD< 1000
PPM
• TIENEN LA CAPACIDAD DE ELIMINAR
SELECTIVAMENTE LOS IONES DISUELTOS
• ES DE FORMA GRANULAR DE UN TIPO DE
POLÍMERO SINTÉTICO
• VIDA ÚTIL PROMEDIO 5 – 10 AÑOS
• SE REALIZA UN LAVADO DE RESINA
DESPUÉS DE CADA 150 CICLOS DE
REGENERACIÓN
• EL TAMAÑO PROMEDIO DE LA RESINA (0,4 –
0,8 mm)

22
TIPOS DE RESINAS
A. RESINA CICLO SODIO
 ADSORBEN EL CALCIO Y MAGNESIO Y
ELIMINAN SODIO
 SE USAN EN EL ABLANDAMIENTO
 SE REGENERAN CON NaCl AL 10%
 BAJO COSTO OPERATIVO
 SE EMPLEA EL CALDERO DE BAJA
PRESIÓN (PIROTUBULARES)

LAS REACCIONES TÍPICAS SON:
RNa2 + Ca+2 RCa+2 + 2Na+1
RCa+2 + 2NaCl RNa2 + CaCl2
23
 CUANDO SE SATURA UNA RESINA, ES
NECESARIO REGENERAR CON UNA
SOLUCIÓN DE NaCl AL 10%, 6 – 7 Kg DE
NaCl/ft3
 EL AGUA QUE ATRAVIEZA EL LECHO,
DEBE ESTAR LIBRE DE DETRITUS,
LODO, CIENO, PRECIPITADOS; LOS
CUALES RECUBREN Y TAPAN LOS
INTERSTICIOS.

24
EJEMPLOS DE RESINA
LIMPIA Y SUCIA

25
LA RESINA TIENE MAYOR AFINIDAD O
PODER DE ADSORCIÓN POR LOS
IONES TRIVALENTES, DIVALENTES Y
EN ÚLTIMO LUGAR LOS IONES
MONOVALENTES

26
ABLANDADOR
 ES LA COLUMNA QUE CONTIENE LA
RESINA Y EN EL, SE REALIZAN LAS
SIGUIENTES OPERACIONES:
 RETROLAVADO
 REGENERACIÓN
 ENJUAGE
 ABLANDAMIENTO
 EL MATERIAL DE FABRICACIÓN SAE-
1010
 POSEEN UNA BASE CON TOBERAS DE
PVC

27
 TANQUE DE
PREPARACIÓN DE LA
SOLUCIÓN SALINA DE
FIERRO RECUBIERTO
CON FIBRA DE VIDRIO.
 PRESIÓN DE
OPERACIÓN 20 – 30 PSI

28
ABLANDADOR DE FUNCIONAMIENTO MANUAL

29
OPERACIONES EN
EL ABLANDADOR

30
2
3 8
4
5
6
7
1
R
Eyector
ABLANDAMIENTO
C
C
C
C
SAL
Agua Blanda

31
2
3 8
4
5
6
7
1
R
Eyector
RETROLAVADO
C
C
C
C
SAL
Y
Agua Blanda

32
2
3 8
4
5
6
7
1
R
Eyector
REGENERACIÓN
C
C
C
C
SAL
Agua Blanda

33
2
3 8
4
5
6
7
1
R
Eyector
ENJUAGUE
C
C
C
C
SAL
Cl-
Cl-
Cl- Cl-
Agua Blanda

34
ABLANDADOR
SEMI
AUTOMÁTICO

35
FUNCIONAMIENTO DEL ABLANDADOR
POSICIÓN 1: RETROLAVADO Y
ENJUAGUE
POSICIÓN 2: REGENERACIÓN
POSICIÓN 3: ABLANDAMIENTO

36

TABLA DE ABLANDADORES
CAPACIDAD DE
INTERCAMBIO
EN GRANOS
37
VOLUMEN DE
RESINA PIE3
FLUJO MAX. DE
SERVICIO GPM
ABLANDADOR
D X H (PULG)
CONSUMO DE
SAL
REGENERANTE
(K)
25000 1 6 9 X 40 5
37500 1,5 6 9 X 48 7,5
62500 2 10 12 X 48 10
75000 3 12 14 X 48 15
100000 4 15 14 X 64 20
200000 8 30 20 X 62 40
275000 11 35 24 X 60 55
425000 15 70 30 X 60 75
500000 20 75 30 X 72 100
750000 25 125 36 X 72 125
1000 Kn 35 168 42 X 72 175
1325 Kn 45 170 48 X 72 225
1700 Kn 55 170 54 X 72 275

TABLA DE ABLANDADORES
CAPACIDAD
38
DE
INTERCAMBIO
Granos
Pies cúbicos de
resina
Ablandador
D x H (pulg)
Tanque de sal
D x h (pulg)
Tubería de
Servicio en pulg.
GPM P (Psi)
72000 3 14 x 60 18 x 36 1 11 7
96000 4 16 x 60 18 x 36 1 14 10
1 22 15
168000 7 20 x 60 18 x 48
1 ½ 22 6
1 31 24
264000 11 24 x 60 24 x 48
1 ½ 31 8
1 ½ 49 15
408000 17 30 x 60 30 x 48
2 49 7
1 ½ 71 29
576000 24 36 x 60 36 x 48
2 71 11
2 96 18
816000 36 42 x 60 42 x 48
2 ½ 96 10
2 ½ 126 14
1080000 45 48 x 60 48 x 48
3 126 8
2 ½ 159 19
1392000 58 54 x 60 54 x 48
3 159 10
3 196 14
1728000 72 60 x 60 60 x 48
4 196 6

39
DESIONIZACIÓN
ESTÁ DIRIGIDO A REDUCIR EL CONTENIDO DE SÓLIDOS
DISUELTOS. EL PROCESO UTILIZA RESINAS
CATIÓNICAS Y ANIÓNICAS, Y EN ALGUNAS CASOS
COLUMNAS MIXTAS DE AMBAS RESINAS. PARA
COMPLETAR LA ELIMINACIÓN DE GASES DISUELTOS SE
UTILIZAN LOS DEGASIFICADORES
RESINAS CATIÓNICAS CICLO HIDRÓGENO
Ca+2
Mg+2
Fe+2
2Na+1
+
2NH4
+ H2R
CaR
MgR
FeR
Na2R
(NH4)2R
+ 2H+
Cuando se agota la
resina, los primeros
iones que aparecen en
+
el efluente serán NH,
4Na+1

40
RESINAS ANIÓNICAS DE BASE FUERTE
H2SO4
2HCl
2H2CO3
2H2SiO3
+ R(OH)2 + 2H2O
Cuando se agota la
resina, debido a la
selectividad, la sílice
aparece en el efluente y
luego el bicarbonato, de
igual forma los cloruros
RSO4
RCl2
R(HCO3)2
R(HSiO3)2

Tipos de Resina
Catiónicas y Aniónicas Fuertes Catiónicas y Aniónicas Débiles
41
Operan a cualquier pH Operan dentro de un pH limitado
Tienen menor capacidad de
intercambio que las débiles
Tienen mayor capacidad de
intercambio que las resinas fuertes
Deben regenerarse con más
frecuencia
Se regeneran casi
estequiometricamente, es decir, un
mínimo exceso de regenerante.
Su regeneración es ineficiente,
elevando el costo de operación
Tienen menor costo de operación.

PRODUCTOS QUÍMICOS REGENERANTES
42
Materiales de intercambio iónico
Productos químicos
regenerados
Cambiadores catiónicos
Ciclo del sodio
Arena verde natural NaCl
Gel sintetico NaCl
Carbón sulfonatado NaCl
Resina de estireno NaCl
Ciclo de hidrogeno
Carbón sulfonatado H2SO4
Resina de estireno H2SO4
HCl
Cambiadores aniónicos
Debilmente básico (amina alifatica) Na2CO3
Debilmente básico (fenólica) Na2CO3
Débilmente básico (estireno) NaOH
Fuertemente básico (tipo I) NaOH
Fuertemente básico (tipo II) NaOH

43
DATOS TECNICOS DE RESINAS CATIONICA Y ANIONICAS
TIPO CATIONICA ANIONICA
Naturaleza Alta capacidad estirénica Estireno – Divinilbenceno
Distribuidor comercial Rohm Haas Inc Dow Chemical Co
Capacidad de intercambio 18 Kgn/ft3 16 Kgn/ft3
Flujo espacial recomendado en
operación (espacio velocidad)
1 – 5 gal/min x ft3 de resina 1 – 5 gal/min x ft3 de resina
Flujo superficial recomendado en
operación (velocidad lineal)
4 – 10 gal/min x ft2 de sección 4 – 10 gal/min x ft2 de sección
Caída de presión (8,6 gal/min ft2) 0,78 psi/ft de resina (lecho) 0,85 psi/ft de resina (lecho)
Regenerante
6 lb H2SO4 /ft3 de resina
Solución 2 – 4%
Con una fuga de Sodio de 2ppm
4 lb NaOH/ft3
Solución 4%
Con una fuga de Sílice de 0,05 ppm
Flujo superficial para retrolavado
expansión 60 – 75%
6,4 gal/min x ft2 de lecho 6,2 gal/min x ft2
Flujo espacial para regeneración y
enjuague
1 – 1,5 gal/min x ft3 de resina 0,5 gal/min x ft3 de resina
Requerimiento de enjuague
25 – 50 gal x ft3 de resina
Agua desionizada
40 – 90 gal x ft3 de resina
Agua desionizada
PH Sin límite Sin límite
Tº < 100 ºC < 100 ºC
Cloro Sin límite Sin límite

44
TABLA DE DESIONIZADORES
MODELO
CAPACIDAD
DE
INTERCAMBIO
GRANOS
VOLUMEN DE
RESINA PIE3
FLUJO
SERVICIO
GPM
DIMENSIONES
DIAM X ALT
PULGADAS
Semiautomático
20 000 1,0 2,0 – 3,0 9 x 40
30 000 1,5 3,0 – 4,0 9 x 48
40 000 2,0 4,0 – 6,0 12 x 48
Automáticos
100 000 5,0 10,0 – 15,0 21 x 62
200 000 10,0 20,0 – 30,0 24 x 60
300 000 15,0 30,0 – 45,0 30 x 72
400 000 20,0 40,0 – 60,0 36 x 72
500 000 25,0 50,0 – 75,0 36 x 72

45

46
DESMINERALIZACIÓN

EQUIVALENCIA ENTRE SISTEMAS
47
Unidad GPG ppm
Grado
Inglés
Grado
Francés
Grado
Alemán
GPG 1 17,1 1,20 1,71 0,958
GPGI 0,829 14,3 1,00 1,43 0,80
ppm 0,058 1,0 0,07 0,1 0,56
Grado Francés 0,583 10,0 0,7 1,0 0,56
Grado Alemán 1,04 17,9 1,24 1,78 1,0

48

49

50

51

52

53
pH
Alcalinidad al anaranjado de metilo como ppm CaCO
2
3
Bióxido de carbono libre ppm de CO
Razón

54

55

56
INSTALACION DE SISTEMAS DE DESIONIZACION
• LA SELECCIÓN DE LAS RESINAS DEPENDE DE LA CALIDAD DEL
AGUA DE ALIMENTACIÓN, LAS ESPECIFICACIONES DEL
EFLUENTE Y LA ECONOMÍA DEL PROCESO
• LOS CAMBIADORES CATIÓNICOS Y ANIÓNICOS VARIAN CON
RESPECTO A LA CAPACIDAD DE LA RESINA, FUGA DE SODIO,
ECONOMÍA DE LA REGENERACIÓN, DURABILIDAD DE LA
INSTALACIÓN Y EL COSTO UNITARIO
• LOS CAMBIADORES ANIÓNICOS QUE UTILIZAN RESINAS
DÉBILMENTE BÁSICAS, CUESTAN MENOS Y SE REGENERAN CON
MENOR COSTO (Na2CO3, NH3), MIENTRAS QUE LAS RESINAS
ANIÓNICAS FUERTES REQUIEREN NaOH QUE TIENE MAYOR
COSTO
• CUANDO SE UTILIZAN COLUMNAS CON RESINAS FUERTEMENTE
BÁSICAS, ES RECOMENDABLE REMOVER EL H2CO3 COMO CO2
LIBRE, PARA REDUCIR LOS COSTOS DE OPERACIÓN
• SE TIENEN LOS SIGUIENTES ESQUEMAS RECOMENDADOS PARA
DISTINTAS ALTERNATIVAS

57

58

59

60

61

62

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66
INSTALACIÓN TÍPICA DE UNA UNIDAD DE DESIONIZACIÓN
UTILIZANDO UN PULIDOR MIXTO

67
CLARIFICACIÓN – FILTRACIÓN - DESMINERALIZACIÓN

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