Ing. José Huapaya Barrientos1
TRATAMIENTO DE TRATAMIENTO DE AGUA INDUSTRIALAGUA INDUSTRIAL
ExpositorExpositorIng. José Huapaya BarrientosIng. José Huapaya Barrientos
20112011
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTILFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL
CURSOCURSO
Ing. José Huapaya Barrientos2
ASPECTOS TÉCNICOS DEL ASPECTOS TÉCNICOS DEL TRATAMIENTO DE AGUATRATAMIENTO DE AGUA
Ing. José Huapaya Barrientos3
TECNOLOGÍAS PARA ELTRATAMIENTO DE AGUA
a. DUREZA:• ABLANDAMIENTO
QUÍMICO• ABLANDAMIENTO FÍSICO• NANOFILTRACIÓN• ÓSMOSIS INVERSA
b. DESMINERALIZACIÓN:• INTERCAMBIO IÓNICO• ÓSMOSIS INVERSA
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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
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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
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ANÁLISIS DE AGUA EN EL ABLANDAMIENTO
COMPONENTE AGUA CRUDA (CaCO3)
AGUA BLANDA (CaCO3)
Ca 350 2
Mg 100 1
Na 80 527
HCO3 305 305
CO3 0 0
OH- 0 0
Cl- 110 110
SO4 115 115
M 305 305
P 0 0
PH 7,6 7,6
SD 570 595
+1
=
=
-
+2
+2
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CATIONES Y ANIONES
MEMBRANA OR -3344 MEMBRANA OR - 3444
ALIMENTACIÓNmg/L
CONCENTRADOmg/L
PERMEADOmg/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
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
1
4
NH
ANÁLISIS TÍPICO DEL AGUA A TRAVÉS DE MEMBRANAS ANÁLISIS TÍPICO DEL AGUA A TRAVÉS DE MEMBRANAS DE OSMOSIS INVERSADE OSMOSIS INVERSA
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CATIONES Y ANIONES
MEMBRANA OR -3344 MEMBRANA OR - 3444
ALIMENTACIÓNmg/L
CONCENTRADOmg/L
PERMEADOmg/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
3CO
3HCO
4SO
3NO
2SiO
2CO
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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
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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.
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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
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FUNCIONAMIENTO DE UNA RESINA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA RESINA DE INTERCAMBIO IÓNICOINTERCAMBIO IÓNICO
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REGENERACIÓN DE UNA RESINA Y ENJUAGUE
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FUNCIONAMIENTO DE UNA MEMBRANA FUNCIONAMIENTO DE UNA MEMBRANA SEMIPERMEABLE DE ACETATO DE CELULOSASEMIPERMEABLE DE ACETATO DE CELULOSA
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PROPIEDADES DE LA RESINA AMBERLITEPROPIEDADES DE LA RESINA AMBERLITEIR – 120 PLUSIR – 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.
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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
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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
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
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ABLANDAMIENTOABLANDAMIENTOOPERACIÓN DE REDUCIR EL CONTENIDODE Ca+2 Y Mg+2.SE REALIZA EN LOS ABLANDADORES CONEL FIN DE REDUCIR LAS INCRUSTACIONESDE CaCO3, Mg(OH)2, CaSO4, SiO2.
CLASIFICACIÓN:CLASIFICACIÓN:•SISTEMA MANUALSISTEMA SEMIAUTOMÁTICO: VÁLVULA ,MULTIPORTSISTEMA AUTOMATIZADO: VÁLVULA AUTOMÁTICA
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RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICORESINAS 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 – 105 – 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)
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TIPOS DE RESINASTIPOS DE RESINASA. RESINA CICLO SODIOA. RESINA CICLO SODIO
ADSORBEN EL CALCIO Y MAGNESIO Y ELIMINAN SODIO
SE USAN EN EL ABLANDAMIENTOSE REGENERAN CON NaCl AL 10%BAJO COSTO OPERATIVOSE EMPLEA EL CALDERO DE BAJA
PRESIÓN (PIROTUBULARES)
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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.
LAS REACCIONES TÍPICAS SON:LAS REACCIONES TÍPICAS SON:
RNa2 + Ca+2 RCa+2 + 2Na+1
RCa+2 + 2NaCl RNa2 + CaCl2
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EJEMPLOS DE RESINAEJEMPLOS DE RESINALIMPIA Y SUCIALIMPIA Y SUCIA
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LA RESINA TIENE MAYOR AFINIDAD O PODER DE ADSORCIÓN POR LOS
IONES TRIVALENTES, DIVALENTES Y EN ÚLTIMO LUGAR LOS IONES
MONOVALENTES
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ABLANDADORABLANDADORES LA COLUMNA QUE CONTIENE LA
RESINA Y EN EL, SE REALIZAN LAS SIGUIENTES OPERACIONES: RETROLAVADORETROLAVADO REGENERACIÓNREGENERACIÓN ENJUAGEENJUAGE ABLANDAMIENTOABLANDAMIENTO
EL MATERIAL DE FABRICACIÓN SAE-1010
POSEEN UNA BASE CON TOBERAS DE PVC
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TANQUE DE PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN SALINA DE FIERRO RECUBIERTO CON FIBRA DE VIDRIO.
PRESIÓN DE OPERACIÓN 20 – 30 PSI
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ABLANDADOR DE FUNCIONAMIENTO MANUALABLANDADOR DE FUNCIONAMIENTO MANUAL
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OPERACIONES EN OPERACIONES EN EL ABLANDADOREL ABLANDADOR
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22
44
55
66
77
8833
11
RREyectorEyector
ABLANDAMIENTOABLANDAMIENTO
CC
CC
CC
CC
SALSALAgua BlandaAgua Blanda
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RREyectorEyector
RETROLAVADORETROLAVADO
CC
CC
CC
CC
SALSAL
YYAgua BlandaAgua Blanda
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RREyectorEyector
REGENERACIÓNREGENERACIÓN
CC
CC
CC
CC
SALSALAgua BlandaAgua Blanda
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RREyectorEyector
ENJUAGUEENJUAGUE
CC
CC
CCCC
SALSALAgua BlandaAgua Blanda
Cl-Cl-
Cl-Cl-
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Ing. José Huapaya Barrientos34
ABLANDADOR ABLANDADOR SEMI SEMI
AUTOMÁTICOAUTOMÁTICO
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FUNCIONAMIENTO DEL ABLANDADORFUNCIONAMIENTO DEL ABLANDADOR
POSICIÓN 1: POSICIÓN 1: RETROLAVADO Y RETROLAVADO Y ENJUAGUE ENJUAGUE
POSICIÓN 2: POSICIÓN 2: REGENERACIÓNREGENERACIÓN
POSICIÓN 3: POSICIÓN 3: ABLANDAMIENTOABLANDAMIENTO
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CAPACIDAD DE INTERCAMBIO
EN GRANOS
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 ABLANDADORESTABLA DE ABLANDADORES
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CAPACIDAD 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
TABLA DE ABLANDADORESTABLA DE ABLANDADORES
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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 NH4, Na+1+
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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
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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.
Catiónicas y Aniónicas Fuertes Catiónicas y Aniónicas Débiles
Tipos de Resina
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Materiales de intercambio iónicoProductos químicos
regeneradosCambiadores catiónicosCiclo del sodioArena verde natural NaClGel sintetico NaClCarbón sulfonatado NaClResina de estireno NaClCiclo de hidrogeno
Carbón sulfonatado H2SO4
Resina de estireno H2SO4
HClCambiadores aniónicos
Debilmente básico (amina alifatica) Na2CO3
Debilmente básico (fenólica) Na2CO3
Débilmente básico (estireno) NaOH
Fuertemente básico (tipo I) NaOH
Fuertemente básico (tipo II) NaOH
PRODUCTOS QUÍMICOS REGENERANTESPRODUCTOS QUÍMICOS REGENERANTES
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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)
Regenerante6 lb H2SO4 /ft
3 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 enjuague25 – 50 gal x ft3 de resina
Agua desionizada40 – 90 gal x ft3 de resina
Agua desionizada
PH Sin límite Sin límite
Tº < 100 ºC < 100 ºC
Cloro Sin límite Sin límite
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TABLA DE DESIONIZADORES
MODELOMODELO
CAPACIDAD CAPACIDAD DE DE
INTERCAMBIO INTERCAMBIO GRANOSGRANOS
VOLUMEN DE VOLUMEN DE RESINA PIE3RESINA PIE3
FLUJO FLUJO SERVICIO SERVICIO
GPMGPM
DIMENSIONES DIMENSIONES DIAM X ALT DIAM X ALT PULGADASPULGADAS
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
Ing. José Huapaya Barrientos45
Ing. José Huapaya Barrientos46
DESMINERALIZACIÓNDESMINERALIZACIÓN
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Unidad GPG ppmGradoInglés
GradoFrancés
GradoAlemán
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
EQUIVALENCIA ENTRE SISTEMAS
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Ing. José Huapaya Barrientos49
Ing. José Huapaya Barrientos50
Ing. José Huapaya Barrientos51
Ing. José Huapaya Barrientos52
Ing. José Huapaya Barrientos53
pHpH
2
3
COdeppmlibrecarbonodeBióxido
CaCOppmcomometilodeanaranjadoaldAlcalinidaRazón
Ing. José Huapaya Barrientos54
Ing. José Huapaya Barrientos55
Ing. José Huapaya Barrientos56
INSTALACION DE SISTEMAS DE DESIONIZACIONINSTALACION 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
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INSTALACIÓN TÍPICA DE UNA UNIDAD DE DESIONIZACIÓNINSTALACIÓN TÍPICA DE UNA UNIDAD DE DESIONIZACIÓNUTILIZANDO UN PULIDOR MIXTOUTILIZANDO UN PULIDOR MIXTO
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CLARIFICACIÓN – FILTRACIÓN - DESMINERALIZACIÓN
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