Muchas personas consideran la RO como una solución cuando enfrentan problemas difíciles de calidad del agua. Aunque la RO es ciertamente una de las herramientas más amplias que podemos usar en el mercado residencial, tiene sus limitaciones. Para entender dónde la RO puede o no ser adecuada, necesitamos comprender los mecanismos principales por los cuales reduce contaminantes.

En el contexto de este artículo, evaluaremos exclusivamente la eficacia de las membranas RO. Por lo tanto, para entender dónde la RO puede o no ser adecuada, debemos conocer los mecanismos primarios que utiliza para reducir contaminantes. Una discusión sobre estos mecanismos no estaría completa sin mencionar la falta de consenso sobre el tema. Nuestro entendimiento de cómo las membranas RO rechazan contaminantes con diferentes características sigue evolucionando, y hay muchas teorías en consideración. Por lo tanto, los mecanismos propuestos aquí no deben considerarse definitivos o exhaustivos.

El primer mecanismo de reducción es la exclusión por tamaño. Esto suele expresarse como un corte de peso molecular de la membrana. Los contaminantes neutros, como muchos contaminantes orgánicos, con un peso molecular inferior al valor especificado probablemente tendrán un rechazo inadecuado. La unidad de medida para el corte de peso molecular es típicamente gramos por mol (g/mol) o Daltons. Ambos son funcionalmente equivalentes para nuestros propósitos. El corte de peso molecular para las membranas RO es comúnmente 200 g/mol, pero debes verificar el valor con tu proveedor de membranas. Por ejemplo, el uranio tiene un peso molecular de 238 y es fácilmente rechazado, mientras que el mercurio tiene un peso molecular de 200.59 y está en el umbral de mol. El oxígeno tiene un peso molecular de 16 y pasará a través de la membrana.

El segundo mecanismo de reducción es la repulsión electrostática. La superficie de la membrana tiene una carga que causa la repulsión de contaminantes suficientemente ionizados. Es esencial considerar el impacto del pH en el mecanismo de repulsión electrostática. Primero, el pH del agua juega un papel crítico en la especiación de muchos contaminantes. Segundo, el pH del agua puede alterar la carga de la superficie de la membrana. Tercero, un pH mayor a 9.6 puede reducir la eficiencia del rechazo debido a la formación de iones hidroxilo. Es importante verificar el comportamiento de una membrana específica con tu proveedor de membranas. Por ejemplo, las membranas de película delgada compuesta (TFC) tienen limitaciones típicas de pH de 3 a 11, pero las membranas de triacetato de celulosa (CTA) tienen limitaciones de pH de 5.5 a 8.5. Además, las membranas CTA pueden resistir cloro, mientras que las TFC no.

También se deben considerar los posibles impactos negativos del tratamiento RO. Los problemas más comunes son la disminución del pH, la alcalinidad total y los sólidos disueltos totales (TDS). Pueden requerir un post-tratamiento para abordar preocupaciones de corrosión potencial. La corrosión podría llevar a la lixiviación de contaminantes dañinos en el agua tratada a medida que se distribuye. Hay diferencias entre el sistema RO de punto de entrada y el sistema RO de punto de uso. Por ejemplo, el RO doméstico debajo del fregadero generalmente no se preocupa por los parámetros mencionados anteriormente. Sin embargo, se requiere control de corrosión y modificación del pH para proteger la plomería y todos los aparatos y accesorios que usan agua.

¿Cuándo son Apropiados los Medios de Intercambio Iónico?

Como su nombre indica, los medios de intercambio iónico reducen contaminantes principalmente a través del intercambio de un ion por otro. Algunos medios de intercambio iónico muestran propiedades de reducción adicionales, como tamizado molecular o adsorción, pero en este artículo nos centraremos en el mecanismo de reducción por intercambio iónico.

Para que el mecanismo de intercambio iónico funcione eficazmente, el contaminante objetivo debe estar ionizado, lo que significa que lleva una carga positiva o negativa. Si estamos apuntando a un contaminante con carga positiva, usamos una resina catiónica con carga negativa. Si el contaminante tiene carga negativa, usamos una resina aniónica con carga positiva. Como se mencionó anteriormente, la especiación de muchos contaminantes depende del pH, por lo que es esencial una evaluación adecuada del pH y su impacto relevante al evaluar la eficacia del tratamiento por intercambio iónico. También pueden ocurrir reacciones químicas en la interfaz agua-medio que alteren la especiación del contaminante.

Otra variable esencial a considerar es la afinidad relativa (selectividad) del medio de intercambio iónico, o cuánto prefiere el medio un ion sobre otro. Si la afinidad relativa es menor para el contaminante objetivo que para un co-contaminante presente en concentraciones suficientes, la reducción puede ser inadecuada. En algunos escenarios, el medio puede incluso intercambiar el contaminante objetivo por el ion preferido una vez que la resina se agota. Esto resultaría en un aumento de la concentración de iones no deseados en el agua tratada. Por lo tanto, es esencial evaluar los co-contaminantes potenciales de preocupación para tu aplicación y realizar un análisis exhaustivo del agua.

Afortunadamente, hay muchos productos de medios de intercambio iónico disponibles que han sido diseñados para mejorar la selectividad. Por lo tanto, consulta con tu proveedor para obtener ayuda en la selección del producto adecuado para tu aplicación. Muchos fabricantes también han desarrollado capacidades de modelado. Este recurso puede ser un cambio radical para identificar con precisión los parámetros de diseño del sistema, como el tiempo de contacto en cama vacía, las tasas de dosis de regenerante y las capacidades de rendimiento.

Finalmente, deben considerarse los efectos posteriores del intercambio iónico. Aunque los impactos negativos del sodio y potasio derivados del intercambio catiónico se consideran típicamente menores, incluso estos pueden tener un impacto negativo en el tratamiento posterior y en los componentes. Por ejemplo, un aumento en TDS podría llevar la situación a niveles problemáticos. Un ejemplo notable de esto es la reducción del pH y el aumento de cloruros en agua tratada con un sistema de intercambio iónico regenerable en forma de cloruros. En un sistema de resina aniónica en ciclo de cloruros, los aniones residentes intercambian por cloruros y el resultado de eliminar el efecto amortiguador de la alcalinidad disminuye el pH del agua.

¿Cuándo es Apropiado el Carbono?

Arguablemente, el mayor diferenciador del carbono frente a la RO y los medios de intercambio iónico son sus capacidades de adsorción. Cabe mencionar que algunos carbones son tratados de tal manera que proporcionan grupos funcionales con capacidades de intercambio iónico. El formato del filtro de carbón también puede resultar en una filtración lo suficientemente estrecha como para permitir la reducción de ciertos contaminantes particulados. Sin embargo, dado la variabilidad significativa entre los productos de carbono terminados, nos centraremos en las variables que impactan la adsorción.

Quizás el elemento más importante para identificar la eficacia de la adsorción es una evaluación adecuada de las propiedades del contaminante objetivo (adsorbato). Aunque no hay un enfoque de evaluación único y definitivo, un buen punto de partida es el coeficiente de distribución (generalmente expresado como logD). En esencia, esto es una expresión de la razón de concentración de un compuesto en una mezcla de dos sustancias que no se mezclan. Para nuestros propósitos, es una evaluación de la tendencia de un contaminante a permanecer disuelto en agua o adsorbido en el carbono. Una variable similar es el coeficiente de partición octanol/agua (generalmente expresado como logP o logKOW). Aunque es similar a logD, logP es independiente del pH y generalmente aplicable solo a contaminantes que no están ionizados. Por otro lado, logD generalmente tiene en cuenta todas las especies y depende del pH. Por lo tanto, logD es el parámetro de evaluación preferido cuando está disponible. Consulta la tabla a continuación para los rangos de logD y logP y sus indicaciones.

Otras propiedades clave del contaminante a evaluar:

Solubilidad en agua: Menor solubilidad = más fácil de adsorber.

Peso molecular: Mayor peso molecular = más fácil de adsorber pero menor capacidad de rendimiento.

Estructura química: Presencia de anillos de benceno = más fácil de adsorber; ramificado = más fácil de adsorber; lineal = más difícil de adsorber.

Concentración: Mayor concentración = mayor tasa de adsorción pero menor capacidad de rendimiento.

Polaridad: Mayor polaridad = más difícil de adsorber.

Muchos fabricantes de carbono tienen productos disponibles que han sido diseñados para contaminantes específicos. Por lo tanto, consulta con tu proveedor de carbono para obtener asistencia en la selección del producto adecuado para tu aplicación. Muchos fabricantes también han desarrollado capacidades de modelado. Dada la creciente complejidad de la evaluación de adsorción, el valor del modelado es especialmente alto.

En una situación complicada, se pueden utilizar datos de isoterma para evaluar capacidades de rendimiento potenciales para un contaminante dado. (Recomiendo investigar isótermicas de Freundlich). Sin embargo, no aconsejo utilizar isótermicas para establecer líneas firmes en torno a las capacidades de rendimiento. Más bien, las isótermicas deben considerarse como indicadores y son, quizás, más valiosas para fines comparativos.

La Simpleza al Otro Lado de la Complejidad

A menudo damos por sentado la facilidad que el conocimiento y la experiencia heredados nos proporcionan como profesionales del tratamiento de agua. Las décadas, siglos e incluso milenios de experiencia en el tratamiento de condiciones comunes de agua nos otorgan simplicidad para nuestras actividades diarias. Sin embargo, la simplicidad se basa en una extensa experiencia directa y/o una comprensión detallada basada en la ciencia sobre las interrelaciones de los contaminantes y la tecnología de reducción.

Cuando nos encontramos con escenarios novedosos de calidad del agua, es posible que no tengamos el lujo de la simplicidad o del tiempo. Por lo tanto, debemos recurrir a los principios científicos fundamentales de una matriz de contaminantes dada y la tecnología de reducción para identificar adecuadamente las soluciones de tratamiento potenciales y caminos a seguir para nuestros clientes. Al abrazar la complejidad de los escenarios novedosos, allanarizamos el camino hacia una simplicidad lujosa en el futuro.

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