Guía Práctica De Tratamiento De Agua.docx

Guía 01: Tratamiento de agua Intercambio iónico 1. Objetivos 

Determinar si con la utilización de este método de intercambio iónico se logra la calidad de agua para su uso como sustancia de trabajo.

 Evaluar la efectividad de ablandamiento del agua mediante el método de intercambio iónico 2. Marco teórico El intercambio iónico es un proceso de tratamiento de agua utilizado generalmente para el ablandamiento o desmineralización del agua, aunque también es utilizado para remover otras sustancias del agua en procesos tales como la desalcalinización, desionización, y desinfección. ¿Pero de qué se trata exactamente el intercambio iónico? El intercambio iónico describe un proceso químico específico en el que iones disueltos no deseados son intercambiados por otros iones con una carga similar. Los iones son átomos o moléculas que contienen un número total de electrones que no es igual al número total de protones. Hay dos grupos diferentes de iones, los cationes, que están cargados en forma positiva, y los aniones, que están cargados en forma negativa. Tenemos que agradecerle a Michael Faraday por estos nombres, que provienen de la atracción de los cationes hacia el cátodo y de la atracción de los aniones hacia el ánodo en un dispositivo galvánico.

Figura 01. Configuración típica de intercambio iónico 1

Remoción de contaminantes iónicos Esta atracción es utilizada para eliminar contaminantes iónicos disueltos del agua. El proceso de intercambio tiene lugar entre un sólido (resina o zeolita) y un líquido (agua). Durante el proceso, los componentes menos deseados son intercambiados por otros considerados más deseables. Estos iones deseables son los que se cargan sobre el material de la resina. En el intercambio de cationes durante el tratamiento de agua, los iones cargados positivamente que entran en contacto con la resina de intercambio iónico son intercambiados con los iones cargados positivamente disponibles en la superficie de la resina, generalmente sodio. En el proceso de intercambio aniónico, los iones cargados negativamente son intercambiados con iones cargados negativamente en la superficie de la resina, generalmente cloruro. Varios contaminantes — incluyendo a los nitratos, fluoruros, sulfatos y arsénico — se pueden remover mediante el intercambio de aniones. Estas resinas pueden utilizarse solas o en conjunto, para eliminar los contaminantes iónicos del agua. Si una sustancia no es iónica, como es el caso del benceno, entonces no podrá ser removida por medio del intercambio iónico. El intercambio iónico en el tratamiento del agua potable En forma reciente ha comenzado a incrementarse el uso de resinas de intercambio iónico para la producción de agua potable. Se han diseñado resinas especiales para tratar diversos contaminantes realmente perjudiciales, como el perclorato y el uranio. Hay diversas resinas diseñadas para estos propósitos, como la resina de base fuerte / anión fuerte, que se utiliza para eliminar nitratos y percloratos. También hay perlas de resina que se pueden utilizar para el ablandamiento del agua. Recarga de resinas Los materiales con las que están fabricadas las resinas tienen una capacidad finita de intercambio. Cada uno de los sitios de intercambio se agotará si se le da un uso prolongado. Cuando ya no sea más posible intercambiar iones, la resina deberá ser recargada o regenerada para restaurar sus condiciones iniciales. Las sustancias utilizadas para ello pueden ser el cloruro de sodio, el ácido clorhídrico, el ácido sulfúrico, o el hidróxido de sodio. 2

El regenerante gastado es la sustancia principal que queda como remanente del proceso. Contiene no sólo todos los iones removidos, sino también los iones extra del regenerante y también tendrá un alto nivel de sólidos totales disueltos. Puede ser tratado en una planta de tratamiento de aguas residuales municipales, aunque su descarga deberá requerir supervisión. La eficiencia del intercambio iónico para el tratamiento de agua puede verse limitada por la incrustación de minerales, por la obstrucción de las superficies, y por otros problemas que contribuyan a la contaminación de las resinas. Los procesos de tratamiento como la filtración o el agregado de productos químicos pueden ayudar a reducir o evitar estos problemas.

Figura 02. Resina sintética utilizada en el intercambio iónico Mercado de las resinas de intercambio El mercado mundial del intercambio iónico, que fue estimado en U$S 1,54 billones en 2014, se proyecta que será de U$S 2,46 billones hacia el año 2022, esto representa una tasa de crecimiento anual compuesta de aproximadamente un 6 por ciento en ese período, según información aportada por Stratistics MRC, una empresa de investigación de mercado con sede en Maryland. Sus analistas ven que una creciente demanda de la energía nuclear y del aumento de la rigurosidad de las normas ambientales le dará impulso al mercado, que continúa en crecimiento. Esto se ve particularmente en los mercados de la generación de energía eléctrica y del tratamiento de aguas residuales, y también en la región del Asia – Pacífico. La industria necesita encontrar nuevas aplicaciones para la tecnología, para poder seguir experimentando un continuo crecimiento. Factores que afectan el intercambio iónico 

PH: ya que el intercambio iónico está relacionado con la solubilidad y esta con el pH. 3

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Temperatura: se relaciona con la viscosidad.

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Tiempo de contacto: tiempo mínimo de contacto para asegurar remoción deseada.

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Tamaño de partícula del adsorbente.

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Naturaleza de los cationes: tamaño, carga iónica, forma.

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Concentración de los cationes en solución.

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Aniones asociados con los cationes en solución.

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Solvente, (agua, solventes orgánicos).

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Estructura de la zeolita, topología de la red, densidad de carga de la red.

Aplicaciones El intercambio iónico sirve para ablandar agua, controlar la alcalinidad, eliminación de materia orgánica, eliminación de nitratos, eliminación de amonio, deionización, tratamiento de residuos nucleares, desmineralización de jarabes azucarados, catálisis, agricultura, hidrometalurgia, cromatografía de intercambio iónico, análisis de constituyentes traza. Clasificación de los intercambiadores iónicos a) Intercambiadores iónicos inorgánicos 

Naturales: Son aluminosilicatos, arcillas minerales, feldespatos y zeolitas.

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Sintéticos: sus propiedades de intercambio se deben a la sustitución isomórfica de átomos de silicio de su estructura cristalina por otros átomos.

b) Intercambiadores iónicos orgánicos 

Resinas orgánicas naturales: Existen varios polímeros naturales que actúan como intercambiadores iónicos, como celulosa, ácido algínico, chitina, hitosan, extrano y agarosa, y también derivados de éstos.

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Resinas orgánicas sintéticas: Tipos de resinas de intercambio iónico según su estructura de red:

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Resinas impregnadas: Constan de un soporte polimérico que se impregna con una disolución orgánica que contiene a un extractante selectivo a un metal en concreto. Estas resinas tienen un grave inconveniente que es la pérdida de disolvente durante su uso, lo cual reduce su aplicabilidad.

3. Materiales y equipo

Figura 03. Módulo de intercambio iónico

Figura 04. Reactivos para la medición de dureza

Figura 05. Test de PH universal 5

4. Procedimiento experimental Funcionamiento del módulo ablandador por intercambio iónico: a) Ablandamiento de agua: Para preparar el tanque de sal, se deberá abrir la válvula 7 y cerrar la válvula 8, lo que permitirá el ingreso de agua al tanque de sal; hasta llenarlo y asegurarse de una mezcla adecuada; al 5% o 5Kg. Para 100 litros de agua

Figura 06. Preparación del intercambiador b) Retro lavado: Abrir las válvulas 1, 4, 5 y 6; mantener cerradas las válvulas 2, 3, 7, 8, y 9. Por un lapso de 10 minutos

Figura 07. Retro lavado del intercambiador

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c) Regeneración: Primera Etapa: Abrir las válvulas 5, 7y 8; mantener cerradas las válvulas 1, 2, 3, 4, 6 y 9 hasta llenar el tanque; mantener en estado de reposo por un lapso de 10 minutos. Segunda etapa: Abrir las válvulas 5, 7, 8 y 9; mantener cerradas las válvulas 1, 2, 3, 4 y 6. Por un lapso de 13 minutos.

Figura 08. Regeneración del intercambiador d) Lavado: Abrir las válvulas 1, 2 y 9; mantener cerradas las válvulas 3, 4, 5, 6, 7 y 8. Por un lapso de 60 minutos, a velocidad lenta

Figura 09. Lavado del intercambiador

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e) Servicio: Abrir las válvulas 1, 2 y 3; mantener cerradas las válvulas 4, 5, 6, 7, 8 y 9. Estimado a trabajar una semana continúa.

Figura 10. Servicio del intercambiador Información general para realizar las pruebas del análisis de dureza del agua

1. Lave todos los recipientes entre prueba y prueba. La contaminación puede alterar los resultados. Limpie con un detergente no abrasivo o con un solvente tal como alcohol isopropílico.

2. Limpie y seque con un paño suave. No utilice toallas de papel o papel tisú para los tubos de plástico ya que los mismos se pueden rayar. Enjuague con agua desionizada.

3. Enjuague completamente todos los tubos con la muestra antes de realizar la prueba.

4. Cuente cada gota de titulante. Mantenga el gotero en posición vertical. Rote la botella mezcladora después de agregar cada gota. Prueba de dureza del agua a) Llene un tubo plástico completo con muestra. b) Vierta el contenido del tubo en la botella mezcladora cuadrada. c) Agregue a la botella mezcladora el contenido de una bolsa de polvo de reactivo para dureza UniVer® 3. Rote para mezclar. d) Agregue titulante EDTA por goteo rotando la botella mezcladora para mezclar. Cuando la muestra cambie de coloración roja a azul, registre la cantidad de gotas agregadas. 8

e) Multiplique por 20 la cantidad de gotas de titulante utilizado. Este valor será el mg/l de dureza como CaCO3. Si la solución tiende a coloración roja, indica que hay dureza, procediendo entonces a regenerar. Se procedió así, a medir la dureza del agua de ingreso, seguidamente a medir la dureza del agua tratada por intercambio iónico, para determinar la efectividad del mismo.

Figura 11. Obtención del líquido y agregado de reactivos

Figura 12. Prueba de dureza del agua de ingreso Se puede ver que la probeta presenta una coloración roja y para llegar a ello se hizo uso de 4 gotas de reactivo, por lo que decimos que el agua que ingresa al intercambiador iónico presenta una dureza de 80 ppm. Luego de ello se le midió el Ph para ver las condiciones iniciales del agua a tratar, obteniendo 6.5 como Ph.

Figura 13. Prueba de Ph del agua de ingreso 9

Seguidamente se puso en funcionamiento el módulo y al agua tratada se la sometió a las pruebas anteriores para corroborar la eficacia de este proceso. Aquí se pudo ver que el agua aún presentaba un cierto grado de dureza pero ya era mucho menor, pues sólo hizo falta una gota de reactivo para que se tornara azul, por lo que su dureza fue de 20 ppm. De la misma forma se le midió el Ph, para este caso no se vio ningún cambio significativo, pues siguió siendo 6.5.

Figura 14. Prueba de dureza del agua tratada

Figura 15. Prueba de Ph del agua tratada 5. Conclusiones y recomendaciones 

Según los resultados de los análisis fisicoquímicos, el agua de ingreso contiene concentraciones superiores a los límites máximos permisibles en cloruros y dureza total, llegando a las 80 ppm, por lo que el agua de este pozo se considera salobre y muy dura.

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A través de un tratamiento de intercambio iónico a partir de una resina catiónica-ácido fuerte se logra reducir los iones disueltos en el agua, lo cual conseguirá purificar el agua con una alta conductividad.

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Con el tratamiento por intercambio iónico en columna del agua de ingresos utilizando la resina mixta como intercambiador iónico en el laboratorio, se lograron reducir los niveles de cloruros y dureza total a un 75% menos que la concentración inicial, llegando a las 20 ppm.

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Según lo observado experimentalmente se puede decir que las resinas son, en general, materiales que poseen la capacidad de eliminar iones disueltos de forma selectiva, mantenerlos unidos a la matriz de la resina y posteriormente cederlos en presencia de una solución concentrada de regenerante.

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En caso de resultar viable para el tratamiento del agua en cuanto a costos de instalación, operación y mantenimiento se recomienda utilizar 3 columnas para el tratamiento de agua por intercambio iónico con resina mixta; uno para operación, el otro para regeneración y una tercera columna de emergencia.

6. Bibliografía 

Romero, Jairo Alberto. Purificación del agua, editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá, 2005.



Nuffield Foundation, Química intercambio iónico. Estudio específico.

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Noerdell, Eskel, Tratamiento de agua para la industria y otros usos.



Fair Gordon, Geyes John, Purificación de agua, tratamiento y remoción de residuos, Limusa, Noriega Editores, 2001



Perry, Robert H, Perry’s Chemical Engineers’Hansbook, 7 ed., Mc Graw Hill.

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Guía 02: Tratamiento de agua Ósmosis inversa 1. Objetivos 

Determinar si con la utilización de este método de ósmosis inversa se logra la calidad de agua para su uso como sustancia de trabajo

 Evaluar la efectividad de ablandamiento del agua mediante el método de ósmosis inversa 2. Marco teórico ¿Qué es la ósmosis? La ósmosis es el movimiento de moléculas a través de una membrana parcialmente permeable porosa, que va de una región de mayor concentración a otra de menor, en esta acción la membrana tiende a igualar las concentraciones en los dos lados. Este flujo de partículas solventes hacia la zona de menor potencial se conoce como presión osmótica medible en términos de presión atmosférica.

Figura 01. Proceso de ósmosis y ósmosis inversa ¿Qué es la ósmosis Inversa? Sí utilizamos una presión superior a la presión osmótica, un efecto contrario a la ósmosis se puede logar, al presionan fluidos a través de la membrana y sólo las moléculas de menor peso pasan del otro lado.

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En el tratamiento de agua los sólidos disueltos al generar esta presión quedan retenidos en la membrana y sólo pasa el agua, a esto se le llama ósmosis inversa. Para logar este efecto del paso del agua es necesario presurizar el agua a un valor superior al de la presión osmótica. La ósmosis inversa generalmente se utiliza para la purificación de agua potable a partir de agua de mar, extrayendo la sal y otros efluentes de las moléculas de agua. ¿Cuánta agua rechaza una ósmosis inversa? Las membranas de ósmosis inversa tienen las características de hacer una limpieza continua mientras trabajan, porque de no ser así, sufrirían una acumulación de contaminantes y una saturación en poco tiempo, por lo que parte del flujo de agua entrada arrastra los contaminantes sales y minerales. A esto se le conoce como agua de rechazo, que comúnmente es 40% de agua producto y 60% de agua de rechazo, en equipos con agua de calidad relativamente buena, puede ser 50% / 50% o en aguas con sólidos disueltos totales (TDS) bajos hasta 60% / 40%. ¿Qué tiempo de vida tiene una ósmosis inversa? Una membrana de ósmosis inversa en un equipo correctamente diseñado, la duración puede ser entre 3 a 5 años. Es importante hacer los mantenimientos periódicos con químicos para limpieza de membranas, siguiendo los consejos del fabricante. En aguas con concentraciones altas de sólidos disueltos, dureza o presencia de sílice es recomendable dosificar un anti-incrustante mediante una bomba, también es importante la pre-tratamiento que incorpora el equipo: eliminación de partículas en suspensión mediante cartuchos de sedimentos o equipos de lecho profundo y equipos de carbón activado y suavizadores, si es necesario. En membranas de uso doméstico el tiempo de vida es más corto 2 a 3 años, debido a que no es posible realizar los mantenimientos antes mencionados.

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Figura 02. Membrana de ósmosis inversa Aplicaciones 

Desalinización de aguas

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Obtención de agua ultra pura.

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Tratamiento de aguas.

Ventajas de la ósmosis inversa 

Permiten la eliminación de todos los iones contaminantes inorgánicos y la mayoría de los iones disueltos. Poco o nada de los residuos de agua en comparación con el proceso de destilación.

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Físicamente el agua producida por el método de osmosis inversa tiene la ventaja de tener un color y olor aceptable, en cuanto al sabor este por la acidez tiene ciertas características que puede ser corregida con un posttratamiento (desgasificación). El agua físicamente tiene características aceptables.

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No se agrega ningún producto químico para purificar el agua producto, el agua obtenida es de menor contenido de agentes químicos (sales, metales pesados etc.)

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Biológicamente el método de osmosis permite obtener agua microbiológicamente pura debido al alto rechazo de bacterias y virus que permite las membranas, la reducción de estas bacterias y virus es al 99%.

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El costo de producción de agua producto de osmosis es bajo con respecto a otros métodos de eliminación de nitratos pro intercambio iónico, además con respecto al agua potabilizada por método convencionales. El 14

sistema no consume energía muy alta y por lo tanto el costo y el ahorro de energía. 

Filtrar los minerales nocivos como el manganeso, el hierro plomo, y otras sales nocivas.

Desventajas de la ósmosis inversa 

Las membranas son propensas al ensuciamiento.

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Alta inversión de capital y costes de operación.

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Importancia de la presión osmótica que se opone a la presión aplicada.

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Manejo de aguas residuales (solución de salmuera) es un problema potencial.

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Umbral de corte de las membranas no muy bien definido.

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El porcentaje de recuperación que oscila entre 60% y 80% según sea el agua fuente rechazando el resto.

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Utilización de altas presiones en el somatizado.

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La acidez del agua es más alta que en algún momento puede ser perjudicial para la salud.

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Se requiere gran cantidad de agua que otros sistemas. El despilfarro de agua es poco alto.

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El proceso es lento en comparación con otras alternativas de tratamiento de agua.

3. Materiales y equipo

Figura 03. Módulo de ósmosis inversa 15

Figura 04. Reactivos para la medición de dureza

Figura 05. Test de PH universal 4. Procedimiento experimental. Funcionamiento y etapas del equipo de ósmosis inversa:

Figura 06. Esquema del funcionamiento del módulo

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1. Pre filtro PP, es un filtro de sedimentos de 5 micras de polipropileno expandido. Realiza un trabajo mecánico de separación de impurezas. Elimina óxidos, arenas, limos, sedimentos y otras partículas suspendidas en el agua, mayores de 5 micras. 2. Pre filtro GAC, es un filtro de carbón activo granulado, elimina el cloro, mal sabor, mal olor y un gran número de metales pesados que contiene el agua de la red. 3. Válvula 4 vías (Shut off), se encarga de cortar el agua, cuando el depósito está lleno, cuando se avería no para de salir agua por el desagüe. 4. Membrana TFC de poliamida, semipermeable con un tamaño de poros de 0,0001 micras, quita entre un 90%-99% de, Nitratos, Sulfatos, Fluoruros, Taninos, bicarbonatos, bacterias, virus, hongos, etc... Proporcionando, un agua segura para el consumo, está alojada en un porta membranas, con 1 entrada y 2 salidas, una del agua osmotizada y la otra de rechazo al desagüe.

5. Postfiltro, filtro de carbón activo, suele ser de carbón de coco, hace la misma función que el GAC y CTO, se emplea para filtrar el agua del depósito por si tiene olor o sabores raros, se le suele llamar T-33, es un filtro in-line, da un toque de afino al agua. Información general para realizar las pruebas del análisis de dureza del agua

1. Lave todos los recipientes entre prueba y prueba. La contaminación puede alterar los resultados. Limpie con un detergente no abrasivo o con un solvente tal como alcohol isopropílico.

2. Limpie y seque con un paño suave. No utilice toallas de papel o papel tisú para los tubos de plástico ya que los mismos se pueden rayar. Enjuague con agua desionizada.

3. Enjuague completamente todos los tubos con la muestra antes de realizar la prueba.

4. Cuente cada gota de titulante. Mantenga el gotero en posición vertical. Rote la botella mezcladora después de agregar cada gota. Prueba de dureza del agua a) Llene un tubo plástico completo con muestra. b) Vierta el contenido del tubo en la botella mezcladora cuadrada.

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c) Agregue a la botella mezcladora el contenido de una bolsa de polvo de reactivo para dureza UniVer® 3. Rote para mezclar. d) Agregue titulante EDTA por goteo rotando la botella mezcladora para mezclar. Cuando la muestra cambie de coloración roja a azul, registre la cantidad de gotas agregadas. e) Multiplique por 20 la cantidad de gotas de titulante utilizado. Este valor será el mg/l de dureza como CaCO3. Si la solución tiende a coloración roja, indica que hay dureza, procediendo entonces a regenerar. Se procedió así, a medir la dureza del agua de ingreso, seguidamente a medir la dureza del agua tratada por ósmosis inversa, para determinar la efectividad del mismo.

Figura 7. Obtención del líquido y agregado de reactivos

Figura 8. Prueba de dureza del agua de ingreso Se puede ver que la probeta presenta una coloración roja y para llegar a ello se hizo uso de 4 gotas de reactivo, por lo que decimos que el agua que ingresa al intercambiador iónico presenta una dureza de 80 ppm. Luego de ello se le midió el Ph para ver las condiciones iniciales del agua a tratar, obteniendo 6.5 como Ph.

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Figura 9. Prueba de Ph del agua de ingreso Seguidamente se puso en funcionamiento el módulo y al agua tratada se la sometió a las pruebas anteriores para corroborar la eficacia de este proceso. Aquí se pudo ver que el agua no presentaba dureza alguna, pues sin necesidad de usar el reactivo final el agua ya se había tornado azul, con ello decimos que el agua no presentaba dureza, su valor real era de 0 ppm. De la misma forma se le midió el Ph, para este caso se vio un ligero cambio en la acidez del agua, llegándose a medir 5.5 para este caso.

Figura 10. Prueba de dureza del agua tratada

Figura 11. Prueba de Ph del agua tratada

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5. Conclusiones y recomendaciones 

Según los resultados de los análisis fisicoquímicos, el agua de ingreso contiene concentraciones superiores a los límites máximos permisibles en cloruros y dureza total, llegando a las 80 ppm, por lo que el agua de este pozo se considera salobre y muy dura.



A través de un tratamiento de ósmosis inversa logra reducir esta concentración de sales, lo cual conseguirá purificar el agua con una alta conductividad.

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Con el tratamiento por ómosis inversa, el agua de ingreso se logró reducir los niveles de cloruros y dureza total a un 100% menos que la concentración inicial, llegando a las 0 ppm.

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La dureza de las muestras de agua tratada por los métodos de intercambio iónico y osmosis inversa cumplen con su cometido, lo que indica que el tratamiento por cualquiera de los métodos es el correcto, debido a que la presión de trabajo de la caldera permite hasta un máximo de 20 ppm.

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Para aguas menos duras se recomienda hacer uso del método de ósmosis inversa, que presentó una menor concentración de sales del agua tratada que el obtenido por intercambio iónico.

6. Bibliografía 

Romero, Jairo Alberto. Purificación del agua, editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá, 2005.



Noerdell, Eskel, Tratamiento de agua para la industria y otros usos.



Fair Gordon, Geyes John, Purificación de agua, tratamiento y remoción de residuos, Limusa, Noriega Editores, 2001



Perry, Robert H, Perry’s Chemical Engineers’Hansbook, 7 ed., Mc Graw Hill.

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