Modificando un popolare detto, potremmo dire: in ambito industriale, acqua canta. Affinché il processo produttivo sia quanto più efficiente possibile, il trattamento delle acque deve rispettare elevati standard qualitativi. Del resto, l’utilizzo di acqua inadeguata può portare a inefficienze, causare malfunzionamenti e aumentare i costi operativi.
In questo contesto, lo scambio ionico si ritaglia un ruolo da protagonista, offrendo un do ut des virtuoso. Permette, infatti, di sostituire o eliminare dall’acqua tutti gli ioni che essa contiene o eventuali ioni indesiderati. Tale trattamento si basa sulla proprietà delle resine a scambio ionico di eliminare ioni dalle acque e sostituirli con altri. Approfondiamo il tema, scoprendo i vantaggi delle resine a scambio ionico nel trattamento dell’acqua in ambito industriale.
Cosa sono e come funzionano le resine a scambio ionico
Lo scambio ionico è un processo reversibile che avviene tra una soluzione e una sostanza scambiatrice: la resina a scambio ionico. Quest’ultima è un polimero insolubile in grado di scambiare ioni con la soluzione che le attraversa. La resina a scambio ionico è essenzialmente composta da:
- una matrice, ovvero il supporto poroso di base, la cui struttura molecolare presenta uno scheletro organico reticolato;
- nello scheletro sono inseriti gruppi funzionali in grado di scambiare ioni. Questi ultimi rappresentano la struttura di scambio vera e propria e sono in grado di fissare ioni a carica positiva nelle resine cationiche e ioni a carica negativa in quelle anioniche.
Facciamo un esempio. Introducendo una resina carica di cationi A in una soluzione contenente cationi B, avviene uno scambio di cationi. La resina cede alla soluzione cationi A in cambio di cationi B, fino al raggiungimento dello stato di equilibrio.
Tali resine vengono spesso utilizzate nel trattamento delle acque negli acquedotti per rimuovere ioni indesiderati, come metalli pesanti o nitrati, o per ridurre la durezza delle acque di processo, rimuovendo ioni calcio e magnesio.
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Addolcitore a scambio ionico: vantaggi
Tra i principali ambiti d’utilizzo delle resine a scambio ionico vi è l’addolcimento delle acque. Si tratta di un processo essenziale in svariati ambiti industriali che consente di ridurre la durezza dell’acqua.
Gli impianti di addolcimento utilizzano resine sintetiche in grado di rimuovere gli ioni calcio e magnesio sostituendoli con ioni sodio. Queste resine, in partenza cariche di ioni sodio, “legano” progressivamente al proprio reticolo gli ioni calcio e magnesio presenti nell’acqua da trattare, cedendo gli ioni sodio fissati sulla matrice. In questo modo, si contrasta la possibilità di formazione di carbonati facilmente precipitabili e responsabili della formazione di incrostazioni calcaree.
In generale, un trattamento di addolcimento comporta una serie di benefici e vantaggi. Su tutti:
- maggior efficienza energetica (con meno calcare, le apparecchiature consumano meno energia);
- allungamento della vita media di impianti e tubature;
- risparmio sui costi di manutenzione.
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Rigenerazione delle resine per addolcitore
Come anticipato, lo scambio ionico è un processo reversibile. Ciò significa che le resine possono essere sottoposte a una rigenerazione. Questa operazione, che va ripetuta periodicamente, consente di mantenere la capacità di scambio della resina, che tende a esaurirsi dopo il passaggio di un certo volume d’acqua.
Prima che ciò accada, la resina deve essere trattata con una soluzione rigenerante ricca dello stesso tipo di ioni che ha perso durante lo scambio. Le resine per addolcitori, per esempio, dovranno essere rigenerate con una soluzione di cloruro di sodio che andrà a fissarsi sulla resina. Dal canto loro, i cloruri di calcio e magnesio verranno eliminati con l’acqua di scarto. Il procedimento si divide in tre macro fasi:
- lavaggio in controcorrente o backwash, che smuove la resina ed elimina possibili canali preferenziali creati dall’acqua in fase di scambio;
- rigenerazione, in cui il rigenerante viene messo a contatto con la resina e vengono ripristinati i siti attivi di scambio;
- lavaggio lento finale dei residui di rigenerante dalla resina.
La durata della resina per addolcitori dipende da diversi fattori, tra cui la qualità dell’acqua in ingresso e i cicli rigenerativi dell’addolcitore. Nel momento in cui il dispositivo non è più efficiente, è necessario sostituire le resine a scambio ionico. Quelle esauste vanno smaltite come rifiuto speciale, con opportuno codice CER attribuito a seguito di analisi sul rifiuto da smaltire…
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La demineralizzazione con resine a scambio ionico
Un ulteriore trattamento molto diffuso che sfrutta il principio dello scambio ionico è la demineralizzazione. Le acque sottoposte al processo di addolcimento non possono essere impiegate per lavorazioni industriali che necessitano di acque completamente prive di sali. Questo poiché conservano una parte del loro contenuto salino.
Attraverso il processo di demineralizzazione, tutti i cationi vengono dapprima scambiati con ioni idrogeno (H+), mentre tutti gli anioni vengono scambiati poi con ioni ossidrile (OH-). In questo modo, nell’acqua rimangono solo gli ioni idrogeno e ossidrile, i quali si combinano per produrre un’acqua demineralizzata.
Questi scambi vengono realizzati in due fasi. L’acqua viene prima trattata con resine cationiche per la rimozione degli ioni positivi, quindi con resine anioniche per la rimozione di quelli negativi. Ecco spiegato il motivo per cui è prevista una rigenerazione differente. Per le resine cationiche viene, infatti, utilizzata una soluzione di acido cloridrico, mentre per quelle anioniche si ricorre di norma a soda caustica.
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