El cloro residual (principalmente ácido hipocloroso HOCl e hipoclorito OCl⁻) tiene un fuerte efecto oxidante y destructivo sobre las resinas de intercambio iónico. Esta destrucción es un proceso de degradación química que acorta significativamente la vida útil de la resina y reduce su capacidad de intercambio.
El núcleo de la resina de intercambio iónico es-su columna vertebral de polímero reticulado. El cloro residual, como oxidante fuerte, ataca la estructura del anillo de benceno, destruyendo su aromaticidad. Más gravemente, oxida y rompe los enlaces carbono-carbono que conectan las cadenas poliméricas y los enlaces puente del agente reticulante-divinilbenceno.
Para grupos funcionales como los grupos de ácido sulfónico, la degradación oxidativa de la cadena principal por el cloro residual debilita los puntos de unión de los grupos de ácido sulfónico, lo que en última instancia conduce al desprendimiento de los grupos de ácido sulfónico y a la pérdida de capacidad de intercambio.
La oxidación de la resina por el cloro residual provoca una disminución permanente de la capacidad de intercambio. Los grupos funcionales dañados no se pueden regenerar, lo que reduce la capacidad de tratamiento de la resina; ciclos operativos más cortos requieren una regeneración más frecuente, lo que aumenta los costos operativos (regenerante, consumo de agua, tiempo); y rotura de la resina, ya que la degradación oxidativa de la columna vertebral conduce a una disminución de la resistencia de la resina, volviéndola quebradiza y frágil. Los desechos aumentan la caída de presión del sistema, obstruyen los distribuidores de agua y contaminan el efluente; la materia orgánica se disuelve y los productos de degradación (como aminas y ácidos orgánicos de bajo peso molecular) se lixivian de la resina, contaminando el agua tratada.
¿Cómo eliminar el cloro residual?
Los métodos para eliminar el cloro residual deben ser eficientes, fiables y económicamente viables. Los métodos principales son los siguientes:
1. Adsorción de carbón activado
Un lecho de carbón activado bien-diseñado (el tiempo de contacto del lecho vacío EBCT suele ser de 5 a 15 minutos) puede reducir el cloro residual del afluente de 1 a 2 mg/l a < 0,01 mg/l.
La capacidad de adsorción del carbón activado para el cloro residual suele estar en el rango de 0,1 a 1,0 gCl₂/g de carbón activado, dependiendo del tipo de carbón, la calidad del agua y las condiciones de operación. Esto significa que un kilogramo de carbón activado puede tratar de cientos a miles de litros de agua clorada (basado en una concentración de cloro residual de 1 mg/L).
El carbón activado posee una gran superficie específica (normalmente 800-1500 m²/g) y una estructura microporosa bien desarrollada, lo que le permite eliminar eficazmente el cloro residual mediante adsorción física y reducción química (los sitios reductores en la superficie del carbón activado reducen el HOCl/OCl⁻ a Cl⁻).
Advantages: High removal efficiency (typically >99%), capaz de eliminar simultáneamente materia orgánica, olores, color y otros contaminantes del agua. Operación simple y mantenimiento relativamente conveniente (lavado a contracorriente regular, reemplazo después de la saturación).
2. Dosis del agente reductor químico:
Teóricamente, eliminar 1 mg/L de cloro residual (Cl₂) requiere aproximadamente 1,46 mg/L de NaHSO₃ (o aproximadamente 1,34 mg/L de SO₂). En aplicaciones prácticas, considerando reacciones incompletas y garantizando un margen de seguridad, la relación de dosificación suele ser de 1,8:1 a 3:1 (mg NaHSO₃: mgCl₂).
Se requieren bombas dosificadoras y de monitoreo en línea precisos del cloro residual para el control de circuito cerrado-para garantizar que no se produzca una dosis insuficiente (que daña la resina) ni una sobredosis (que desperdicia reactivos y puede introducir iones adicionales como SO₄²⁻).
Ventajas: Reacción extremadamente rápida (segundos), control de dosificación preciso, tamaño reducido, adecuado para manejar grandes caudales o situaciones con grandes fluctuaciones en la concentración de cloro residual.
3. Irradiación ultravioleta (UV) (menos utilizada): longitudes de onda específicas de la luz UV (principalmente 254 nm) pueden fotolizar el cloro residual. Sin embargo, su eficiencia es relativamente baja (requiere dosis más altas), el costo es alto y tiene requisitos relacionados con la turbidez del agua y la transmitancia de luz. Generalmente no se utiliza como método principal para la protección de resina y eliminación de cloración, sino más bien para desinfección o como método auxiliar.