Lo scambio ionico e le resine ad adsorbimento accelerano il processo di riutilizzo dell'acqua

Le acque reflue industriali contengono spesso metalli pesanti come rame, piombo, zinco e cadmio, che sono dannosi per l'ambiente e la salute umana e difficili da rimuovere attraverso il trattamento biologico. Le resine possono eliminare efficacemente questi ioni metallici attraverso l'adsorbimento chimico o lo scambio ionico.
Nello scambio ionico, i gruppi caricati sulla superficie della resina si scambiano con ioni di metalli pesanti nelle acque reflue, legando gli ioni metallici alla resina mentre rilasciano ioni idrogeno o sodio. Le resine chelanti assorbono saldamente gli ioni metallici formando legami chimici all'interno della matrice di resina:

R-H⁺ + Cu^{2 +} → R-Cu^{2 +} + 2H⁺

In questo,

• R-H⁺: Lo ione idrogeno (H⁺) Sulla resina, che può scambiare con cationi nella soluzione acquosa
• Cu^{2 +}: Ioni di rame (Cu^{2 +}) Nella soluzione acquosa

Alcune acque reflue industriali contengono composti organici refrattari (ad esempio, fenoli, coloranti), che non solo degradano la qualità dell'acqua, ma possono anche produrre odori e scolorimento. Le resine ad adsorbimento possono rimuovere queste sostanze organiche attraverso l'adsorbimento fisico, assicurando che l'acqua sia limpida e soddisfi gli standard di riutilizzo.

Le resine macroporose rimuovono gli inquinanti organici attraverso l'adsorbimento fisico. La loro ampia superficie e struttura porosa forniscono siti di adsorbimento per molecole organiche, dove le interazioni idrofobiche tra i composti organici e la superficie della resina trattengono le molecole sulla resina:

C_Biologico + R → R-C_Adsorbito

In questo,

• C: Inquinanti organici nelle acque reflue
• R: Il sito di adsorbimento sulla resina.

Le molecole organiche aderiscono ai pori o alla superficie della resina attraverso forze intermolecolari.

Alcune acque reflue industriali contengono alti livelli di ioni calcio e magnesio, aumentando la durezza dell'acqua. Questi ioni di durezza possono causare il ridimensionamento nelle condutture delle apparecchiature, influenzando le prestazioni del sistema. L'addolcimento dell'acqua attraverso le resine impedisce il ridimensionamento e garantisce il normale funzionamento dell'apparecchiatura.

Durante l'addolcimento dell'acqua, gli ioni sodio sul catione scambiano la superficie della resina con ioni calcio e magnesio nell'acqua, rimuovendo gli ioni di durezza e ammorbidendo l'acqua:

2R-Na + Ca^{2 +} → R₂Ca + 2Na⁺

In questo,

• R: la matrice della resina
• Na: ioni di sodio
• Ca: ioni di calcio

La resina rimuove gli ioni di durezza scambiando ioni di sodio con ioni di calcio, ottenendo un effetto ammorbidente.

L'azoto e i nitrati ammoniacali sono inquinanti inorganici comuni nelle acque reflue, in particolare negli effluenti delle industrie dell'elettronica e dei semiconduttori. La rimozione di questi inquinanti aiuta a ridurre il rischio di eutrofizzazione dell'acqua e diminuisce l'impatto ecologico delle acque reflue.

Le resine a scambio cationico si scambiano con ioni di azoto ammoniacale nelle acque reflue, legando l'azoto ammoniacale alla resina. Le resine a scambio anionico rimuovono gli ioni nitrati attraverso un processo di scambio:

Rimozione dell'azoto dell'ammoniaca:

R-H + NH₄⁺ → R-NH₄ + H⁺

In questo,

• R: la matrice della resina
• H: lo ione originariamente presente sulla resina a scambio cationico
• NH₄⁺: Lo ione azoto ammoniaco

In questo processo di scambio, la resina adsorbe gli ioni inquinanti bersaglio, purificando l'acqua.

Rimozione degli ioni di nitrato:

R-Cl + NO₃^- → R-NO₃ + Cl^-

In questo,

• R: la matrice della resina
• Cl: lo ione originariamente presente sulla resina a scambio anionico
• NO₃^-: Lo ione nitrato

In questo processo di scambio, la resina adsorbe gli ioni inquinanti bersaglio, purificando l'acqua.