INTRODUCCION
El agua es un elemento vital para la vida del hombre, sin embargo en la actualidad no podemos hacer un uso directo de este recurso natural dado que las l as fuentes principales de abast abastecim ecimiento iento se encu encuentra entran n conta contaminad minadas as por las dive diversas rsas actividades actividades que realiz rea liza a el ho hombr mbre, e, así com como o por fue fuente ntess nat natura urales les,, que alt altera eran n su com compos posició ición n manifestándose como un riesgo para la salud de la población. Por lo tanto hoy en día se realizan una serie de procesos que permitan la calidad adecuada del agua para su consumo.
Dent De ntro ro de es esto toss pr proc oces esos os en enco cont ntra ramo moss el ab abla land ndam amie ient nto o qu que e co cons nsist iste e en la eliminación de iones de calcio y magnesio utilizando diferentes métodos como la precipitación y la permutación iónica, siendo más utilizado el método de precipitación a través del uso de sosa calcinada o cal y bióxido de carbono. carbono. El siguiente trabajo trabajo nos permitirá conocer y desarrollar a fondo los principales métodos antes mencionados.
DUREZA Dureza del agua: es la concentración de los cationes metálicos no alcalinos (iones de
calcio, estroncio, bario y magnesio en forma de carbonatos y bicarbonatos), se expresa en equivalentes de carbonato de calcio. Lo cual afecta la capacidad de formación de espuma de detergentes en contacto con agua. Clasificación del agua: el agua puede clasificarse de acuerdo a la concentración de
carbonatos como: Índices de dureza del agua DENOMINACION
ppm de CaCO3
Muy
0-15 16-75 76-150 150-300 Mayor a 300
suaves suaves medias duras Muy duras
CLASES DE DUREZA
Dureza total: medida directa de la dureza es la que corresponde a
la totalidad de las sales de calcio y magnesio disueltas en un agua. La dureza total (Ca +Mg) se expresa en mg/l de CaCO3.
Dureza temporal o dureza de carbonatos: es la correspondiente
a la dureza que proporcionan los bicarbonatos de calcio y magnesio. Se puede eliminar por calentamiento.
Dureza permanente o no carbonatos: es la producida por la
presencia de sulfato, cloruros y nitratos de Ca+2 y Mg+2 disueltos
DETERMINACIÓN DE LA DUREZA DEL AGUA A) por el método del jabón:
Consiste en titular el agua con una solución de jabón de concentración conocida, el indicador es la propia espuma del jabón, que sólo se forma cuando toda la dureza se ha consumido (o sea después que el jabón de sodio se ha combinado con los iones Ca y
Mg
formando jabones
insolubles) con un volumen de solución de jabón que se lee en una bureta
Ablandamiento de aguas.
Técnica
aplicada para eliminar iones que hacen a un agua ser dura, en la mayoría de los casos
iones de calcio y magnesio.
El ablandamiento de agua se basa en la transformación de las sales disueltas, principalmente de calcio y magnesio, en compuestos insolubles, mediante la utilización de determinados compuestos químicos o también utilizando resinas o intercambiadores de iones.
En general, para realizar un proceso de ablandamiento químico, se deben realizar las siguientes operaciones:
Cálculo de las cantidades de productos ablandadores que se necesitan.
Mezcla
rápida de los reactivos con el agua tratada.
Floculación y sedimentación.
Separación del agua por filtración o decantación.
En la eliminación de la dureza temporal se tiende a alterar el equilibrio químico de parte de las sustancias, por medio del calor.
Formula
También
Los precipitados obtenidos se eliminan por decantación o filtración.
Para ablandar aguas destinadas al uso doméstico se suelen utilizar disoluciones de NaOH o de
se puede eliminar utilizando cal, hidróxido de sodio, carbonato sódico o amoniaco.
NH3.
Por ejemplo:
ABLANDADORES
Ciertos compuestos insolubles tienen la propiedad de fijar los iones alcalinotérreos (Ca, etc.) Mg, sustituyéndolos por iones de sodio. Cuando se hace pasar en agua por un lecho de estos intercambiadores de iones de sodio, el Ca y Mg que contiene esta agua se transforma en sales de sodio. El lecho permutante se hace cada vez menos activo a medida que el contenido en calcio y magnesio del intercambiador aumenta. En estas instancias ablandado cierto volumen hay que proceder a ³una regeneración´ que se efectúa por el paso de una solución de cloruro sódico a través del lecho de intercambio. Después del tratamiento, la resina generada recupera su activad inicial y el ciclo puede volver a repetirse cliclicamente
Actualmente,
la resinas de intercambio iónico mas empleadas son las resinas orgánicas de síntesis, del tipo poliestireno y divinilbenceno sulfonado. Estas resinas, destinadas para el ablandamiento del agua son llamadas catiónicas fuertes, y se presentan en granos de pequeño diámetro y en el mercado existen diversas marcas y composición. Para el ablandamiento de agua se usan las de Ciclo Sodio (se regeneran con salmuera). Funcionamiento Actualmente
los ablandadores se construyen de Poliéster Reforzado de Fibra de Vidrio (PRFV) con recubrimiento interno de polietileno, resistente a la corrosión por el cloruro de sodio y a la presión. Y en
Las
distintas etapas del proceso de ablandamiento son:
Durante una primera fase el agua atraviesa el lecho de resina, donde pierde sus iones de calcio y magnesio, sustituyéndolos por iones de sodio. Cuando la resina está saturada, se favorece su desbloqueo por una corriente de agua a fin de facilitar la regeneración. En esta tercera etapa, se hace pasar lentamente la salmuera a través del lecho de resinas, se obtiene una solución salina de sales de calcio y magnesio, y la resina se encuentra nuevamente cargada de sodio. En una cuarta etapa, un lavado permite eliminar la salmuera remanente en el lecho y deja el
MÉTODOS DE REDUCCIÓN LA DUREZA
A
través del uso de productos naturales o
sintéticos que tienen la propiedad de
ABLANDAMIENTO QUIMICO
Consiste en la adición de sustancias
intercambiar el calcio y magnesio de las
al agua que reaccionan con los iones
aguas por sodio, el cual forma sales no
calcio y magnesio, transformándolos
incrustantes, conocido también como el
en compuestos insolubles, que son
ABL AND AMIENTO
separados
POR INTERC AMBIO
IONICO.
del
agua
procedimientos convencionales filtración). procedimientos
por físicos
(decantación Existen para
y
varios realizar
ablandamiento del agua:
Con cal.
Con carbonato sódico y cal.
el
Ablandamiento con sosa cáustica
Se puede considerar como una variante del proceso de ablandamiento con carbonato sódico y cal. La reacción básica del proceso es la siguiente:
(CO3H)2Ca + 2 NaOH CO3Ca + CO3Na2 + 2 H2O
Se produce la precipitación del carbonato cálcico y la formación de carbonato sódico, que reaccionará con la dureza permanente, de acuerdo con las reacciones formuladas anteriormente.
El óxido de calcio, cal o cal viva, La cal viva se encuentra presente en la
naturaleza, se puede sintetizar a partir del agua marina, que contiene concentraciones regulares de carbonatos de calcio y magnesio; mediante reacciones químicas y procesos fisicoquímicos, el carbonato es llevado a hidróxido de calcio y una última calcinación producirá óxido de calcio
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ABLANDAMIENTO
La dureza del agua se puede presentar como una precipitación blanca en los accesorios de los depósitos de agua fría y caliente, depósitos de jabón y los anillos alrededor de la bañera. El agua dura puede hacer que el lavado de la ropa más difícil, y requiere el uso de más jabón para el baño y la limpieza.
Ablandadores
de
agua actúan para eliminar la dureza, y los niveles de hierro y manganeso, de su agua.
MÉTODOS DEL ABLANDAMIENTO
Precipitación
con cal
El ablandamiento con cal es el proceso de precipitación más usado, se caracteriza por la reducción de la dureza por la adición de cal hidratada al agua en plantas de tratamiento semejantes a las que usan filtros rápidos de arena,
La cal reacciona con los bicarbonatos solubles de Ca y
Mg,
que son los que causan la
dureza, formando carbonato de calcio e hidróxido de magnesio que son insolubles y se precipitan.
El proceso de ablandamiento de agua mediante la adición de cal produce grandes cantidades de lodos, el volumen de estos es aproximadamente 2.5 veces mayor a la cantidad de cal empleada inicialmente, debido a la combinación de cal con el calcio y magnesio contenidos en el agua y aunado a la formación de lodos en la etapa de
Ablandamiento con carbonato sódico y cal
Cuando es necesario eliminar dureza permanente del agua, la cal no es suficiente, por lo tanto se realiza un tratamiento con carbonato sódico y cal y se añaden las siguientes reacciones:
SO4Ca + CO3Na2 CO3Ca + SO4Na2
Cl2Ca + CO3Na2 CO3Ca + 2 ClNa
Estas reacciones representan la eliminación de dureza permanente correspondiente a los sulfatos y cloruros respectivamente, y completarían las reacciones formuladas en el tratamiento con cal.
Precipitación
con sosa calcinada
La sosa calcinada reacciona con los compuestos solubles como sulfatos y cloruros de calcio y magnesio dejando en solución los compuestos de sodio. La sosa calcinada no causa dureza en el agua
Precipitación
con cal y bióxido de carbono
Se puede adicionar bióxido de carbono al agua antes de la filtración, con el propósito de disolver cualquier cantidad de carbonato de calcio que no se haya sedimentado, evitándose así su depósito sobre los granos de arena del filtro o en la tubería del sistema de distribución.
Ablandamiento por medio de intercambiadores de iones:
Consiste en hacer pasar el agua dura a través de un lecho especial llamado resina de intercambio iónico que tiene la propiedad de permutar los iones Na+ de la resina por los iones Ca+2 y
Mg+2,
por tanto todas las sales del
agua tratadas se transforman en sales de sodio.
Las
zeolitas Son
aluminosilicatos con cavidades de dimensiones
moleculares de 8 a 10 angstrom. Contienen iones grandes y moléculas de agua con libertad de movimiento, para así poder permitir el intercambio iónico. Las ceolitas son utilizadas en procesos para ablandar el agua mediante un método de intercambio de iones llamado proceso zeolítico.
EJEMPLO APLICATIVO
Para ablandar un agua que contiene 80 ppm de Ca2+, se trata con Na2CO3. La concentración de CO32- en el equilibrio, después del tratamiento, es de 10-4 moles /l, calcule:
a)
La dureza del agua después de ser tratada
b)
Cuanto Na2CO3 por litro de agua será necesario añadir para reducir la dureza a dicho valor. (expréselo en mg/l.)
Solución:
La cantidad de Ca(II) que queda en el agua vendrá condicionada por el producto de solubilidad del carbonato de calcio.
Ca2+(aq) + Na2CO3
CaCO3(s)
CaCO3(s)
+ 2Na+(aq) precipitación del Ca2+
Ca2+(aq) + CO32-(aq) ¿[Ca2+] que queda en disolución?
Ks= [Ca2+] [CO32-]; [Ca2+] = Ks/[CO32-];[Ca2+]= 5.10-9/10-4=5.10-5molCa2+/l agua Dado que la dureza se expresa en ppm de CaCO 3 o en grados franceses, es preciso convertir la concentración de Ca(II) expresada en moles/l a estas unidades: Concentración de CaCO3=5.10-5 mol Ca2+/l agua x 1 mol CaCO 3/1 mol Ca2+ x 100.09 g CaCO3/mol CaCO3 X 103 mg/1g=5.005mg CaCO 3/l agua PpmCaCO3= mgCaCO3/l agua a) DUREZA= 5ppm CaCO3
Si deseamos expresarla en grados franceses, debemos tener en cuenta que un grado francés = 10 mgCaCO3/l DUREZ A= 0.5 grados franceses b) Sabiendo la reducción de moles de Ca 2+ que se ha llevado a cabo, y conociendo que es necesario añadir un mol de carbonato de sodio para precipitar un mol de ion calcio, podemos hallar la cantidad de reactivo que será necesario añadir. Moles
de Ca2+ inicial/l=80mg Ca2+/l agua x 1g Ca2+/103 mg Ca2+ X 1 mol Ca 2+/40.08 g
Ca2+ = 2.10-3 mol Ca2+/1l agua Reducción de moles de Ca 2+= 2.10-3 ± 5.10-5 = 1, 95.10-3 moles de Ca2+/l agua La cantidad de Na2CO3 necesaria para provocar la eliminación deseada será: Cantidad de carbonato de sodio= 1,95.10 -3 moles Ca2+/l agua x 1mol Na2CO3/1 mol CaCO3 X 105,99 g Na2CO3/mol Na2CO3 X 103 mg/1 g= 217,3 mg Na2CO3 /l agua
RECOMENDACIONES El exceso de ablandamiento del agua también pude tener efectos adversos en la corrosión de las tuberías de fierro y acero galvanizado. Agua muy blanda puede también contribuir al desgaste de los tanques de concreto Normalmente, el interior de tuberías ferrosas son protegidas por una capa que se forma cuando el agua fluye dentro de ellas, esta capa contiene carbonato de calcio CaCO3 y fierro Fe. Si agua muy blanda (agresiva) pasa por una tubería galvanizada la capa protectora de zinc es lentamente removida exponiendo el acero. Además si no existen suficientes iones de calcio Ca2+ en el agua los componentes de calcio del concreto pueden lixiviarse y causar deterioro en la integridad de la estructura. Por esta razón debe tenerse mucho cuidado cuando se usen métodos de ablandamiento total en agua que pasará por tuberías ferrosas
GRACIAS
