dureza de aguas

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DUREZA DEL AGUA
La dureza del agua se reconoció originalmente por la capacidad que tiene
el agua para precipitar el jabón, esto es, las aguas requieren de grandes
cantidades de jabón para producir espuma. Otra característica de suma
importancia en la industria, reconocida posteriormente, es la producción de
incrustaciones en los tubos de agua caliente, calentadores, y algunas otras
unidades en las que la temperatura del agua es alta.
La capacidad de consumo de jabón es de importancia desde el punto de
vista económico y por la dificultad de obtener condiciones apropiadas para una
limpieza óptima. Sin embargo, con los detergentes sintéticos este problema ha
disminuido, por lo que, la demanda del público de aguas suavizadas en las
plantas de tratamiento municipal también ha disminuido y la tendencia es hacia
instalaciones de ablandamiento privadas e industriales excepto en aquellos
lugares en los que la dureza es sumamente alta.
El problema de las incrustaciones no ha disminuido y es de consideración
muy importante, principalmente en la industria, porque las incrustaciones
pueden obstruir las tuberías a tal grado que se produzcan explosiones o que se
inutilicen las unidades de los procesos industriales, resultando más económico
darle a las aguas un tratamiento de ablandamiento, que sustituir tuberías,
equipo, etc.
La dureza en el agua es causada principalmente por la presencia de iones
de calcio y magnesio. Algunos otros cationes divalentes también contribuyen a
la dureza como son, estroncio, hierro y manganeso, pero en menor grado ya que
generalmente están contenidos en pequeñas cantidades.
La dureza la adquiere el agua a su paso a través de las formaciones de
roca que contienen los elementos que la producen. El poder solvente lo adquiere
el agua, debido a las condiciones ácidas que se desarrollan a su paso por la capa
de suelo, donde la acción de las bacterias generan CO2, el cual existe en
equilibrio con el ácido carbónico. En estas condiciones de pH bajo el agua ataca
las rocas, particularmente a la calcita (CaCO3), entrando los compuestos en
solución.
Según el grado de dureza las aguas se clasifican de la siguiente forma:
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0 – 75 mg/1 CaCO3
agua blanda
75 – 150 mg/1 CaCO3
agua semi-dura
150 – 300 mg/1 CaCO3
agua dura
más de 300 mg/1 CaCO3
agua muy dura
Cuando la dureza es numéricamente mayor que la suma de las
alcalinidades de carbonatos y bicarbonatos, la cantidad de dureza que es su
equivalente a esta suma se le llama dureza carbonatada, también llamada
temporal, ya que al elevarse la temperatura del agua hasta el punto de
ebullición, el calcio y el magnesio se precipitan en forma de carbonato de calcio
e hidróxido de magnesio respectivamente.
La cantidad de dureza en exceso de la carbonatada se le llama dureza de
no carbonatos y se distingue como permanente, es decir, no puede eliminarse
por agitación térmica, sino que son necesarios procesos químicos para
eliminarla del agua. Entre estos procesos se pueden mencionar el
ablandamiento con cal, cal-soda e intercambiadores iónicos como ciertas
resinas.
Las aguas duras no causan problemas al cuerpo humano y son tan
satisfactorias como las aguas blandas sin embargo, la aceptación del público es
variable de un lugar a otro, y su sensibilidad depende del grado de dureza al
que las personas estén acostumbradas. Muchos consumidores ponen objeción
cuando la dureza del agua excede de 150 mg/1 CaCO3.
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ABLANDAMIENTO DEL AGUA
Método de cal – soda
El proceso de ablandamiento con cal – soda (Ca (OH)2 – Na2 CO3)
precipita la dureza del agua. En este proceso se llevan a cabo las siguientes
reacciones, las cuales se deben de tener en consideración para estimar las
cantidades de cal y soda necesarias para el ablandamiento.
1.
CO2 + Ca (OH)
2.
Ca (HCO3)2 + Ca (OH)
3.
Mg (HCO3)2 + Ca (OH)
4.
MgCO 3 + Ca (OH)
5.
2NaHCO 3 + Ca (OH)
6.
MgSO
7.
CaSO 4 + Na2 CO3
4
CaCO3 + H2O
2
+ Ca (OH)
2CaCO 3 + 2H 2O
2
CaCO 3 + Mg CO3 + 2H 2O
2
Mg(OH) 2 + CaCO3
2
CaCO 3 + Na 2 CO3 + 2H2 O
2
Mg (OH) 2 + CaSO4
2
CaCO 3 + Na2 SO4
Método de intercambio iónico
Este método es una aplicación de un viejo proceso que desde hace años
se ha usado para suavizar el agua doméstica.
El sistema funciona mediante el intercambio de iones de una solución con
los iones de carga similar de una resina.
Cuando se utiliza el intercambio iónico para recuperar plata el complejo
de tiosulfato de plata, de carga negativa, que se encuentra en el agua de lavado
o en una mezcla de aguas de lavado residuales, se intercambia con el anión de la
resina.
A esto se le llama paso de agotamiento, y se realiza haciendo fluir la
solución a través de una columna que contiene la resina.
Se utilizan tres sistemas comunes de intercambio iónico : el intercambio
iónico convencional, la precipitación in situ y el circuito electrolítico de
intercambio iónico (combinación de los dos primeros métodos).
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•
Intercambio iónico convencional
La unidad de intercambio iónico colecta la plata del blanqueador-fijador.
Después se relava con tiosulfato de amonio [(NH4) 2S2O3)] y, luego se
desplata electrolíticamente. El efluente que sale de la unidad de desplatado se
usa entonces para la siguiente etapa de relavado.
•
Intercambio iónico con precipitación in situ
Se utiliza ácido sulfúrico diluido para que la plata se precipite en los trozos
de resina como sulfuro de plata, en vez de extraerla con un regenerador. La
resina puede usarse en muchos ciclos sin que pierda su capacidad de recuperar
plata. Cuando finalmente la pierde (al cabo de seis meses a un año), o cuando la
plata es insuficiente para que la recuperación sea costeable, la resina se envía
a un refinador de plata, que la incinera para extraer el metal.
•
Sistema electrolítico e intercambio iónico combinados
Este método usa un sistema electrolítico para la recuperación primaria, y un
sistema de intercambio iónico con precipitación in situ para desplatar aún más
el efluente.
BALANCE TOTAL DE ENERGÍA. EFECTO INVERNADERO
La temperatura media en la Tierra se mantiene prácticamente constante
en unos 15ºC, pero la que se calcula que tendría si no existiera la atmósfera
sería de unos -18ºC. Esta diferencia de 33ºC tan beneficiosa para la vida en el
planeta se debe al efecto invernadero.
El motivo por el que la temperatura se mantiene constante es porque la
Tierra devuelve al espacio la misma cantidad de energía que recibe. Si la
energía devuelta fuera algo menor que la recibida se iría calentando
paulatinamente y si devolviera más se iría enfriando.
Por tanto la explicación del efecto invernadero no está en que parte de
la energía recibida por le Tierra se quede definitivamente en el planeta. La
explicación está en que se retrasa su devolución porque, aunque la cantidad de
energía retornada es igual a la recibida, el tipo de energía que se retorna es
distinto. Mientras que la energía recibida es una mezcla de radiación
ultravioleta, visible e infrarroja; la energía que devuelve la Tierra es,
fundamentalmente infrarroja y algo de visible.
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Las radiaciones que llegan del sol vienen de un cuerpo que está a 6000ºC,
pero las radiaciones que la superficie devuelve tienen la composición de
longitudes de onda correspondientes a un cuerpo negro que esté a 15ºC. Por
este motivo las radiaciones reflejadas tienen longitudes de onda de menor
frecuencia que las recibidas. Están en la zona del infrarrojo y casi todas son
absorbidas por el CO2, el vapor de agua, el metano y otros, por lo que se forma
el efecto invernadero. Así se retrasa la salida de la energía desde la Tierra al
espacio y se origina el llamado efecto invernadero que mantiene la temperatura
media en unos 15ºC y no en los -18ºC que tendría si no existiera la atmósfera.
Aumento de la concentración de gases con efecto invernadero
En el último siglo la concentración de anhídrido carbónico y otros gases
invernadero en la atmósfera ha ido creciendo constantemente debido a la
actividad humana:
•
A comienzos de siglo por la quema de grandes masas de vegetación para
ampliar las tierras de cultivo
•
En los últimos decenios, por el uso masivo de combustibles fósiles como
el petróleo, carbón y gas natural, para obtener energía y por los
procesos industriales.
La concentración media de dióxido de carbono se ha incrementado desde
unas 275 ppm antes de la revolución industrial, a 315 ppm cuando se empezaron
a usar las primeras estaciones de medida exactas en 1958, hasta 361 ppm en
1996.
Los niveles de metano se han doblado en los últimos 100 años. En 1800 la
concentración era de aproximadamente o.8 ppmv y en 1992 era de 17. ppmv
La cantidad de óxido de di nitrógeno se incrementa en un 0.25% anual. En la
época preindustrial sus niveles serían de alrededor de 0.275 ppmv y alcanzaron
los 0.310 ppmv en 1992.
Cambio climático
Por lógica muchos científicos piensan que a mayor concentración de
gases con efecto invernadero se producirá mayor aumento en la temperatura
en la Tierra. A partir de 1979 los científicos comenzaron a afirmar que un
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aumento al doble en la concentración del CO2 en la atmósfera supondría un
calentamiento medio de la superficie de la Tierra de entre 1,5 y 4,5 ºC.
Estudios más recientes sugieren que el calentamiento se produciría mas
rápidamente sobre tierra firme que sobre los mares. Asimismo el
calentamiento se produciría con retraso respecto al incremento en la
concentración de los gases con efecto invernadero. Al principio los océanos más
fríos tenderán a absorber una gran parte del calor adicional retrasando el
calentamiento de la atmósfera. Sólo cuando los océanos lleguen a un nivel de
equilibrio con los más altos niveles de CO2 se producirá el calentamiento final.
Como consecuencia del retraso provocado por los océanos, los científicos
no esperan que la Tierra se caliente todos los 1.5 - 4.5 ºC hasta hace poco
previstos, incluso aunque el nivel de CO2 suba a más del doble y se añadan otros
gases con efecto invernadero. En la actualidad el IPCC predice un
calentamiento de 1.0 - 3.5 ºC para el año 2100.
LA CAPA DE OZONO
Entre los 19 y los 23 kilómetros por sobre la superficie terrestre, en la
estratosfera, un delgado escudo de gas, la capa de ozono, rodea a la Tierra y la
protege de los peligrosos rayos del sol. El ozono se produce mediante el efecto
de la luz solar sobre el oxígeno y es la única sustancia en la atmósfera que
puede absorber la dañina radiación ultravioleta (UV-B) proveniente del sol.
Este delgado escudo hace posible la vida en la tierra.
Desde 1974, los científicos nos han advertido acerca de una potencial
crisis global como resultado de la progresiva destrucción de la capa de ozono
causada por sustancias químicas hechas por el hombre, tales como los
clorofluorocarbonos (CFCs). Le tomó al mundo demasiado tiempo entender
estas advertencias tempranas.
Hoy, la comunidad internacional es tan sólo un mero espectador que año a
año ve desaparecer la capa de ozono a través de los informes sobre su
disminución y sobre los comprometedores incrementos de radiación
ultravioleta y los daños acumulados en diversos organismos vivos.
Según un informe del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente
(PNUMA) de 1994, la tasa de crecimiento en la producción de sustancias que
agotan el ozono (SAO), por ejemplo los CFCs, ha decrecido como resultado
directo de las reducciones de emisiones globales de estas sustancias. Por otra
parte, se continúa sabiendo que existe un crecimiento constante de sustancias
que destruyen el ozono en la estratosfera, provenientes de fuentes
industriales.
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LLUVIA ÁCIDA
Cuando la atmósfera recibe fuertes dosis de óxidos de azufre y
nitrógeno, estos compuestos por reacciones químicas complejas se convierten
parcialmente en ácido sulfúrico y nítrico. Algunas de esas partículas ácidas
desaparecen por gravedad o por impacto contra el suelo, edificios, plantas,
etcétera: es la llamada precipitación seca. Otras, permanecen en la atmósfera,
se combinan con la humedad de las nubes y caen con la lluvia, la nieve y el rocío:
es la lluvia ácida.
El carbón, así como otros combustibles minerales, son los responsables
de verter a la atmósfera el óxido de azufre. Las altas temperaturas de las
combustiones combinan químicamente el nitrógeno y el oxígeno presentes en el
aire y forman el óxido de nitrógeno.
Las centrales eléctricas, las industrias grandes y pequeñas y las casas donde se
combustiona carbón son los responsables, junto a los usuarios de petróleo, de
este tipo de contaminación.
El pH es el símbolo que utiliza la química para medir la acidez o
alcalinidad de las soluciones (equivale al logaritmo decimal negativo de la
concentración de iones hidrógeno). Una solución neutra tiene un pH de 5,6 a 7
(la escala va de 0,0 a 14,0), por debajo de 5,6 se considera medio ácido y por
encima de 7,0, medio alcalino.
La llamada lluvia ácida tiene un pH inferior a 5,6 y puede ir hasta 2,5 y
excepcionalmente 1,5.
Una solución con un pH 6 es diez veces más ácida que una de pH 7, una de pH 5,
cien veces más ácida, la proporción se va multiplicando por diez a medida que
disminuyen los valores del pH.
Los efectos de la lluvia y la precipitación ácida en lagos y corrientes de aguas
implican la muerte de crustáceos, insectos acuáticos y moluscos.
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