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Acondicionamiento
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ACONDICIONAMIENTO
El acondicionamiento en el proceso de tratamiento, comprende las acciones
que se llevan a cabo sobre el agua ya filtrada, que modifican determinados parámetros
de calidad, fundamentalmente comprende el ajuste de pH, la fluoración y
remineralización (en escasas instalaciones) y también puede considerarse como
acondicionamiento, la cloración final o desinfección, ya sea con cloro,
cloraminas u ozono.
En cuanto a la modificación del pH, generalmente implica una elevación
de éste, ya que tanto el sulfato de alúmina empleado como coagulante como el
cloro, disminuyen el pH, especialmente en aguas de baja salinidad, y por otra
parte, algunas aguas contienen carbónico disuelto en exceso sobre el necesario
para el equilibrio carbonatos «
bicarbonatos, que requieren su eliminación, empleándose, tanto para eliminar
este CO2, como para la elevación del pH algún reactivo alcalino,
siendo el más empleado, una lechada de hidróxido cálcico.
Dado que el equilibrio carbónico es fundamental en todas las aguas
naturales y tratadas, describimos este fenómemo a continuación. El anhídrido carbónico en el agua, puede estar, como ya hemos indicado, bien en forma de gas CO2, de ácido carbónico, de bicarbonatos o de carbonatos. A estas dos últimas formas, se les conoce como CO2 combinado. En el siguiente esquema, se muestran las posibles formas en que el anhídrido carbónico se encuentra en el agua:
Cuando un agua se pone en contacto con carbonatos y en esta agua hay
presente anhídrido carbónico libre, tiene lugar la reacción química de
transformación del carbonato en bicarbonato, hasta alcanzarse el equilibrio
representado en la siguiente reacción: CO3Ca
+ CO2
+ H20 «
(CO3H)2
Ca (1)
Esta reacción es fundamental en le problema que estamos tratando, ya que
regula el equilibrio carbonato-bicarbonato e influye en el pH del medio.
El equilibrio se alcanzará cuando en la solución no quede CO2,
libre ,agresivo, que como hemos visto anteriormente, es una de las formas en que
se puede encontrar el anhídrido carbónico en el agua, y es precisamente el que
ataca y disuelve a los carbonatos, pero si existe el suficiente CO2
para lograr que en la reacción de equilibrio (1) no haya un desplazamiento
hacia la izquierda transformándose los bicarbonatos en carbonatos, a este último
CO2 se le conoce cono anhídrido carbónico equilibrante, que estará
formando ácido carbónico con el agua: 2
CO3H «
CO3=
+ CO3H2
En este punto de equilibrio, no habrá ni ataque a los carbonatos ni
formación de éstos a partir de los bicarbonatos. A este punto de equilibrio,
corresponde igualmente un pH de equilibrio, tambien conocido
como pH de saturación, por alcanzarse en este punto la saturación del
agua en carbonato. En este punto de equilibrio se consigue, por tanto, que el
agua no sea agresiva ni incrustante.
Se pone como ejemplo en el equilibrio carbónico, las sales
correspondientes de calcio, por ser éste generalmente el más abundante en el
agua, formando los bicarbonatos y carbonatos cálcicos.
Si el CO2 libre es superior al CO2 equilibrante, es
decir, al necesario para mantener el bicarbonato cálcico en solución, este
exceso es el conocido como CO2
agresivo a la caliza y atacará al carbonato, hasta llegar al equilibrio.
Si el CO2 libre es inferior al equilibrante, una parte del
bicarbonato cálcico se descompone, liberando CO2, hasta que se
restablece o consigue el equilibrio carbónico, produciéndose a la vez
carbonato cálcico, que es el causante de las incrustaciones en conducciones,
caldera, etc., (Todas estas formas de CO2, se determinan en
laboratorio, excepto el equilibrante, que se determina por cálculo, relacionado
con el pH de equilibrio).
Se dice que un agua es agresiva, cuando el contenido en CO2
libre es superior al CO2 equilibrante y es incrustante en el caso
inverso.
El agua en equilibrio carbónico y por tanto no agresiva a la caliza ni
incrustante, puede ser corrosiva para materiales metálicos en contacto con
ella, especialmente si el agua está poco mineralizada, así por ejemplo, puede
atacar al hierro y desaparecer el CO2 equilibrante, ocasionando, como
ya hemos dicho, la precipitación de carbonatos. Esta precipitación de
carbonato cálcico, formará una capa protectora junto con el óxido de hierro,
que protejerá al metal de un posterior ataque.
Una elevación de la temperatura del agua al ocasionar un desprendimiento
de CO2, es otra posible causa de formación de precipitados
incrustantes.
La formación de incrustaciones en las conducciones y otros aparatos en
contanto con el agua es debido generalmente a la precipitación de carbonatos de
calcio y magnesio, esta precipitación depende en gran medida de varios factores
como: -
Alcalinidad total (A) -
pH -
Dureza total (D) -
Anhidrido carbónico disuelto -
Solidos totales disueltos -
Temperatura (T)
SATURACION Y PRECIPITACION DE CARBONATO
CALCICO Entre
los hechos que pueden proteger a
una conducción de agua de posibles corrosiones , está la precipitación de
carbonato cálcico , formando una capa protectora en el interior de la conducción.
Esta precipitación puede por otra parte llegar a producir obstrucciones y otros
fenómenos indeseables. En el tratamiento y conocimiento de estos fenómenos,
que en definitiva son reacciones químicas, intervienen : la propia agua (H2O),
dioxido de carbono (CO2), ácido carbónico (CO3H2)
y los iones hidroxido (OH)- , hidrógeno (H)+, carbonato
(CO3)=, bicarbonato (CO3H)- y calcio (Ca)++.
En
la formación del precipitado de carbonato cálcico :
El
precipitado o capa protectora de carbonato cálcico no se formará
con las aguas donde el producto [CO3]=. [Ca]++
sea menor que la constante de solubilidad. En este ultimo caso las aguas no
formaran la capa protectora, sino que seran corrosivas. Las
aguas en las que el producto [CO3]=. [Ca]++ es
exactamente igual a la constante del producto de solubilidad, son aguas
saturadas. Si
lo que se desea es que partiendo de un agua que está por debajo del punto de
saturación , sea capaz de formar una capa protectora de carbonato cálcico, se
le suele añadir generalmente alguno de estos iones, o ambos, hasta conseguir el
punto deseado, es decir, sobrepasar el punto de saturación. En
el esquema siguiente se representa el punto de saturación o equilibrio, como la
linea que divide la zona de "precipitación posible" y la zona de
"precipitación no posible·. En este esquema, el agua con las condiciones
de la parte idquierda, es decir, infrasaturada, o de "precipitación no
posible", como puede ser el punto A, podrá pasar a la zona derecha o de
saturación, incrementando la concentración de Ca++ o de CO3=
, para sobrepasar el producto de solubilidad y llegar al punto B.
Esquema precipitación carbonato (pinchar para ver mayor)
Si
por ejemplo, en el proceso de acondicionamiento del agua , se alcanzara el punto
D , de mayor sobresaturación, entonces la precipitación de CO3Ca
será mayor y generalmente más rápida. Los
indices de saturación de carbonato cálcico se utilizan generalmente para
determinar la tendencia de un agua a disolver o formar precipitados. Ya se ha
indicado que cuando un agua está sobresaturada de CO3Ca tenderá a
precipitar esta sal y por el contrario si su contenido es inferior al de
saturaciòn , tenderá a disolverla. Las aguas saturadas, en esta sal, estaran
en equilibrio (ni disuelven ni precipitan CO3Ca). Entre
los indices de saturación , el más empleado es el Indice de Saturación de
Langelier(IS), este indice se puede determinar mediante cálculo o mediante
determinación experimental. El
indice de saturación mediante cálculo se determina a partir de la ecuación
IS = pH-pHs , siendo pH
= pH medido con un pHmetro pHs
= pH que tendria el agua si estuviera en equilibrio con CO3Ca , para las
concentraciones de esa agua en iones Ca++
y CO3H -
.
Si
el pHs es inferior al pH medido, el indice de saturación es positivo,
significando que el agua está sobresaturada de CO3Ca, ésta agua será
incrustante, si el resultado del indice de saturación es negativo, ésta agua
será agresiva hacia el carbonato, si IS = 0, el agua estará en equilibrio con
el carbonato. El
pHs se puede calcular teniendo en cuenta la reacción de equilibrio para la
solución del CO3Ca y la hidrólisis del ácido carbónico:
CO3Ca Û
CO3= +
Ca++
CO3H– Û
CO3= +
H+ La
constante de solubilidad de la primera reacción de equilibrio es :
Ks
= [CO3=].[Ca++]
(1) y
la constante de la segunda reacción es :
[CO3=].[H+]
K2 =
—————–
(2)
[CO3H-]
Sustituyendo
en la ecuación (2) de un agua en
equilibrio el valor de [CO3=],obtenido de la ecuación
(1), resultará .
Ks.[H+]
K2 =
—————––– de
donde [H+]
= K2/Ks. [ Ca++] . [ CO3H–]
(3)
[Ca++]. [CO3H-]
Teniendo
en cuenta la definición de pH, (-log [H+] ), y tomando logaritmos negativos en
la expresión (3), resultará:
-log (H+) = -logK2
+ logKs -log[Ca++] - [CO3H-] Si
designamos por p
a -log, tendremos :
pHs = pK2 - pKs + p[Ca++] + p[CO3H-] Para
el calculo del pHs dado por la ecuación anterior suele añadirse al segundo
miembro un factor conocido como coeficiente de actividad (fa) para
especies monovalentes, quedando por tanto:
pHs = pK2 - pKs + p[Ca++] + p[CO3H-]
+ 5 fa
(4) a
su vez el coeficiente fa viene
determinado en función de la fuerza iónica fi (
fi =1/2 å
[Xi].Zi2 ) y
una constante A que depende de la temperatura y de la constante electrica
del agua, ésta constante A suele estar establecida ya en tablas. La fuerza iónica
viene dada por la formula
fa = A –––––––
- 0,3 fi
(5)
[Xi] : Constante del componente i en moles gr./l.
Zi : Carga del componente o
especie i Si
no se dispone de un analisis completo del agua, se puede utilizar o referir la
fuerza iónica en función del total de sólidos disueltos (TSD), en mg./l. o en
función de la conductividad C, en µmhos/cm.
fi = TSD / 40.000
o bien fi =
1,6 x 10–5 x C
Por
tanto, conocidos los valores de pK2
y pKs , según la tabla correspondiente (se incluye a continuación), el valor
de la concentración total de calcio [Ca++] en moles
gr./l., la concentración del ión bicarbonato [CO3H–]
,dado por la medida de la alcalinida total, puede finalmente determinarse el
valor del pHs que figura en la ecuación (4).
Valores
precalculados para pK y A ,
a distintas temperaturas
5
10,55
8,39
0,494
10
10,49
8,41
0,498
15
10,43
8,43
0,502
20
10,38 8,45
0,506
25
10,33
8,48
0,511
30
10,29
8,51
0,515
35
10,25
8,54
0,520
40
10,22
8,58
0,526
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Como
ejemplo, sea un agua con pH =8,2, una temperatura de 15ºC , una cantidad total
de sales disueltas de 650 mg./. y la siguiente composición:
mg./l. mg./mol
moles gr./l.
Sodio ...............…..
40 .........22,9
......... 1,7x10-3 .
Potasio ..........…..
6 ....... 39,1
........ 1,5x10-4
Calcio .............…..
164 ...... 40,0
........ 4,1x10-3
Magnesio .......…..
28 ....... 24,3
........ 1,1x10-3
Alcalinidad(en CO3Ca)…110 …… 50,0
.…… 2,2x10-3
(equiv.gr.)
Sulfatos ………………..
235 …..
96,0 …… 2,4x10-3
Silice ……………………..10
……60.0 ……
1,6x10-4
Cloruros …………………
39 …... 35,4
……. 1,1x10-3 Los
cálculos de los coeficientes fi (fuerza iónica) y fa (coeficiente de
actividad) resultan ser : fi
= 0,025
gr.moles/l. y fa =
0,057
La
concentración de [CO3H-], viene dada por la alcalinidad
(2.2x10-3)y de aquí p[CO3H-] = 2,68 [Ca++]
= 4,1x10-3 , por tanto p[Ca++]
= 2,39 Los
valores de pK2 y pKs, para la temperatura de 15 ºC ,se
obtienen de la tabla anterior, que resultan ser 10,43 y 8,43 respectivamente. Conocidos
los anteriores valores , el pHs vendrá dado por :
pHs = 10,43 - 8,43 + 2,39 + 2,68 + 5 x
0,057 = 7,35. El
indice de saturación será : IS = 8,20 - 7,35 = 0,85 .Al ser un indice
positivo, nos indicará que el agua está sobresaturada de carbonato, siendo por
tanto incrustante.
_________________________________ Langelier
ha reseñado un método util para el calculo del pH de equilibrio en
aguas con pH menor de 9,5 y residuo seco menor de 700 mg./l. La fòrmula
matemática para calcular el pHs a una temperatura determinada es :
pHs = C - (log
alcalinidad + log CaO) donde
C es una constante que depende de la temperatura (11,89 a 0ºC y 11,38 a 20 ºC)
y que se muestra en la siguiente tabla:
El
log alcalinidad, viene dada por los bicarbonatos, expresados en mg./. de CaO y
el log CaO es el contenido en calcio, expresado como mg./l. de CaO. Aplicando
esta fórmula al ejemplo anterior, resulta un valor, para el pHs, muy similar al
antes calculado de 7,35. CALCULO
GRAFICO DEL EQUILIBRIO CARBONICO EN EL AGUA Entre
los varios estudios gráficos existentes para estudiar el equilibrio carbónico
de un agua , se emplea con bastante frecuencia el método gráfico de cálculo
del pH de saturación o equilibrio de Hoover y Langelier , es un método monográfico
que necesita para su aplicación el
conocimiento de la temperatura, la salinidad total del agua, (en función del
residuo seco expresado en mg./l.), el contenido del ión Ca++, en
mg./l. y el CO3H- expresado como alcalinidad total (TAC)
en mg./l. de CO3Ca. Para
operar con este método gráfico se comienza por determinar el punto resultante
de aplicar la temperatura en ordenadas y el total de sales disueltas en abcisas,
obteniéndose un punto en la escala I . Este punto al unirlo con el que expresa
el contenido en Ca++ de la escala III, determina un punto de corte en
la escala II. La recta de unión de este punto de la escala II con el valor de
la alcalinidad (en mg./l. de CO3Ca) de la escala V , cortará a la
escala IV en un punto que corresponderá al pH de saturación. Gráfico Langelier (pinchar para ver mayor) Con
este valor del pHs se puede
calcular ahora el índice de saturación. Aplicando
este método gráfico al caso del agua del ejemplo anterior se obtiene un pHs de
7,6 Experimentalmente el pHs se puede determinar de forma bastante aproximada disponiendo en un matraz cerrado, agua en contacto con CO3Ca y despues de unas horas medir el pH una vez en equilibrio, este pH será practicamente el pH de saturación. Desendurecimiento :Publicación, en inglés de la Universidad de Nebraska, donde se exponen unas ligeras nociones sobre el proceso y equipos empleados en el tratamiento de aguas duras. Ablandamiento del agua :Publicación, en inglés, dentro de la página del Institute of Agriculture and Natural Resource y la Universidad de Nebraska-Lincoln. Ablandamiento : Página de la North Dakota State University (NDSU Extension Service), con varias consideraciones acerca del ablandamiento de agua duras. Ablandamiento : Página en inglés de Minnesota Rural Water Association. Recoge una introducción a la alcalinidad y dureza y el proceso de ablandamiento con cal y sosa y la eliminación de los lodos generados . Trata también de la relación entre pH y alcalinidad , con ejemplos y calculo de dosis. Finaliza con una breve descripción de los procesos de recarbonatación , cambio de iónes y ablandamiento con zeolitas.
La fluoración puede considerarse como otro proceso de acondicionamiento
del agua, en este caso se trata de añadir fluor al agua potable generalmente en
forma de fluoruros hasta conseguir un contenido en fluor de 0.4 a 1.0 mg/l. Este
tratamiento está poco generalizado, ya que son bastantes las oposiciones a esta
práctica, que en definitiva pretende una protección contra la caries dental de
la población, pero a este respecto hay que señalar que un exceso de fluor podría
llegar a producir fluorosis (ataques del esmalte dental y otras molestias
diversas).
La fluoración de las aguas está muy poco extendida en Europa, en cambio
se aplica más en Estados Unidos.
En España están aprobados el empleo de aditivos de fluoración como el
fluoruro sódico, fluorosilicato sódico y ácido hexafluorosilícico, pero son
muy pocas las poblaciones que los emplean.
En determinadas aguas naturales existe en cambio un contenido en fluor
muy elevado y en estos casos lo que procede es una reducción de este fluor,
empleándose para ello un tratmiento con fosfato tricálcico o bien filtrar el
agua sobre alumina activada. La acción beneficiosa del fluor para los dientes, a dosis menores de 1 mg/l, se vuelve en cambio perjudicial para el esmalte de estos, si la dosis se situa entre 1 y 2 mg/l, y muy tóxico a dosis mayores. Estos hechos y otras circunstancias , provocan la disparidad de criterios en cuanto a su aplicación en el agua potable. Los partidarios de la fluoración aducen que sería una medida de salud pública general, pero los que se oponen, alegan razones de bastante peso, tales como que no todas la personas presentan la misma reacción ante la aplicación o administración de determinadas sustancias o medicamentos y la fluoración supondría obligar a toda la población a una medicación general. Se han llegado a exponer po los contrarios a la fluoración , que en las comunidades que la emplean , aumenta la tasa de la fluorosis dental, tambien se ha argumentado y se ha asociado el incrementode fracturas de hueso en los enfermos de osteoporosis, con el fluor añadido al agua. También
se aduce en el aspecto medioambiental, que las aguas fluoradas que llegan a una
depuradora de aguas residuales, producen una importante disminución de la
actividad biológica en los digestores biológicos, produciendo un efluente con
gran cantidad del fluor que se incorporó en la anterior fluoración del agua
potable, con el efecto negativo que este vertido tóxico causaría en los cauces
de los rios. Sea como fuese, el hecho cierto es que su empleo siempre ha suscitado polémicas farmacológicas y médicas entre los partidarios y los contrarios a su empleo, siendo más numerosa la bibliografia por parte de estos ultimos, como se puede comprobar en los enlaces que se relacionan posteriormente.
PAGINAS Y ENLACES FLUOR Filters Remove Needed Flouride Flouride in Water Now Seen as Possible Health Threat Flouride Does Not Cause Bone Loss -- maybe Fluoride : Protected Polluant or Panacea : Página de fluoridation.com (Canada) , citando muchos problemas originados por la fluoración , algunas imagenes y muchos articulos sobre riesgos y beneficios del fluor. No al fluor en el agua :página de " Not fluoride 2000" : Publicada en California, en inglés. Contraria a la fluoración del agua. Sitio muy amplio y especializado en el tema. Incluye bastantes citas al respecto.
Fluoruros y medioambiente : Página de Earth Island Journal, del Earth Island Institute,(Estados Unidos) presenta diversos articulos en contra del empleo del fluor y sus derivados en el consumo humano, ya sea a través de la fluoración del agua o por otras vias. Relación entre la fluoración y altos niveles de plomo en niños de Estados Unidos : Resumen del estudio de la Universidad de Dartmouth relacionando algunas de las sustancias empleadas en la fluoración del agua, con un aparente incremento en la adsorción de plomo y otros metales en niños ( recogido como noticia publicada por "Not fluoride 2000". Fluoruro, dientes y bomba atómica :Articulo de Joel Griffiths y Chris Bryson, perteneciente a Christian Science Monitor no publicado en su dia por razones diversa, donde se describe la "historia de la fluoración".. Este articulo es imprimido en 1997 con los correspondientes permisos por Earth Island Journal. Comienza revelando conexiones entre el fluoruro y los comienzos de la era nuclear En resumen en en este informe se revelan intereses en el consumo de fluoruro en el tratamiento del agua y el empleo de fluoruros dentro del Proyecto Manhattan (fabricación de la bomba atómica), ademas de señalar la gran toxicidad y daños que puede causar el fluor. Fluor, un veneno parecido al arsénico: Documento con citas denunciando el uso del fluor y el daño que el consumo de este producto puede originar. Fluoruro y salud humana: Página sobre la incidencia del fluor en la salud de la Environmental Health Program , de Health Canada. Fluoración : Articulo de Jerry Owen, en la página de la web "thewaterpage", donde tras una introducción y debate se exponen varios temas como : Los efectos de la fluoración. El caso de China. ¿Una violación de derechos?.Conclusiones y Enlaces. Fluoride Action Network : Una colalición internacional para acabar con la cloración del agua y alertar a las personas sobre los riesgos de los fluoruros para la salud y el medioambiente. Efectos adversos del fluoruro : Publicación de National Pure Water Association Ltd , en contra de la fluoración del agua, presentando causas y riesgos. Factibilidad de procesos de defluoración para aguas de abastecimiento. Articulo de Fulvio Mendoza Rosas y Jorge L. De Victorica Almeida sobre un estudio realizado en México (Instituto de Ingenieria, Universidad Nacional Autónoma de México) con objeto de llegar a un procedimiento que reduzca la concentración de fluoruro en las aguas de forma tecnico-económica aceptable. Recogida en la página de CEPIS-OPS-OMS.
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