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1. TRATAMIENTO Y ENVASADO DE AGUA DE MESA MEDIANTE
SISTEMA DE OSMOSIS INVERSA
OBJETIVOS
Eliminar la dureza del agua el método de filtración del agua mediante el Sistema
de Osmosis Inversa.
FUNDAMENTO TEORICO
El agua es el líquido más abundante y, al mismo tiempo la sustancia más común de la
tierra. Cubre el 72% de la superficie terrestre. Se encuentra en la naturaleza como
líquido, como sólido (hielo y nieve) y como gas (vapor de agua) en la atmósfera. Es
esencial para la vida; un 65% en masa del cuerpo humano es agua. La forma más
conveniente de llevar a cabo muchas reacciones químicas es hacer que transcurran en
disolución y el agua es el disolvente más comúnmente utilizado con este fin. La
solubilidad de las sustancias en agua y otros líquidos depende en gran parte de las
fuerzas que se establecen entre las moléculas del disolvente y las del soluto. El agua no
es únicamente un buen disolvente para efectuar muchas reacciones sino que también
experimenta ella misma muchas reacciones importantes. La gran polaridad de las
moléculas de agua y la existencia de enlaces de hidrógeno entre ellas son la causa del
comportamiento peculiar del agua y de sus propiedades singulares (cambios de estado
y disoluciones, enlace de hidrógeno, red de hielo y propiedades como disolvente,
propiedades termodinámicas, características ácido-básicas, auto ionización y
reacciones de hidrólisis y reacciones con distintos elementos y compuestos)AGUAS
NATURALES. Un 97% de la gran cantidad de agua que podemos encontrar en la
superficie terrestre está formando los océanos. El 2.1% se encuentra en forma de
capas de hielo y glaciares y el resto, el 0.7%, formando los ríos, lagos y aguas
subterráneas. El agua está sometida a un continuo proceso de redistribución. Se
evapora de los lagos y ríos, incorporándose a la atmósfera, y luego retorna en forma
de lluvia y nieve, que se desplaza por la superficie y se filtra a través de los suelos hasta
que, finalmente, vuelve a los mares. En el curso de este ciclo se disuelve muchas de las
sustancias de la corteza terrestre que, eventualmente se acumulan en los océanos. •
Agua del mar: Como es sabido desde hace tiempo, la salinidad de los diversos océanos
es ligeramente variable, pero la proporción de los diversos componentes es
relativamente constante. Este hecho sólo se cumple para aguas de mar abierto. Los
estuarios y las zonas costeras poco profundas, sobre todo si se trata de costas
habitadas, poseen concentraciones diferentes. El Na+ y el Cl- forman por sí solos
alrededor del 85% del total de los solutos; si se consideran los iones positivos Na+,
Mg2+, Ca2+, K+ y los cuatro negativos Cl-, SO42-, HCO3- y Br -, se llega al 99,9%.En
algunos países de clima cálido, como Israel y Kuwait, se obtiene agua dulce por
destilación del agua del mar. No obstante, para la mayoría de las naciones, este
procedimiento requiere mucha energía y por tanto mucho dinero. Debido a esto no
podemos decir que el mar constituya una fuente de agua importante para el consumo
del hombre, sin embargo, si constituye un inmenso almacén de muchas otras
sustancias. Cada metro cúbico de agua del mar contiene 1.5 Kg de sustancias disueltas.
Aunque la mayoría de las sustancias se encuentran en muy baja concentración si que
hay dos sustancias importantes que se extraen comercialmente del agua del mar: el
cloruro sódico (sal de mesa) y el magnesio
PROCEDIMIENTO
Purificación del agua El agua necesaria para usos domésticos, agrícolas e industriales
procede de lagos, ríos y otras fuentes subterráneas. Gran parte de esta agua debe ser
tratada para eliminar bacterias y otras impurezas peligrosas. Después de este
tratamiento el agua no se encuentra totalmente pura, ya que todavía contiene
pequeñas cantidades de sales disueltas, particularmente cloruros, sulfatos, fluoruros e
hidogenocarbonatos de sodio, potasio, magnesio y calcio. Estas sales no producen
efectos nocivos en las bajas concentraciones en las que se encuentran habitualmente,
además proporcionan los minerales esenciales para el organismo. El agua también
contiene gases disueltos, principalmente oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono. El
oxígeno disuelto es fundamental para las formas de vida acuática
.ABLANDAMIENTO O SUAVIZADO DEL AGUA DURA. Hay diferentes formas de realizar
el ablandamiento, entre ellas la más usada es la de “adición de carbonato sódico”, que
conlleva la eliminación de Ca2+ mediante la reacción:Ca2+(aq) + CO32-(aq) == CaCO3
(precipitado)Si se desea evitar la formación de incrustaciones sobre las paredes de las
calderas debe tratarse el agua con metafosfatos (“calgón”) ya que se ha descubierto
que la “adición de pequeñas cantidades de ciertos compuestos fosfatados” evita que
se precipite el calcio formándose complejos quelados.De forma semejante se
comportan determinados formadores de complejos orgánicos, que pueden utilizarse
también para la determinación cuantitativa de iones Ca2+ y Mg2+ (ácido etilendiamin-
tetracético conocido como AEDT).Otra de las formas de suavizado del agua se basa en
la utilización de “intercambiadores iónicos” o “resinas de canaje iónico” que son
resinas artificiales que están formadas por una red orgánica gigante con numerosos
grupos ácidos o básicos.Los intercambiadores iónicos han sido ampliamente utilizados
en la industria para la eliminación de iones que por su presencia pudieran provocar
fenómenos o reacciones perjudiciales, ya sea por formación de precipitados, sabores,
coloraciones y obstrucción de tuberías, roturas por calentamiento, corrosión,
etc...Estos intercambiadores también se han utilizado en aplicaciones domésticas,
descalcificaciones de aguas potables utilizadas en planchas o desionización de aguas
de la red pública y de hecho se conocen múltiples cartuchos y aparatos que se venden
en el mercado cuyo fin es “ablandar” el agua.En las resinas existen iones unidos a los
grupos funcionales, que no se encuentran químicamente enlazados, sino que están
unidos por atracción electrostática. Estos iones pueden ser reemplazados por otros del
mismo signo que presenten una mayor atracción electrostática. En función del signo
de estos iones, positivo o negativo, se habla de resinas catiónicas o aniónicas,
respectivamente. Si se deja que un canjeador de iones ácido se hinche en el seno del
agua se forman iones H3O+, los cuales quedan enlazados al resto o red cargada
negativa. En los cargadores de iones de tipo básico se producen iones OH- de forma
correspondiente.Si se deja pasar una disolución con diferentes cationes y aniones,
primero a través de un cambiador de tipo ácido y después a través de uno básico, se
quedarán los cationes, en lugar de los iones H3O+ (“resina catiónica”), mientras que en
los cambiadores de tipo básico (“resina aniónica”) son intercambiados los aniones por
iones OH-. Como los iones H3O+ se combinan con los iones OH- de acuerdo con el
producto iónico del agua, ésta llega a quedar completamente libre de electrolitos,
como consecuencia de tal canaje.Proceso de una resina catiónica:2RZ-SO3-H+ + Ca2+
== (RZ-SO3-)2Ca2+ + 2H+Proceso de una resina aniónica:RZ-N+(CH3)3OH- + Cl- == RZ-
N+(CH3)3Cl- + OH-Si sumamos los procesos obtenemos:2H+ + 2OH- == 2H2OAsí pues
lo que se obtiene es una desionización. Sin embargo las resinas pueden actuar de
forma independiente. En el caso de aguas duras, el objetivo es la eliminación de
cationes, por lo que se debe aplicar una resina catiónica. Para este caso las resinas más
usadas son las que cuentan con iones Na+ y el proceso correspondiente es:2RZ- SO3-
Na+ + Ca2+ == (RZ-SO3-)2Ca2+ + 2Na+Estas resinas pueden ser regeneradas
colocándolas en una solución de NaCl concentrada para desplazar el equilibrio hacia la
izquierda.O bien se pueden usar resinas catiónicas donde el catión que se intercambia
es el protón. La regeneración de estas resinas se debe hacer colocándolas en un medio
ácido fuerte, normalmente HCl, que desplazan el equilibrio en sentido
inverso.CARBONATOS. El carbonato cálcico (CaCO3) es el carbonato más importante,
que se presenta en la naturaleza como caliza, mármol y, en estado puro, como calcita.
El CaCO3 se produce como precipitado difícilmente soluble al pasar CO2 a través de
una disolución de hidróxido cálcico, así como durante el fraguado del mortero de cal,
que es una mezcla de arena, cal apagada [Ca (OH)2] y agua:Ca2+ + 2OH- + CO2 ! CaCO3
(Precipitado) + H2OOtros minerales importantes del tipo de los carbonatos son la
dolomita (Ca, Mg)CO3, en el que la mitad de los iones Ca2+ han sido sustituido por
iones Mg2+ y además el carbonato de zinc, el carbonato de manganeso y el carbonato
de hierro. Los últimos constituyen minerales valiosos.
DUREZA DEL AGUA
La dureza de las aguas naturales es producida sobre todo por las sales de calcio y
magnesio, y en menor proporción por el hierro, el aluminio y otros metales. La que se
debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se denomina dureza
temporal y puede eliminarse por ebullición, que al mismo tiempo esteriliza el agua. La
dureza residual se conoce como dureza no carbónica o permanente. Las aguas que
poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato de sodio y cal, o
filtrándolas a través de ceolitas naturales o artificiales que absorben los iones
metálicos que producen la dureza, y liberan iones sodio en el agua. Los detergentes
contienen ciertos agentes separadores que inactivan las sustancias causantes de la
dureza del agua.El hierro, que produce un sabor desagradable en el agua potable,
puede extraerse por medio de la ventilación y sedimentación, o pasando el agua a
través de filtros de ceolita. También se puede estabilizar el hierro añadiendo ciertas
sales, como los polifosfatos. El agua que se utiliza en los laboratorios, se destila o se
desmineraliza pasándola a través de compuestos que absorben los iones.Si se pone en
contacto con calizas, agua que contenga CO2, se transformará paulatinamente en
hidrogenocarbonato, con lo que se disolverá:CaCO3 + H2O + CO2 == Ca(HCO3)2El
proceso real es:CO32- + CO2 +H2O == 2HCO3-El CaCO3 se disuelve tanto más, cuanto
mayor sea la cantidad de CO2 que contiene el agua.De esta forma se produce la
“dureza debida a los carbonatos” de las aguas naturales, es decir, debida a su
contenido en iones HCO3-. Las aguas subterráneas y que discurren por campos calizos
son particularmente duras. Por el contrario, el agua de los grandes lagos suele ser
relativamente blanda, puesto que las algas y las plantas superiores durante los
procesos de asimilación (verano) substraen CO2 a los iones HCO3- y con ello se puede
producir la precipitación del carbonato cálcico (por inversión de la reacción anterior).El
contenido de iones Ca2+ y Mg2+ recibe el nombre de “dureza total”
TRATAMIENTOS INDUSTRIALES DEL AGUA
• El tratamiento de aguas es una de las operaciones más comunes que existe en
toda industria. Ya sea para cumplir normas ambientales o para producir agua de
calidad para usar en el proceso, es conveniente que todo ingeniero sepa cuáles son los
fundamentos del tratamiento de aguas industriales.<br />Las industrias tratan las
aguas antes de descargarlas a un curso de agua, y también son pre-tratados antes de
lanzarse al alcantarillado.<br />Pero aun así existen otros residuos que no deben
descargarse al alcantarillado, tal es el caso de aquellos que crean peligro de explosión
o fuego, aquellos que disminuyen la capacidad hidráulica, o aquellos peligrosos para la
gente, alcantarillado o el sistema biológico de tratamiento.<br />Desde el punto de
vista de la potabilización del agua, tenemos esencialmente dos fuentes con sus
correspondientes subdivisiones. Encontramos en primer lugar el agua de pozo y luego
el agua de superficie, cada una de ellas con sus particularidades en lo referente al
tratamiento. Las fuentes de agua subterráneas o agua de pozo, se puede dividir de
acuerdo a su profundidad y de la región de extracción. Es común encontrar
parámetros muy similares en regiones determinadas.<br />Las fuentes de agua
superficiales también tienen características diferentes si se trata de un río o de un lago
y de las variaciones de caudal o volumen estacionales. Esta división surge del hecho
que cada tipo de agua tiene sus problemas particulares. Así, el tratamiento de agua de
pozo se caracteriza por el tratamiento químico y se presentan muy pocas posibilidades
de problemas con microorganismos, algas materia en suspensión o turbiedad. Por el
contrario, el agua de superficie presenta un gran problema de microorganismos,
pequeños organismos algas, materia en suspensión y turbiedad y generalmente la
composición química es adecuada para el consumo humano<br />Aguas
subterráneas<br />Las aguas extraídas de pozo, en general presentan problemas de
alta concentración de algunos iones. Dependiendo de la región donde se extrae el
agua se pueden encontrar parámetros en común relativos a los iones en exceso. Sin
embargo es una constante que en zonas urbanas, el agua extraída de las primeras
napas en general está altamente contaminada con microorganismos o bien con
nitratos, los primeros provenientes de los pozos de desperdicios existentes en
localidades donde aún no hay cloacas o en aquellas donde las mismas existen desde
hace relativamente poco tiempo y los segundos provenientes de los agroquímicos o
residuos industriales o del propio ciclo de fijación del nitrógeno por parte de
organismos vivientes. A mayores profundidades de extracción (segundas y posteriores
napas) también se encuentran problemas comunes que se orientan más a la presencia
de iones en exceso Cuanto mayor es la profundidad de extracción, más minerales
habrá disueltos en el agua y con ello mayores requisitos de tratamiento químico Sin
embargo, comienza a desaparecer el problema de los microorganismos ya que a mayor
profundidad los microorganismos que proliferan, si lo hacen son anaerobios, por lo
que al salir a la superficie, despresurizarse el agua y oxigenarse, los mismos mueren.
Desde este punto de vista, el agua extraída de pozos requiere encarar el tratamiento
hacia la parte química y obviamente siempre se adiciona un biocida con el fin de evitar
la proliferación de microorganismos que ingresen al flujo de agua a posteriori de su
extracción y proliferan desde la boca de pozo en adelante o en alguna filtración que
tenga el pozo desde napas superiores. En este caso, el biocida generalmente es
preventivo. Desde el punto de vista de los contaminantes químicos, en el caso de
fuentes de aguas superficiales, cualquiera puede ser el problema sea éste orgánico o
inorgánico. En los casos de contaminantes orgánicos, los mismos son derivados de
pesticidas y herbicidas que llegan hasta las napas de extracción (este problema es más
notorio en las primeras napas). El problema de estos contaminantes reside en que aún
en pequeñísimas concentraciones (se miden microgramos) son altamente tóxicos y su
remoción es obligatoria ya que su presencia es intolerable desde cualquier punto de
vista de la legislación. Sus consecuencias en el cuerpo humano son muy rápidas
aunque no son acumulables, generalmente todas llevan el sello de altamente
cancerígenas o con serios trastornos de desarrollo en embarazadas o en lactantes.
Cuando el contaminante es inorgánico, su origen puede ser natural o bien por arrastre
y descomposición de compuestos orgánicos que a través del tiempo percolan hasta la
napa de extracción y por sucesivas reacciones químicas de reducción y/o oxidación
terminan en sus compuestos básicos. En este caso, también se genera un problema en
la salud de los consumidores, pero no en forma inmediata ya que los compuestos
inorgánicos tóxicos son aquellos que se acumulan en el cuerpo humano. Por ello, su
remoción también debería ser obligatoria. Lamentablemente, en este punto debe
ponerse en evidencia que sorprende la tolerancia mostrada por algunas legislaciones
relativa a la presencia en el agua distribuida para consumo de estos compuestos ya
que aún en pequeñas concentraciones generan un daño aún peor que el generado por
contaminantes orgánicos, precisamente por su condición de acumulativos. Se
encuentran entre ellos el arsénico, el plomo, el cromo y el mercurio, todos con efectos
muy nocivos sobre la salud humana. <br />Otros compuestos inorgánicos presentes en
aguas de pozos que generan problemas a la salud humana son los nitratos, sobre todo
en lactantes y ancianos debido a su reducción a nitritos por el organismo y a la acción
de estos últimos en el sistema digestivo y el flúor, debido a sus reacciones con el calcio
de los huesos y dientes. En cualquier caso, los contaminantes inorgánicos más
comunes en las fuentes de agua subterránea son el arsénico, flúor, hierro, manganeso,
nitratos, sulfatos y salinidad en exceso que generalmente se identifica como alto
contenido de cloruros. Otra fuente de contaminación son las zonas industriales que no
realizan un apropiado tratamiento de efluentes, con lo que se encuentran
contaminantes inorgánicos como cromo, mercurio, plomo y sulfatos en altas
concentraciones, pero esto es puntual y no responde a una región en particular. <br
/>Los métodos de tratamiento se desarrollarán a posteriori.<br />Aguas de
Superficie<br />Las aguas de superficie en general no presentan el problema de
compuestos inorgánicos salvo en los casos de efluentes generados por procesos no
productivos que son volcados a los cauces en forma no autorizada que contaminan la
fuente de agua. Sin embargo, debe destacarse que el problema de los contaminantes
inorgánicos puede presentarse en los diques en forma estacional en períodos de
tiempo de poca lluvia, debido a la evaporación del agua en la superficie y consecuente
concentración de las especies, principalmente en aquellas fuentes de agua de poco
volumen o en aquellos que tienen afluentes de pequeños ríos y/o arroyos de una vasta
zona agrícola. <br />En casos particulares como ser ríos de deshielo, el agua en general
es natural y no presentan riesgos para la salud pero puede contener una cantidad alta
de minerales, como ser calcio, magnesio y sulfatos y bastante turbiedad. En estos ríos
y en aquellos muy turbulentos, en general se presente un agua de características muy
particulares ya que contienen una alta cantidad de minerales y poca alcalinidad, con lo
que su tratamiento en general se dificulta ya que se requiere la adición de compuestos
al agua para poder equilibrarla químicamente para el consumo. Zonas como Cuyo,
presentan aguas de muy difícil tratamiento ya que poseen alta cantidad de minerales
disueltos y muy poca alcalinidad.<br />Desde el punto de vista químico estas fuentes
de agua, salvo contaminación por medios de derrames, no presentan grandes
problemas, aunque debe siempre considerarse que su composición es muy cambiante
por el arrastre de agroquímicos o de minerales en forma estacional.<br /> En cualquier
caso, en las fuentes de agua superficiales el problema fundamental se presenta en el
hecho que está al aire libre y, en consecuencia, la fotosíntesis es posible, por lo que los
microorganismos presentes, en su gran mayoría de características aeróbicas o mixtas
pueden proliferar y resistir su inyección en la red. En el caso de los diques, donde el
flujo de agua es muy lento, el problema aún es mayor El hecho de que la fotosíntesis
sea posible, implica que el problema fundamental pasará por las algas, las cuales
deberán eliminarse de manera muy particular para evitar problemas posteriores.
<br />La diferencia que se presenta en estos casos entre estas fuentes depende de la
misma. O sea, en un río es muy difícil encontrar un problema grave de carga orgánica.
Sin embargo en un dique, la carga orgánica es muy importante aún a 20 años de su
construcción ya que hay mucha materia orgánica cerca de la fuente de agua en
descomposición debido a la inundación de la misma en el momento de construcción
del dique. En un río ello no ocurre ya que se encuentra un lecho formado de acuerdo a
los parámetros geológicos correspondientes, lo cual no ocurre en un dique donde el
lecho no está formado, sino en formación y puede llevar muchos años su formación
completa. A diferencia del caso de las aguas subterráneas, aquí el biácida es
completamente necesario y es una parte del proceso del tratamiento correctivo y no
preventivo ya que uno de los principales contaminantes son microorganismos más que
cualquier compuesto químico
SUAVIZACION
Consiste en pasar el agua a través de un lecho de material, llamado RESINA, que posee
la propiedad de remover el calcio y magnesio del agua a fin de reemplazar estos iones
con sodio. A este proceso se le conoce como intercambio iónico.El agua, conteniendo
iones calcio y magnesio, conocidos como dureza, entra en contacto con la resina
catiónica, la cual presenta iones sodio en su superficie. Se liberan los iones de sodio y
se retienen los iones de calcio y magnesio. El agua que se obtiene es agua suavizada, la
cual tiene menor tendencia a producir depósitos que el agua dura.<br />El suavizador
de agua, también llamado descalcificador o ablandador de agua, es un aparato que por
medios mecánicos, químicos y/o electrónicos tratan el agua para evitar, minimizar o
reducir, los contenidos de sales minerales y sus incrustaciones en las tuberías y
depósitos de agua potable.<br />Las aguas con altos contenidos de sales de calcio o
magnesio (aguas duras) tienden a formar incrustaciones minerales en las paredes de
las tuberías. En algunos casos bloquean casi la totalidad de la sección del tubo.<br
/>Las sales se adhieren con más frecuencia a las tuberías de agua caliente así como a
las superficies de las máquinas que trabajen o produzcan agua caliente. Un ejemplo de
esto son las cafeteras y los calentadores de agua. El calcio y magnesio al adherirse a las
resistencias calentadores forma una capa que evita el contacto del agua con las
resistencias, causando un sobrecalentamiento y la ruptura de la resistencia.<br />Las
aguas duras cuando entran en contacto con el jabón reducen su capacidad de crear
espuma, obligando a aumentar el tiempo de uso. Los detergentes también son
afectados, forzando a emplear mayor concentración del producto para cumplir con su
misión de lavado.<br />La corrosión galvánica empeora en presencia de los iones de
estos metales. Las paredes de un calentador se corroen con mayor velocidad
obligando a cambiar con mayor frecuencia los ánodos de sacrificio.<br />La dureza en
el agua (los iones de cal que hay en el agua) se miden en Grados Franceses, ºHf., asi
pues, se entiende que se trata de agua blanda cuando hablamos de 0ªHf a 12ªHf, a
partir de los 18ª Hf. se entiende que el agua es dura (con mucha cal).<br />Tipos de
descalcificadoras<br />Catalíticos<br />Se dan por aleación especial de metales
utilizada en los dispositivos y en la turbulencia y los cambios de presión causado por el
diseño especial del equipo. Estos dispositivos actúan como un catalizador
aprovechando el aumento del PH generado por la aleación para inducir la precipitación
del carbonato de calcio en el seno del agua en forma de cristales estables de aragoníta
de muy pequeño tamaño {menor a 0.5 um). De esta forma, los "coloides" formados no
tienen posibilidad de depositarse y formar incrustaciones ni de aglutinarse entre ellos
por lo que son arrastrados por el flujo de agua pasando inofensivamente por equipos y
cañerías. Además, tienen un efecto secundario, al desincrustar los depósitos de sarro
ya formados.<br />Mecánicos<br />Los equipos de osmosis inversa funcionan
haciendo pasar el agua a través de una membrana semipermeable al aplicar altas
presiones. El agua pura atraviesa la membrana dejando atrás todas las partículas
minerales e impurezas. La presión está determinada por la clase de membrana que se
esté utilizando.<br />Estos equipos son diseñados para purificar el agua de beber. La
constante limpieza de las membranas y la baja capacidad de producción de agua los
hace poco prácticos para el consumo total de una vivienda. Aunque existen versiones
industrial para manejo de grandes caudales.<br />Químicos<br />El agua se hace
circular por un rácor con zeolita (un compuesto químico de sales de sodio o potasio).
Los iones de calcio y magnesio son reemplazados por iones de sodio. El sodio o potasio
liberado no se adhiere a las paredes de las tuberías ni reacciona con el jabón,
solucionando ambos problemas.<br />Después de un tiempo el sodio es reemplazado
completamente por calcio o magnesio y deja de suavizar el agua. En este momento se
hace es necesario reemplazar el cartucho o las pastillas de zeolita por unas nuevas.
Existen equipos que permiten hacer una regeneración química de la zeolita.<br
/>Eléctricos<br />El efecto se genera creando un fuerte campo magnético que
atraviesa la tubería por donde circula el agua que queremos tratar. Los pulsos de este
campo magnético afectan los cristales de calcio modificando su estructura molecular
para que se mantengan en suspensión y no se fijen a las paredes de las tuberías. El
efecto del agua tratada puede prolongarse por unos 7 días.<br />Para que los aparatos
eléctricos funcionen adecuadamente deben ser ajustados dependiendo del diámetro
de la tubería, velocidad, composición química y temperatura del agua. En instalaciones
comerciales e industriales estos parámetros son meticulosamente medidos y
controlados, cosa que no podemos hacer en una vivienda. Para que funcionen
adecuadamente en una vivienda los suavizadores electrónicos cambian la amplitud,
forma y frecuencia del campo magnético de manera aleatoria buscando cubrir todas
las posibles variables. Como resultado no funcionan en el 15% de los casos. La dureza
total del agua se compone de Calcio y Magnesio, es un compuesto iónico muy
inestable, precipita en forma de Carbonato de Calcio. <br />El intercambio iónico es un
procedimiento químico por el cual se cambian iones fuertes por iones débiles, este
procedimiento se puede realizar en cationes y aniones con diferentes tipos de resina.
<br />El proceso de suavización se realiza de diferentes formas: <br />Ablandamiento
Cal en frío, baja eficiencia y genera un alto contenido de sólidos. <br />Ablandamiento
Cal en caliente, mejor eficiencia pero requiere vapor. <br />Intercambio iónico, se
regenera con sal, muy eficiente. <br />El procedimiento de intercambio iónico para
suavizar agua se realiza con resina catiónica, la cual cambia iones de Calcio y Magnesio
por iones de Sodio. <br />Cuando la resina se satura se necesita regenerar, la resina
del suavizador se regenera con una solución saturada de Sodio, lo cual desplaza los
iones de Calcio y Magnesio para volver a cargar la resina con iones de Sodio. La
solución de salmuera se prepara con sal industrial (NaCL). <br />La resina catiónica
remueve los cationes fuertes del agua entre ellos el Fierro. <br
/>Dealcalinizacion<br />Mediante intercambio iónico con una resina aniónica se
eliminan los carbonatos y bicarbonatos del agua, este procedimiento es igual al del
suavizador empleando sal industrial para la regeneración, pero en este procedimiento
emplea los cloruros.
FLOCULACION
La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias
denominadas floculantes, se aglomeran las partículas desestabilizadas en
microfloculos que a su vez forman floculos más grandes que tienden a depositarse en
el fondo de los recipientes construidos para este fin llamados sedimentadores,
facilitando así su decantación y posterior filtrado.<br />Los compuestos que pueden
estar presentes en el agua pueden ser:<br />Sólidos en suspensión;<br />Partículas
coloidales (menos de 1 micra), gobernadas por el movimiento browniano; y,<br
/>Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros).<br />El proceso de floculación
es precedido por la coagulación, por eso se suele hablar de los procesos de
coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión y de
las partículas coloidales.<br />La coagulación es la desestabilización de las partículas
coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual,
neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre
sí;<br />La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en
microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el
fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados
sedimentadores.<br />Los factores que pueden promover la coagulación-floculación
son el gradiente de la velocidad, el tiempo y el pH. El tiempo y el gradiente de
velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y
da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se
acumulen en el fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en acción
desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.<br />La solución
floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión con el fin de
conseguir aguas decantadas limpias y la formación de lodos espesos se determina por
pruebas, ya sea en laboratorio o en el campo.<br />En la minería, los floculantes
utilizados son polímeros sintéticos de alto peso molecular, cuyas moléculas son de
cadena larga y con gran afinidad por las superficies sólidas. Estas macromoléculas se
fijan por adsorción a las partículas y provocan así la floculación por formación de
puentes interpartículas.<br />La floculación iónica es el proceso a través del cual se
modifican las moléculas disueltas en un fluido, mediante la acción de los llamados
floculadores iónicos. Éstos son los elementos materiales compuestos por tubos de
acero inoxidable, plata o cobre, que conectados en su extremo a polos de corriente
directa, positiva o negativa, generan la actividad iónica. Los floculadores iónicos
sumergidos en el fluido producen un campo de baja intensidad de actividad iónica
constante, que incrementa la energía de los electrones de enlace; entonces, los
átomos que componen las moléculas diluidas en el medio sufren un cambio en su
estructura que las lleva a su forma más elemental, confirmando la teoría electrolítica
de la disociación.<br />Coagulación y floculación<br />Si el agua contiene sólidos en
suspensión, la coagulación y la floculación pueden utilizarse para eliminar gran parte
del material. En la coagulación, se agrega una sustancia al agua para cambiar el
comportamiento de las partículas en suspensión. Hace que las partículas, que
anteriormente tendían a repelerse unas de otras, sean atraídas las unas a las otras o
hacia el material agregado. La coagulación ocurre durante una mezcla rápida o el
proceso de agitación que inmediatamente sigue a la adición del coagulante.<br />El
proceso de floculación que sigue a la coagulación, consiste de ordinario en una
agitación suave y lenta. Durante la floculación, las partículas entran más en contacto
recíproco, se unen unas a otras para formar partículas mayores que pueden separarse
por sedimentación o filtración. El alumbre (sulfato de aluminio) es un coagulante que
se utiliza tanto al nivel de familia como en las plantas de tratamiento del agua.31, 32
Los coagulantes naturales incluyen semillas en polvo del árbol Moringa olifeira y tipos
de arcilla tales como la bentonita.<br />Los factores que pueden promover la
coagulación-floculación son el gradiente de la velocidad, el tiempo y al pH. El tiempo y
el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las
partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la
gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otro parte el pH es un factor prominente
en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.
DESIONIZACION
En la des ionización, se hace un intercambio de iones en el cual los iones impuros
presentes en el agua son reemplazados por iones que despiden una resina de
intercambio de iones. Los iones impuros son tomados por la resina que debe ser
regenerada periódicamente para restaurarla a su forma iónica original. <br />Los
siguientes iones son generalmente encontrados en aguas crudas: <br /> Cationes|
Aniones|<br />Calcium (Ca2+)| Cloruro (Cl-)|<br />Magnesio (Mg2+)| Bicarbonato
(HCO3-)|<br />Sodio (Na+)| Nitrato (NO3-)|<br />Potasio (K+)| Carbonato (CO32-)|
<br />Hierro (Fe2+)| Sulfato (SO42-)|<br />Los dos tipos más comunes de des
ionización son:<br /> Deionización de Dos Camas<br />El Des ionizador de Dos Camas
consiste en dos recipientes- uno conteniendo una resina de intercambio de cationes
en forma de hidrógeno (H+) y la otra conteniendo una resina de aniones en forma de
hidroxil (OH-<br /> Deionización de Camas Mixtas<br />En los des ionizadores de cama
mixta, las resinas del intercambio de cationes y de aniones están íntimamente
mezcladas y contenidas en un solo recipiente a presión. La mezcla minuciosa de
cationes intercambiadores y aniones intercambiadores en una columna sencilla hace al
des ionizador de cama mixta equivalente a la serie larga de plantas de dos camas.
Como resultado, la calidad del agua obtenida de un des ionizador de cama mixta es
apreciablemente más alta que la que se produce en una planta de dos camas.<br
/>Reactivos Utilizados Para Clarificación del agua y eliminación de carga
orgánica:<br />La segunda parte consiste entonces en aditivar el agua con los reactivos
necesarios para poder eliminar las partículas coloidales en las cuales la fuerza de la
gravedad son ínfimas comparadas con las electrostáticas, la carga orgánica y por otro
lado eliminar las sales en exceso para poder lograr concentraciones convenientes a lo
buscado. Las partículas coloidales, en general son arcillas con algún contenido de
hierro (+3) cargadas superficialmente (generalmente en forma negativa, aunque ello
depende del pH). Debido a ello los reactivos utilizados son específicos en cada caso. A
los fines de eliminar las partículas coloidales, lo que generalmente se realiza es aditivar
con un producto químico que permita formar flocs, que aglutinen las partículas y al
ganar peso se posibilite su sedimentación o bien un tamaño indicado para una
posterior remoción del sistema. Las piletas donde esta operación se realiza dependen
de cuál será el destino del floc. Si se dispone de sistemas de filtración muy efectivos se
realiza en piletas con un fondo inclinado sin necesidad de mayores detalles técnicos en
su construcción más que aquel determinado por el tiempo de residencia para formar
el floc. Obviamente resulta que a mayor efectividad del sistema de filtración, menor
será el tiempo de residencia (piletas menores) ya que se podrán eliminar partículas
más pequeñas y menor será la necesidad de actuar sobre el diseño de la pileta o
sedimentador del floc. Sistemas de filtración en base a tierras de diatomeas posibilitan
trabajar con flocs muy pequeños. Si en cambio se dispone de sistemas normales de
filtración como ser filtros de arena, la pileta debe ser de un tamaño suficiente para
poder cumplir ampliamente con el tiempo de residencia necesario para el reactivo
utilizado y cuidadosamente diseñada con sedimentadores inclinados para aumentar la
velocidad de sedimentación del floc. El floc logra aglutinar las partículas coloidales del
medio y con ello sedimentarlas o lograr un tamaño adecuado para su filtración. El
tiempo que lleva la formación del floc y su crecimiento o aglutinación hasta el tamaño
requerido por el sistema de filtración se determina en laboratorio con el reactivo a
utilizar y con él surgirá el mínimo tiempo de residencia del agua en esta pileta y su
volumen. A modo de ejemplo, los tiempos de residencia necesarios para la clarificación
del agua y filtración por métodos tradicionales con filtros de arena puede llegar hasta
las 3 hs, en tanto que para su eliminación por medio de filtros de diatomeas puede
llegar a los 15 minutos.<br />El reactivo más conocido para estos casos es el Sulfato de
Aluminio, el cual se adiciona al sistema y de acuerdo a las condiciones del medio (pH,
TDS, etc) se hace flocular como hidróxido de aluminio o oxido de aluminio hidratado
que cumple con la función de neutralizar las cargas superficiales de los coloides y con
ello permitir su aglutinación y crecimiento. Este proceso de floculación puede ser
propio debido a las características del medio o bien puede ser inducido llevando el pH
a valores básicos previamente determinados en laboratorio.<br />Otro reactivo
utilizado normalmente es el Cloruro Férrico, el cual actúa como el anterior pero en
este caso el cambio de pH necesario puede ser mayor que con el Sulfato de Aluminio.
Ambos son económicos aunque presenten algunas desventajas relativas al tiempo
necesario para su acción. Un producto que los reemplaza es el Cloruro de Aluminio, el
cual no requiere cambios de pH para actuar aunque es mucho más oneroso y su uso si
bien está difundido, sólo se utiliza para pequeños volúmenes. Las ventajas y
desventajas de estos productos son numerosas, pero entre ellas se destaca que son
muy económicos. Sin embargo, el sulfato de aluminio es un producto que debe
tenerse especial cuidado en lo referente a la calidad. Es un producto que presenta la
enorme ventaja de presentarse sólido, por lo que su transporte y El cloruro de
aluminio también es un producto que se utiliza para esta etapa. Actualmente está
tomando fuerza su uso debido a las desventajas del sulfato de aluminio. Sin embargo,
a la fecha muy poco se realiza por la eliminación de ellos ya que los procesos
involucrados resultan muy onerosos o los subproductos de las reacciones son
compuestos que no se permiten en el agua a distribuir, por lo que se debe añadir una
etapa posterior para su eliminación por algún método físico-químico. <br
/>Acondicionamiento Bacteriológico del agua<br />A los fines de lograr el
acondicionamiento bacteriológico del agua se deben distinguir dos métodos a seguir,
en función del contaminante, las cuales son correctivas o preventivas. Las correctivas
son aquellas que resultan obligatorias de acuerdo con la contaminación del agua y
generalmente se debe llevar a cabo cuando el agua es de fuentes superficiales donde
los principales problemas son a través de algas, las cuales si bien pueden eliminarse
con bactericidas y alguicidas, dejan en el agua una alta carga orgánica que sirve de
alimento para otras especies más pequeñas. En estos casos, se recurre a la filtración
del agua para la eliminación total de estos microorganismos u organismos superiores.
<br />En estos casos se deben eliminar las algas por filtración, de cualquier manera,
eliminadas las especies como las algas, quedan grandes cantidades de
microorganismos que deben eliminarse o exterminarse del agua. Lo que en general se
realiza es un análisis del agua en el cual se buscan dos tipos de proliferaciones.
Primeramente se realiza un análisis donde se permite proliferar a todo tipo de
microorganismo presente a fin de ponerlos en evidencia a través de una colonia.Otro
tipo de agente utilizado son las cloraminas, las cuales se forman en el flujo de agua
inyectando cloro al agua y luego amoníaco. Otra forma de actuar sobre los
microorganismos es por medio de radiaciones, las cuales eliminan la posibilidad de
proliferación de los mismos. Está muy difundido el uso de UV por la facilidad de
generarlos, su bajo consumo de electricidad y su casi nula acción nociva sobre el
organismo cuando su exposición no es directa. En este caso se diseñan los equipos
para que una gran cantidad de agua fluya sobre una fuente de radiación UV, lo más
próximo posible a la fuente y con ello lograr la dosis adecuada. La absorción de UV por
el agua es muy alta por lo que la cantidad de fuentes debe ser muy elevada o muy
aparatosa cuando los caudales superan los 50 m3/h. Sin embargo, a la fecha, los costos
de inversión en este tipo de tecnologías continúan siendo elevados
1. Clarificación del Agua
Tratamiento del Agua Contaminantes del Agua Partículas Suspendidas Colides
Compuestos Orgánicos e Inorgánicos Disueltos Agua: Color: orgánicos, metales, u otras
sustancias disueltas. Turbidez: sólidos suspendidos (claridad). pH.
¿Por Qué Tratar El Agua?
Para Consumo Humano Operación de Calderas Procesos Industriales Agua de
Enfriamiento Lavado de materiales Protección contra Incendios
4. Tratamiento del Agua
5. Clarificación Variables de Influyen: Turbidez: cantidad y densidad del lodo. Color:
cantidad de coagulante, floculante. Alcalinidad y pH: coagulación, floculación.
Temperatura: verano, invierno. Eficiencia Floculación, Coagulación, Sedimentación
6. Tipos de Clarificadores
Clarificador Convencional Espesador
7. Clarificador Convencional Agua Cruda Mezcla Rápida Mezcla Lenta Área de
Sedimentación Barre Lodo Lodo Desecho Agua a los Filtros
8. Coagulación Floculación
9. Coagulación Floculación
10. Coagulación Floculación
11. Espesador
12. Espesador
13. Clarificador de Flujo Ascendente
14. Clarificador de Flujo Ascendente
15. Funcionamiento Porcentaje de sólidos: zona de reacción y manto de lodos. Nivel
del Manto de Lodos. Velocidad del Rastrillo. Rata de desalojo de Lodos.
16. Ensayos de Jarro
17. Ensayos de Jarro El Ensayo de Jarro Proporciona: Tipo y dosis de coagulante,
floculante. Orden de adición de químicos. Ajuste de velocidades de mezcla.
18. Ensayos de Jarro Variables a monitorear: Turbidez Color Tiempo de Aparición del
Floc pH Alcalinidad Cloro Residual
19. Ensayos de Jarro Pasos a realizar: Muestras de Agua Cruda (1litro) Preparación de
los químicos (1 ó 10%) Mezcla Rápida: 100 – 200 rpm, 1min. (Coagulantes). Mezcla
Lenta: 20 – 30 rpm, 5 a 10 min. (Floculantes). Reposo: 12-15min
20. Ensayos de Jarro Pasos a realizar: Tomar muestras de cada jarro y realizarle el
análisis de: turbidez, color, pH, alcalinidad y cloro residual.
21. Variables a Monitorear en el Proceso de Clarificación Características del Agua
Cruda. Dosis de los Químicos. Variables de Operación de los Equipos. Características
del Agua Clarificada
Aguas de Bebida Envasadas
Las Aguas de Bebida Envasadas, como hemos visto comprenden el agua de mesa o
agua mineral natural, agua de manantial y agua potable preparada.
Aguas de mesa o minerales naturales
Se admiten como aguas de mesa o aguas minerales naturales aquellas aguas
envasadas que se pueden ingerir como bebida cotidiana.
Según la OMS debe ser aguas no contaminadas más allá de su microsismo normal por
bacterias, parásitos u otros microorganismos patógenos y no contaminadas por
sustancias químicas.
Deben proceder de una fuente subterránea que broten de un manantial natural o
perforado. Pueden precisar tratamientos físicos como la oxigenación la decantación o
la filtración para la separación de elementos naturales indeseables. Se permite su
adición o eliminación de anhídrido carbónico. Pero esta prohibido el uso de sustancias
propias para la desinfección o modificación de su contenido microbiano.
Contienen en origen o tras su envasado un mínimo de 1.000 mg de sales disueltas o
250 ml. de CO2 libre por kilogramo (mineralización baja) y deben tener propiedades
saludables.
Ofrecen además la garantía de una composición constante. Todo esto debe estar
reconocido por las autoridades pertinentes. Su ingestión no está sujeta a limitación
alguna no existiendo una dosis máxima de consumo.
No se pueden considerar aguas de mesa aquellas gaseadas artificialmente como el
agua de Seltz o el agua de soda.
3.2. Aguas de manantial
Las aguas de manantial son aquellas aguas potables de origen subterráneo que brotan
espontáneamente por medio de un manantial o son extraídas por el hombre.
Pueden precisar tratamientos físicos para separar elementos indeseables. Se permite
su adición o eliminación de anhídrido carbónico. Pero no se permite su potabilización.
Dentro de esta agua están las que en su día obtuvieron la denominación de aguas
minero-medicinales.
- Las aguas minero-medicinales.
Son aquellas que provienen de manantiales naturales, no necesitan manipulación
química y son envasadas en su lugar de origen, y poseen alta mineralización que es la
que le confiere sus propiedades terapéuticas.
Estas propiedades terapéuticas hacen que su consumo ordinario pueda estar limitado
en determinados casos.
Al igual que el resto de las aguas de consumo publico, no deben presentar
contaminación por microorganismos o parásitos.
Deben de garantizar una composición iónica constante.
Según dicha composición pueden clasificarse en bicarbonatadas, cloruradas,
sulfuradas, sulfatadas, ferruginosas, radiactivas y oligometálicas.
Agua potable preparada
El agua potable preparada es a quel agua de consumo que debe estar libre de
contaminación microbiológica y parasitológica. No garantizan una concentración iónica
constante.
Se permite realizar tratamientos físico-químicos tales como la decantación, la
filtración, la cloración, la ionización, etc. aunque estos modifiquen la composición
química inicial de agua.