SUAVIZACIÓN CONCEPTOS BÁSICOS

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1 SUAVIZACIÓN CONCEPTOS BÁSICOS Revisemos algunos conceptos que utilizarás para el diseño de los equipos del sistema de suavización, recuerda que muchos ya los has visto en cursos anteriores y que esto es sólo un repaso para reforzarlos. Qué es la d u r e z a del agua? Este concepto, como lo hemos visto en otros cursos, es la presencia de iones disueltos de Calcio (Ca 2+ ) y Magnesio (Mg 2+ ) en el agua. En la naturaleza, el agua de lluvia cae y disuelve el CO 2 del aire formando ácido carbónico (H 2 ), por lo tanto el agua adquiere cierta acidez que, cuando pasa por piedra caliza (Ca ), reacciona formando bicarbonato de calcio (Ca(H ) 2 ), el cual es soluble y hace que el agua adquiera dureza por los carbonatos. En resumen se dan las siguiente reacciones: CO 2 (g) + H 2 O (l) --> H 2 (aq ) Ca (s) + H 2 (aq) --> Ca 2+ (aq) + 2H - (aq) 1

2 Dentro de la dureza que tiene el agua, se clasifica en tres: la temporal, la permanente y la total. TOTAL Es la suma de la temporal y la permanente. TEMPORAL La dureza del agua se mide por la concentración total en peso de los Se debe a los carbonatos y bicarbonatos que al aumentar la temperatura del agua a punto de ebullición, el calcio y el magnesio se precipitan en forma de carbonato de calcio e hidróxido de magnesio respectivamente, quedando fuera de la solución. iones de Ca 2+ y Mg 2+. Esta medida se representa en equivalentes de carbonato de calcio, ya sea en partes por millón o miligramos por litro. Y, de acuerdo a la concentración, el agua se clasifica en: Dureza ppm de Ca Tipos de agua 0-16 Muy suave Suave PERMANENTE O NO CARBONATADA Media Dura Es usualmente causada por la más de 300 Muy dura presencia del sulfato de calcio y magnesio o cloruros en el agua, este tipo de dureza no se remueve con el aumento de temperatura sino que es necesario utilizar procesos químicos. Para realizar el cálculo de dureza total que tiene el agua, es necesario sumar las concentraciones de calcio y magnesio, pero recuerda que para sumarlos deben estar representadas en mg/l de Ca y esto lo harás utilizando los pesos moleculares de cada elemento. 2

3 Cómo se determina la d u r e z a total? La manera más común de determinarla es por medio de titulación que se basa en la formación de complejos por la sal disódica del ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) con los iones calcio y magnesio. Actualmente en México, existe la norma es la NMX-AA-072-SCFI-2001, que aplica el método para la determinación de la dureza total en aguas naturales, residuales y residuales tratadas, si quieres saber más a detalle sobre el procedimiento puedes consultarla en: aspx. Básicamente en este método, a la muestra de agua con dureza, se adiciona primero el buffer de ph 10, luego el indicador ericromo negro T para formar un complejo púrpura y una vez que se tiene esto, se titula con EDTA hasta que la solución se torne a color azul. Ya con la titulación la dureza se obtiene por: meq/l Ca +2 y Mg +2 = V x N x 1000 ml de la muestra Dónde: V = ml gastados de EDTA N = Normalidad del EDTA 3

4 Y para obtener la concentración en ppm de Ca de manera más específica, los cálculos son los siguientes: M A G N E S I O meq/l Mg +2 = [meq/l (Ca +2 y Mg +2 )]-(meq/l Ca +2 ) D U R E Z A T O T A L mg/l de Dureza Total = [meq/l (Ca +2 y Mg +2 )] * (50) D U R E Z A D E C A L C I O mg/l de dureza de Calcio= (meq/l Ca +2 )* (50) D U R E Z A D E M A G N E S I O mg/l de dureza de Magnesio= (meq/l Mg +2 )* (50) 4

5 Y es así como encuentras, en los reportes de caracterización del agua, la dureza del agua: Parámetros Tipos de agua Agua residual Calcio mg/l Ca 560 Magnesio mg/l Ca 300 Dureza total mg/l Ca 860 Bueno, ya que sabemos un poco más sobre el concepto de dureza, veamos algo sobre alcalinidad. Qué es la a l c a l i n i d a d del agua? Tal cual para su definición podemos decir que es una medida de la capacidad del agua para neutralizar ácidos o aceptar protones. Esta capacidad o indicador nos permitirá saber el contenido de bicarbonatos, hidróxidos, nitratos y fosfatos que hay en el agua. Si se clasifican los materiales que contribuyen la alcalinidad del agua en orden de su asociación con valores de ph sería: 1) de hidróxido, 2) de carbonato, y 3) el bicarbonato. 5

6 Esto es debido a la interacción que existe entre CO 2 y H 2 O, que se da por las siguientes reacciones de de equilibrio, recordando que las constantes de disociación K 1 y K 2 varían con la temperatura y el ph. equilibrio: Al analizar un reporte (1) CO 2 + H 2 O <-> H 2 (2) H 2 <-> H H (3) CO 2 + H 2 O <-> H H 1ª disociación de ácido carbónico: K 1 = [H + - ][ H ] [CO 2 ][ H 2 O] - (4) H <-> H + = + de caracterización del agua, encontraremos la alcalinidad representada de la siguiente manera: Alcalinidad P. Se titula una muestra con ácido hasta el cambio con fenolftaleína. Alcalinidad M. La misma muestra se titula hasta el cambio con 2ª disociación de ácido carbónico: K 2 = [H + = ][ ] [H ] el indicador mixto (verde de bromocresol /rojo de metilo). Alcalinidad Total (T). Es la suma de las dos alcalinidades determinadas con fenolftaleína y De esta manera se pueden el indicador mixto. determinar las concentraciones relativas de los componentes de estas ecuaciones 6

7 Cómo funciona esta metodología? Básicamente, la titulación con ácido se desarrolla en dos fases: 1. Donde la alcalinidad de fenoltaleina se alcanza al titular la muestra hasta un ph de Alcanzar la alcalinidad total titulando la muestra hasta un ph de 4.5 utilizando la mezcla mixta. ph = Potencial de Hidrógeno Los resultados de la alcalinidad de fenolftaleína y la total, permiten que se clasifique estequiometricamente las tres principales formas de alcalinidad presentes en el agua, bicarbonato [H ] -, carbonato [ ] -2 e hidróxido [OH] -. Dado que los cálculos están basados en una relación estequiométrica, los resultados de alcalinidad no representan concentraciones reales de iones, particularmente cuando el ph es mayor de 10 (ph > 10), el esquema de la clasificación establece que: a. La alcalinidad de carbonato [ ] -2 está presente cuando la alcalinidad de fenolftaleína no es cero, pero es menor que la alcalinidad total [T > P 0]. 7

8 b. La alcalinidad de hidróxidos [OH] - está presente si la alcalinidad de fenolftaleína es mayor que la mitad de la alcalinidad total [P > 1/2 T]. c. La alcalinidad de bicarbonato [H ] -, está presente si la alcalinidad de fenolftaleína es menor de la mitad de la alcalinidad total [P < 1/2 T]. Y, retomando las relaciones y ecuaciones de equilibrio de CO 2 y H 2 O que leíste hace un momento, la siguiente gráfica te dará una mejor idea de la relación que tienen los químicos agregados al agua para determinar la concentración de carbonatos, bicarbonatos e hidroxilos con respecto al ph: 8

9 Los resultados de alcalinidad se expresan como Ca (mg/l) y la conversión matemática de los resultados se muestran en la siguiente tabla: RELACIONES DE ALCALINIDAD Resultados de la titulación OH - = H - P = M P = M 0 0 P > 1/2M 2P - M 2(M - P) 0 P = 1/2M 0 2P = M 0 P < 1/2M 0 2P M - 2P P = M Esta tabla te ayudará a interpretar mejor la caracterización del agua, en caso de que se reporte la alcalinidad como M. Entonces, ya que sabes más acerca de estos términos, empezaremos con el análisis del agua de entrada para diseñar nuestro sistema de suavización. 9

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