sábado, 22 de diciembre de 2012

Dureza del Agua


DUREZA DEL AGUA

El agua es un componente de formula H-O-H (H2O), el más importante de la química y de la vida práctica. El agua se descompone por medio de electrólisis, en contacto con metales muy calientes y por otros métodos. Por otra parte se forma agua cuando se reducen óxidos por hidrogeno, y en general, en reacciones químicas de salificación, neutralización, esterificación, etc. 

El producto natural es agua impura que contiene sales y gases disueltos y, a veces, materia orgánica; la proporción de estas impurezas constituye la dureza del agua, y también afecta la potabilidad de la misma.
La dureza del agua es la concentración de compuestos minerales de cationes polivalentes (principalmente divalentes y específicamente los alcalinotérreos) que hay en una determinada cantidad de agua, en particular sales de magnesio y calcio.

·         Origen De Los Minerales
Estos minerales tienen su origen en las formaciones rocosas calcáreas, y pueden ser encontrados, en mayor o menor grado, en la mayoría de las aguas naturales. Las sales más comunes en el agua dura son sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y cloruros de calcio, magnesio, hierro y otros.

·         Como calcular la dureza del agua.
Cuando se pretende calcular la dureza del agua, se realiza la suma de las concentraciones de calcio y de magnesio existentes. Se expresa normalmente como cantidad equivalente de carbonato de calcio en miligramos por litro (mg/l) (aunque propiamente esta sal no se encuentre en el agua).De la siguiente manera:
Dureza (mg/l de CaCO3) = 2,50 [Ca++] + 4,16 [Mg++].
Donde:
§  [Ca++]: Concentración de ion Ca++ expresado en mg/l.
§  [Mg++]: Concentración de ion Mg++ expresado en mg/l.
Los coeficientes se obtienen de las proporciones entre la masa molecular del CaCO3 y las masas atómicas respectivas: 100/40 (para el Ca++); y 100/24 (para el [Mg++]).

Medidas de la dureza del agua

Las medidas de dureza o grado hidrotimétrico del agua son:
mg CaCO3/l o ppm de CaCO3
Miligramos de carbonato cálcico (CaCO3) en un litro de agua; esto es equivalente a ppm de CaCO3.

Grado alemán (Deutsche Härte, °dH)
Equivale a 17,9 mg CaCO3/l de agua.

Grado americano
Equivale a 17,2 mg CaCO3/l de agua.

Grado francés (°fH)
Equivale a 10,0 mg CaCO3/l de agua.

Grado inglés (°eH) o grado Clark
Equivale a 14,3 mg CaCO3/l de agua.

La forma más común de medida de la dureza de las aguas es por titulación con EDTA. Este agente complejante permite valorar conjuntamente el Ca y el Mg.
Una vez que se tiene una medición de la dureza del agua, se la clasifica según sea:

Tipos de agua
mg/l
°fH
ºdH
ºeH
≤17
≤1.7
≤0.95
≤1.19
Agua levemente dura
≤60
≤6.0
≤3.35
≤4.20
Agua moderadamente dura
≤120
≤12.0
≤6.70
≤8.39
≤180
≤18.0
≤10.05
≤12.59
Agua muy dura
>180
>18.0
>10.05
>12.59

TIPOS DE DUREZA

Las aguas duras se pueden clasificar en dos tipos:

·         Dureza Temporal (carbonática): Este tipo de dureza se debe a la presencia de carbonatos y bicarbonato cálcico y magnésico. Se puede remover por ebullición si bien se suprime agregando la cantidad equivalente de hidróxido cálcico Ca(OH)2(cal apagada) o sosa cáustica.
El carbonato de calcio es menos soluble en agua caliente que en agua fría, así que hervir (que contribuye a la formación de carbonato) se precipitará el bicarbonato de calcio fuera de la solución, dejando el agua menos dura.
Los carbonatos pueden precipitar cuando la concentración de ácido carbónico disminuye, con lo que la dureza temporal disminuye, y si el ácido carbónico aumenta puede aumentar la solubilidad de fuentes de carbonatos, como piedras calizas, con lo que la dureza temporal aumenta. Todo esto está en relación con el pH de equilibrio de la calcita y con la alcalinidad de los carbonatos. Este proceso de disolución y precipitación es el que provoca las formaciones de estalagmitas y estalactitas.

·         Dureza Permanente (no carbonática): Es causada por la presencia de sulfatos y/o cloruros de calcio y de magnesio en el agua, sales que son más solubles mientras sube la temperatura hasta cierta temperatura luego la solubilidad disminuye conforme aumenta la temperatura.No puede ser eliminada al hervir el agua, sino mediante el carbonato sódico.

·         Dureza Total: Dureza temporal + dureza permanente.
En la dureza total del agua podemos hacer una distinción entre dureza temporal (o de carbonatos) y dureza permanente (o de no-carbonatos) generalmente de sulfatos y cloruros. 

ELIMINACIÓN DE LA DUREZA

MÉTODOS PARA ELIMINAR LA DUREZA

Existen diversos métodos generales para la eliminación de las aguas duras entre algunos de ellos están:
·         Con intercambiadores iónicos
·         Por formación de complejos estables
·         Por precipitación (ablandamiento o suavizamiento del agua).
-La dureza puede ser eliminada utilizando el carbonato de sodio (o de potasio) y cal. Estas sustancias causan la precipitación del Ca como carbonato y del Mg como hidróxido
Además de estas existen otros métodos tomando en cuenta su clasificación.
-Las aguas duras temporales pueden ser eliminadas por medio de calentamiento (hirviendo el agua) y separando por filtración o decantación el precipitado que se forma.

Ca(HCO3)2 (calentamiento) CaCO3 + CO2 + H2O

-Las aguas duras permanentes pueden ser eliminadas, pero estas son más trabajosas, tanto por el proceso como por el costo. Uno de las maneras puede ser utilizando ablandadores especiales.

-Si se trata las aguas duras con carbonato de sodio el cual produce que los sulfatos de calcio y magnesio se precipiten en forma de carbonatos los cuales depuse se pueden retirar por filtración.
CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4

-También se utilizan sustancias que actúan como intercambiadores iónicos, es decir, que retienen los iones de calcio y magnesio y los sustituye por otros iones que no causan dureza(sodio e hidrogeno).Una de estas sustancias es la Zeotila.

2NaAlSi2O4 + Ca+2 Ca(AlSi2O6)2 + 2Na+2

-También existe otro método para la eliminación de la dureza y este es el uso de filtros caseros e industriales. Estos filtros se añaden directamente a las tuberías de la casa mejorando la calidad del agua y así mejorando su utilización.

GENERALIDADES
·La dureza es indeseable en algunos procesos, tales como el lavado doméstico e industrial, provocando que se consuma más jabón, al producirse sales insolubles. y no producen espuma.

·En calderas y sistemas enfriados por agua, se producen incrustaciones en las tuberías y una pérdida en la eficiencia de la transferencia de calor. 

·Además le da un sabor indeseable al agua potable.
Grandes cantidades de dureza son indeseables por  razones antes expuestas y debe ser removida antes de que el agua tenga uso apropiado para las industrias de bebidas, lavanderías, acabados metálicos, teñido y textiles.
·La mayoría de los suministros de agua potable tienen un promedio de 250 mg/l de dureza. Niveles superiores a 500 mg/l son indeseables para uso doméstico.

RECOMENDACIONES
Si ya se han formado, se pueden eliminar con algunos productos antical existentes en el mercado, aunque un método muy válido para conseguir disolver los carbonatos es aplicar un ácido débil (acético, cítrico, etc.) en los depósitos.

CALIDAD DEL AGUA PARA USO POTABLE

El Agua Potable debe cumplir con los requisitos que se establecen a continuación.




Para tratamiento convencional
Estos se relacionan a continuación e indican que para su potabilización se requiere solamente tratamiento convencional.

REFERENCIA
EXPRESADO COMO
VALOR (*)
Amoníaco
NH3
1,0
Arsénico
As
0,01
Bario
Ba
1,0
Cadmio
Cd
0,01
Cianuro
CN-
0,2
Zinc
Zn
15,0
Cloruros
Cl-
250,0
Cobre
Cu
1,0
Color
Color real
75 Unid de Pt - Co
Compuestos Fenólicos
Fenol
0,002
Cromo
Cr6+
0,05
DifenilPoliclorados
Concentración de Agente activo
No detectable
Mercurio
Hg
0,002
Nitratos
N
10,0
Nitritos
N
1,0
pH
Unidades
5,0 - 9,0
Plata
Ag
0,05
Plomo
Pb
0,01
Selenio
Se
0,01
Sulfatos
SO4=
400,0
Tensoactivos
Sustancias activas al azul de metileno
0,5
Coliformes Totales
NMP
20.000 microorg./100 ml
Coliformes Fecales
NMP
2.000 microorg./100 ml
El agua potable es un bien escaso, ya que los métodos de tratamiento no se aplican, por falta de concienciación, con la intensidad suficiente: o parten de fuentes poco adecuadas En general la salinidad es una característica que puede indicar problemas más serios. Todos los valores están expresados en mg/l, excepto aquellos para los cuales se presentan directamente sus unidades.

FACTORES QUE AFECTAN LA CALIDAD DEL AGUA:

Factores Químicos

Fotosíntesis: es la producción de O2, y está afectada por intensidad de luz, turbidez, presencia de nutrientes, etc. La luz morada se degrada fácilmente al entrar en el agua (rayos UV) mientras que los infrarrojos (IF) se transforman en cales.
Color aparente: es producto de suspensiones no naturales que interfieren con la calidad del agua.
Color verdadero: es el color causado por materia suspendida a nivel coloidal, propia de esa agua.
Turbidez: es la decreciente habilidad del agua para transmitir la luz. Es causada por materia particulada en suspensión con dispersión desde muy pequeña hasta muy gruesa. La turbidez y el color puede resultar de:
- Partículas: arcillas, sedimentos por escurrimiento,
- Materia orgánica: que es materia vegetal en descomposición,
- Plancton: por presencia de fertilizantes.

Factores químico-ambientales
  • Son importantes especialmente en acuicultura, nutrición, alcalinidad total, dureza total, son factores que regulan a las plantas.
  • La turbidez regula la entrada de luz; la presencia por consiguiente de nitritos, nitratos, amonio, etc.
  • Los peces y crustáceos son poikilotérmicos y su temperatura está controlada por el ambiente; que varía diaria y estacionalmente. 
  • La tasa de procesos bioquímicos esta controlada por la tasa de consumos de O2 o ley de Van Hoff que expresa:"un aumento de 10°C en temperatura duplica la velocidad de reacción: consumo de O2".
  • El consumo de O2 se incrementa con la temperatura y sigue la ley de Van Hoff hasta llegar a un valor máximo. La tasa de consumo máxima de O2 es mantenida bajo un estrecho rango de temperatura.
  • El consumo de O2 decrece relativamente a medida que la temperatura va incrementándose. Una temperatura letal es alcanzable decreciendo totalmente el consumo de O2.
METALES TÓXICOS
Los metales son componentes naturales de la corteza terrestre. Tienen un papel importante en los organismos al ser parte fundamental de sus funciones bioquímicas y fisiológicas (1-3). Algunos son oligoelementos imprescindibles para el mantenimiento de los sistemas bioquímicos de los seres vivos, como por ejemplo, el cobre, el manganeso o el zinc, que Son esenciales en el metabolismo de los Mamíferos.
Pero pueden actuar también como potentes tóxicos, tanto para los seres humanos como para los ecosistemas, según cuáles sean sus vías de exposición, la dosis absorbida, la naturaleza química del metal. Todos ellos, y siempre en función de los niveles a los cuales se detecten, pueden llegar a ser tóxicos, y algunos incluso cancerígenos.
Cabe destacar. ¡Que Todos los Metales son Tóxicos!
Depende de la concentración. Algunos metales son fisiológicos, los organismos los necesitan, otros tienen un uso desconocido y son frecuentemente tóxicos.
Procedencia de la contaminación con metales tóxicos.



·         CONTAMINACIÓN NATURAL
Algunos elementos químicos, como el cadmio, cromo, cobalto, cobre, plomo, mercurio, níquel, plata y uranio, se encuentran repartidos en pequeñas cantidades por todas partes. Todos estos elementos son potencialmente tóxicos y pueden dañar a los seres vivos en concentraciones tan pequeñas como de 1 ppm. Además de ser elementos que se encuentran en la composición normal de rocas y minerales, pueden ser especialmente abundantes como resultado de erupciones volcánicas, o por fuentes de aguas termales. Algunos compuestos de estos metales pueden sufrir acumulación en la cadena trófica, lo que origina que a pesar de encontrarse en dosis muy bajas en el ambiente, pueden llegar a concentrarse en plantas o animales, hasta llegar a provocar daños en la salud.
Otros elementos, especialmente aluminio y hierro son muy abundantes en las rocas y en el suelo, y también pueden ser tóxicos, pero afortunadamente se encuentran en formas químicas no solubles y es muy difícil que los seres vivos los asimilen.

·         CONTAMINACIÓN ARTIFICIAL
La agricultura usaba algunos pesticidas inorgánicos como arseniatos de Pb y Ca, sulfato de Cr, etc, que eran muy tóxicos. Se han usado hasta hace no mucho tiempo, especialmente en las plagas forestales. Ahora ya no se usan, pero como son muy persistentes en el ambiente, sigue habiendo lugares con concentraciones altas de estos productos Algo similar sucedió con el uso de alquilmercuriales para recubrir semillas que desde 1960 están prohibidos.
El uso de los lodos de depuradoras como abonos es, en principio, una buena idea que permite aprovechar los desechos de las plantas porque contienen una elevada cantidad de materia orgánica, magnífico nutriente para las plantas. Pero si el agua que llega a la depuradora no es solo urbana, sino que viene también de instalaciones industriales, es muy frecuente que contenga metales tóxicos que quedan en los lodos e intoxican las plantas y el suelo si se usan como abonos. 
 Los vertederos de minas y las industrias metalúrgicas son otra fuente de contaminación con metales muy importante en las zonas en las que están situadas. En los vertederos se suele producir lixivación cuando el agua de lluvia disuelve y arrastra las sustancias tóxicas y las transporta por los ríos o contamina las aguas subterráneas.
Los automóviles contaminan, especialmente en la franja de unas decenas de metros más cercanas a las carreteras y en las ciudades. La contaminación con plomo ha disminuido desde que se ha sustituido el tetraetileno de plomo por otras sustancias antidetonantes en las llamadas gasolinas sin plomo, aunque algo de plomo siguen conteniendo. Otro metal procedente de los automóviles es el cins que es un componente de los neumáticos

·         PLOMO
La intoxicación con plomo causa daños en el cerebro y algunos historiadores han especulado con la posibilidad de que el debilitamiento del Imperio Romano hubiera podido estar relacionado, al menos en parte, con una disminución en la capacidad mental de las clases dirigentes romanas, provocado por una intoxicación con plomo. Los romanos guardaban el vino en recipientes con plomo y la acidez de esta bebida hacía que algo del plomo se disolviera y fuera ingerido por las personas cuando tomaban el vino. 
Ya en épocas más actuales y con datos más firmes, un Informe para el Congreso de los Estados Unidos, en 1988, identificaba la exposición al plomo como un importante problema de salud pública, especialmente para los niños. Según este informe, en un país desarrollado, el plomo que afecta a las personas procede, principalmente, de las pinturas que contienen compuestos de plomo, de la gasolina, de las estaciones de servicio, del polvo del suelo, de los alimento y del agua. Los niños todavía no nacidos y hasta la edad de preescolar son los que más vulnerables a estas intoxicaciones porque durante el desarrollo embrionario se está formando el sistema nervioso y es la época en que puede ser más afectado, porque los niños pequeños juegan y chupan objetos sucios y porque sus sistemas digestivos absorben con mayor facilidad los metales tóxicos.
Consumo del plomo en el paso de la historio

·         CADMIO
No es un elemento esencial para la vida del hombre. Este metal pesado es potencialmente tóxico, clasificado como un carcinógeno probable para los seres humanos, y su ingestión tiene efectos acumulativos en el tejido del hígado y los riñones.
En el organismo, algunos iones Ca2+ de los huesos pueden ser reemplazados por iones Cd2+, pues ambos iones tienen el mismo estado de oxidación y casi el mismo tamaño. Esta sustitución puede causar fragilidad en los huesos y susceptibilidad a las fracturas.
La ingestión de agua y alimentos que contengan el metal representa de 5 a 10% del total de cadmio absorbido en el organismo. Estas concentraciones dependen de la ingestión de proteínas y de la presencia de vitamina D; incluso, se relaciona con la concentración en el organismo de algunos elementos, como Zn, Se y Ca, con los cuales compite el cadmio. El cadmio también reduce los niveles de hierro hepático.
La vida media del cadmio en el organismo es muy larga y se calcula entre 10 y 30 años, periodo en el cual permanece almacenado en varios órganos, en particular el hígado y los riñones.
La contaminación de las aguas superficiales con este metal pesado puede provenir de la corrosión de los tubos galvanizados, de la erosión de depósitos naturales, de los efluentes de refinerías de metales o de líquidos de escorrentía de baterías usadas o pinturas. Muchos pigmentos usados para la coloración de plásticos o la formulación de pinturas contienen concentraciones elevadas de cadmio.

Bario
Elemento altamente tóxico para el hombre; causa trastornos cardíacos, vasculares y nerviosos (aumento de presión arterial). Se considera fatal una dosis de 0,8 a 0,9 gramos como cloruro de bario (de 550 a 600 miligramos de bario) La contaminación del agua por bario puede provenir principalmente de los residuos de perforaciones, de efluentes de refinerías metálicas o de la erosión de depósitos naturales.
Las concentraciones halladas en el agua son por lo general muy bajas; varían entre trazas y 0,05 mg/l.
Estudios realizados en las aguas de consumo muestran evidencias de que el bario puede ser absorbido por óxidos e hidróxidos de hierro y manganeso, lo cual explicaría su eliminación durante la coagulación. Sin embargo, existen pruebas que demuestran que el tratamiento convencional mediante coagulantes de aluminio y hierro, con filtración posterior, no es un método particularmente efectivo para la remoción de bario en el agua; eficiencia menor de 30% en pruebas de laboratorio. Por otro lado, un control adecuado del pH en la planta de ablandamiento del agua mediante cal puede lograr una remoción de 90% del bario (pH 7,8).Como un margen de seguridad en las fuentes de aguas de consumo humano, la OMS da un valor guía de 0,7 mg/l.

·         MERCURIO
En el siglo XIX era frecuente que los trabajadores de la industria textil de fabricación de sombreros sufriera enfermedades neurológicas. Da una idea de la extensión de este problema el que se solía decir: "Loco como un sombrerero". Estas enfermedades se producían porque se usaban compuestos con mercurio para la fabricación de los sombreros.
En épocas más recientes, en la década de 1960, cientos de habitantes de Irak, Irán, India y Pakistán, murieron intoxicados por haber comido semillas de cereal que habían sido tratadas con un fungicida que contenía compuestos de mercurio. Las semillas tratadas con ese veneno se repartían a los agricultores para que las sembraran, no para que las comieran, y el fungicida las protegía de su destrucción por los hongos. Esto estaba claramente explicado en las etiquetas de los paquetes de semillas, pero muchos de esos campesinos, con muy escasa formación, no entendieron claramente las repercusiones que podía tener el ingerir las semillas y se intoxicaron.

Otra importante intoxicación con mercurio fue la de la Bahía de Minamata, en Japón. Una fábrica de productos químicos había estado vertiendo compuestos de mercurio de baja toxicidad a la bahía durante varios años (!932 a 1968). La actividad de los microorganismos anaeróbicos de los sedimentos convirtió esos vertidos en metilmercurio que es un compuesto muy tóxico y que se va acumulando en la cadena trófica. Los peces acumularon dosis altas de metilmercurio y cientos de personas de la población próxima, que se alimentaban principalmente de la pesca, sufrieron la que se suele llamar enfermedad de Minamata que causa importantes daños en el sistema nervioso y lleva a la muerte a casi la tercera parte de los pacientes.


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