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++].
§
[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
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.·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.
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
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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