Tipos de contaminantes en agua Gases disueltos: oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, amoníaco. Materias en suspensión: arena, arcilla, fangos diversos, restos de vegetales, etc. Materias emulsionadas: aceites, hidrocarburos, suspensiones coloidales. Sales minerales en disolución: carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloruros, nitratos, silicatos, etc., combinados con metales alcalinos, alcalinotérreos, etc. Materia orgánica de origen natural. Compuestos sintéticos y artificiales de difícil biodegradación. Metales pesados y tóxicos inorgánicos. Organismos vivos que constituyen la fauna y la flora del medio. Organismos patógenos de origen animal o humano.
Dureza del agua La dureza del agua se mide por la concentracion de iones Ca 2+ y Mg 2+
Limites de dureza Dureza total Blanda < 50ppm Media 50-100ppm Dura 150-200ppm Muy dura >200ppm
Manifestación de la Dureza Cortado del jabón Jabón: sal de Na de un acido graso superior (16-18 átomos de carbono (R). Sustancia anfipática, tiene una parte de la molécula polar y otra parte no polar. Sus sales de Ca y Mg son insolubles y precipitan.
Formación de depósitos Sarro : precipitaciones compactas de CaCO3 , CaSO4 y Mg(OH)2. Provocan estrangulación de tubos y gastos adicionales de energía
Tipos de dureza Dureza Total: Es la suma de las concentraciones de Ca y Mg que contiene una solución Dtot = [Ca 2+ ]+[Mg 2+]
Dureza Temporaria: Es la concentración de Ca y Mg que precipita como CaCO3 e Mg(OH)2 por acción del calor en presencia de bicarbonatos (limitante)
Eliminación de DTemp Por ebullición ?
Dtemp = [HCO3] / 2
Dureza Permanente: Es la concentración de Ca y Mg que queda sin precipitar luego de la acción del calor .Se calcula siempre por diferencia entre la Dtot y la Dtemp
Calculo y expresión de la dureza Importante!!!: tener en cuenta que en solución acuosa todas las sales están disociadas en sus iones
Determinación de la Dureza La concentración de Ca y Mg se cuantifica mediante una titulación por formación de complejos con EDTA (acido etilendiaminotetraacetico)
Analito (metal) = Ca + Mg Titulante (ligante) = EDTA( H4Y) Se vende comercialmente como la sal disodica Na2H2Y La especie complejante es el tetraanion Y4-
Reacciones de titulación Reacción a pH alcalino para favorecer la formación del complejo ( uso buffer amonio-amoniaco pH=9) Uso indicador metalocromico que forma complejo con el Mg para detectar el punto final NET = Negro de eriocromo T, acido triprotico ( NET libre=Azul , NET-Mg= Rojo vinoso) Reacción del indicador antes del punto final
Reacciones de titulación En el punto final cuando no queda mas Ca 2+ y Mg2+ libre, el EDTA captura el Mg2+ del indicador complejado y se produce el viraje del indicador El complejo Mg-EDTA es mas estable que el complejo Mg-NET y lo desplaza en el punto final dejando el NET libre sin complejar Reacción en el punto final
Cálculos para la titulación Como la reacción del EDTA con el Ca y el Mg es mol a mol, para una solución de EDTA ? 1M=1N En el punto de equivalencia se cumple: Luego transformo los datos en ppm de CaCO3
Discriminación para distintos tipos de dureza Cuando realizo la titulación a pH= 9,0 estoy determinando la dureza total, ya que el EDTA reacciona de igual manera con el Ca y el Mg Si tomo otra alícuota de la misma muestra y la titulo con EDTA luego de someterla a ebullición y posterior filtrado, determino la Dureza permanente (Ca y Mg que no se elimino por ebullición) y por diferencia entre la valoración de la primera y segunda alícuota determino la Dureza Temporaria Si realizo la titulación a pH=12 ( con otro buffer y Murexida como indicador) determino la Dureza Calcica, pues a ese pH precipita el Mg(OH)2, y por diferencia entre la valoración a pH =9,0 y pH=12, determino la Dureza Magnésica A pH=12 precipita el Mg(OH)2 que se elimina de la solución por posterior filtrado
Eliminación de la dureza a escala industrial Metodo de intercambio iónico
A) Con Zeolitas = sílicoaluminatos naturales y artificiales cuyas fórmulas de óxidos son : nSiO2 . Al2O3 . Na2O (abreviadamente ZNa2) nSiO2 . Al2O3 . CaO (abreviadamente ZCa) nSiO2 . Al2O3 . MgO (abreviadamente ZMg) En el que n=5 a 13. Químicamente constituyen macro-aniones fijos neutralizados eléctricamente con iones Na, Ca, etc. que se sustituyen entre sí con relativa facilidad. Cuando el intercambiador está ”agotado” se regenera haciendo pasar una solución saturada de alguna sal de sodio en contracorriente.
Reacción de intercambio Reacción de regeneración
Eliminación de la Dureza a escala industrial Método de intercambio iónico
B) Con resinas poliméricas = matriz polimérica sólida, que tiene en su estructura, grupos polares capaces de intercambiar iones con una solución. Según sean dichos grupos, pueden ser aniónicas o catiónicas
Resina cationica = R-SO3H, resina aniónicas = R-NH3OH, donde R= radical orgánico
Grupos intercambiadores
Resinas aniónicas Resinas Catiónicas
Eliminación de la Dureza a escala industrial
Las resinas actúan como las zeolitas intercambiando iones, pero su gran ventaja es que se las puede utilizar para la Deionización del agua (eliminación completa de los cationes y aniones existentes en el agua), por el pasaje sucesivo del agua a través de la resina catiónica primero y la aniónica después.
La regeneración de las resinas agotadas se efectúa con soluciones acuosas de ácidos ( para las catiónicas) e hidróxidos (para las aniónicas), haciendo pasar dichas soluciones en contracorriente.
Capacidad de intercambio de una resina = Meq/Lt de resina
Las reacciones de intercambio son equivalente de resina= equiv de cation o anion removido
Eliminación de la dureza a escala industrial Resinas Poliméricas Deionizacion del agua
Reacciones de regeneracion
(Gp:) Columna catiónica (Gp:) Columna aniónica (Gp:) Bomba sanitaria (Gp:) Salidas o almacenamiento (Gp:) Generador de Ozono (Gp:) Luz UV (Gp:) HCl (Gp:) NaOH (Gp:) Eluados a la planta de neutralización (Gp:) Escape de aire al desagüe (Gp:) Línea de drenaje (Gp:) Agua proveniente del suavizador (Gp:) El agua debe mantenerse recirculando (Gp:) Esquema de un desionizador típico (Gp:) 1 (Gp:) 2 (Gp:) 3 (Gp:) 4 (Gp:) 5 (Gp:) 6 (Gp:) 1 (Gp:) 2 (Gp:) 3 (Gp:) 4 (Gp:) 5 (Gp:) 6 (Gp:) Retorno al desionizador (Gp:) Cartucho de filtro de 5 µm (Gp:) Cartucho de filtro de 1 µm
Esquema del proceso de deionización
Tratamiento de aguas El acondicionamiento a realizar a un agua para un uso determinado, dependerá de las condiciones de base que presente según su fuente y el uso posterior al que se lo destine (especificaciones que debe cumplir para el uso determinado)
(Gp:) agua sin tratar (Gp:) Presión alta (Gp:) Agua alimentada bajo presión (Gp:) agua rechazada (Gp:) Membrana Semipermeable
(Gp:) agua permeada (Gp:) drenar o reciclar (Gp:) Presión baja (Gp:) agua purificada
Teoría de la ósmosis reversa (OR) Desalinización de agua de mar por osmosis reversa
(Gp:) Branch (Gp:) Branch (Gp:) Tanque de reserva de la segunda etapa (Gp:) Cartucho de filtro de 1 µm (Gp:) Cartucho de OR de la segunda etapa (Gp:) El filtrado de la primera etapa alimenta la OR de la segunda etapa con retorno del exceso al tanque de reserva de la 1a etapa (Gp:) . (Gp:) Concentrado rechazado de la 1a etapa (Gp:) Escape de aire a la cloaca (Gp:) El agua rechazada de la segunda etapa regresa al tanque de reserva de la primera etapa (Gp:) El agua de la OR de la segunda etapa cumple con los estándares de la Farmacopea (Gp:) Salidas o almacenamiento (Gp:) Agua proveniente del suavizador o del desionizador (Gp:) El agua retorna al tanque de reserva de la primera etapa (Gp:) Esquema de una OR típica en dos etapas (Gp:) Bomba sanitaria (Gp:) Cartucho de OR de la primera etapa (Gp:) Bomba de alta presión (Gp:) Tanque de reserva de la primera etapa
Esquema del proceso de purificación de agua por Osmosis Reversa
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