TRATAMIENTO DE AGUAS Ing. Henry Esquerre Pereyra Dpto. de Ingeniería Química ABLANDAMIENTO DE AGUAS DESMINERALIZACIÓN

Contenidos Ablandamiento de aguas Desmineralización Descarbonatación Filtración Sedimentación

Abastecimiento de agua Para obtener agua limpia y apta para su consumo no es tarea sencilla cuando se tiene 1400 millones de personas que carecen de agua potable en el mundo, según la ONU. Disponer de agua potable de calidad en cantidad suficiente es una necesidad para nuestro adecuado desarrollo. Pero también lo es un uso solidario y eficiente de este bien escaso.

El abastecimiento de agua de uso doméstico comprende varias etapas: 1. Captación 2. Potabilización 3. Almacenamiento 4. Distribución y transporte 5. Vigilancia y control 6. Consumidores

POTABILIZACIÓN Pretratamiento Coagulación y floculación Decantación Filtración Desinfección Almacenamiento Distribución

Desalinización

Fuente:

El agua de mar potabilizada El agua potable deberá cumplir lo siguiente: Índice de Langelier (LSI)-0,4 < LSI < 0,4 Dureza Total (DT) como CaCO 3 ≤ 500 mg/L Sólidos Disueltos Totales≤ 500 ppm Concentración de Boro≤ 1.5 mg/L Turbiedad≤ 1 UNT Cloro Residual1,2 mg/L ≤ Cl ≤ 2 mg/L Bacterias Heterotróficas≤ 250 UFC/mL a 35°C UNT: Unidad Nefelométrica de Turbiedad UFC: Unidad Formadora de Colonias

LMP parámetros microbiológic os y parasitológic os DIGESA DS N° SA Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano

LMP parámetros de calidad organoléptica DIGESA DS N° SA Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano

LMP parámetros químicos inorgánicos y orgánicos DIGESA DS N° SA Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano

LMP parámetros químicos inorgánicos y orgánicos DIGESA DS N° SA Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano Cont… 77

ECA Agua, disposiciones complementarias ANEXO Categoría 1: Poblacional y Recreacional Subcategoría A: Aguas superficiales destinadas a la producción de agua potable DS. N° MINAM Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Agua y establecen Disposiciones Complementarias

ABLANDAMIENTO

Ablandamiento de aguas Proceso que consiste en la remoción de las sales responsables de la dureza del agua (Ca 2+, Mg 2+, HCO 3 -, Fe n+, etc)

Clasificación en función de la dureza Según la dureza, las aguas se clasifican en: Denominaciónmg/L CaCO 3 (ppm) Agua blanda0 – 75 Agua semi-dura75 – 150 Agua dura150 – 300 Agua muy dura> 300

ABLANDAMIENTO CAL-SODA ASH La dureza es el principal problema en su uso y aplicaciones del agua, ya que se estima que 80% de reclamos de los usuarios del agua reportan problemas causados por el alto contenido de sales de calcio y magnesio. La formación de sarro en tuberías industriales y domésticas, los problemas en equipos de enfriamiento con agua y el uso en calderas y calentadores, demandan un tratamiento previo en el agua con excesiva dureza.

Métodos de disminución de dureza Intercambio iónico consiste del paso del agua a través de una cama o lecho de resina sintética, que tiene en su superficie iones sodio que están dispuestos a intercambiarse por otro catión que tienen mayor afinidad por los grupos funcionales de la resina, como lo es el calcio Ca +2 y el magnesio Mg +2. Una vez que la resina se satura y no tiene mas sitios disponibles para intercambio, ésta se regenera y el ciclo se inicia nuevamente

Intercambio iónico

Precipitación química El CaCO 3 y el Mg(OH) 3 son sales insolubles, por lo que precipitan fácilmente. El calcio y el magnesio en el agua, generalmente se encuentran en forma de bicarbonatos, los cuales son solubles. Cuando el agua se calienta (por ejemplo en una caldera), o cuando se evapora al medio ambiente (por ejemplo en un plato húmedo que se deja secar), los bicarbonatos de calcio cambian a carbonatos y precipitan formando un sarro.

Esta particularidad es empleada en el ablandamiento Cal-Soda Ash. Para convertir bicarbonatos de Ca y Mg a formas menos solubles se agrega CaO ó Ca(OH) 2, y el Ca(HCO 3 ) 2 se transforma en CaCO 3. Mientras que el Mg precipita como Mg(OH) 2 a través de las reacciones 3 y 4 Ca(HCO 3 ) 2 + calor  CaCO 3 ¯ + CO 2 + H 2 O (1) Ca HCO Ca(OH) 2  2CaCO 3 ¯ + 2H 2 O (2) Mg HCO Ca(OH) 2  CaCO 3 ¯ + MgCO 3 + 2H 2 O (3) MgCO 3 + Ca(OH) 2  CaCO 3 ¯ + Mg(OH) 2 ¯ (4)

sumando (3 ) y (4) obtenemos: Todas las ecuaciones enunciadas indican que se requiere de Ca(OH) 2 y de HCO 3 ¯ para que ocurra precipitación. El Ca(OH) 2 necesario se agrega como tal, mientras que el HCO 3 ¯ es proporcionado por la alcalinidad del agua, casi siempre se encuentra como alcalinidad de bicarbonatos. Esta alcalinidad no es suficiente, por lo que se requiere adición de alguna sal que proporcione bicarbonatos. Mg HCO Ca(OH) 2  2CaCO 3 ¯ + Mg(OH) 2 ¯ + 2H 2 O (5)

La sal que generalmente se emplea es Na 2 CO 3 o soda ash, la cual se disuelve en agua y proceden las siguientes reacciones: El carbonato se hidroliza y proporciona el ión bicarbonato necesario para la reacción de precipitación: El resultado de este proceso, es que Ca y Mg, independientemente de que se encuentren como bicarbonatos, cloruros, sulfatos, nitratos, etc, precipitan por acción conjunta de la cal y el carbonato de sodio, por eso se llama proceso cal-soda ash. Na 2 CO 3  2Na + + CO 3 - (6) CO H 2 O  HCO H + (7)

La dureza del agua también puede eliminarse con sosa cáustica. Estas reacciones son las siguientes: Ca HCO NaOH  CaCO 3 ¯+ 2Na + + 2H 2 O (8) Mg NaOH  Mg(OH) 2 ¯ + 2Na + (9)

El Ca y Mg deberían aparecer como parte del precipitado en forma de carbonato e hidróxido, pero debido a que el agua producida arrastra algo del sólido sedimentado, este puede redisolverse y precipitar luego en partes del equipo. Para evitar esto, y para regresar el agua a condiciones de pH neutro, se agrega ácido para disminuir el pH del agua desde 11,0 hasta cerca a la neutralidad.

Este proceso de “estabilización” se llama recarbonatación, se efectúa de la siguiente manera: También se puede lograr la estabilización con la inyección de CO 2. CaCO 3 + H +  Ca +2 + HCO 3 - (10) Mg(OH) 2 + 2H +  Mg H 2 O (11) CaCO 3 + CO 2 + H 2 O  Ca HCO 3 - (12) Mg(OH) 2 + 2CO 2  Mg HCO 3 - (13)

Este último proceso, es la neutralización con CO 2, es el que se prefiere, de esta manera es más seguro alcanzar pH cercano a 7, y se recupera la alcalinidad del agua, lo que es muy importante para las propiedades buffer que toda agua natural debe tener. A condiciones normales de operación de una planta de ablandamiento de agua por precipitación química, se tiene un residual de dureza de 40 ppm de CaCO 3 y 10 ppm de Mg(OH) 2.