Tratamiento y Envasado de Agua de Mesa

1. TRATAMIENTO Y ENVASADO DE AGUA DE MESA MEDIANTE

SISTEMA DE OSMOSIS INVERSA

OBJETIVOS

Eliminar la dureza del agua el método de filtración del agua mediante el Sistema

de Osmosis Inversa.

FUNDAMENTO TEORICO

El agua es el líquido más abundante y, al mismo tiempo la sustancia más común de la

tierra. Cubre el 72% de la superficie terrestre. Se encuentra en la naturaleza como

líquido, como sólido (hielo y nieve) y como gas (vapor de agua) en la atmósfera. Es

esencial para la vida; un 65% en masa del cuerpo humano es agua. La forma más

conveniente de llevar a cabo muchas reacciones químicas es hacer que transcurran en

disolución y el agua es el disolvente más comúnmente utilizado con este fin. La

solubilidad de las sustancias en agua y otros líquidos depende en gran parte de las

fuerzas que se establecen entre las moléculas del disolvente y las del soluto. El agua no

es únicamente un buen disolvente para efectuar muchas reacciones sino que también

experimenta ella misma muchas reacciones importantes. La gran polaridad de las

moléculas de agua y la existencia de enlaces de hidrógeno entre ellas son la causa del

comportamiento peculiar del agua y de sus propiedades singulares (cambios de estado

y disoluciones, enlace de hidrógeno, red de hielo y propiedades como disolvente,

propiedades termodinámicas, características ácido-básicas, auto ionización y

reacciones de hidrólisis y reacciones con distintos elementos y compuestos)AGUAS

NATURALES. Un 97% de la gran cantidad de agua que podemos encontrar en la

superficie terrestre está formando los océanos. El 2.1% se encuentra en forma de

capas de hielo y glaciares y el resto, el 0.7%, formando los ríos, lagos y aguas

subterráneas. El agua está sometida a un continuo proceso de redistribución. Se

evapora de los lagos y ríos, incorporándose a la atmósfera, y luego retorna en forma

de lluvia y nieve, que se desplaza por la superficie y se filtra a través de los suelos hasta

que, finalmente, vuelve a los mares. En el curso de este ciclo se disuelve muchas de las

sustancias de la corteza terrestre que, eventualmente se acumulan en los océanos. •

Agua del mar: Como es sabido desde hace tiempo, la salinidad de los diversos océanos

es ligeramente variable, pero la proporción de los diversos componentes es

relativamente constante. Este hecho sólo se cumple para aguas de mar abierto. Los

estuarios y las zonas costeras poco profundas, sobre todo si se trata de costas

habitadas, poseen concentraciones diferentes. El Na+ y el Cl- forman por sí solos

alrededor del 85% del total de los solutos; si se consideran los iones positivos Na+,

Mg2+, Ca2+, K+ y los cuatro negativos Cl-, SO42-, HCO3- y Br -, se llega al 99,9%.En

algunos países de clima cálido, como Israel y Kuwait, se obtiene agua dulce por

destilación del agua del mar. No obstante, para la mayoría de las naciones, este

procedimiento requiere mucha energía y por tanto mucho dinero. Debido a esto no

podemos decir que el mar constituya una fuente de agua importante para el consumo

del hombre, sin embargo, si constituye un inmenso almacén de muchas otras

sustancias. Cada metro cúbico de agua del mar contiene 1.5 Kg de sustancias disueltas.

Aunque la mayoría de las sustancias se encuentran en muy baja concentración si que

hay dos sustancias importantes que se extraen comercialmente del agua del mar: el

cloruro sódico (sal de mesa) y el magnesio

PROCEDIMIENTO

Purificación del agua El agua necesaria para usos domésticos, agrícolas e industriales

procede de lagos, ríos y otras fuentes subterráneas. Gran parte de esta agua debe ser

tratada para eliminar bacterias y otras impurezas peligrosas. Después de este

tratamiento el agua no se encuentra totalmente pura, ya que todavía contiene

pequeñas cantidades de sales disueltas, particularmente cloruros, sulfatos, fluoruros e

hidogenocarbonatos de sodio, potasio, magnesio y calcio. Estas sales no producen

efectos nocivos en las bajas concentraciones en las que se encuentran habitualmente,

además proporcionan los minerales esenciales para el organismo. El agua también

contiene gases disueltos, principalmente oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono. El

oxígeno disuelto es fundamental para las formas de vida acuática

.ABLANDAMIENTO O SUAVIZADO DEL AGUA DURA. Hay diferentes formas de realizar

el ablandamiento, entre ellas la más usada es la de “adición de carbonato sódico”, que

conlleva la eliminación de Ca2+ mediante la reacción:Ca2+(aq) + CO32-(aq) == CaCO3

(precipitado)Si se desea evitar la formación de incrustaciones sobre las paredes de las

calderas debe tratarse el agua con metafosfatos (“calgón”) ya que se ha descubierto

que la “adición de pequeñas cantidades de ciertos compuestos fosfatados” evita que

se precipite el calcio formándose complejos quelados.De forma semejante se

comportan determinados formadores de complejos orgánicos, que pueden utilizarse

también para la determinación cuantitativa de iones Ca2+ y Mg2+ (ácido etilendiamin-

tetracético conocido como AEDT).Otra de las formas de suavizado del agua se basa en

la utilización de “intercambiadores iónicos” o “resinas de canaje iónico” que son

resinas artificiales que están formadas por una red orgánica gigante con numerosos

grupos ácidos o básicos.Los intercambiadores iónicos han sido ampliamente utilizados

en la industria para la eliminación de iones que por su presencia pudieran provocar

fenómenos o reacciones perjudiciales, ya sea por formación de precipitados, sabores,

coloraciones y obstrucción de tuberías, roturas por calentamiento, corrosión,

etc...Estos intercambiadores también se han utilizado en aplicaciones domésticas,

descalcificaciones de aguas potables utilizadas en planchas o desionización de aguas

de la red pública y de hecho se conocen múltiples cartuchos y aparatos que se venden

en el mercado cuyo fin es “ablandar” el agua.En las resinas existen iones unidos a los

grupos funcionales, que no se encuentran químicamente enlazados, sino que están

unidos por atracción electrostática. Estos iones pueden ser reemplazados por otros del

mismo signo que presenten una mayor atracción electrostática. En función del signo

de estos iones, positivo o negativo, se habla de resinas catiónicas o aniónicas,

respectivamente. Si se deja que un canjeador de iones ácido se hinche en el seno del

agua se forman iones H3O+, los cuales quedan enlazados al resto o red cargada

negativa. En los cargadores de iones de tipo básico se producen iones OH- de forma

correspondiente.Si se deja pasar una disolución con diferentes cationes y aniones,

primero a través de un cambiador de tipo ácido y después a través de uno básico, se

quedarán los cationes, en lugar de los iones H3O+ (“resina catiónica”), mientras que en

los cambiadores de tipo básico (“resina aniónica”) son intercambiados los aniones por

iones OH-. Como los iones H3O+ se combinan con los iones OH- de acuerdo con el

producto iónico del agua, ésta llega a quedar completamente libre de electrolitos,

como consecuencia de tal canaje.Proceso de una resina catiónica:2RZ-SO3-H+ + Ca2+

== (RZ-SO3-)2Ca2+ + 2H+Proceso de una resina aniónica:RZ-N+(CH3)3OH- + Cl- == RZ-

N+(CH3)3Cl- + OH-Si sumamos los procesos obtenemos:2H+ + 2OH- == 2H2OAsí pues

lo que se obtiene es una desionización. Sin embargo las resinas pueden actuar de

forma independiente. En el caso de aguas duras, el objetivo es la eliminación de

cationes, por lo que se debe aplicar una resina catiónica. Para este caso las resinas más

usadas son las que cuentan con iones Na+ y el proceso correspondiente es:2RZ- SO3-

Na+ + Ca2+ == (RZ-SO3-)2Ca2+ + 2Na+Estas resinas pueden ser regeneradas

colocándolas en una solución de NaCl concentrada para desplazar el equilibrio hacia la

izquierda.O bien se pueden usar resinas catiónicas donde el catión que se intercambia

es el protón. La regeneración de estas resinas se debe hacer colocándolas en un medio

ácido fuerte, normalmente HCl, que desplazan el equilibrio en sentido

inverso.CARBONATOS. El carbonato cálcico (CaCO3) es el carbonato más importante,

que se presenta en la naturaleza como caliza, mármol y, en estado puro, como calcita.

El CaCO3 se produce como precipitado difícilmente soluble al pasar CO2 a través de

una disolución de hidróxido cálcico, así como durante el fraguado del mortero de cal,

que es una mezcla de arena, cal apagada [Ca (OH)2] y agua:Ca2+ + 2OH- + CO2 ! CaCO3

(Precipitado) + H2OOtros minerales importantes del tipo de los carbonatos son la

dolomita (Ca, Mg)CO3, en el que la mitad de los iones Ca2+ han sido sustituido por

iones Mg2+ y además el carbonato de zinc, el carbonato de manganeso y el carbonato

de hierro. Los últimos constituyen minerales valiosos.

DUREZA DEL AGUA

La dureza de las aguas naturales es producida sobre todo por las sales de calcio y

magnesio, y en menor proporción por el hierro, el aluminio y otros metales. La que se

debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se denomina dureza

temporal y puede eliminarse por ebullición, que al mismo tiempo esteriliza el agua. La

dureza residual se conoce como dureza no carbónica o permanente. Las aguas que

poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato de sodio y cal, o

filtrándolas a través de ceolitas naturales o artificiales que absorben los iones

metálicos que producen la dureza, y liberan iones sodio en el agua. Los detergentes

contienen ciertos agentes separadores que inactivan las sustancias causantes de la

dureza del agua.El hierro, que produce un sabor desagradable en el agua potable,

puede extraerse por medio de la ventilación y sedimentación, o pasando el agua a

través de filtros de ceolita. También se puede estabilizar el hierro añadiendo ciertas

sales, como los polifosfatos. El agua que se utiliza en los laboratorios, se destila o se

desmineraliza pasándola a través de compuestos que absorben los iones.Si se pone en

contacto con calizas, agua que contenga CO2, se transformará paulatinamente en

hidrogenocarbonato, con lo que se disolverá:CaCO3 + H2O + CO2 == Ca(HCO3)2El

proceso real es:CO32- + CO2 +H2O == 2HCO3-El CaCO3 se disuelve tanto más, cuanto

mayor sea la cantidad de CO2 que contiene el agua.De esta forma se produce la

“dureza debida a los carbonatos” de las aguas naturales, es decir, debida a su

contenido en iones HCO3-. Las aguas subterráneas y que discurren por campos calizos

son particularmente duras. Por el contrario, el agua de los grandes lagos suele ser

relativamente blanda, puesto que las algas y las plantas superiores durante los

procesos de asimilación (verano) substraen CO2 a los iones HCO3- y con ello se puede

producir la precipitación del carbonato cálcico (por inversión de la reacción anterior).El

contenido de iones Ca2+ y Mg2+ recibe el nombre de “dureza total”

TRATAMIENTOS INDUSTRIALES DEL AGUA

• El tratamiento de aguas es una de las operaciones más comunes que existe en

toda industria. Ya sea para cumplir normas ambientales o para producir agua de

calidad para usar en el proceso, es conveniente que todo ingeniero sepa cuáles son los

fundamentos del tratamiento de aguas industriales. Las industrias tratan las

aguas antes de descargarlas a un curso de agua, y también son pre-tratados antes de

lanzarse al alcantarillado. Pero aun así existen otros residuos que no deben

descargarse al alcantarillado, tal es el caso de aquellos que crean peligro de explosión

o fuego, aquellos que disminuyen la capacidad hidráulica, o aquellos peligrosos para la

gente, alcantarillado o el sistema biológico de tratamiento. Desde el punto de

vista de la potabilización del agua, tenemos esencialmente dos fuentes con sus

correspondientes subdivisiones. Encontramos en primer lugar el agua de pozo y luego

el agua de superficie, cada una de ellas con sus particularidades en lo referente al

tratamiento. Las fuentes de agua subterráneas o agua de pozo, se puede dividir de

acuerdo a su profundidad y de la región de extracción. Es común encontrar

parámetros muy similares en regiones determinadas. Las fuentes de agua

superficiales también tienen características diferentes si se trata de un río o de un lago

y de las variaciones de caudal o volumen estacionales. Esta división surge del hecho

que cada tipo de agua tiene sus problemas particulares. Así, el tratamiento de agua de

pozo se caracteriza por el tratamiento químico y se presentan muy pocas posibilidades

de problemas con microorganismos, algas materia en suspensión o turbiedad. Por el

contrario, el agua de superficie presenta un gran problema de microorganismos,

pequeños organismos algas, materia en suspensión y turbiedad y generalmente la

composición química es adecuada para el consumo humano Aguas

subterráneas Las aguas extraídas de pozo, en general presentan problemas de

alta concentración de algunos iones. Dependiendo de la región donde se extrae el

agua se pueden encontrar parámetros en común relativos a los iones en exceso. Sin

embargo es una constante que en zonas urbanas, el agua extraída de las primeras

napas en general está altamente contaminada con microorganismos o bien con

nitratos, los primeros provenientes de los pozos de desperdicios existentes en

localidades donde aún no hay cloacas o en aquellas donde las mismas existen desde

hace relativamente poco tiempo y los segundos provenientes de los agroquímicos o

residuos industriales o del propio ciclo de fijación del nitrógeno por parte de

organismos vivientes. A mayores profundidades de extracción (segundas y posteriores

napas) también se encuentran problemas comunes que se orientan más a la presencia

de iones en exceso Cuanto mayor es la profundidad de extracción, más minerales

habrá disueltos en el agua y con ello mayores requisitos de tratamiento químico Sin

embargo, comienza a desaparecer el problema de los microorganismos ya que a mayor

profundidad los microorganismos que proliferan, si lo hacen son anaerobios, por lo

que al salir a la superficie, despresurizarse el agua y oxigenarse, los mismos mueren.

Desde este punto de vista, el agua extraída de pozos requiere encarar el tratamiento

hacia la parte química y obviamente siempre se adiciona un biocida con el fin de evitar

la proliferación de microorganismos que ingresen al flujo de agua a posteriori de su

extracción y proliferan desde la boca de pozo en adelante o en alguna filtración que

tenga el pozo desde napas superiores. En este caso, el biocida generalmente es

preventivo. Desde el punto de vista de los contaminantes químicos, en el caso de

fuentes de aguas superficiales, cualquiera puede ser el problema sea éste orgánico o

inorgánico. En los casos de contaminantes orgánicos, los mismos son derivados de

pesticidas y herbicidas que llegan hasta las napas de extracción (este problema es más

notorio en las primeras napas). El problema de estos contaminantes reside en que aún

en pequeñísimas concentraciones (se miden microgramos) son altamente tóxicos y su

remoción es obligatoria ya que su presencia es intolerable desde cualquier punto de

vista de la legislación. Sus consecuencias en el cuerpo humano son muy rápidas

aunque no son acumulables, generalmente todas llevan el sello de altamente

cancerígenas o con serios trastornos de desarrollo en embarazadas o en lactantes.

Cuando el contaminante es inorgánico, su origen puede ser natural o bien por arrastre

y descomposición de compuestos orgánicos que a través del tiempo percolan hasta la

napa de extracción y por sucesivas reacciones químicas de reducción y/o oxidación

terminan en sus compuestos básicos. En este caso, también se genera un problema en

la salud de los consumidores, pero no en forma inmediata ya que los compuestos

inorgánicos tóxicos son aquellos que se acumulan en el cuerpo humano. Por ello, su

remoción también debería ser obligatoria. Lamentablemente, en este punto debe

ponerse en evidencia que sorprende la tolerancia mostrada por algunas legislaciones

relativa a la presencia en el agua distribuida para consumo de estos compuestos ya

que aún en pequeñas concentraciones generan un daño aún peor que el generado por

contaminantes orgánicos, precisamente por su condición de acumulativos. Se

encuentran entre ellos el arsénico, el plomo, el cromo y el mercurio, todos con efectos

muy nocivos sobre la salud humana. Otros compuestos inorgánicos presentes en

aguas de pozos que generan problemas a la salud humana son los nitratos, sobre todo

en lactantes y ancianos debido a su reducción a nitritos por el organismo y a la acción

de estos últimos en el sistema digestivo y el flúor, debido a sus reacciones con el calcio

de los huesos y dientes. En cualquier caso, los contaminantes inorgánicos más

comunes en las fuentes de agua subterránea son el arsénico, flúor, hierro, manganeso,

nitratos, sulfatos y salinidad en exceso que generalmente se identifica como alto

contenido de cloruros. Otra fuente de contaminación son las zonas industriales que no

realizan un apropiado tratamiento de efluentes, con lo que se encuentran

contaminantes inorgánicos como cromo, mercurio, plomo y sulfatos en altas

concentraciones, pero esto es puntual y no responde a una región en particular. Los métodos de tratamiento se desarrollarán a posteriori. Aguas de

Superficie Las aguas de superficie en general no presentan el problema de

compuestos inorgánicos salvo en los casos de efluentes generados por procesos no

productivos que son volcados a los cauces en forma no autorizada que contaminan la

fuente de agua. Sin embargo, debe destacarse que el problema de los contaminantes

inorgánicos puede presentarse en los diques en forma estacional en períodos de

tiempo de poca lluvia, debido a la evaporación del agua en la superficie y consecuente

concentración de las especies, principalmente en aquellas fuentes de agua de poco

volumen o en aquellos que tienen afluentes de pequeños ríos y/o arroyos de una vasta

zona agrícola. En casos particulares como ser ríos de deshielo, el agua en general

es natural y no presentan riesgos para la salud pero puede contener una cantidad alta

de minerales, como ser calcio, magnesio y sulfatos y bastante turbiedad. En estos ríos

y en aquellos muy turbulentos, en general se presente un agua de características muy

particulares ya que contienen una alta cantidad de minerales y poca alcalinidad, con lo

que su tratamiento en general se dificulta ya que se requiere la adición de compuestos

al agua para poder equilibrarla químicamente para el consumo. Zonas como Cuyo,

presentan aguas de muy difícil tratamiento ya que poseen alta cantidad de minerales

disueltos y muy poca alcalinidad. Desde el punto de vista químico estas fuentes

de agua, salvo contaminación por medios de derrames, no presentan grandes

problemas, aunque debe siempre considerarse que su composición es muy cambiante

por el arrastre de agroquímicos o de minerales en forma estacional. En cualquier

caso, en las fuentes de agua superficiales el problema fundamental se presenta en el

hecho que está al aire libre y, en consecuencia, la fotosíntesis es posible, por lo que los

microorganismos presentes, en su gran mayoría de características aeróbicas o mixtas

pueden proliferar y resistir su inyección en la red. En el caso de los diques, donde el

flujo de agua es muy lento, el problema aún es mayor El hecho de que la fotosíntesis

sea posible, implica que el problema fundamental pasará por las algas, las cuales

deberán eliminarse de manera muy particular para evitar problemas posteriores.

 La diferencia que se presenta en estos casos entre estas fuentes depende de la

misma. O sea, en un río es muy difícil encontrar un problema grave de carga orgánica.

Sin embargo en un dique, la carga orgánica es muy importante aún a 20 años de su

construcción ya que hay mucha materia orgánica cerca de la fuente de agua en

descomposición debido a la inundación de la misma en el momento de construcción

del dique. En un río ello no ocurre ya que se encuentra un lecho formado de acuerdo a

los parámetros geológicos correspondientes, lo cual no ocurre en un dique donde el

lecho no está formado, sino en formación y puede llevar muchos años su formación

completa. A diferencia del caso de las aguas subterráneas, aquí el biácida es

completamente necesario y es una parte del proceso del tratamiento correctivo y no

preventivo ya que uno de los principales contaminantes son microorganismos más que

cualquier compuesto químico

SUAVIZACION

Consiste en pasar el agua a través de un lecho de material, llamado RESINA, que posee

la propiedad de remover el calcio y magnesio del agua a fin de reemplazar estos iones

con sodio. A este proceso se le conoce como intercambio iónico.El agua, conteniendo

iones calcio y magnesio, conocidos como dureza, entra en contacto con la resina

catiónica, la cual presenta iones sodio en su superficie. Se liberan los iones de sodio y

se retienen los iones de calcio y magnesio. El agua que se obtiene es agua suavizada, la

cual tiene menor tendencia a producir depósitos que el agua dura. El suavizador

de agua, también llamado descalcificador o ablandador de agua, es un aparato que por

medios mecánicos, químicos y/o electrónicos tratan el agua para evitar, minimizar o

reducir, los contenidos de sales minerales y sus incrustaciones en las tuberías y

depósitos de agua potable. Las aguas con altos contenidos de sales de calcio o

magnesio (aguas duras) tienden a formar incrustaciones minerales en las paredes de

las tuberías. En algunos casos bloquean casi la totalidad de la sección del tubo. Las sales se adhieren con más frecuencia a las tuberías de agua caliente así como a

las superficies de las máquinas que trabajen o produzcan agua caliente. Un ejemplo de

esto son las cafeteras y los calentadores de agua. El calcio y magnesio al adherirse a las

resistencias calentadores forma una capa que evita el contacto del agua con las

resistencias, causando un sobrecalentamiento y la ruptura de la resistencia. Las

aguas duras cuando entran en contacto con el jabón reducen su capacidad de crear

espuma, obligando a aumentar el tiempo de uso. Los detergentes también son

afectados, forzando a emplear mayor concentración del producto para cumplir con su

misión de lavado. La corrosión galvánica empeora en presencia de los iones de

estos metales. Las paredes de un calentador se corroen con mayor velocidad

obligando a cambiar con mayor frecuencia los ánodos de sacrificio. La dureza en

el agua (los iones de cal que hay en el agua) se miden en Grados Franceses, ºHf., asi

pues, se entiende que se trata de agua blanda cuando hablamos de 0ªHf a 12ªHf, a

partir de los 18ª Hf. se entiende que el agua es dura (con mucha cal). Tipos de

descalcificadoras Catalíticos Se dan por aleación especial de metales

utilizada en los dispositivos y en la turbulencia y los cambios de presión causado por el

diseño especial del equipo. Estos dispositivos actúan como un catalizador

aprovechando el aumento del PH generado por la aleación para inducir la precipitación

del carbonato de calcio en el seno del agua en forma de cristales estables de aragoníta

de muy pequeño tamaño {menor a 0.5 um). De esta forma, los "coloides" formados no

tienen posibilidad de depositarse y formar incrustaciones ni de aglutinarse entre ellos

por lo que son arrastrados por el flujo de agua pasando inofensivamente por equipos y

cañerías. Además, tienen un efecto secundario, al desincrustar los depósitos de sarro

ya formados. Mecánicos Los equipos de osmosis inversa funcionan

haciendo pasar el agua a través de una membrana semipermeable al aplicar altas

presiones. El agua pura atraviesa la membrana dejando atrás todas las partículas

minerales e impurezas. La presión está determinada por la clase de membrana que se

esté utilizando. Estos equipos son diseñados para purificar el agua de beber. La

constante limpieza de las membranas y la baja capacidad de producción de agua los

hace poco prácticos para el consumo total de una vivienda. Aunque existen versiones

industrial para manejo de grandes caudales. Químicos El agua se hace

circular por un rácor con zeolita (un compuesto químico de sales de sodio o potasio).

Los iones de calcio y magnesio son reemplazados por iones de sodio. El sodio o potasio

liberado no se adhiere a las paredes de las tuberías ni reacciona con el jabón,

solucionando ambos problemas. Después de un tiempo el sodio es reemplazado

completamente por calcio o magnesio y deja de suavizar el agua. En este momento se

hace es necesario reemplazar el cartucho o las pastillas de zeolita por unas nuevas.

Existen equipos que permiten hacer una regeneración química de la zeolita. Eléctricos El efecto se genera creando un fuerte campo magnético que

atraviesa la tubería por donde circula el agua que queremos tratar. Los pulsos de este

campo magnético afectan los cristales de calcio modificando su estructura molecular

para que se mantengan en suspensión y no se fijen a las paredes de las tuberías. El

efecto del agua tratada puede prolongarse por unos 7 días. Para que los aparatos

eléctricos funcionen adecuadamente deben ser ajustados dependiendo del diámetro

de la tubería, velocidad, composición química y temperatura del agua. En instalaciones

comerciales e industriales estos parámetros son meticulosamente medidos y

controlados, cosa que no podemos hacer en una vivienda. Para que funcionen

adecuadamente en una vivienda los suavizadores electrónicos cambian la amplitud,

forma y frecuencia del campo magnético de manera aleatoria buscando cubrir todas

las posibles variables. Como resultado no funcionan en el 15% de los casos. La dureza

total del agua se compone de Calcio y Magnesio, es un compuesto iónico muy

inestable, precipita en forma de Carbonato de Calcio. El intercambio iónico es un

procedimiento químico por el cual se cambian iones fuertes por iones débiles, este

procedimiento se puede realizar en cationes y aniones con diferentes tipos de resina.

 El proceso de suavización se realiza de diferentes formas: Ablandamiento

Cal en frío, baja eficiencia y genera un alto contenido de sólidos. Ablandamiento

Cal en caliente, mejor eficiencia pero requiere vapor. Intercambio iónico, se

regenera con sal, muy eficiente. El procedimiento de intercambio iónico para

suavizar agua se realiza con resina catiónica, la cual cambia iones de Calcio y Magnesio

por iones de Sodio. Cuando la resina se satura se necesita regenerar, la resina

del suavizador se regenera con una solución saturada de Sodio, lo cual desplaza los

iones de Calcio y Magnesio para volver a cargar la resina con iones de Sodio. La

solución de salmuera se prepara con sal industrial (NaCL). La resina catiónica

remueve los cationes fuertes del agua entre ellos el Fierro. <br

/>Dealcalinizacion Mediante intercambio iónico con una resina aniónica se

eliminan los carbonatos y bicarbonatos del agua, este procedimiento es igual al del

suavizador empleando sal industrial para la regeneración, pero en este procedimiento

emplea los cloruros.

FLOCULACION

La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias

denominadas floculantes, se aglomeran las partículas desestabilizadas en

microfloculos que a su vez forman floculos más grandes que tienden a depositarse en

el fondo de los recipientes construidos para este fin llamados sedimentadores,

facilitando así su decantación y posterior filtrado. Los compuestos que pueden

estar presentes en el agua pueden ser: Sólidos en suspensión; Partículas

coloidales (menos de 1 micra), gobernadas por el movimiento browniano; y, Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros). El proceso de floculación

es precedido por la coagulación, por eso se suele hablar de los procesos de

coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión y de

las partículas coloidales. La coagulación es la desestabilización de las partículas

coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual,

neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre

sí; La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en

microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el

fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados

sedimentadores. Los factores que pueden promover la coagulación-floculación

son el gradiente de la velocidad, el tiempo y el pH. El tiempo y el gradiente de

velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y

da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se

acumulen en el fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en acción

desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes. La solución

floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión con el fin de

conseguir aguas decantadas limpias y la formación de lodos espesos se determina por

pruebas, ya sea en laboratorio o en el campo. En la minería, los floculantes

utilizados son polímeros sintéticos de alto peso molecular, cuyas moléculas son de

cadena larga y con gran afinidad por las superficies sólidas. Estas macromoléculas se

fijan por adsorción a las partículas y provocan así la floculación por formación de

puentes interpartículas. La floculación iónica es el proceso a través del cual se

modifican las moléculas disueltas en un fluido, mediante la acción de los llamados

floculadores iónicos. Éstos son los elementos materiales compuestos por tubos de

acero inoxidable, plata o cobre, que conectados en su extremo a polos de corriente

directa, positiva o negativa, generan la actividad iónica. Los floculadores iónicos

sumergidos en el fluido producen un campo de baja intensidad de actividad iónica

constante, que incrementa la energía de los electrones de enlace; entonces, los

átomos que componen las moléculas diluidas en el medio sufren un cambio en su

estructura que las lleva a su forma más elemental, confirmando la teoría electrolítica

de la disociación. Coagulación y floculación Si el agua contiene sólidos en

suspensión, la coagulación y la floculación pueden utilizarse para eliminar gran parte

del material. En la coagulación, se agrega una sustancia al agua para cambiar el

comportamiento de las partículas en suspensión. Hace que las partículas, que

anteriormente tendían a repelerse unas de otras, sean atraídas las unas a las otras o

hacia el material agregado. La coagulación ocurre durante una mezcla rápida o el

proceso de agitación que inmediatamente sigue a la adición del coagulante. El

proceso de floculación que sigue a la coagulación, consiste de ordinario en una

agitación suave y lenta. Durante la floculación, las partículas entran más en contacto

recíproco, se unen unas a otras para formar partículas mayores que pueden separarse

por sedimentación o filtración. El alumbre (sulfato de aluminio) es un coagulante que

se utiliza tanto al nivel de familia como en las plantas de tratamiento del agua.31, 32

Los coagulantes naturales incluyen semillas en polvo del árbol Moringa olifeira y tipos

de arcilla tales como la bentonita. Los factores que pueden promover la

coagulación-floculación son el gradiente de la velocidad, el tiempo y al pH. El tiempo y

el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las

partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la

gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otro parte el pH es un factor prominente

en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.

DESIONIZACION

En la des ionización, se hace un intercambio de iones en el cual los iones impuros

presentes en el agua son reemplazados por iones que despiden una resina de

intercambio de iones. Los iones impuros son tomados por la resina que debe ser

regenerada periódicamente para restaurarla a su forma iónica original. Los

siguientes iones son generalmente encontrados en aguas crudas: Cationes|

Aniones| Calcium (Ca2+)| Cloruro (Cl-)| Magnesio (Mg2+)| Bicarbonato

(HCO3-)| Sodio (Na+)| Nitrato (NO3-)| Potasio (K+)| Carbonato (CO32-)|

 Hierro (Fe2+)| Sulfato (SO42-)| Los dos tipos más comunes de des

ionización son: Deionización de Dos Camas El Des ionizador de Dos Camas

consiste en dos recipientes- uno conteniendo una resina de intercambio de cationes

en forma de hidrógeno (H+) y la otra conteniendo una resina de aniones en forma de

hidroxil (OH- Deionización de Camas Mixtas En los des ionizadores de cama

mixta, las resinas del intercambio de cationes y de aniones están íntimamente

mezcladas y contenidas en un solo recipiente a presión. La mezcla minuciosa de

cationes intercambiadores y aniones intercambiadores en una columna sencilla hace al

des ionizador de cama mixta equivalente a la serie larga de plantas de dos camas.

Como resultado, la calidad del agua obtenida de un des ionizador de cama mixta es

apreciablemente más alta que la que se produce en una planta de dos camas. Reactivos Utilizados Para Clarificación del agua y eliminación de carga

orgánica: La segunda parte consiste entonces en aditivar el agua con los reactivos

necesarios para poder eliminar las partículas coloidales en las cuales la fuerza de la

gravedad son ínfimas comparadas con las electrostáticas, la carga orgánica y por otro

lado eliminar las sales en exceso para poder lograr concentraciones convenientes a lo

buscado. Las partículas coloidales, en general son arcillas con algún contenido de

hierro (+3) cargadas superficialmente (generalmente en forma negativa, aunque ello

depende del pH). Debido a ello los reactivos utilizados son específicos en cada caso. A

los fines de eliminar las partículas coloidales, lo que generalmente se realiza es aditivar

con un producto químico que permita formar flocs, que aglutinen las partículas y al

ganar peso se posibilite su sedimentación o bien un tamaño indicado para una

posterior remoción del sistema. Las piletas donde esta operación se realiza dependen

de cuál será el destino del floc. Si se dispone de sistemas de filtración muy efectivos se

realiza en piletas con un fondo inclinado sin necesidad de mayores detalles técnicos en

su construcción más que aquel determinado por el tiempo de residencia para formar

el floc. Obviamente resulta que a mayor efectividad del sistema de filtración, menor

será el tiempo de residencia (piletas menores) ya que se podrán eliminar partículas

más pequeñas y menor será la necesidad de actuar sobre el diseño de la pileta o

sedimentador del floc. Sistemas de filtración en base a tierras de diatomeas posibilitan

trabajar con flocs muy pequeños. Si en cambio se dispone de sistemas normales de

filtración como ser filtros de arena, la pileta debe ser de un tamaño suficiente para

poder cumplir ampliamente con el tiempo de residencia necesario para el reactivo

utilizado y cuidadosamente diseñada con sedimentadores inclinados para aumentar la

velocidad de sedimentación del floc. El floc logra aglutinar las partículas coloidales del

medio y con ello sedimentarlas o lograr un tamaño adecuado para su filtración. El

tiempo que lleva la formación del floc y su crecimiento o aglutinación hasta el tamaño

requerido por el sistema de filtración se determina en laboratorio con el reactivo a

utilizar y con él surgirá el mínimo tiempo de residencia del agua en esta pileta y su

volumen. A modo de ejemplo, los tiempos de residencia necesarios para la clarificación

del agua y filtración por métodos tradicionales con filtros de arena puede llegar hasta

las 3 hs, en tanto que para su eliminación por medio de filtros de diatomeas puede

llegar a los 15 minutos. El reactivo más conocido para estos casos es el Sulfato de

Aluminio, el cual se adiciona al sistema y de acuerdo a las condiciones del medio (pH,

TDS, etc) se hace flocular como hidróxido de aluminio o oxido de aluminio hidratado

que cumple con la función de neutralizar las cargas superficiales de los coloides y con

ello permitir su aglutinación y crecimiento. Este proceso de floculación puede ser

propio debido a las características del medio o bien puede ser inducido llevando el pH

a valores básicos previamente determinados en laboratorio. Otro reactivo

utilizado normalmente es el Cloruro Férrico, el cual actúa como el anterior pero en

este caso el cambio de pH necesario puede ser mayor que con el Sulfato de Aluminio.

Ambos son económicos aunque presenten algunas desventajas relativas al tiempo

necesario para su acción. Un producto que los reemplaza es el Cloruro de Aluminio, el

cual no requiere cambios de pH para actuar aunque es mucho más oneroso y su uso si

bien está difundido, sólo se utiliza para pequeños volúmenes. Las ventajas y

desventajas de estos productos son numerosas, pero entre ellas se destaca que son

muy económicos. Sin embargo, el sulfato de aluminio es un producto que debe

tenerse especial cuidado en lo referente a la calidad. Es un producto que presenta la

enorme ventaja de presentarse sólido, por lo que su transporte y El cloruro de

aluminio también es un producto que se utiliza para esta etapa. Actualmente está

tomando fuerza su uso debido a las desventajas del sulfato de aluminio. Sin embargo,

a la fecha muy poco se realiza por la eliminación de ellos ya que los procesos

involucrados resultan muy onerosos o los subproductos de las reacciones son

compuestos que no se permiten en el agua a distribuir, por lo que se debe añadir una

etapa posterior para su eliminación por algún método físico-químico. Acondicionamiento Bacteriológico del agua A los fines de lograr el

acondicionamiento bacteriológico del agua se deben distinguir dos métodos a seguir,

en función del contaminante, las cuales son correctivas o preventivas. Las correctivas

son aquellas que resultan obligatorias de acuerdo con la contaminación del agua y

generalmente se debe llevar a cabo cuando el agua es de fuentes superficiales donde

los principales problemas son a través de algas, las cuales si bien pueden eliminarse

con bactericidas y alguicidas, dejan en el agua una alta carga orgánica que sirve de

alimento para otras especies más pequeñas. En estos casos, se recurre a la filtración

del agua para la eliminación total de estos microorganismos u organismos superiores.

 En estos casos se deben eliminar las algas por filtración, de cualquier manera,

eliminadas las especies como las algas, quedan grandes cantidades de

microorganismos que deben eliminarse o exterminarse del agua. Lo que en general se

realiza es un análisis del agua en el cual se buscan dos tipos de proliferaciones.

Primeramente se realiza un análisis donde se permite proliferar a todo tipo de

microorganismo presente a fin de ponerlos en evidencia a través de una colonia.Otro

tipo de agente utilizado son las cloraminas, las cuales se forman en el flujo de agua

inyectando cloro al agua y luego amoníaco. Otra forma de actuar sobre los

microorganismos es por medio de radiaciones, las cuales eliminan la posibilidad de

proliferación de los mismos. Está muy difundido el uso de UV por la facilidad de

generarlos, su bajo consumo de electricidad y su casi nula acción nociva sobre el

organismo cuando su exposición no es directa. En este caso se diseñan los equipos

para que una gran cantidad de agua fluya sobre una fuente de radiación UV, lo más

próximo posible a la fuente y con ello lograr la dosis adecuada. La absorción de UV por

el agua es muy alta por lo que la cantidad de fuentes debe ser muy elevada o muy

aparatosa cuando los caudales superan los 50 m3/h. Sin embargo, a la fecha, los costos

de inversión en este tipo de tecnologías continúan siendo elevados

1. Clarificación del Agua

Tratamiento del Agua Contaminantes del Agua Partículas Suspendidas Colides

Compuestos Orgánicos e Inorgánicos Disueltos Agua: Color: orgánicos, metales, u otras

sustancias disueltas. Turbidez: sólidos suspendidos (claridad). pH.

¿Por Qué Tratar El Agua?

Para Consumo Humano Operación de Calderas Procesos Industriales Agua de

Enfriamiento Lavado de materiales Protección contra Incendios

4. Tratamiento del Agua

5. Clarificación Variables de Influyen: Turbidez: cantidad y densidad del lodo. Color:

cantidad de coagulante, floculante. Alcalinidad y pH: coagulación, floculación.

Temperatura: verano, invierno. Eficiencia Floculación, Coagulación, Sedimentación

6. Tipos de Clarificadores

Clarificador Convencional Espesador

7. Clarificador Convencional Agua Cruda Mezcla Rápida Mezcla Lenta Área de

Sedimentación Barre Lodo Lodo Desecho Agua a los Filtros

8. Coagulación Floculación



11. Espesador

12. Espesador

13. Clarificador de Flujo Ascendente

14. Clarificador de Flujo Ascendente

15. Funcionamiento Porcentaje de sólidos: zona de reacción y manto de lodos. Nivel

del Manto de Lodos. Velocidad del Rastrillo. Rata de desalojo de Lodos.

16. Ensayos de Jarro

17. Ensayos de Jarro El Ensayo de Jarro Proporciona: Tipo y dosis de coagulante,

floculante. Orden de adición de químicos. Ajuste de velocidades de mezcla.

18. Ensayos de Jarro Variables a monitorear: Turbidez Color Tiempo de Aparición del

Floc pH Alcalinidad Cloro Residual

19. Ensayos de Jarro Pasos a realizar: Muestras de Agua Cruda (1litro) Preparación de

los químicos (1 ó 10%) Mezcla Rápida: 100 – 200 rpm, 1min. (Coagulantes). Mezcla

Lenta: 20 – 30 rpm, 5 a 10 min. (Floculantes). Reposo: 12-15min

20. Ensayos de Jarro Pasos a realizar: Tomar muestras de cada jarro y realizarle el

análisis de: turbidez, color, pH, alcalinidad y cloro residual.

21. Variables a Monitorear en el Proceso de Clarificación Características del Agua

Cruda. Dosis de los Químicos. Variables de Operación de los Equipos. Características

del Agua Clarificada

Aguas de Bebida Envasadas

Las Aguas de Bebida Envasadas, como hemos visto comprenden el agua de mesa o

agua mineral natural, agua de manantial y agua potable preparada.

Aguas de mesa o minerales naturales

Se admiten como aguas de mesa o aguas minerales naturales aquellas aguas

envasadas que se pueden ingerir como bebida cotidiana.

Según la OMS debe ser aguas no contaminadas más allá de su microsismo normal por

bacterias, parásitos u otros microorganismos patógenos y no contaminadas por

sustancias químicas.

Deben proceder de una fuente subterránea que broten de un manantial natural o

perforado. Pueden precisar tratamientos físicos como la oxigenación la decantación o

la filtración para la separación de elementos naturales indeseables. Se permite su

adición o eliminación de anhídrido carbónico. Pero esta prohibido el uso de sustancias

propias para la desinfección o modificación de su contenido microbiano.

Contienen en origen o tras su envasado un mínimo de 1.000 mg de sales disueltas o

250 ml. de CO2 libre por kilogramo (mineralización baja) y deben tener propiedades

saludables.

Ofrecen además la garantía de una composición constante. Todo esto debe estar

reconocido por las autoridades pertinentes. Su ingestión no está sujeta a limitación

alguna no existiendo una dosis máxima de consumo.

No se pueden considerar aguas de mesa aquellas gaseadas artificialmente como el

agua de Seltz o el agua de soda.

3.2. Aguas de manantial

Las aguas de manantial son aquellas aguas potables de origen subterráneo que brotan

espontáneamente por medio de un manantial o son extraídas por el hombre.

Pueden precisar tratamientos físicos para separar elementos indeseables. Se permite

su adición o eliminación de anhídrido carbónico. Pero no se permite su potabilización.

Dentro de esta agua están las que en su día obtuvieron la denominación de aguas

minero-medicinales.

- Las aguas minero-medicinales.

Son aquellas que provienen de manantiales naturales, no necesitan manipulación

química y son envasadas en su lugar de origen, y poseen alta mineralización que es la

que le confiere sus propiedades terapéuticas.

Estas propiedades terapéuticas hacen que su consumo ordinario pueda estar limitado

en determinados casos.

Al igual que el resto de las aguas de consumo publico, no deben presentar

contaminación por microorganismos o parásitos.

Deben de garantizar una composición iónica constante.

Según dicha composición pueden clasificarse en bicarbonatadas, cloruradas,

sulfuradas, sulfatadas, ferruginosas, radiactivas y oligometálicas.

Agua potable preparada

El agua potable preparada es a quel agua de consumo que debe estar libre de

contaminación microbiológica y parasitológica. No garantizan una concentración iónica

constante.

Se permite realizar tratamientos físico-químicos tales como la decantación, la

filtración, la cloración, la ionización, etc. aunque estos modifiquen la composición

química inicial de agua.

Tratamiento y Envasado de Agua de Mesa

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