El ablandamiento del agua es la eliminación de calcio , magnesio y ciertos otros cationes metálicos en el agua dura . El agua blanda resultante requiere menos jabón para el mismo esfuerzo de limpieza, ya que el jabón no se desperdicia al unirse con iones de calcio. El agua blanda también prolonga la vida útil de la plomería al reducir o eliminar la acumulación de sarro en tuberías y accesorios. El ablandamiento del agua generalmente se logra usando resinas de intercambio iónico o ablandamiento de cal, pero cada vez se logra más usando nanofiltración [ cita requerida ] u ósmosis inversa membranas.
Razón fundamental
La presencia de ciertos iones metálicos como calcio y magnesio principalmente como bicarbonatos , cloruros y sulfatos en el agua causa una variedad de problemas. [1]
El agua dura conduce a la acumulación de cal , que puede ensuciar las tuberías y promover la corrosión galvánica . [2] En las plantas de ablandamiento de agua a escala industrial, el flujo de efluentes del proceso de regeneración puede precipitar incrustaciones que pueden interferir con los sistemas de alcantarillado. [3]
La sensación resbaladiza asociada con el lavado con agua blanda es causada por la atracción más débil del jabón a los iones de agua cuando el agua ha sido despojada de su contenido mineral. La superficie de la piel humana tiene una carga ligera a la que el jabón tiende a adherirse, requiriendo más esfuerzo y un mayor volumen de agua para eliminar. [4] El agua dura contiene iones de calcio o magnesio que forman sales insolubles al reaccionar con el jabón, dejando una capa de estearatos insolubles en las superficies de la bañera y la ducha, comúnmente llamada espuma de jabón . [4] [5]
Métodos
Los medios más comunes para eliminar la dureza del agua se basan en la resina de intercambio iónico o la ósmosis inversa . Otros enfoques incluyen métodos de precipitación y secuestro mediante la adición de agentes quelantes .
Método de resina de intercambio iónico
Los aparatos de ablandamiento de agua convencionales destinados a uso doméstico dependen de una resina de intercambio iónico en la que los "iones de dureza", principalmente Ca 2+ y Mg 2+, se intercambian por iones de sodio . [6] Como se describe en la Norma 44 de NSF / ANSI , [7] los dispositivos de intercambio iónico reducen la dureza al reemplazar el magnesio y el calcio (Mg 2+ y Ca 2+ ) con iones de sodio o potasio (Na + y K + ) ".
Las resinas de intercambio iónico son polímeros orgánicos que contienen grupos funcionales aniónicos a los que los cationes divalentes (Ca 2+ ) se unen con más fuerza que los cationes monovalentes (Na + ). Los materiales inorgánicos llamados zeolitas también exhiben propiedades de intercambio iónico. Estos minerales se utilizan ampliamente en los detergentes para ropa . También hay resinas disponibles para eliminar los iones de carbonato, bicarbonato y sulfato que se absorben y los iones de hidróxido que se liberan de la resina. [ cita requerida ]
Cuando todos los iones de Na + disponibles han sido reemplazados por iones de calcio o magnesio, la resina debe recargarse eluyendo los iones Ca 2+ y Mg 2+ usando una solución de cloruro de sodio o hidróxido de sodio , dependiendo del tipo de resina utilizada. [8] Para las resinas aniónicas, la regeneración generalmente usa una solución de hidróxido de sodio ( lejía ) o hidróxido de potasio. Las aguas residuales eluidas de la columna de intercambio iónico que contienen las sales de calcio y magnesio no deseadas se descargan típicamente al sistema de alcantarillado . [3]
La recarga generalmente toma los siguientes pasos: [9]
Resaca
El agua se dirige a través de la resina en la dirección opuesta al flujo normal y la salida se envía a un desagüe para su eliminación. Este proceso de 10 minutos elimina los sólidos y expande el lecho de resina.
Extracción de salmuera
El agua se dirige a través de una bomba de chorro , que extrae agua salada del tanque de salmuera , antes de que el agua y la salmuera pasen a través del lecho de resina en la dirección normal, si es en paralelo , o en sentido inverso, si es en contracorriente . [10] La salida de este proceso típico de 30 minutos se descarta a través de la manguera de drenaje.
Enjuagar
La extracción de salmuera se detiene, pero el agua continúa fluyendo desde la entrada a la salida, eliminando gradualmente la salmuera del lecho de resina. El agua de enjuague fluye lentamente durante varios minutos, luego a un ritmo más rápido durante una hora. En algún momento, el depósito de salmuera se vuelve a llenar con agua dulce.
Ablandamiento de la cal
El ablandamiento de la cal es el proceso en el que se agrega cal al agua dura para ablandarla . Tiene varias ventajas sobre el método de intercambio iónico, pero se adapta principalmente a aplicaciones de tratamiento comerciales. [11]
Agentes quelantes
Los quelantes se utilizan en análisis químicos , como suavizantes de agua, y son ingredientes de muchos productos comerciales, como champús y conservantes de alimentos . El ácido cítrico se usa para ablandar el agua en jabones, productos de cuidado personal y detergentes para ropa . Un quelante sintético de uso común es el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), que puede existir como sal tetrasódica o disódica. Debido a preocupaciones de toxicidad ambiental y acuática con respecto al uso generalizado de EDTA en productos domésticos y de cuidado personal, las alternativas como el fitato de sodio / ácido fítico , el glutamato diacetato tetrasódico y el disuccinato de etilendiamina trisódico están encontrando un uso más frecuente.
Método de lavado con soda
En este método, el agua se trata con una cantidad calculada de sosa de lavado (Na 2 CO 3 ), que convierte los cloruros y sulfatos de calcio y magnesio en sus respectivos carbonatos, que se precipitan.
CaCl 2 + Na 2 CO 3 -> CaCO 3 + 2NaCl
MgSO 4 + Na 2 CO 3 -> MgCO 3 + Na 2 SO 4
Destilación y agua de lluvia
Dado que el Ca 2+ y el Mg 2+ existen como sales no volátiles, se pueden eliminar destilando el agua. La destilación es demasiado cara en la mayoría de los casos. El agua de lluvia es blanda porque se destila naturalmente durante el ciclo del agua de evaporación, condensación y precipitación. [12]
Osmosis inversa
La ósmosis inversa utiliza un gradiente de presión aplicado a través de una membrana semipermeable para superar la presión osmótica y eliminar las moléculas de agua de la solución con iones de dureza. La membrana tiene poros lo suficientemente grandes como para permitir el paso de moléculas de agua; Los iones de dureza como Ca 2+ y Mg 2+ no pasarán por los poros. El suministro de agua blanda resultante está libre de iones de dureza sin que se agreguen otros iones. Las membranas son un tipo de filtro de agua que requiere una limpieza regular o un mantenimiento de reemplazo.
La destilación y la ósmosis inversa son los dos métodos no químicos más utilizados para ablandar el agua.
Dispositivos no químicos
Algunos fabricantes afirman que los dispositivos eléctricos que producen pueden afectar la interacción de los minerales con el agua para que los minerales no se adhieran a las superficies. Dado que estos sistemas no funcionan mediante el intercambio de iones, como lo hacen los ablandadores de agua tradicionales, un beneficio que se le atribuye al usuario es la eliminación de la necesidad de agregar sal al sistema. Dichos sistemas no eliminan los minerales del agua en sí. Más bien, solo pueden alterar los efectos aguas abajo que de otro modo tendría el agua que contiene minerales. Estos sistemas no entran dentro del término "ablandamiento del agua" sino más bien "acondicionamiento del agua".
Reclamaciones similares para el tratamiento magnético de agua no se consideran válidas. Por ejemplo, no se encontró ninguna reducción en la formación de incrustaciones cuando se probó científicamente dicho dispositivo magnético. [13]
Alternativas a los ablandadores de agua de intercambio iónico
Eliminar o reemplazar minerales en agua dura se llama ablandamiento del agua. Un tratamiento de agua alternativo se llama acondicionamiento del agua, en el que los minerales permanecen en el agua, pero se alteran para que no formen incrustaciones. Aunque los Estados Unidos tienen estándares para medir los minerales en el agua, no tienen estándares para medir la capacidad del agua para formar incrustaciones. En su lugar, los investigadores utilizan el protocolo alemán DVGW-W512. [14]
El agua de lluvia contiene dióxido de carbono disuelto extraído de la atmósfera. Parte del dióxido de carbono disuelto reacciona con el agua para formar ácido carbónico , que permanece en solución. Los minerales que contienen calcio y magnesio forman bicarbonatos solubles cuando se exponen al ácido carbónico. El agua que contiene estos minerales se conoce como "agua dura".
Cuando se calienta agua dura en un sistema de plomería, el dióxido de carbono sale de la solución y los bicarbonatos se convierten en carbonatos, que son mucho menos solubles. Los carbonatos se unen a las superficies de las tuberías proporcionando cristales semilla para un mayor crecimiento de los cristales, que se acumulan en forma de escamas duras.
Los dispositivos de tratamiento físico de agua (PWT) hacen que se formen cristales minerales microscópicos y permanezcan suspendidos mientras fluyen con el agua, mientras que también actúan como semillas para un mayor crecimiento de cristales. A medida que se calienta el agua, los minerales se cristalizarán en estas semillas, en lugar del sistema de tuberías. Los minerales disueltos se convierten en partículas sólidas insolubles en suspensión, que atraviesan el sistema sin adherirse a las superficies de las tuberías. [15]
La Asociación WateReuse ha patrocinado la investigación de alternativas a los ablandadores de agua de intercambio iónico. El trabajo fue realizado por la Universidad Estatal de Arizona y HDR Engineering . Probaron cuatro nuevas tecnologías y todas dieron como resultado una reducción de la escala, como se resume en la tabla: [16] [17]
Tratamiento | Formación de escamas normalizadas |
---|---|
Sin tratamiento | 1,00 |
Tratamiento de agua electromagnético | 0,57 |
Precipitación inducida eléctricamente | 0,50 |
Desionización capacitiva | 0,17 |
Intercambio iónico | 0,06 |
Cristalización asistida por plantilla | 0,04 |
Cristalización asistida por plantilla
El agua fría pasa a través de un tanque que contiene pequeñas perlas poliméricas con superficies que exponen los cristales de semillas para los minerales disueltos. Los cristales crecen en estas semillas y se rompen cuando aún tienen un tamaño microscópico. A medida que estas pequeñas partículas viajan a través de un calentador de agua, se produce un mayor crecimiento de cristales en las partículas, en lugar de en el calentador de agua. Este proceso se denomina cristalización asistida por molde (TAC) o cristalización asistida por nucleación (NAC). Las perlas poliméricas son polifosfatos que varían en tamaño de 0,5 a 2,0 µm. [ cita requerida ]
Efectos en la salud
El CDC recomienda limitar la ingesta diaria total de sodio a 2.300 mg por día, [18] aunque el estadounidense promedio consume 3.500 mg por día. [19] Debido a que la cantidad de sodio presente en el agua potable, incluso después de ablandarla, no representa un porcentaje significativo de la ingesta diaria de sodio de una persona, la EPA considera que es poco probable que el sodio en el agua potable cause efectos adversos a la salud. [20]
Para aquellos que siguen dietas restringidas en sodio, el uso de un sistema de ósmosis inversa para beber agua y cocinar eliminará el sodio junto con cualquier otra impureza que pueda estar presente. El cloruro de potasio también se puede utilizar como regenerante en lugar del cloruro de sodio, aunque es más costoso. Sin embargo, para las personas con insuficiencia renal , los niveles elevados de potasio o hiperpotasemia pueden provocar complicaciones como arritmia cardíaca .
Los altos niveles de dureza del agua en el hogar también pueden estar relacionados con el desarrollo de eccema en una etapa temprana de la vida. [21]
Impacto medioambiental
El agua ablandada (medida como índice de carbonato de sodio residual ) en la que el calcio y el magnesio han sido reemplazados parcialmente por sodio no es adecuada para riego, ya que tiende a provocar el desarrollo de suelos alcalinos . [22] Los dispositivos no químicos se utilizan a menudo en lugar del ablandamiento de agua tradicional para esta aplicación.
Ver también
- Desalinización
- Intercambio iónico
- Ablandamiento de la cal
- Purificación del agua
Referencias
- ^ Los editores de Encyclopædia Britannica (20 de julio de 1998). Agua dura . Encyclopædia Britannica . ISBN 9781593392925. Consultado el 4 de marzo de 2015 .
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