Aguas duras. Definición e historia. Inconvenientes que

Aguas duras
Diciembre de 2013
Definición. Historia
Inconvenientes que puede originar su uso. Precauciones en su utilización en
productos Covidex.
Autor: Nicolás Antonio Di Lalla, Lic. en Cs. Químicas (UBA) MN 9833, Director
Técnico de Covidex SRL
1- Definición.
Las aguas de origen natural, ya sean de napas subterráneas, de cursos como
arroyos o ríos, de lagos, etc., contienen material inorgánico disuelto (sales) y
material orgánico que puede estar disuelto o suspendido. Cuando se realiza el
tratamiento en plantas potabilizadoras, mediante el agregado de floculantes, se
separa todo el material orgánico por sedimentación, este proceso arrastra algunos
iones inorgánicos presentes originalmente, luego se procede a filtrado por arenas y
decolorantes. Se obtiene finalmente un agua sin color ni olor perceptible, ya que
estos caracteres los generan las sustancias orgánicas, las cuales a su vez
favorecen el crecimiento de bacterias y algas especialmente. En el caso de aguas
de napas, el proceso de filtración, para hacerlas potables, se realiza naturalmente;
siempre y cuando no existan fuentes de contaminación química o bacteriológica en
las cercanías de la napa, que pudieran resultar en la aparición de arsénico, plomo
o bacterias coliformes, por ejemplo, en el agua extraída.
El análisis fisico-químico del agua tratada da como resultado una composición
mineral más o menos normalizada: entre los cationes, abunda el sodio y aparecen
otros como magnesio, calcio, etc.; entre los aniones están: cloruro, sulfato y
bicarbonato, este último es el regulador de pH en equilibrio con el dióxido de
carbono atmosférico. Un agua con muy bajo contenido de bicarbonato tendrá un
pH cercano a 7 o aún menor, por el contrario un agua con alto contenido de
bicarbonato será netamente alcalina: pH 7,5 a 8,5. En el primer ejemplo se habla
de agua corrosiva, tendrá capacidad de oxidar contenedores y conductos
metálicos, no es apta par su uso en calderas por ejemplo. En el otro extremo está
el agua incrustante, o sea que tiende a generar depósitos de sarro,
convenientemente tratada puede utilizarse sin riesgos en calderas.
Debido a la abundancia relativa de los respectivos elementos en la superficie
terrestre, la composición catiónica de aguas naturales siempre muestra alto
contenido de sodio, muy poco potasio, algo de magnesio y de calcio. Una medida
rápida, precisa, pero no específica (no da composición) es la conductividad, en la
escala comúnmente usada una medida de hasta 300 unidades se considera de
bajo contenido de sales, más de 1000 se considera agua “salobre” que
generalmente es salada por el cloruro de sodio que contiene.
Necesariamente un agua que contiene altos niveles de cationes, tendrá los aniones
que ya mencionamos también elevados.
En el caso particular de las aguas que contienen mucho magnesio y calcio,
generalmente siempre más del primero, se observa un comportamiento químico
característico. Por razones históricas reciben el nombre de “aguas duras”.
2- Historia
En la primera mitad del siglo XX se empezaron a desarrollar tensioactivos; y se
comprendieron los mecanismos por los cuales emulsionan la suciedad y las
grasas, facilitan su solubilidad y el posterior arrastre por enjuague.
Los primeros tensioactivos que se estudiaron fueron los aniónicos, dentro de este
grupo se encuentran los jabones, que ya desde siglos se conocían y se preparaban
a partir de grasa animal o vegetal que se “saponificaba” con soda cáustica, soda
Solvay o, más antiguamente, cenizas.
Rápidamente aparecieron los primeros tensioactivos aniónicos sintéticos como
sales sódicas de sulfonatos de derivados del petróleo: alquil sulfonatos, alquilaril
sulfonatos, etc. El más importante sin duda el dodecil benceno sulfonato de sodio,
hoy es todavía irreemplazable en lavavajillas, detergente para lavar ropas, etc.
Una buena medida de la capacidad tensioactiva es la determinación de altura y
estabilidad de espuma. Se idearon métodos para esta medición. En el caso de los
jabones se observó una resistencia a la formación de la espuma cuando el agua de
solución tenía altos niveles de magnesio y calcio. Esto también ocurría con los
primeros alquilaril sulfonatos de sodio, cuando todavía la refinación del petróleo no
se entendía y por lo tanto no se realizaba correctamente. La explicación es muy
sencilla: los jabones de magnesio y calcio, así como algunos alquil aril sulfonatos
de los mismos cationes son muy poco solubles en agua; entonces no se dan las
condiciones fisico-químicas para la formación de espuma y su estabilidad.
Se hablaba de resistencia o dificultad por parte del agua a formar espuma,
finalmente se adoptó el término “dureza” del inglés hardness; aguas “duras” y
aguas “blandas” las que generan fácilmente espuma; en inglés: hard water, soft
water. Una traducción más acertada hubiera sido “agua difícil” o “agua fácil” y en
vez de dureza, “dificultad”.
Se estableció una escala de dureza de aguas que se mide en ppm de CaCO 3
(carbonato de calcio). 0-50 ppm agua blanda, 50–150 ppm agua semi-dura,
>150ppm agua dura. La dureza es la concentración de calcio y magnesio en el
agua expresada como CaCO3 en partes por millón.
3- Inconvenientes que puede originar su uso.
Un agua de alta dureza, además del calcio y magnesio, tendrá muy alta
concentración de sodio, su conductividad será también elevada, no así a la inversa:
no siempre un agua de alta conductividad será dura.
Un agua de alta dureza, será salada o en algunos casos amarga, según predomine
el sabor que infiere el sodio, o el magnesio, en la forma de cloruro; lo cual la hace
poco adecuada para consumo directo. ¡No debe pensarse que el alto contenido de
calcio y magnesio la hace saludable por el contenido de minerales nutrientes, que a
veces indican médicos como suplemento dietario! Se debe tener en cuenta que,
además de calcio y magnesio, puede haber cantidades de otros iones como
aluminio, hierro, nitratos, sulfatos, etc.; algunos de los cuales son tóxicos a partir de
cierto valor de concentración.
Cuando se calienta agua de alta dureza, ocurre una reacción irreversible donde el
bicarbonato de calcio soluble se convierte en carbonato de calcio insoluble (sarro)
que se adhiere fuertemente a las superficies metálicas. Es lo que se observa en las
pavas utilizadas para calentar agua de pozo, una capa de sarro mineral amarillento
a marrón en el fondo del recipiente, que puede alcanzar varios milímetros de
espesor. Su formación es inevitable, una vez formado se debe tratar con vinagre y
calentar suavemente para redisolver el depósito, el tratamiento frecuente con
Viodex 1% en agua tibia, puede ser otra alternativa.
Por la misma razón, el agua dura en circuitos de agua caliente, también formará
depósitos obstructivos en todo tipo de tuberías: calefones, termotanques,
radiadores de automóvil, etc.
4- Precauciones en su utilización en productos Covidex.
Por todo lo expuesto hasta aquí, cuando la fuente de agua no es de distribución
domiciliaria segura, se debe determinar si es agua de alta dureza. Para ello hay
kits para determinar dureza de agua, tiritas reactivas de uso único, o si no enviar
una muestra del agua a un laboratorio de análisis industriales o bromatológicos
para determinar dureza. No sirve la determinación de conductividad; la medición
del pH puede dar un indicio: generalmente pH > 7,5 va acompañado de dureza
elevada. Una buena medida empírica, pero no tan concluyente como un análisis,
es disolver jabón común, en pan, de lavar la ropa; si se disuelve fácilmente y hace
una espuma razonable, la dureza del agua es baja; por el contrario, si notamos que
no forma espuma, estaríamos frente a un agua dura.
Si efectivamente se demuestra que es agua dura, se puede tratar de la siguiente
manera:
Un “ablandador” es el primer paso, consiste en un equipo que requiere instalación y
mantenimiento. Funciona intercambiando iones calcio y magnesio por sodio; de
esta manera, a la salida del equipo tenemos agua con muy alto contenido de sodio
pero muy bajo calcio y magnesio. Este tipo de agua ya no será incrustante y no
presentará problemas con los jabones. El equipo necesita que se lo regenere con
salmuera (sal al 10%) cada tantos litros de agua tratada, según especifique el
fabricante.
Para consumo humano directo o de animales, aún no será apta por su excesivo
contenido de sodio, generalmente acompañado de sabor salado.
El paso siguiente sería tratar al agua “ablandada” con un equipo de ósmosis
inversa o un lecho mixto de resinas de intercambio iónico; de esta manera
podemos obtener agua de composición similar a la de red de distribución y
constante, más allá de las variaciones a la entrada. El primero es un dispositivo con
una membrana semipermeable sometida a una diferencia de presión, que genera
una diferencia de concentración a ambos lados de la membrana; a partir de un
caudal de entrada de concentración de sales de 100 (unidades arbitrarias) se
obtienen dos salidas, una mayoritaria en volumen, que se descarta, tiene mayor
concentración que la ingresada; y otra con una significativa reducción de hasta
95% en concentración de sales (aprox. 5 unidades), ésta es la que se aprovecha.
Las resinas de intercambio iónico reemplazan cationes por hidrógeno y aniones por
grupos oxidrilo, ajustando las condiciones se puede obtener agua de distinta
conductividad, pudiéndose obtener agua desionizada de conductividad casi cero,
como la que se utiliza en industria farmacéutica.
Estos equipos, además realizan una eliminación de otros iones responsables de
sabores “metálicos” como el manganeso y de color como el hierro; por otro lado
tienen la opción de agregar una lámpara UV que reduce la cantidad de bacterias,
especialmente las patógenas.
Por último, cuando se utilizan productos de higiene personal, sanitizantes o
desinfectantes como los de Covidex SRL, de debe tener en cuenta el efecto de las
aguas duras:
Jabones líquidos BT3 y PH6: contienen tensioactivos aniónicos, por lo tanto
para que su aplicación sea efectiva y desarrolle un nivel alto de espuma, el
agua deberá ser de baja dureza.
Jabón líquido JC4: contiene tensioactivo no-iónico, en principio su nivel de
espuma no se ve afectado por la dureza del agua. Hay que tener en cuenta
la presencia de clorhexidina cuya solubilidad, y por lo tanto disponibilidad a
llegar a la superficie dérmica a pH neutro, está influenciada por ciertos
aniones como: sulfato, fosfato, etc., presentes en aguas duras. Aunque no
se pueda determinar con certeza, la solubilidad de la clorhexidina se verá
afectada y por tanto no se recomienda su uso con aguas duras.
Detergente Tridex: contiene tensioactivo no-iónico, en principio su nivel de
espuma no se ve afectado por la dureza del agua. Las enzimas tampoco se
ven afectadas por presencia de calcio o magnesio ni aniones como sulfato.
Para su uso se indica preparar la solución 0,25% a 35-40ºC, si el agua es de
alta dureza, en tiempos prolongados esta temperatura puede originar
sedimento de sarro en la batea, que se vería complicado por formación de
biofilm bacteriano si no se remueve entre cada ciclo de lavado. Por tanto,
no se recomienda agua dura para preparar Tridex.
Desinfectante Viodex: el producto contiene tensioactivo aniónico, en
presencia de aguas duras puede verse disminuida la capacidad de
formación de espuma. El desinfectante Viodex reconstituido al 1% tiene pH
ácido y alta concentración de oxidante, en presencia de un gran exceso de
cloruro como en el caso de aguas duras, o tratadas por ablandador, este
anión actúa como reductor y acelera la descomposición del activo oxidante,
monopersulfato de potasio. Se percibe olor fuerte e irritante a cloro,
pudiendo ser afectada la eficacia bactericida del producto a las pocas horas
de preparado. Para Viodex se requiere la utilización de agua de red
segura, o en su defecto agua potable (mineral o de mesa).