Los Gases mejoran la calidad del agua potable

Los gases mejoran la
calidad del agua potable
El agua es el alimento más importante
y con el control más estricto
A partir de la incorporación de las directrices de la
UE sobre el agua potable en la legislación
nacional (RD140/2003), volvieron a aumentar los
requisitos relativos a la calidad. Así, se redujeron
los límites para algunos metales pesados y otras
sustancias no deseadas, como son los
compuestos halógenos.
Esto significa, entre otros, que la composición
química del agua potable debe impedir la
corrosión de las canalizaciones públicas y
privadas.
Los gases desempeñan un papel fundamental en
los diversos procedimientos del tratamiento del
agua potable (figura 2). Como componentes
naturales del agua potable, permiten realizar
procesos rentables y respetuosos con el medio
ambiente que mejoran su calidad, sin productos
derivados ni contaminantes no deseados. A
continuación presentaremos los tratamientos
más importantes en los que se utilizan gases.
Un factor muy importancia: el valor pH
adecuado
El agua potable de buena calidad no debe ser
corrosiva ni formar incrustaciones. Además, el
valor del pH del agua debe estar compensado
con el grado de dureza (figura 3).
Figura 1: Al agua potable, nuestro alimento más importante, se le imponen requisitos muy exigentes. Los gases
ayudan a cumplirlos.
Otra novedad es que las empresas suministradoras de agua deben garantizar que estos límites
se mantengan hasta el mismo grifo del consumidor (figura 1).
Denominación
Área de dureza
La dureza es una calidad natural del agua que se
debe a los iones de calcio y magnesio contenidos
en la misma. Si bien un grado de dureza concreto
es sano, debido a que el agua contiene unos
determinados minerales y protege contra la
corrosión, un contenido demasiado alto en calcio
puede resultar negativo para algunos consumidores. Cuando esto ocurre, los electrodomésticos que calientan agua deben descalcificarse
con frecuencia. Además, cuando el agua contiene
un alto grado de dureza, se requieren mayores
cantidades de jabón y agentes tensioactivos en
las tareas de lavado y limpieza en general. Por lo
tanto, el agua con una dureza media es
considerada la óptima para aguas potables.
Si el agua es muy blanda, siempre será necesario
que se endurezca, evitando de esta manera que
se produzca corrosión en las tuberías.
Grado de dureza
Muy blanda
1
< 5 °F
Blanda
2
5- 10 °F
Media
3
10 - 20 °F
Dura
4
20 - 30 °F
Muy dura
5
> 30 ºF
Río
Embalse
Agua subterránea
O2
Filtración con
arena
Ultrafiltración
CO2
Oxidación
y
Filtración
Ozono
CO2
Osmosis
inversa
Floculador
O2
Oxidación
y
Filtración
Filtración
CO2
Filtración
CO2
CO2
Regeneración
Lechada
de cal
Carbón activo
Descarboniz.
Cal
CARIX®
Cal
Mineralización
CO2
Control de PH
Abastecimiento
Figura 2: Durante el acondicionamiento del agua potable se utilizan gases en procedimientos muy diversos
Cada vez son más las estaciones de tratamiento
de agua potable (ETAP) que realizan procedimientos de descalcificación de aguas duras y
muy duras para producir agua que cumpla lo
mejor posible los requisitos necesarios en las
aplicaciones domésticas.
Los procedimientos de ablandamiento se realizan
mediante la descarbonización rápida en reactores
de lecho fluido.
En la entrada del reactor se introduce sosa
cáustica o lechada de cal para aumentar el valor
del pH (figura 4).
Curva de equilibrio
Como consecuencia, la dureza cálcica soluble se
convierte en dureza insoluble que precipita sobre
las partículas de arenas fluidizadas.
Estas reacciones invierten la tendencia al
incremento del pH.
Sin embargo, a la salida del reactor, la dureza
residual y el pH del agua no suelen encontrarse
en equilibrio, y la precipitación de carbonato de
calcio puede continuar fuera del reactor provocando la formación de incrustaciones en tuberías
y válvulas, así como una reducción de la vida útil
de los filtros.
Curva de equilibrio
Formación de incrustaciones
1. Neutralización mecánica
2. Adición de sosa cáustica
3. Descalcificación en el reactor
4. Control del pH
5. Adición de CO2
6. Adición de lechada de cal
Descalcificación
Mineralización
Agua corrosiva
Dureza cálcica
Figura 3: Influencia del valor del pH en la calidad del agua
potable
dureza deseada
Dureza cálcica
Figura 4: Descalcificación y mineralización del agua potable
con CO2 y lechada de cal.
Figura 5: Descarbonización rápida en el lecho fluidizado con adición de CO2 en la salida del reactor
Para evitar esto, es preciso ajustar el valor del pH
con un ácido, como puede ser el ácido carbónico.
El ácido carbónico se forma al introducir dióxido
de carbono en el agua, por lo que se logra el
equilibrio entre el dióxido de carbono disuelto
físicamente y los productos representados por el
ácido carbónico, el carbonato de hidrógeno y el
carbonato.
Todas estas formas de ácido carbónico son
componentes naturales del agua, por lo que no
alteran en modo alguno la calidad del agua
potable. Messer instala sistemas de dosificación
e introducción de CO2 que disuelven el CO2 en el
agua a la salida del reactor de lecho fluidizado o
poco antes, con lo que se evita una precipitación
posterior de sales insolubles y se logra una
protección eficaz contra la formación de
incrustaciones de cal (figura 5).
• La adición de CO2 tiene mejores resultados en
la calidad del agua potable que la adición de
ácidos minerales.
• El almacenamiento y el uso son procesos
sencillos y seguros. No se produce corrosión
en ninguna parte de la instalación.
• El valor del pH se regula con más precisión,
aun sin realizar una gran inversión (figura 6).
Fase I
Fase II
Fase III
Ácido Mineral
Rango de pH deseado
El dióxido de carbono es la elección adecuada
El dióxido de carbono presenta varias ventajas
respecto a los ácidos minerales a la hora de
ajustar el pH:
• No se produce una salinización del agua, ya
que las concentraciones de sulfatos y cloruros
se mantienen, lo que resulta extremadamente
importante para las propiedades químicocorrosivas del agua.
Adición de CO2
Figura 6: Comparación de las curvas de neutralización del
CO2 y de un ácido mineral
El curso menos pronunciado de la curva que se
observa en el caso del CO2 indica que, incluso
cerca de la neutralidad, la adición de dióxido de
carbono sólo provoca un leve cambio en el valor
del pH, lo que excluye prácticamente la posibilidad de que se produzca una sobreacidificación.
Por lo tanto, aquí tampoco se precisa de una
técnica de control compleja y complicada.
Además, la dosificación continua de cantidades
pequeñas y variables resulta más fácil en el caso
de un gas que en el caso de un líquido y esto es
especialmente importante en la regulación del
valor del pH en tuberías con corrientes intensas.
Mineralización y remineralización: un clásico
en las aplicaciones de CO2
Las aguas sin depurar procedentes, por ejemplo,
de embalses o pozos situados en regiones ricas
en granito, sílice o basalto, pueden ser muy
blandas y, por lo tanto, también corrosivas.
Por otra parte, aumentan las cantidades de agua
potable obtenida a través de procesos de
desalación como la ósmosis inversa o la
destilación. Estas aguas poseen una reducida
alcalinidad y, por lo tanto, resultan corrosivas si
no se someten a un acondicionamiento
adecuado. Si se endurece ligeramente el agua a
como mínimo 5 °F, puede evitarse la corrosión en
la red de distribución y en las tuberías del
consumidor. En la práctica, el grado de dureza se
ajusta frecuentemente hasta 15ºF de modo que
en la red de distribución pueda mezclarse agua
potable procedente de varias estaciones de
abastecimiento.
El procedimiento más rentable para endurecer el
agua es la disolución de lechada de cal con
cantidades de CO2 que se encuentren en
equilibrio con dicha lechada, con lo que se
garantiza que toda la cal añadida pueda
reaccionar para formar bicarbonato de calcio
(figura 4).
Además, la regulación del valor del pH mediante
la adición de CO2 ofrece ventajas en las ETAP en
otros procedimientos de acondicionamiento:
• En los procedimientos de separación mediante
membrana, como la nanofiltración o la ósmosis
inversa, la acidificación con CO2 evita el enclavamiento de las membranas por incrustaciones
(es decir, la precipitación de sales insolubles no
deseadas), incluso en el caso de aguas muy
duras con 75 ºF, por lo que se mantiene un
rendimiento constante. Como las membranas
de ósmosis inversa no retienen el CO2, el agua
tratada contiene ya buena parte del dióxido de
carbono necesario para realizar el
endurecimiento.
• El CO2 sirve para regular el valor del pH previo a
la etapa de coagulación-floculación. La mayoría
de las aguas naturales tienen un pH ligeramente básico. En la mayor parte de los casos,
el agua sin depurar de ríos y pantanos se
acondiciona primero con aluminatos y otros
agentes para eliminar las partículas pequeñas y
coloidales. El pH es un factor crítico en el
proceso de coagulación. Siempre existe un
intervalo de pH en el que el coagulante
específico trabaja mejor, que coincide con el
mínimo de solubilidad de los iones metálicos
del coagulante utilizado. En caso de no
alcanzarse un valor óptimo de pH, el aluminio
de los aluminatos queda parcialmente disuelto,
lo que puede evitarse si el valor del pH se
regula con CO2. Además, en la etapa de
floculación, las cada vez más restringidas
adiciones de poliacrilamidas han hecho que las
ETAP necesiten nuevos floculantes, tales como
el POLIDADMAC o almidones modificados,
que requieren un pH controlado.
Figura 9: Introducción de oxígeno a través de un agente
oxidante antes de la desferrización/desmanganización
Oxidación
Las reacciones de oxidación se utilizan en varias
etapas de purificación. La más extendida es la
eliminación de hierro y manganeso. Las ETAP
que acondicionan aguas subterráneas tienen que
eliminar el hierro y manganeso para evitar que se
produzcan incrustaciones en las tuberías. Como
estas aguas subterráneas son pobres en oxígeno,
contienen hierro y manganeso en una forma
reducida y soluble. Tras enriquecer el agua con
oxígeno, el hierro se oxida fácilmente en partículas de óxido de hierro que quedan retenidas en
los filtros. Aquí, el manganeso reacciona también
con oxígeno formando óxido de manganeso no
soluble en el agua que queda retenido
igualmente.
Desde el punto de vista estequiométrico, la
oxidación de hierro y manganeso sólo necesita
cantidades reducidas de oxígeno, por lo que
también podría realizarse con oxígeno
atmosférico. No obstante, el procedimiento
Oxysolv® de Messer, que utiliza oxígeno puro,
resulta más rentable y presenta varias ventajas
respecto al procedimiento con aire:
• La utilización de oxígeno en lugar de aire
aumenta considerablemente el rendimiento del
filtro entre dos regeneraciones. Esto significa
que se realizan menos regeneraciones, lo que
se traduce en un menor consumo de agua de
regeneración y en una reducción de los costes
de tratamiento y eliminación. En la aireación a
presión con aire ambiental, el agua se satura de
nitrógeno. El descenso de presión que se
produce en el filtro provoca una exhalación del
gas de nitrógeno. Las burbujas de gas se
acumulan en el lecho del filtro y lo bloquean, lo
que puede hacer necesaria una regeneración
prematura. Frente a esto, el funcionamiento
con oxígeno puro no se ve impedido por la
presencia de nitrógeno.
• El oxígeno evita que se produzca agua "blanca".
Si se realiza una aireación a presión con
oxígeno atmosférico, el nitrógeno se desgasea
incluso en el grifo, lo que da lugar a un agua
turbia en el domicilio del consumidor final.
• Con oxígeno puro resulta fácil lograr un alto
enriquecimiento de oxígeno de 20 mg/l o más.
Esto resulta importante cuando el agua sin
depurar contiene, además de hierro y
manganeso, también amoníaco, metano o
sulfuro de hidrógeno, puesto que su degeneración requiere una cantidad relativamente
grande de oxígeno.
• El oxígeno es limpio y de olor neutro, mientras
que el aire, sobre todo en las inmediaciones de
fábricas industriales o agrícolas, también
provoca problemas higiénicos y olfativos.
• Se reduce la pérdida de CO2 del agua blanda,
puesto que se inyecta exactamente la cantidad
de oxígeno necesaria y no puede producirse un
escape de otros gases a través de grandes
cantidades de aire. El CO2 existente puede
utilizarse, por lo tanto, para realizar el
endurecimiento consiguiente.
La aireación con oxígeno puro resulta, pues, más
rentable que la realizada con aire. La reducción en
los costes de inversión y explotación, así como la
eliminación o, al menos, la reducción significativa
de los trabajos de limpieza y mantenimiento en
los compactadores y desaireadores, hablan
claramente a favor del uso del oxígeno.
Ozono, el remedio universal
Cuando los métodos de limpieza tradicionales,
como la floculación, la filtración y la cloración no
resultan suficientes la oxidación con ozono (O3),
agente fuertemente oxidante, es un remedio
universal que además es respetuoso con el
medio ambiente.
Figura 10: Los modernos generadores de ozono, como esta
instalación de 3 kg, utilizan oxígeno puro.
El ozono reacciona dando oxígeno y productos de
oxidación inocuos. Además, no se producen
subproductos derivados ni cambios de sabor no
deseados.
El tratamiento con ozono puede mejorar la
calidad del agua en muchos aspectos:
• El ozono se utiliza para la desinfección, con
frecuencia en combinación con luz UV. Es
eficaz contra los virus y también mata a las
bacterias.
• El ozono se utiliza en la oxidación de hierro y
manganeso cuando estos elementos están
presentes en complejos de ácido húmico y, por
lo tanto, ya no pueden ser oxidados por el
oxígeno.
• El ozono inhibe el crecimiento de las algas e
impide la formación de lodos biológicos en las
superficies.
• El ozono oxida productos orgánicos que se
degradan muy difícilmente y, con ello, mejora
el color, la claridad, el olor y el sabor del agua.
Con frecuencia se utiliza en combinación con
carbono activo granulado para eliminar los
pesticidas. El ozono "rompe" también los
precursores del trihalometano, lo que resulta
importante cuando se produce una cloración en
la entrada al sistema de tuberías.
• El ozono mejora la floculación.
• El ozono, la forma triatómica del oxígeno, es
inestable y, por lo tanto, debe generarse in situ
(figura 10). En particular para instalaciones
grandes y medianas, el oxígeno como producto
de partida es más rentable que el aire, puesto
que no se necesitan instalaciones de
tratamiento costosas para secar y limpiar el
aire. Además, con el oxígeno pueden
conseguirse concentraciones de ozono mucho
más altas en el producto (10-15 % en peso). En
consecuencia, estos generadores e inyectores
de ozono son más compactos, consumen
menos energía y, por lo tanto, resultan mucho
más rentables. De hecho, ésta es la razón por
la que los modernos generadores de ozono
trabajan siempre con oxígeno puro y los
antiguos se han remodelado para funcionar
igualmente con oxígeno puro.
Conclusión
A lo largo de toda la cadena de acondicionamiento (desde el pozo hasta el consumidor) se
utilizan, en función de la calidad de partida del
agua sin depurar, dióxido de carbono (regulación
del valor del pH, descalcificación, endurecimiento) y oxígeno u ozono para procedimientos
de oxidación y desinfección. Los científicos,
ingenieros y técnicos de Messer disponen de una
amplia experiencia en los procedimientos aquí
presentados, así como de los conocimientos
técnicos necesarios para aprovechar los gases de
forma eficiente. Le asesoramos in situ y ofrecemos soluciones que abarcan la ingeniería, el
hardware y el abastecimiento de gases. Nos
avalan las más de 200 plantas de referencia que
hemos instalado en las ETAP de toda Europa
durante los últimos años.
Messer Ibérica de Gases, S.A.
Autovía Tarragona-Salou, km.3,8
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