Determinación de Sulfatos en aguas y su importancia en la Ingeniería ambiental

6 al 8 de diciembre 2006. Morelia, Michoacán, México
Determinación de Sulfatos en aguas y su importancia en la Ingeniería
ambiental.
R. García Acevedo, J. A. Rodríguez Castro, R. Ruiz Chávez, J. A. Chávez Cárdenas,
M. Serrano Medrano.
Facultad de Ingeniería Civil
DES Ingenierías Arquitectura, UMSNH.
Resumen
La determinación de sulfatos en aguas es de gran importancia ya que desde su formación
dentro del ciclo del azufre, puede llegar a formar compuestos químicos altamente agresivos
con el medio ambiente que los contiene, se presentan en sistemas naturales en aguas claras
así como en aguas residuales, causando en el agua potable daños menores a la salud tales
como sabor amargo y efectos purgantes, mientras que en aguas residuales llegan causar la
proliferación de gases y ácidos altamente tóxicos para la salud humana, asimismo dichos
ácidos y gases además de ser explosivos en combinación con el oxigeno, son también
corrosivos atacando a estructuras metálicas y de concreto.
Introducción
Los sulfatos se encuentran en las aguas naturales en un amplio intervalo de concentraciones. Las
aguas de minas y las descargas industriales contienen grandes cantidades de sulfatos
provenientes de la oxidación de la pirita y del uso del ácido sulfúrico. Los estándares
internacionales para agua potable tienen un límite máximo de 250 mg/l de sulfatos, ya que a
valores superiores tiene una acción "purgante" [1]. Los límites de concentración, arriba de los
cuales se percibe un sabor amargo en el agua son: Para el sulfato de magnesio 400 a 600 mg/l y
para el sulfato de calcio son de 250 a 400 mg/l. La norma mexicana NOM 127 SSA1 1994 [2],
establece como límite máximo permisible 400 mg/l. La presencia de sulfatos es ventajosa en la
industria cervecera, ya que le confiere un sabor deseable al producto. En los sistemas de agua
para uso doméstico, los sulfatos no producen un incremento en la corrosión de los accesorios
metálicos, pero cuando las concentraciones son superiores a 200 mg/l, se incrementa la cantidad
de plomo disuelto proveniente de las tuberías de plomo. En el concreto influye de manera
directa, ya que este es susceptible de sufrir daño por efecto del ataque de los sulfatos, de ahí la
necesidad de utilizar cementos especiales resistentes a sulfatos. En los terraplenes, el contenido
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de sulfatos en el agua resulta importante ya que en contenidos altos reacciona con el material
expansivo o colapsable.
El contenido de sulfatos es importante, porque las aguas con altas concentraciones tienden a
formar incrustaciones en las calderas y los intercambiadores de calor. En aguas residuales la
cantidad de sulfatos es un factor muy importante para la determinación de los problemas que
pueden surgir por olor y corrosión de las alcantarillas.
Objetivo
Reconocer la importancia de la presencia de los sulfatos en aguas, Emplear el método
turbidimétrico para su determinación.
Metodología
Existen tres métodos para la determinación de sulfatos: el volumétrico, el gravimétrico y el
turbidimétrico, los dos últimos considerados como estándares. La norma oficial mexicana NOMAA-74-1981 [3], establece el método gravimétrico y turbidimétrico para la determinación del ión
sulfato en aguas.
Estos métodos son aplicables para la determinación del Ion sulfato en aguas naturales y
residuales con un ámbito de aplicación de 10 a 100 mg/l para el método gravimétrico, en este
método puede ampliarse el ámbito, ajustando la cantidad de la muestra, y de 10 a 60 mg/l para el
método turbidimétrico que se aplica cuando se requiere una determinación rápida de rutina o
control de aguas industriales.
Para el análisis turbidimétrico, la muestra es tratada con cloruro de bario, en un medio ácido,
formándose un precipitado blanco de sulfato de bario, se requiere de un solvente acondicionador,
que contiene glicerina y alcohol, para modificar la viscosidad de la muestra y así permitir que el
precipitado de BaSO4 se mantenga en suspensión, produciendo valores de turbidez estables.
Na+
K+
Ca++
Mg++
]
]
]
]
SO4=
+
BaCl2.H2O
H+
-------- BaSO4
+
Na+
K+
Ca++
Mg++
]
]
]
Cl]
La turbidez de este precipitado se mide en un espectrofotómetro (figura 1.), a una longitud de
onda de 420 nm y con una celda de 1 cm. En este método las principales interferencias son los
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sólidos suspendidos, materia orgánica y sílice, las cuales pueden ser eliminadas por filtración
antes del análisis de sulfatos.
Figura 1. Medición de la turbidez
Procedimiento Experimental del método turbidimétrico
El ión sulfato precipita con cloruro de bario (BaCl2), en un medio ácido (HCl), formando
cristales de sulfato de bario de tamaño uniforme. La absorción espectral de la suspensión del
sulfato de bario se mide con un nefelómetro o fotómetro de transmisión. La concentración de ión
sulfato se determina por comparación de la lectura con una curva patrón, en la cual, se ha medido
previamente la absorbancia en concentraciones conocidas de sulfatos [4].
En este método, interfieren la materia en suspensión en grandes cantidades y el color. La
materia suspendida puede eliminarse parcialmente por filtración. Si ambos interferentes
producen lecturas pequeñas en comparación con la de la concentración del ión sulfato, la
interferencia se corrige por color y turbiedad presentes en la muestra original, corriendo blancos
sin cloruros de bario.
Formación de turbiedad de sulfato de bario
Se transfiere a un matraz Erlenmeyer una muestra de 100 ml., se Añaden 5 ml del reactivo
acondicionador y mezcla. Mientras se agita la solución, se añaden 0.5 g de cristales de cloruro de
bario y se empieza a medir el tiempo inmediatamente, para Agitar durante un minuto a velocidad
constante.
Medición de la turbiedad del sulfato de bario.
Inmediatamente después de terminar el período de agitación, verter algo de la solución a la celda
de absorción del espectrofotómetro y mida la absorbancia (A) a intervalos de 30 segundos
durante 4 minutos. Debido a que la turbiedad máxima se presenta generalmente dentro de los 2
minutos y que de ahí en adelante las lecturas permanecen constantes durante 3 a 10 minutos, se
considera que la turbiedad, es la máxima lectura obtenida durante el intervalo de 4 minutos.
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Elaboración de la curva de calibración
Con los siguientes datos graficar ppm o mg/l vs. Absorbancia (%) de solución patrón, para
obtener la curva de calibración.
ppm o mg/l
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Absorbancia (%) 0.000 0.022 0.087 0.181 0.236 0.300 0.363 0.501 0.578
Una vez graficado lo anterior, elabore un ajuste a la curva de calibración por algún método
matemático.
Determinación del contenido de sulfatos
Con la Absorbancia obtenida de la muestra problema, refiérase a la gráfica o a la ecuación de
ajuste de la curva para obtener el resultado de ppm o mg/l de SO42-
Referencias
[1] J. A. Romero Rojas, "Calidad del agua", pp.101–103, Escuela Colombiana de Ingeniería, Colombia 1999.
[2] Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994. Salud ambiental, agua para uso y consumo humano-Límites
permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización
[3] Norma Mexicana NMX-AA-074-1981. Análisis de agua. Determinación del ión sulfato
[4] F. Wellington, G.P. Edwards and M.J. Taras, “Standard Methods for the Examination of Water and
Wastewater”, American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA) and
Water Pollution Control Federation (WPCF), New York, N.Y., pp.242-250, American Public Health
Association, 1960.
Roberto García Acevedo. Ingeniero Civil egresado de la Universidad Michoacana de San Nicolás de
Hidalgo en 1996. Curso la Maestría en Ciencias con Especialidad en Ingeniería Ambiental en 2001 en el
Instituto Politécnico Nacional. Es técnico académico del laboratorio de Ingeniería Sanitaria y Ambiental
de la Facultad de Ingeniería Civil, U.M.S.N.H.
Dirección del autor: edif. ‘PIC’ PB, C.U. Morelia, Michoacán, México.
e-mail: [email protected]
J. Alberto Rodríguez Castro. Ingeniero Civil egresado del Instituto Politécnico Nacional, maestría y
doctorado en Ingeniería de los recursos hídricos en la Universidad de Kansas, EE.UU. Es profesor
investigador de tiempo completo de la Facultad de Ingeniería Civil, U.M.S.N.H.
Dirección del autor: edif. ‘PIC’ Planta Alta, C.U. Morelia, Michoacán, México.
e-mail: [email protected]
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Ricardo Ruiz Chávez. Ingeniero Civil egresado de la Universidad Michoacana de San Nicolás de
Hidalgo en 1997. Cursó la Maestría en Ciencias con Especialidad en Ingeniería Ambiental en 2001 en el
Instituto Politécnico Nacional. Es técnico académico del laboratorio de Ingeniería Sanitaria y Ambiental
de la Facultad de Ingeniería Civil, U.M.S.N.H.
Dirección del autor: edif. ‘PIC’ PB, C.U. Morelia, Michoacán, México.
e-mail: [email protected]
Julio A. Chávez Cárdenas. Ingeniero Civil egresado de la Universidad Michoacana de San Nicolás de
Hidalgo en 1973. Obtuvo el grado de maestría en Vías Terrestres en 2003 y especialidad en Ingeniería
Sanitaria por parte de la Universidad Autónoma de Chihuahua. Es profesor investigador de tiempo
completo de la Facultad de Ingeniería Civil, U.M.S.N.H.
Dirección del autor: edif. ‘PIC’ P.B., C.U. Morelia, Michoacán, México.
e-mail: [email protected]
Montserrat Serrano Medrano. Ingeniero Civil egresado de la Universidad Michoacana de San Nicolás
de Hidalgo en 2004. Es técnico académico del laboratorio de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. de la
Facultad de Ingeniería Civil, U.M.S.N.H.
Dirección del autor: edif. ‘PIC’ P.B., C.U. Morelia, Michoacán, México.
e-mail: [email protected]
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