Dureza del agua

La dureza del agua es un conjunto de propiedades químicas y físicas del agua asociadas al contenido de sales de metales alcalinotérreos disueltas en ella , principalmente calcio , magnesio y hierro (las llamadas sales de dureza ).

Agua dura y blanda

El agua con un alto contenido de sal se llama dura , con un bajo contenido, blanda . El término "duro" en relación con el agua se ha desarrollado históricamente debido a las propiedades de los tejidos después de haberlos lavado con jabón a base de ácidos grasos: un tejido lavado con agua dura es más duro al tacto. Este fenómeno se explica, por un lado, por la sorción de sales de calcio y magnesio de ácidos grasos por parte del tejido, que se forman durante el proceso de lavado a nivel macro. Por otro lado, las fibras de tela tienen propiedades de intercambio iónico y, como resultado, la capacidad de absorber cationes multivalentes a nivel molecular. Hay durezas temporales (carbonatadas) , debidas a los bicarbonatos de calcio y magnesio Ca (HCO 3 ) 2 ; Mg (HCO 3 ) 2 , y dureza constante (no carbonatada) , provocada por la presencia de otras sales que no se liberan durante la ebullición del agua: principalmente sulfatos y cloruros de Ca y Mg (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2 ).

El agua dura seca la piel al lavarla, no hace buena espuma al usar jabón . El uso de agua dura hace que aparezcan sedimentos ( incrustaciones ) en las paredes de las calderas, en las tuberías , etc. Al mismo tiempo, el uso de agua demasiado blanda puede provocar la corrosión de las tuberías, ya que en este caso no hay ácido . amortiguación de base , que es proporcionada por la dureza (temporal) de hidrocarbonato. El sabor del agua potable natural, como el agua de manantial , se debe precisamente a la presencia y proporción del contenido de varias sales de dureza.

La dureza de las aguas naturales puede variar dentro de límites bastante amplios y no es constante a lo largo del año. La dureza aumenta debido a la evaporación del agua, disminuye durante la temporada de lluvias, así como durante el derretimiento de la nieve y el hielo.

Unidades de medida

Para la expresión numérica de la dureza del agua, se indica la concentración de cationes de calcio y magnesio en ella . La unidad SI recomendada para medir la concentración es moles por metro cúbico (mol/m³); sin embargo, en la práctica, se usan grados de dureza y miligramos equivalentes por litro (mg-eq/l) para medir la dureza.

En la URSS, hasta 1952, se utilizaban grados de dureza, que coincidían con los alemanes. En Rusia , la concentración normal de iones de calcio y magnesio, expresada en miligramos equivalentes por litro (mg-eq/l), se usaba a veces para medir la dureza . Un meq/l corresponde al contenido de 20,04 miligramos de Ca 2+ o 12,16 miligramos de Mg 2+ por litro de agua ( masa atómica dividida por valencia ).

El 1 de enero de 2014, Rusia introdujo el estándar interestatal GOST 31865-2012 “Agua. Unidad de rigidez" [1] . Según el nuevo GOST, la rigidez se expresa en grados de dureza (°F). 1 °F corresponde a la concentración del elemento alcalinotérreo, numéricamente igual a 1/2 de su milimole por litro (1 °F = 1 mg-eq/l).

A veces, la concentración se da por unidad de masa , no de volumen , especialmente si la temperatura del agua puede cambiar o si el agua puede contener vapor , lo que conduce a cambios significativos en la densidad .

En diferentes países, se usaron varias unidades no sistémicas (a veces todavía se usan): grados de dureza.

La licenciatura	Designacion	Definición	Valor
La licenciatura	Designacion	Definición	°F	mmol/l
Alemán	°dH (alemán Härte), °dGH (grados de dureza general), °dKH (para dureza de carbonatos)	1 parte de óxido de calcio (CaO) o 0,719 partes de óxido de magnesio (MgO) por 100.000 partes de agua	0.3566	0.1783
inglés	°e o °Clark	1 grano CaCO 3 a 1 galón inglés de agua	0.2848	0.1424
Francés	°TH o °F	1 parte de CaCO 3 por 100.000 partes de agua	0.1998	0.0999
Americano	ppm	1 parte de CaCO 3 por 1.000.000 de partes de agua	0.0200	0.0100
Americano	gpg (grano por galón)	1 grano CaCO 3 a 1 galón estadounidense de agua	0.3420	0.1710

Según la magnitud de la dureza total se distinguen agua blanda (hasta 2 °F), dureza media (2-10 °F) y agua dura (más de 10 °F).

La dureza del agua de fuentes superficiales fluctúa significativamente a lo largo del año; es máximo al final del invierno, mínimo - durante el período de inundación (por ejemplo, la dureza del agua del Volga en marzo es de 4,3 °F, en mayo - 0,5 °F [2] ). En el agua subterránea, la dureza suele ser mayor (hasta 8-10, con menos frecuencia hasta 15-20 °J) y cambia menos durante el año.

Métodos de eliminación

Eliminar el exceso de dureza del agua es una de las etapas del tratamiento del agua .

Ablandamiento térmico . Basado en agua hirviendo , como resultado, los bicarbonatos de calcio y magnesio térmicamente inestables se descomponen con la formación de incrustaciones:

{\mathsf {Ca(HCO_{3})_{2}{\xrightarrow[{}]{^{o}t))CaCO_{3}\downarrow +CO_{2}+H_{2}O }}

La ebullición elimina solo la dureza temporal (carbonato). Encuentra aplicación en la vida cotidiana.

Ablandamiento de reactivos . El método se basa en añadir carbonato de sodio Na 2 CO 3 o cal apagada Ca (OH) 2 al agua . En este caso, las sales de calcio y magnesio pasan a compuestos insolubles y, como resultado, precipitan. Por ejemplo, la adición de cal apagada da como resultado la conversión de sales de calcio en carbonato insoluble:

{\mathsf {Ca(HCO_{3})_{2}+Ca(OH)_{2}\rightarrow 2CaCO_{3}\downarrow +2H_{2}O))

El mejor reactivo para eliminar la dureza general del agua es el ortofosfato de sodio Na 3 PO 4 , que forma parte de la mayoría de las preparaciones domésticas e industriales:

{\mathsf {3Ca(HCO_{3})_{2}+2Na_{3}PO_{4}\rightarrow Ca_{3}(PO_{4})_{2}+6NaHCO_{3))}

{\displaystyle {\mathsf {3MgSO_{4}+2Na_{3}PO_{4}\rightarrow Mg_{3}(PO_{4})_{2}\downarrow +3Na_{2}SO_{4))))

Los ortofosfatos de calcio y magnesio son muy poco solubles en agua, por lo que se separan fácilmente por filtración mecánica. Este método se justifica con un consumo de agua relativamente alto, ya que está asociado con la solución de una serie de problemas específicos: filtración de sedimentos, dosificación precisa del reactivo.

Cationización . El método se basa en el uso de carga granular de intercambio iónico (más a menudo resinas de intercambio iónico). Tal carga, al entrar en contacto con el agua, absorbe cationes de sales de dureza (calcio y magnesio, hierro y manganeso). A cambio, dependiendo de la forma iónica, da iones de sodio o de hidrógeno . Estos métodos se denominan respectivamente cationización de Na y cationización de H. Con una carga de intercambio iónico correctamente seleccionada, la dureza del agua disminuye con la cationización de sodio de una sola etapa a 0,05-0,1 °F, con dos etapas, hasta 0,01 °F.

En la industria, con la ayuda de filtros de intercambio iónico, los iones de calcio y magnesio se reemplazan por iones de sodio y potasio, obteniendo agua blanda.

Osmosis inversa . El método se basa en el paso de agua a través de membranas semipermeables (normalmente de poliamida). Junto con las sales de dureza, también se eliminan la mayoría de las otras sales. La eficiencia de limpieza puede alcanzar el 99,9%.

Hay nanofiltración (el diámetro condicional de los agujeros de la membrana es igual a unidades de nanómetros) y picofiltración (el diámetro condicional de los agujeros de la membrana es igual a unidades de picómetros). Las desventajas de este método deben tenerse en cuenta:

la necesidad de una preparación preliminar del agua suministrada a la membrana de ósmosis inversa;
costo relativamente alto de 1 litro de agua producida (equipo costoso, membranas costosas);
baja salinidad del agua resultante (especialmente con picofiltración). El agua se vuelve casi destilada .

Electrodiálisis . Se basa en la eliminación de sales del agua bajo la acción de un campo eléctrico. La eliminación de iones de sustancias disueltas se produce debido a membranas especiales. Al igual que cuando se utiliza la tecnología de ósmosis inversa, se eliminan otras sales, además de los iones de dureza.

Es posible purificar completamente el agua de las sales de dureza por destilación .

Importancia clínica

El consumo de agua dura o blanda generalmente no es peligroso para la salud, sin embargo, los estándares rusos indican que una dureza alta contribuye a la formación de cálculos urinarios , y una dureza baja aumenta ligeramente el riesgo de enfermedad cardiovascular [3] .

El uso de agua dura para alimentar y bañar a los recién nacidos aumenta el riesgo de dermatitis atópica y/o eczema en los niños. La edad media de los primeros síntomas es de 3 meses. Además, la aparición del eccema desencadena el mecanismo para el desarrollo de la autoalergia a lo largo de la cadena de la "marcha atópica", desde el eccema hasta las alergias alimentarias y el asma . [cuatro]

Notas