Tratamiento De Aguas.docx

UNIVERSIDAD POPULAR DE LA CHONTALPA Materia: Tratamiento de Aguas de Uso Industrial Nombre del docente: Ing. María de Lourdes García López Carrera: Ingeniería Química Petrolera. Semestre: Sexto. Grupo: A3. TRABAJO DE INVESTIGACIÓN: ABLANDAMIENTO Y DESMINERALIZACIÓN Nombre de los alumnos: Eduviges Marini Córdova Edgar Mauricio López Vidal Zuleika Yolanda Urgell Gutiérrez H. Cárdenas Tabasco a 13 de marzo de 2019

ÍNDICE I.

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 3

II.

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... 4

a.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................................... 4

III.

3.1 DUREZA Y ABLANDAMIENTO DEL AGUA .................................................... 5

a.

Dureza ........................................................................................................................ 5

i.

Tipos de dureza .......................................................................................................... 6

1.

Dureza temporal ......................................................................................................... 7

2.

Dureza permanente .................................................................................................... 7

b.

Ablandamiento del agua ............................................................................................. 7

IV.

3.2 Ablandamiento por intercambio iónico ....................................................... 10

V.

3.3 ACONDICIONAMIENTO POR DESMINERALIZACIÓN ..................................... 12

a.

Procesos de desmineralización industrial. ................................................................ 12

i.

Intercambio iónico: .................................................................................................... 12

ii.

Destilación: ............................................................................................................... 12

iii.

Osmosis inversa: ...................................................................................................... 12

b.

Desmineralización en plantas de tratamiento de agua: ............................................. 13

c.

Desmineralización mediante resinas de intercambio iónico: ..................................... 14

VI.

PROCESOS DE MEMBRANAS............................................................................ 16

VII.

CONCLUSIÓN ...................................................................................................... 17

VIII.

REFERENCIAS .................................................................................................... 18

I. INTRODUCCIÓN El ablandamiento del agua es una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua dura, En algunos casos, los iones de hierro también causan dureza del agua y pueden ser eliminados durante el proceso de ablandamiento. La mejor solución para ablandar un agua es usar una unidad ablandamiento de aguas y conectarla directamente con el suministro de agua. Un ablandador de agua colecta los minerales que causan la dureza y los contiene en un tanque colector y este es de vez en cuando limpiado. Otra manera de ablandar el agua es con el uso de intercambiadores iónicos. Este reemplazará los iones de calcio y magnesio por otros iones, por ejemplo, sodio y potasio. Agua desmineralizada es el agua completamente libre (o casi) de minerales o sólidos disueltos como resultado de uno o varios de los siguientes procesos:  Desionización por intercambio iónico  La filtración por membranas (ósmosis inversa o nanofiltración)  Destilación  Electrodiálisis O bien otras tecnologías. La desmineralización es el proceso de eliminación de sales-minerales del agua. Desmineralización en plantas de tratamiento de agua: El agua desmineralizada también conocido como agua desionizada es un agua libre de iones minerales, tales como: cationes de sodio, calcio, hierro, cobre, etc. y aniones tales como cloruro, sulfato, nitrato, Etc. Son comunes iones presentes en el agua. La desionización es un proceso físico que utiliza resinas de intercambio iónico en el que se sustituyen las sales y minerales en el agua, H + iones OH. En el agua los elementos más pequeños son las sales, por lo que requiere un tratamiento poco convencional, la desionización produce un agua de alta pureza que es generalmente similar a la del agua destilada.

II. OBJETIVO GENERAL Analizar los procesos de ablandamiento y desmineralización en el tratamiento del agua de uso industrial.

a. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Conocer los tipos de dureza en el agua de uso industrial. Conocer los diferentes tipos de resinas para ablandamiento por intercambio iónico. Comprender los diferentes procesos de membranas utilizados en la industria.

III. 3.1 DUREZA Y ABLANDAMIENTO DEL AGUA a. Dureza La dureza del agua se define como la concentración de todos los cationes de metálicos no alcalinos presentes (iones de calcio, estroncio, bario y magnesio en forma de carbonatos y bicarbonatos) y se expresa en equivalentes de carbonatos de calcio, constituye un parámetro muy significativo en la calidad del agua. Esta cantidad de sales afecta la capacidad de formación de espuma de detergentes en contacto con agua y representa una serie de problemas de incrustación en equipo industrial y doméstico, además de resultar nociva para el consumo humano. Lo frecuente es encontrar aguas con menos de 300 ppm de carbonato cálcico, pero pueden llegar hasta 1000 ppm e incluso hasta 2000 ppm. La eliminación de la dureza se hace, principalmente, por descalcificación o ablandamiento por intercambio iónico con resinas. La dureza del agua se reconoció originalmente por la capacidad que tiene el agua para precipitar el jabón, esto es, las aguas requieren de grandes cantidades de jabón para producir espuma. Otra característica de suma importancia en la industria, reconocida posteriormente, es la producción de incrustaciones en los tubos de agua caliente, calentadores, boiler y algunas otras unidades en las que la temperatura del agua es alta. El problema de las incrustaciones no ha disminuido y es de consideración muy importante, principalmente en la industria, porque las incrustaciones pueden obstruir las tuberías a tal grado que se produzcan explosiones o que se inutilicen las unidades de los procesos industriales, resultando más económico darles a las aguas un tratamiento de ablandamiento, que sustituir tuberías, equipo, etc.

La dureza en el agua es causada principalmente por la presencia de iones de calcio y magnesio. Algunos otros cationes divalentes también contribuyen a la dureza como son, estroncio, hierro y manganeso, pero en menor grado ya que generalmente están contenidos en pequeñas cantidades. La dureza la adquiere el agua a su paso a través de las formaciones de roca que contienen los elementos que la producen. El poder solvente lo adquiere el agua, debido a las condiciones ácidas que se desarrollan a su paso por la capa de suelo, donde la acción de las bacterias genera CO, el cual existe en equilibrio con el ácido carbónico. En estas condiciones de pH bajo el agua ataca las rocas, particularmente a la calcita (CaCO ), entrando los compuestos en solución. Según el grado de dureza las aguas se clasifican de la siguiente forma:

Cuando la dureza es numéricamente mayor que la suma de las alcalinidades de carbonatos y bicarbonatos, la cantidad de dureza que es su equivalente a esta suma se le llama dureza carbonatada, también llamada temporal, ya que, al elevarse la temperatura del agua hasta el punto de ebullición, el calcio y el magnesio se precipitan en forma de carbonato de calcio e hidróxido de magnesio respectivamente. La cantidad de dureza en exceso de la carbonatada se le llama dureza de no carbonatos y se distingue como permanente, es decir, no puede eliminarse por agitación térmica, sino que son necesarios procesos químicos para eliminarla del agua. Entre estos procesos se pueden mencionar el ablandamiento con cal, calsoda e intercambiadores iónicos como ciertas resinas.

i. Tipos de dureza En la dureza total del agua se puede hacer una distinción entre dureza temporal (o de carbonatos) y dureza permanente (o de no-carbonatos) generalmente de sulfatos y cloruros.

1. Dureza temporal La dureza temporal se produce a partir de la disolución de carbonatos en forma de hidrógeno carbonatos cloruro de potasio y puede ser eliminada al hervir el agua o por la adición del hidróxido de calcio (Ca (OH)2).

El carbonato de calcio es menos soluble en agua caliente que en agua fría,3 así que hervir (que contribuye a la formación de carbonato) se precipitará el bicarbonato de calcio fuera de la solución, dejando el agua menos dura. Los carbonatos pueden precipitar cuando la concentración de ácido carbónico se altera, con lo que la dureza temporal disminuye, y si el ácido carbónico aumenta puede aumentar la solubilidad de fuentes de carbonatos, como piedras calizas, con lo que la dureza temporal aumenta. Todo esto está en relación con el pH de equilibrio de la calcita y con la alcalinidad de los carbonatos. Este proceso de disolución y precipitación es el que provoca las formaciones de estalagmitas y estalactitas.

2. Dureza permanente Esta dureza no puede ser eliminada al hervir el agua, la causa más corriente es la presencia de sulfatos y/o cloruros de calcio y de magnesio en el agua, sales que son más solubles según sube la temperatura, hasta cierta temperatura, luego la solubilidad disminuye conforme aumenta la temperatura.

b. Ablandamiento del agua El ablandamiento del agua es una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua dura, En algunos casos, los iones de hierro también causan dureza del agua y pueden ser eliminados durante el proceso de ablandamiento. La mejor solución para ablandar un agua es usar una unidad ablandamiento de aguas y conectarla directamente con el suministro de agua.

Un ablandador de agua colecta los minerales que causan la dureza y los contiene en un tanque colector y este es de vez en cuando limpiado. Otra manera de ablandar el agua es con el uso de intercambiadores iónicos. Este reemplazará los iones de calcio y magnesio por otros iones, por ejemplo, sodio y potasio. Cuando el agua contiene una cantidad significante de calcio y magnesio, es llamada agua dura. El agua dura es conocida por taponar las tuberías y complicar la disolución de detergentes en agua. El ablandamiento del agua es una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua ser dura, en la mayoría de los casos iones de calcio y magnesio. En algunos casos iones de hierro también causan dureza del agua. Iones de hierro pueden también ser eliminados durante el proceso de ablandamiento. El mejor camino para ablandar un agua es usar una unidad de ablandamiento de aguas y conectarla directamente con el suministro de agua. Un ablandador de agua es una unidad que se utiliza para ablandar el agua, eliminando los minerales que hacen a dicha agua ser dura. El ablandamiento del agua es un proceso importante porque la dureza del agua en las casas y en las compañías es disminuido durante este proceso. Cuando el agua es dura, puede atascar las tuberías y el jabón se disolverá menos fácilmente. El ablandamiento del agua puede prevenir estos efectos negativos. El agua dura causa un alto riesgo de depósitos de cal en los sistemas de agua de los usuarios. Debido a la deposición de la cal, las tuberías se bloquean y la eficiencia de las calderas y los tanques se reducen. Esto incrementa los costes de calentar el agua para uso doméstico sobre un 15 a un 20%. Otro efecto negativo de la precipitación de la cal es que tiene un efecto dañino en las maquinarias domésticas, como son las lavadoras. El ablandamiento del agua significa aumentar la vida media de las maquinarias domésticas, como son las lavadoras, y aumentar la vida de las tuberías, incluso contribuye a incrementar el trabajo, y una expansión en la vida de los sistemas de calefacción solar, aires acondicionados y muchas otras aplicaciones basadas en agua. Los ablandadores de agua son específicos intercambiadores de iones que son diseñados para eliminar iones, los cuales están cargados positivamente. Los ablandadores mayormente eliminan los iones de calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2). Calcio y magnesio son a menudo referido como “minerales duros”.

Los ablandadores son algunas veces incluso aplicados para eliminar hierro, cuando el hierro causa la dureza del agua. Los mecanismos de ablandamiento son capaces de eliminar más de cinco miligramos por litro (5 mg/l) de hierro disuelto. Los ablandadores pueden operar de forma automática, semiautomática, o manual. Cada tipo tiene una ratio de actuación. Un ablandador de agua colecta los minerales que causan la dureza y los contiene en un tanque colector y este es de vez en cuando limpiado de su contenido. Intercambiadores iónicos son a menudo usados para ablandar el agua. Cuando un intercambiador iónico es aplicado para ablandar el agua, este reemplazará los iones de calcio y magnesio por otros iones, por ejemplo, sodio y potasio. Los intercambiadores iónicos son añadidos desde un tanque de intercambiadores de iones que contiene sales de sodio y potasio. (NaCl y KCl)

IV. 3.2 Ablandamiento por intercambio iónico El agua contiene pequeñas cantidades de materias extrañas, en muchos casos, estas no producen ningún problema, no obstante, son consideradas como impurezas en ciertas aplicaciones y deben ser eliminadas. Las materias insolubles (arena etc.) se pueden separar por filtración. Materias solubles, por el otro lado se pueden eliminar por intercambio iónico. Entre las sustancias disueltas en el agua se encuentra la dureza. Esta es una expresión común que representa principalmente las sales de calcio y de magnesio. En ciertas condiciones, estas sales pueden precipitar y formar depósitos. El ablandamiento de agua es la eliminación de esta dureza: los iones Ca++ y Mg++ que forman el sarro se intercambian por iones Na+ que son mucho más solubles y no se precipitan. Para ablandar agua se toma una resina intercambiadora de cationes en la cual los iones móviles dentro de la resina son sodio (Na+) y se pasa el agua a través de una columna llenada con esta resina. Los iones de dureza Ca++ y Mg++ entran en las perlas de resina, y cada uno de estos iones produce la salida de dos iones de sodio. Las perlas de resina son inicialmente cargadas con iones de sodio (Na+). Cada ion de calcio o de magnesio que penetra en la resina es reemplazado por dos iones que salen. Los aniones del agua no pueden entrar en la resina, porque serían rechazados por los aniones sulfonato fijos (SO3—) que forman los grupos activos de la resina. Este intercambio de cationes es eficaz porque la resina intercambiadora tiene una afinidad más grande para los cationes de dureza que para el sodio. El resultado del ablandamiento no es una eliminación neta de los cationes "duros" del agua, sino una sustitución por iones de sodio. Evidentemente, este intercambio no es ilimitado: después de un cierto tiempo, la resina ha quitado tantos cationes de calcio y magnesio del agua que no queda espacio para acoger otros. Entonces, su período de agotamiento está terminado, y hay que cambiar la cantidad de resina agotada por una resina fresca, o regenerarla. Para ser eficaz, el intercambio iónico necesita una diferencia de afinidad entre los iones en solución y el ion inicialmente en la resina. El intercambio iónico es una técnica perfecta para eliminar o sustituir contaminantes de baja concentración en el líquido a tratar. En tal caso, la duración del ciclo es larga, entre unas horas y varias semanas o meses.

Por el contrario, si la concentración es alta, digamos varios gramos por litro de agua o de solución, el ciclo llega a ser muy corto y la cantidad de regenerante aumenta hasta valores que llegan a ser intolerables. Para el tratamiento de aguas salobres o de agua de mar, el intercambio iónico no es una técnica viable; otras tecnologías, como la ósmosis inversa o la destilación, son más apropiadas. Además, contaminantes no ionizados no se pueden eliminar por intercambio iónico. Las tecnologías adecuadas emplean carbón activo, adsorbentes sintéticos, tamices moleculares y otros medios filtrantes. Ciertos tipos de filtración con membranas, tal como la ultrafiltración y la nano filtración, pueden también constituir buenas soluciones. El intercambio iónico es una técnica poderosa para la eliminación de impurezas en el agua y varias soluciones. Muchas industrias dependen del intercambio iónico para producir agua de pureza extrema:  Centrales eléctricas nucleares y térmicas  Semiconductores, chips electrónicos, pantallas de ordenadores  Eliminación selectiva de contaminantes en el agua potable Además, se encuentran también muchas aplicaciones en otros campos.

V. 3.3 ACONDICIONAMIENTO POR DESMINERALIZACIÓN a. Procesos de desmineralización industrial. Por proceso de desmineralización o deionización de agua se entiende la eliminación de las sales disueltas (iones catiónicos y aniónicos), los métodos más comunes de desmineralización son:

i. Intercambio iónico: Los procesos de desmineralización industrial en la actualidad se basan en el intercambio iónico. Usando resinas de intercambio iónico se pueden eliminar casi el 100% de las sales que contiene el agua, pero no compuestos orgánicos, bacterias o virus.

ii. Destilación: Es el método más antiguo para obtener agua pura, el agua se calienta hasta llegar al punto de ebullición, después se enfría y por condensación se obtiene un agua sin sales disueltas. En la industria, actualmente no se usa por el excesivo coste energético que supone. La destilación no elimina totalmente los elementos que contiene el agua. durante la destilación algunos compuestos volátiles pueden evaporarse con el resto de agua para luego condensarse con ella.

iii. Osmosis inversa: En realidad, la ósmosis inversa no es un proceso de desmineralización ya que no elimina todas las sales contenidas en el agua, pero sí es capaz de reducir considerablemente los iones que contiene, las bacterias, los virus y compuestos orgánicos. La ósmosis inversa es capaz de eliminar aproximadamente: Más del 95% de compuestos orgánicos y pesticidas.

Más de 90% sales disueltas como el sodio, calcio, carbonatos, arsénico, bicarbonatos, magnesio, aluminio, fosfatos, flúor, cianuro, sulfato, cobre, níquel, zinc, plata, bario, radio y cloro. Entre el 70% y 80% de los nitratos. Entre el 55% y 65% del boro. Agua desmineralizada es el agua completamente libre (o casi) de minerales o sólidos disueltos como resultado de uno o varios de los siguientes procesos:  Desionización por intercambio iónico  La filtración por membranas (ósmosis inversa o nanofiltración)  Destilación  Electrodiálisis o bien otras tecnologías. La desmineralización es el proceso de eliminación de sales-minerales del agua.

b. Desmineralización en plantas de tratamiento de agua: El agua desmineralizada también conocido como agua desionizada es un agua libre de iones minerales, tales como: cationes de sodio, calcio, hierro, cobre, etc. y aniones tales como cloruro, sulfato, nitrato, Etc. Son comunes iones presentes en el agua. La desionización es un proceso físico que utiliza resinas de intercambio iónico en el que se sustituyen las sales y minerales en el agua, H + iones OH. En el agua los elementos más pequeños son las sales, por lo que requiere un tratamiento poco convencional, la desionización produce un agua de alta pureza que es generalmente similar a la del agua destilada. Los siguientes iones se encuentran frecuentemente en las aguas crudas: Cationes más comunes:  Calcio (Ca2 +)  Magnesio (Mg 2 +)  Sodio (Na +)  Potasio (K +)  Aniones más comunes:  Cloruro (Cl)

  

Bicarbonato (HCO3) Nitrato (NO3) Carbonato (CO32)

c. Desmineralización mediante resinas de intercambio iónico: Hay dos tipos básicos de resina, de intercambio catiónico y resinas de intercambio de aniónico. Las resinas de intercambio de cationes emiten iones hidrógeno (H +) u otros iones de carga positiva a cambio de cationes de impurezas presentes en el agua. Resinas de intercambio aniónico están cargados con hidroxilos (OH-) iones u otros iones cargados negativamente a cambio de aniones de impurezas presentes en el agua. La aplicación de intercambio iónico para tratamiento de agua y purificación puede funcionar de tres maneras; primero, resinas de intercambio catiónico sólo se pueden emplear para ablandar el agua; en segundo lugar, las resinas de intercambio aniónico por sí solo pueden ser utilizadas para materia orgánica o eliminación de nitratos; y en tercer lugar, las combinaciones de intercambio catiónico y resinas de intercambio aniónico se pueden utilizar para eliminar prácticamente todas las impurezas iónicas presentes en el agua de alimentación, un proceso conocido como desionización o desmineralización. Para muchas aplicaciones de laboratorio e industriales, se requiere agua de alta pureza, esencialmente libre de contaminantes iónicos. El agua de esta calidad puede ser producida por desionización. Como ya lo mencionamos los dos tipos más comunes de desionización son:  Desionización de dos camas separadas (catiónica y aniónica).  Desionización de lecho mixto (catiónica y aniónica) en un sólo tanque. Dos camas de desionización: El desmineralizador de dos lechos consiste en dos vasos – uno que contiene una resina de intercambio catiónico en la forma de hidrógeno (H +) y el otro que contiene una resina de aniones en forma de hidroxilo (OH). El agua fluye a través de la columna de cationes, con lo cual todos los cationes son intercambiados por iones de hidrógeno.

Para mantener el agua eléctricamente equilibrada, para cada catión monovalente, por ejemplo, Na +, un ion de hidrógeno se intercambia y para cada catión divalente, por ejemplo, Ca2 +, Mg2 + o, se intercambian dos iones de hidrógeno. El mismo principio se aplica cuando se considera de intercambio de aniones. El agua fluye entonces a través de la columna aniónica. Esta vez, todos los iones con carga negativa son intercambiados por iones de hidróxido que luego se combinan con los iones de hidrógeno para formar agua (H2O). De lecho mixto de desionización: En el lecho mixto las resinas de intercambio de cationes y de aniones están mezcladas y contenidas en un sólo recipiente de presión. La mezcla completa de intercambiadores catiónicos e intercambiadores aniónicos en una sola columna da como resultado una mejor calidad del agua obtenida que la producida por una de dos lechos separados. Por mucho es más eficaz en la purificación del agua las camas de lecho mixto, pero también son más sensibles a las impurezas en el suministro de agua e involucran un proceso de regeneración más complicado. Desionizadores de lecho mixto se utilizan normalmente para ‘pulido’ del agua a niveles más altos de pureza, después de haber sido tratadas inicialmente por un desionizador de dos camas o de una unidad de ósmosis inversa.

VI. PROCESOS DE MEMBRANAS Las membranas se usan generalmente en diversas etapas del proceso de tratamiento de agua. Podemos decir que un proceso de membranas es todo método que utiliza una membrana para filtrar o remover partículas del agua. Hay varios tipos de medias filtrantes que se usan en el tratamiento de aguapara separar arcillas, limos y arenas, sin embargo, una membrana puede separar sustancias mucho más pequeñas como las sales y iones de un líquido. En un proceso de membranas, el fluido pasa a través de una barrera. La separación tiene lugar debido a la diferencia de presión entre las dos superficies de la membrana, manteniendo a los contaminantes de un lado de la membrana y al agua dulce del otro. El proceso de ósmosis inversa está basado en lo que se denomina ósmosis, el cual es el proceso que utilizan las células para transportar el agua. En la ósmosis inversa la presión se utiliza para forzar el paso del agua contaminada a través de una membrana que captura los contaminantes y permite que el agua se purifique al pasar a través de ella. Es más frecuentemente utilizada para desalinización de agua de mar y de agua salobre con el objeto de obtener agua potable y agua apta para aplicaciones industriales, pero también se la utiliza en el tratamiento de aguas residuales y para reúso de agua. La ósmosis inversa puede utilizarse además para eliminar del agua trazas de fosfatos, calcio, metales pesados y otras sustancias. Otro proceso de membranas es la ultrafiltración. Estas membranas tienen un tamaño de filtración aproximadamente de 0,1 y 0,01 micrones. Esto permite la retención de proteínas, ácidos grasos, macromoléculas, bacterias y sólidos suspendidos en un líquido. En el tratamiento de agua, el proceso de ultrafiltración tiene la capacidad de eliminar bacterias, protozoos y ciertos virus del agua. Con frecuencia estos procesos pueden usarse en forma combinada para brindar una solución integral de tratamiento de agua. Un ejemplo de ello se puede ver en el tratamiento de agua de minas. Las aguas residuales provenientes de las operaciones mineras tienen una gran carga de sólidos suspendidos y coloides. La ultrafiltración puede remover esas partículas del agua preparándola para el proceso de ósmosis inversa. En algunos casos, el agua pasa dos veces por la ósmosis inversa con el objeto de alcanzar las especificaciones finales necesarias para el tratamiento completo del agua.

VII. CONCLUSIÓN Se detallaron procesos de ablandamiento y desmineralización en el tratamiento de agua de uso industrial. Se explicaron los diferentes tipos de dureza del agua de uso industrial. Conocimos el ablandamiento por intercambio iónico, el acondicionamiento por mineralización y procesos de membranas. Se determino que la dureza del agua es el exceso de todos los cationes de metálicos no alcalinos presentes (iones de calcio, estroncio, bario y magnesio en forma de carbonatos y bicarbonatos) y se expresa en equivalentes de carbonatos de calcio, constituye un parámetro muy significativo en la calidad del agua. Comprendimos que las membranas se usan generalmente en diversas etapas del proceso de tratamiento de agua. Podemos decir que un proceso de membranas es todo método que utiliza una membrana para filtrar o remover partículas del agua.

VIII. REFERENCIAS http://www.desmineralizadores.com/proceso.html https://www.carbotecnia.info/encyclopedia/desmineralizacion-de-agua/ https://www.purolite.com/es/application/softening-demineralization-industrial https://www.quiminet.com/articulos/el-ablandamiento-del-agua-18658.htm https://www.textoscientificos.com/quimica/dureza-ablandamiento-agua http://dardel.info/IX/IX_Intro_ES.html https://www.fluencecorp.com/es/que-es-un-proceso-de-membranas/