AGUAS QUÍ INDUS 6° AÑO

5/17/2018 AGUAS QU INDUS 6 AO

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CAPITULO 1AGUAS

El agua, en contacto con la superficie de la tierra y al atravesarsus estratos va enriqueciendoso con las substancias inorganicas queencuentra, Favorecen este enr iquecimiento sus componentes gaseososque ha absorbido en la atmosfera 0 que todavia adquiere en su caminosubterraneo, El enriguecimiento se eonsigue: por disoluci6n directa,.por la acci6n del CO2 disuelto sobre los carbonates, sulfatos y si licates,pOI' reacci6n y rec iproca influencia en la solubilidad de los distintosgases entre S 1 .

EI agua nunea se encuentra pura en la naturaleza. EI agua delluvia es la que mas se aproxima al agua pura, pero contiene pequefiascantidades de mate ria organica y gases disueltos, principalment- CO2y O2 del aire.

Se agrupan las impurezas del agua en tres: disueltas, suspendidasy coloidales.J. Ai ateriales disueltos. Las sustancias mas comunes que se en-

cuentran en soluci6n son sales minerales y gases.Sales minerales: bicarbonato de calcio (COsH) 2Ca; sulfate de cal-

cio S04Ca; cloruro de calcic CbCa.; nitrato de calcio (N03hCa;bicarbonato de magnesio (GOaH) 2Mg; sulfato de magnesio S04Mg;cloruro de magnesio GbMg; nitrato de magnesio (NOahMg; bicar-bonato de sodio COal-INa; sulfato de sodio SO{Na~; clovuro de sodioGINa; sales de hierro (C03H):z Fe y otras. Adernas varies desechoscomerC'iales. Gases: oxigeno y anhidrido carbonico.

2. kfateriales en suspension. Barra y arena, mater ias vegetales ,desechos 'cornerciales y bacterias,


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QUiMICA INDUSTRIAL CAPiTULO I - AQUAS 153. Suspens iones coloidales. Las materias organicas colorantes delagua, se encuentran en general en suspension coloidal y adem a s otrasimpurezas entre ellas la silice. Las suspensiones coloidales no sedimentanfacilmente, mientras los materiales en suspension sedimentan con rela-tiva rapidez,

las estaciones y de la composici6n del lecho donde corre, Son de. g ran importancia las variaciones del flujo de agua en las diferentesestaciones del afio. Algunas de estas aguas pueden estar muy cargadascon materias organicas y rninerales y las hac en completamente in-deseables.

Las aguas de rio que contienen bicarbonatos en disolucion, al correren contacto can el aire, pierden el CO2 de los bicarbonatos y depositancarbonatos de Ca, Mg, Fe, haciendoss el agua cada vez menosricaen sales rninerales. Tambien se hacen cada vez menos ricas en subs-tancias organicas por oxidacion 0 reduccion por las bacterias; salvoque haya afIuencia de otros rios 0 reciba aguas de ciudades. El aguade rio contiene siempre O2, N~y CO2.

AGUAS DE LAGO. - Son masas tranquilas de agua acumulada enuna depresion cerrada del terreno. Los lagos son verdaderos dep6sitosde reserva, que prestan los mayores beneficios en las estacio nes secas.Son dulces cuando el lago recibe y da salida continua ai agua, A vecesel agua de los lagos de agua dulce tiene 1a misma cornposicion quela de los rios afluentes. ,

Los lagos sa lados son depresiones donde vie rte~ agua manantialessalados, 0 tienen un fondo salino 0 son apendices de algun mar delcual debieron separarse por alguna elevaci6n del terrene, como el 'MarCaspio, Mar Muerto, etc.

DISTINTAS CLASES DE AGUAAgua subter ranea

Es la que corre can pequefia velocidad par d a bajo de la superficieterrestre, que en las hondonadas de su curse COn lecho impermeablese reune formando acumulaciones 0 lagos de agua subterranea. Puedeesta r impurifi cada por substanc ias na turales 0 por desechos, requi -ri endose en estes casos la purifi cac ion. Estas aguas estan genera lmentelibres de materias en suspension, pero son mucho mas duras que lasaguas de superf icie,

La velocidad y direcci6n de las corrientes de agua subterranea sedeterrninan por pozos de ensayo can productos quimicos, ciertas mate-ria s co loran tes, etc:

El agua subterranea que por su camino natural sale a la superficiede la tierra, se llama manantial. Si las aguas del manantial contienensales 0gases de cierto poder curativo se Haman aguas minerales.

Si el curso del agua subterranea es dificultoso, terrenos arcillosos,fango; asciende el nivel de la misma e inunda las regiones: Estoslugares deben sanearse mediante desagii es ; con tuber ias adecuadas (dre-naje) se puede condueir a canales.

AGUA DE MAR. - El agua de mar contiene alrededor de 3,5 % desal en los grandes oceanos, excepto cuando e l mar ti ene grandes af luen-tes, como el Baltico que tiene alrededor de 1 % . Contiene abundantesca11.tidades de cloruro de sodio, sulfate de magnesio, cioruro de mag-ncsic y s~lIato de calcic. De las sales, aproximadamente el 80 % esloruro de sedio.gua superficial

Esta, eomprende las aguas de rios, lagos y mares.AGUA DE R io. - Comprende las aguas de torrentes, arroyos y rios.Las aguas de rios limpios pueden servir para abastecimiento deagua para ciudades, pero debe, pOl' 10 rnenos, f il trarse, Las caracte-

risticas de un agua de rio dependen de su cantidad, velocidad, conte-nido de substancias en suspensi6n y disue lt as, dependiendo de la cuencade precipitacion del rio, de" la fusion de la nieve, de las I invias , de

Agua mete6ricaCorresponde al agua de lluvia, nieve, granizo, etc.El agua de lluvia se recoge en cisternas, siendo un agua bJanda; es

costumbre en algunas regiones emplearla para lavar,


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1 6 Q UIMICA INDUSTRIAL

Purificacion de las aguasLa purificaci6n sirve para separar alguna 0 todas las irnpurezas,

ya sea di sue lta s, suspendidas a coloidales y puede tener dos grandesfinalidades.

1. - Purifi cac ion para ciudades y mUDlClplOs, para usos do rnesti coso sea para obtener agua potable. '"

2. - Procesos de purificacion aplicados a varias indust rias para me-jorar el agua usada, el agua de refrigeracion y el agua de clod era.

AGUAPARA USOSDOMESTICOS, El agua destinada a la bebida debeser limpida, in colora, inodora, exenta de germe~es yean, sabor fresco.Para esto, debe hallarse bien aereada y tener cierta canti dad de CO2.y sales. , . I'EI factor de seguridad es el control samtarro, de modo que a pu.n-ficacion requie're una esteri li zac ion para la destruccion de las bac ten asy mejorar el gus to y color . Para la ester il izaciori se emp_Iea generalmente

t bien se usa el ozono rayos ultravioletns, etc. Perc,l cloro; aunque am I s rrr r> ,.. 1 st 'I' cion como la s aguas no son suflclentemente l impi -revIO a a es en izaci , "

d . na sedimentacion simple 0 un tratamiento con coagu-s, requreren u "" dlantes para separar la turbidez y las materias en suspensIOn: seg~~do edecantaci6n. Luego de este tratarniento se procede a. la frl trac~on,

La dureza de las aguas destinadas a bebida es de importancia rela-. . . I nu)' imnortante en las aguas para calderas, indus trias, etc.rva; sienc 0 I r-

A USOS INDUSTRIALES - La preparaci6n del agua paraUAS PARA. industrias puede clasificarse en agu~s para ca.lderas, agua para refri-

., . oara industria propiamerite dicha. Cada caso p lanteaeracion y agua I "problemas diferentes y se estudian al final del capitulo.

La clarificaci6nCLARIFICACIONelimina la materia/2[lanica, turbidez y color

. , , : . , : . ibdel agua.Incluye la coagulaci6n, sedimentaci6n y filtraci6n.

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CAPiTULO I AGUAS 17I!L CoagulacionEl objeto de la coagulacion es la facil separacron de lasparticlliasf inas que originan turbidez y color; en los procesos posteriores de sedi -menta cion y f il traci6n.

EI coagulante casi univeJ(salmente usado es el sulfato de aluminio.Otros coagulaor-, que tambien se emplean en la practica son: sulfa toferroso can cal, cloruro ferri co, alumina to de sodio, etc.

La cantidad de coagulanm para el agua para formar el fl6culo,varia con la turbidez, materia orgimica, substancias minerales y colordel agua. La determinacion del pH es probablemente uno de losmejores metodo.> para regular Ia coagulacion, La zona optima decoagulaci6n se Conoce cuando se obtiene un coagula grande y facilde sedimentar. Adernas debe observarse que el color se eiimine enforma satisfactoria.

En general se puede afirrnar que para aguas blandas y turbias lassales de alurninio son mejores que las de hierro.

La c1arificaci6n se consigue por reaccion quimica entre dos 0 massubs tancias disueltas en el agua, especialmente bicarbonato de calcio,etc., que reacciona con el coagulante y da origen a precipitados quese aglomeran y envuelven y a rrastran durante su fo rmac i6n y la sedi-mentaci6n subsiguiente de los componentes que impurifican el agua.La alcalinidad del agua es gener-almente suficiente para precipitar elhidr6xido de aluminio del sulfato de aluminio agregado y si no hayalcalis suf iciente en el agua natural para producir esta reaccion, debeagregarsele cal 0 ceniza de soda. Esto se hace usualmente antes deagregar el coagulante.

La reaccion entre el sulfato de aluminio Ak(SO;ds.18 H20 y

la alcalinidad de las aguas en forma de bicarbonato de calcio es:AI, (SO,), + 3Ca (CO, HJ, '= 2Al (OH), + 6CO, + 3Ca SO.

Cuando se agrega ceniza de soda para dar Ia alcalinidad, la reacci6nes la siguiente .Ab (SO,), + 3Na, CO, + 3H,O '= 3Na, SO, + 2Al (OH), + 3CO,EI floculo de hidr6xido de aluminio es voluminoso; durante su

formacton envuelve la mayor parte de las particulas suspendidas, una


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parte de las bacterias y adsorbe el color por combinaci6n quimica.Este floculo se deposita lentamente. La coagulacion debe cumplir dospartes bien definidas: la dispersion del coagulante y el acondiciona-miento del coagulo. La dispersion es la operacion con la que se obtieneuna di stribucion uni forme de l coaguJante inyectado al agua, medianteuna agitacion rapida, violenta y de carta duracion. El acondiciona-miento del coagulo sigue a la dispersion y tiene par objeto conseguirla aglutinaci6n de las particulas pequefias de materia coagulada, para[orrnar otras de mayor tarnafio, peso Y propiedades ads rbentes. Estose consigue mediante la agitaci6n del agua a velocidades ajas Y deere-cientes, durante un periodo de tiempo relativam nt largo.

Cada p.p.m. de sulfato de aluminio disminuye la al 'ulil'lidad delagua en 0,45 p.p.m. (como COgCa) y aumenta el 02 a 0.,40p.p.m.

Otro coagulante muy usado para coagular en pH mas alta es elsulfato ferroso. El material comercial contiene 7 rnoleculas de aguade crist ali zaci6n (SO~.Fe. 7H20).Debe agregarse cal 0 soda caustica y la reacci6n tambien del endedel oxigeno disuelto en el agua. Se forma un Iloculo d hidroxidoferrico (Fe(OH)s) Y la reaccion es la siguiente:

4 FeSO, + 4 Ca(OHlo + O2 + 21-1,0 = 4 Fe(OHlo + 4Ca 0,

las materias en ,suspensi6n y can e l grado de c1ari ficaci6n requerido.Si en el material de arrastre predomina arena, la presedimentacionse reduce a un proceso de desarene, con periodos muy cortos de reten-cion. La eficiencia de la preseciimentaci6n llega hasta reducir en un60-70 % las ma.ter ias sedimentables en suspens ion.

Con el empleo de 1 2 1 coagulacion en el tratamicnto de las aguas,la presedimentaci6n ha perdido importancia, Tiene .la ventaja que sepuede disponer de una gran reserva de agua almacenada. Por otraparte reduce el nurnero de bacterias de las aguas presedimentadas engran proporci6n; el color marr6n del agua se reduce en un 30-40 %y da calidad uniforme. Ademas todas las aguas naturales de superficiecontienen una variedad de formas vegetales, algas, muchas de las cua-les son microscopicas. En el almacenamiento para presedimentaci6nse puede practicar el tratamiento de las algas, sicndo el tratamientomas cornun can sulfate de cobre.

DECANTACION. - Es la etapa que sigue al acondicionamiento delcoagula y t iene pOl ' objeto 1 2 1 clarificacion del agua mediante la sedi-mentaci6n de la materia coagulada por accion de la gravedad. En lasedimentacion se requiere dar poca velocidad al agua y un tiernpo deretenci6n. Un decantador consiste en un recipiente rectangular (fig. 1)

Sedimenta~i6'h." (

SEDIMENTACION SIMPLE. - Las materias que mantiene el agua ensuspension se depositan en el fondo del recipiente por accion de lagravedaCl . Es una forma mas eeonomica que 1 2 1 eoagulaci6n, para sepa-rar las materias mas grandes. Cuando la cantidad de materi s sedi-mentables es pequefia con respecto a la que se encuentra al estadocoloidal, es nla~ econorriico coagular sin sedimentaci6n previa. Seernplea en la ~ediinentaci6n simple el almacenaje en lagos, reservasnaturales, etc., con grandes. periodos de retenci6n de semanas a mesesy camaras artificiales de retencion , corta, de algunas horas a dias,Practicarnente, casi todas ias grandes instalaciones de filtros Ientos,uti li zan presedimentac i6n, como tra tamiento previo. La presedimen-tacion es eficiente si el agua a tratar es relativamente pura Y contieneprincipalmente s6lidos en suspension, fic ilmente sedimentables. El pe"riodo de reten~i6n varia. can la cantidad, calidad y caracterist icas de

h

FIC. l. - Deca.ntador , Corte 1ongitudinal.

.: - . ~.a circular, con un volumen que perrnita que el agua pueda permanecerel tiernpo deseado ; y una seccion tal, que, la velocidad de desplaza-miento no sup ere el limite maximo deseado. En la decantaci6n debenconside rarse: pe riodo de retencion, numero de decantadores, ve locidad

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20 QUIMICA INDUSTRIAL

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CAPiTULO I - AGUAS

del agua, dimensiones de los decantadores, dispositivos de entrada ysal ida , capacidad de a lmacenamiento del ba rro, sistema de eliminac i6nde l barro y eficienc ia de la cla rifi cac i6n.

Los decantadores pueden funcionar en serie 0 en paralelo y enforma continua a inte rrnit ente .

En los decantadores, durante las dos prirneras horas, se producela sedimentacion de la mayor parte de las substancias coaguladas,decreciendo rapidamente la decantacion en las horas siguientes. Lasparticulas mas finas en suspension se e1iminan en forma eficaz y eco-nornica, en la etapa siguiente, por filtraci6n.

unidad de superficie. Poco a poco se va reduciendo el rendimiento delfiltro al aumentar el espesor de la capa de residue. Entonces debesepararse el filtro de servicio y se procede a la limpieza del mismo ;separando la capa de arena, se lleva esta a los limpiadores de arena;luego se vuelve al lecho y queda listo el filtro para una nueva filtraci6n.EI agua filtrada que pasa de la parte inferior del Iiltro Iento, va a unrecipiente donde se almacena el agua clara, ya lista para usar.

Fo:rLTROAPlDODE ARENA. - Los fi ltros rapidos provienen de NorteAmerica. Son los mejores para aguas de gran turbidez y mucho color.La diferencia principal entre el filtro lento y el rapid 0, est a en laformaci6n artificial de una capa superficial de filtraci6n sobre la arenapar ccagulac ion ; el metoda de Iimpieza del f ilt ro Iorzando una corrientede agua 0 aire y agua a traves de l media fil trante y por una velocidadde filtraci6n mucho mayor. Esta velocidad es de 40 a 50 veces mayorque los fil tres lentos y requie ren por 1 0 tanto, un espacio de 40 a 50veces menor que los 1entos.

Filtraci6nEs Ia separaClOl1 del material suspendido en el agua para producir

Ia clarificacion completa. Este proceso sigue a la presedimentaci6no a la coagulacion y decantac i6n. La fi ltracion elimina las materi as ensuspension, mic roorgani smos, etc., que que dan de los pasos anteriores,En la filtraci6n se realiza eI pasaje del agua a traves de un estratoporoso, generalmente arena.

FrLTRo LENTODE ARENA. - El metodo de fi1traci6n lento de arenao fiItro ingles, fue el primero usado en gran escala. Actualmente essatisfactorio para clarificar aguas de baja turbidez, sin la ayuda decoagulantes. Es necesaria una sedimentaci6n anterior del lodo de lasaguas., en grandes depositos, para dar una operaci6n eficiente. Estoslechos de arena son generalmente de alrededor de 0,90 m de profun-didad sobre un lecho de grava de 0,45 m, y este a su vez esta sobreun material mas grueso. La arena de la parte superior es de 0,2 a0,3 rnm. de diametro y la velocidad de filtraci6n es muy pequefia,Cuando esta limpio y listo para su usa se llena generalmente de abajoarriba hasta el nivel de arena 0 un poco mas arriba, con agua limpia,obtenida de otros filtros. ~uego se admite el agua a filtrar en lasuperficie del filtro con una altura de alrededor de 1,20 m y se dejauno 0 dos dias, Durante este tiempo, parte de la substancia en suspen-sion se deposita en Ia superficie de la arena para formar una peliculamuy fina, muy importante para una filtracion eficiente. Luego seprecede a la filtracion regulando b cantidad de agua a pasar par

eeseev DEMUll F It . rRI10AF1G. 2. - Fi.ltro ra pi do ,

Un filtro rapido can drena je de cafios perforados, puede verse enla fig. 2. Consiste en una caja de hormig6n armado, dentro de lacual contiene del fonda hacia arriba:

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22 QUIMICA INDUSTRIAL CAPITULO I AGUAS 23a) Uri sistema de drenaje con un conducto central que alimenta

a una serie de cafios perforados. El drenaje recoge el agua filtradad traves cie la arena para Ilevarla fuera del filtro y ademas para lareparticion del agua de lavado a presion.

b) Sobre este sistema se coloca un lecho de sosten de cantos rod adosde una profundidad de 0,25 a 0,50 m.c) Sobre el lecho de sosten va el lecho filtrante de arena que variade 0,50 a 0,90 m. de espesci2

d) Un sistema colector de agua de lavado ubicado conveniente-mente arriba de la capa de arena.

Estos filtros que en un principio eran circulares, se los construyeahora en su mayor parte rectangulares.

La velocidad "standard" de filtraci6n aceptada es de +,87 ma/h,pero esta depende del afluente y del lecho filtrante.operaci6n y lavado. ~ La relaciori de filtraci6n decrece 16gica-mente con el servicio continuado. Los solidos se depositan en la su-perficie del lecho de arena y ofrecen resistencia al pasaje de agua.Cuando la cantidad depositada es tal que reduce la capacidad delfiltro prevista, decrece el pasaje de agua a tal punta que requiereIimpieza. El lava do se efectua can agua a presion,. que consiste eninyectar agua filtrada pOl' el sistema del drenaje, en sentido inversoa la filtracion, provocando una velocidad ascendente en el filtro paraconseguir una expansion del lecho filtrante, donde los granos de arenapOl' agitacion mecanica pierdan las impurezas adheridas. El agua deIavado arrastra las suciedades recogidas en su recorrido y sale pOl' elsistema colector de agua de lavado. Cuando se emplean bajas velo-cidades de lavado, se debe previarnente agitar el lecho soplandoleaire comprimido. Despues del lavado queda el filtro para una nuevaoperacion.En la filtraci6n doble se pasa primero el agua por filtros de arena

rapidos can gran velocidad, la que puecle ser tanto como 100 0 200galones par pie cuadrado pOl' hora. Estos filtros se construyen gene-ralmente en baterias de una docena a mas unidades en superficiepequefia . Como estos filt ros t raba jan grandes cantidades de agua , debenlimpiarse continuamente. Luego se pasa e1 agua a los filtros secun-darios que son del tipo lento de arena, que trabajan mas ligero, doso tres veces mas rapido que euando se usa solo.

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FILTRO A PRESION. ~ Un filtro a presion puede verse en la fig. 3.Estos fil tros son tanques 'de acero de forma ci lindrica , horizon tales

o verticales, El agua se fuerza a traves de la arena a presion, pero enotros aspectos difiere muy poco en principia de los fiJtros de arenaripidos que ya hemos visto. Aumentando la presion, un filtro a presionpuede aumentar la producci6n con poco efecto en la cali dad del aguafiltrada, gue es una ventaja desde el punto de vista industrial. Tienela ventaja de l ba jo cos to, su fac il instalacion, poco espacio y flexibil idaden la cantidad tratada. Adernas Ia operacion puede regularse con val-vulas adecuadas que haeen facil su manejo.

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FIG. 3 . . !_ Filtro a p resi on .

Como puede verse en la figura 3, esta constituido por capas depedregullo, luego arena gruesa y por ultimo arena fina. EI agua fil-trada se descarga par 1 0 bajo a traves de una serie de tubos. Estefiltro debe lavarse frecuenternente, can una corriente de agua haciaarr iba, de suficiente velocidad para agitar completamente, laval ' y enjua-


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24 QUI MICA INDUSTRIAL CAPiTULO I - AGUAS 25gar. E1 exito de esta operaciori depende de la distribuci6n uniformedel agua de lavaje y asi no se afectan las capas de pedregulla. Algunosfiltros estan provistos de una )sola valvula gue desempefia todas , lasfunciones de lavaje, enjuague, drenaje y filtraci6n.

DESINFECCION 0 ESTERILIZACION

tales como los que constituyen 10s tubos de hierro y cobre; pero enuna pequefia cant idad de agua es muy corrosivo, por 10 que se empleatubas de goma, bakelita 0 vidrio, para manejar las so.ucioncs acuosas.Debe proveerse al personal, en las instalaciones de cloraci6n, de mas-caras protectoras contra e1cloro.

Se investigan las perdidas de cloro de un equipo, pasando aguaamoniacal, que forma la nube blanca de cloruro de amoriio.

E1 agua que se emplea para abastecimiento, requiere una purifica-ci6n, para eliminar las bacterias, que consiste en una esterilizacion 0desinfecci6n, que as! se llama este tratamiento. Se emplea como unamedida de seguridad y para prevenir contaminaciones, aun en el casode aguas que se consideren potables par simple filtrado, desde el puntade vista sanitaria. EI esterilizante universalrnente mas usado es el cloro,solo 0 en forma de cloraminas; pero tambien se emplean el ozona,rayas ultravioletas, etc. Entra de dcl oguo.

oMlOtdidor de claro e indlcodorautomatico O


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26 QUIMICA INDUSTRIAL AGUASAPITULO Iresidual que se le desea dejar al agua y del pH del agua. Para pHmas bajo, la acci6n del cloro es mas rapida y energica. E l mayor con-sumo de cloro, 10 efectua la materia organica oxidable, influyendotambien la temperatura. EI tiempo de contacto, desde que se inyectael cloro al agua hasta que se consume, es de importancia, as! comola dosis residual que se desea dejar al agua como factor de seguridadde la misma y que en general se fija en 0,2 p.p.m., despues de 5minutos de contacto 6 0,1 p.p.m. despues de 30 minutos, asegurandoasi Ia pm:eza bacteriol6gica del agua en toda la linea de distribuci6ne impidiendo el desarrollo de ciertas bacterias.

Deben hacerse deterrninaciones ~ada hora sabre el residua de clorodel agua que deja la planta. El ensavo colorirnetrico con la ortoto-luidina se hace facilmente. El color amarillo producido pOI' e l c larose compara can so.uciones standard preparadas previamente. Se dejaIa muestra durante 10 minutos a la temperatura ambiente, despuesse agrega la ortotoluidina antes de Jeer el color.

Tarnbien se usa la determinacion can ioduro de almidon. Se empleamas el metodo de Ia ortotoluidina por su facil aplicaci6n.

aguas con pH entre 4,4 y 3,5 que corresponde a la mayor parte delas aguas naturales , se encuentran dieloroamina y monocloroamina, laproporcion de las cuales esta en relaci6n directa a1 valor de pH delagua. De estas cloraminas la mas activa es la dicloramina, Las elora-minas son de accion mas lenta que el elora solo, por tener un potencialmenor de oxidaci6n. Con la relaci6n de 4 partes de cloro para 1 partede amoniaco, se obtiene Ia esterilizaci6n mas satisfactoria (se formaprincipalmente dicloramina) con una concentraci6n residual en elora-mina de 0,2 p_p.m. con un pH entre 6,5 y 7,8.

La reaccion es:2 NI-L + Clo = CINH. + CINH, (monocloramina)3 NH. + 2 CL = 2 CINH4 + CI,NH (dicloramina)

Se encont ro que reernplazando el sul fato de amonio purifi cado, pOl'amoniaco gaseoso (anhidro) se hacia mas rapido y ventajoso eI empleode las cloraminas. El amoniaco anhidro se mantiene en cilindros serne-jantes a los empleados para el cloro y los aparatos son muy similaresa los c1osaclores de cloro, excepto que el amoniaco se aplica directa-mente al agua. Se emplean cafierias de hierro cornun ; pueden usarse1 0 misrno para gas seco a en soluci6n. Las perdidas se c1eterminan consoluci6n concentrada de acido clorhiclrico que da una densa nubede humo en el punta de contacto can el amoniaco.

Cuando al mismo tiempo que la esterilizacion se desean eliminarlos olores y sabores 0 cuando Call el tratamien to del cloro solamente ,hay formaci.6n de olores 0 sabores (clorofenoles) debe inyectarse eIamoniaco antes que el c1oro, para que este no se combine can Iasubstancia productora de alar a sabor. Esto se llama preamonizaci6n.En 1a cloraci6n de aguas muy contaminadas se pueden ernplear dosismuy elevadas, pues si el agua natural es rica en materia organicapuede fijar gran cantidad de cloro. En otros casas se suele clorar elagua decantada que va al filtro y por ultimo siernpre se hace la dora-cion del agua de consumo, aunque sea potable, bajo el punta de vistasanitario, como una medida de seguridad. EI agua que va a consumopuede tener un periodo de contacto demasiado corto entre el puntade aplicaci6n del claro en el establecimiento y la fuente de consumo,en este caso debe inyectarse a' la entrada de las reservas para aprove-char asi su pericdo de retenci6n. El contacto del amoniaco y eI cloro

Cloram.inasEI tratamiento can cIoraminas en las aguas tiene la ventaja de

que este es un agente esterilizante que permite concentraciones decloro residual mas gran des, sin gusto y tambien forma compuestossin sabor can los fenoles y ciertos otros residuos de industria. El usade las eloraminas continua en aumento en numerosas plantas, espe-cialmente a partir del aiio 1930.

Ya sea para dora cion del agua natural, como decantada, se aeon-seja ernplear cloramina cuando el cloro solo da lugar a la formaci6nde gustos y olores desagradables.

Cuando se agrega eloro al arnoniaco se forman, al -reemplazar unoo mas atomos de hidr6geno productos de substitucicn, llamados c10-rarninas: mono, di y tricloraminas, dependiendo del pH del agua yde las cantidades de claro y amoniaco que se agregan.

El tricloruro de,nitr6geno (NCb) se forma debaja de pH 4,4;la dicloroamina (CbNH) se [anna can aguas con pH entre 4,4 Y8,5 y arriba de pH 8,5 solo se obtiene monocloramina (el NH2). En

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28 QUiMICA INDUSTRIAL CAPITULO I - AGUAS"

se lleva a cabo en una concentraci6n moderada, de 12 a 15 partesde cloro por mill6n y su cantidad correspondiente de amoniaco. Conun periodo de contacto de alrededor de dos horas se tiene una desin-fecci6n mas grande que con una cantidad igual de cloro solo en elmismo periodo, Se deja una cantidad residual de c1oro de 0,2 p.p.m.a mas, sin que afecte el gusto.( Para la supercloracion del agua, en Ia que se debe agregal' excesode cloro para destruir 1a materia organica, se debe eliminar 0 combi-nar el cloro libre para 10 cual se usa carb6n activado si se hace antesde la filtraci6n, 0 can el anhidrido sulfuroso, si se efectua directa-mente en el agua de consumo.

SABORES Y OLORES

iIl1II

Los sabores y olores en general no afectan las condic iones higienicasdel agua, pero en algunos casos, son tan intensos y desagradables, quedeben prevenirse 0 el iminarse, Las causas de estos olores y gustos son:mate ri a organica en descomposici6n; residues industrial es de substan-cias can Ienoles de plantas de destilaci6n de hulla, refinerias de aceite,etc.: el mismo c1oro usado en la esterilizacion, y especialmente la des-cornposicion de microorganism os rnuer tos, generalmente algas.

Los metodos para eliminar los malos gustos y olores se puedendividir en preventives y para eliminarlos una vez prcducidos.

Ozonizacion Metodos preventivosEs otro metoda de esterilizaci6n que se ernplea especialmente en

Francia. El ozono es un poderoso agente esterilizante, pero es unproducto caro comparado con el cloro.

E1 ozono se obtiene del oxigeno del aire atrnosfcrico, el gue debeprimero secarse y luego pasarse al ozonizador. El nitrogeno debe pasarsin modificarse evitando la forrnacion de oxides de nitr6geno.

El aire ozonizado asi formado esta listo para pasar a los equiposde mezcla que contienen el agua que se desea esterilizar, La corrientede agua se regula para dar un tiempo de contacto de 2 minutos cuando1a temperatura del agua esta a 20C a mas; a 10 minutos cuando la'temperatura esta debajo de 10"C. La dosis de ozono que puede variarde 0,75 a 1,5 g (tarnbien 2g) par metro cubico, depende de la canti-dad de materia organica presente y de la temperatura del agua. Elagua debe esta r l ibre de substanc ias en suspension, 1 0 que requie re unafil tracion efic iente precedida a veces par precipit aci6n.El tratamiento con ozona mejora el color de un agua en un 30-50 7 uy deja muy poco gusto.

Se deben tamar las medidas para evita r que los l iquidos industri alescontaminen el agua que se emplea para provision. EI desarrollo demicroorgani smos, espec ialmente a lgas, es la mayor fuente de olores ysabores, Las algas proli feran faciimente en las aguas, principa l mente enla superficie, y en verano su multiplicaei6n es tan rapida que afectalos filtros. El tratamiento de las algas debe hacerse conociendo lasespecies de algas. Se han practicado varies mctodos para destruir lasalgas en los receptaculos, pero el tratamiento mas usado es el del.sulfato de cobre. Se empIean dosis de 1 a 2 p.p.m. La frecuencia deltratamiento es importante ; debe darse suficienternente a menudo pararetardar la acumulaci6n de vegetaci6n; las experiencias indican que senecesitan una vez cada dos sernanas. Varia con el clima.

Metodos para eliminar olores y sabores una vez producidosComo los rne todos preventives no son siempre eficientes se debe re-

curr ir a los siguientes metodos correct ivos:SUPERCLORACI6N.Howard y Thompson en Toronto; Canada, han

eliminado con exito, el gusto de las aguas del lago Ontario, usandosupercloracion seguida de decloraei6n can S02. EI empleo del excesode cloro, que actua como poderoso agente oxidante, transforma loscompuestos que dan gusto al agua, en compuestos sin sabor. Esto dejaun residua de cloro que debe destruirse con SO~.

Rayos ultravioletasEste tratamiento depende de la acci6n de los rayos ultravioletas

que e jercen una aeci6n microbicida y para 1 0 cual se hace pasar elagua par encima de una Iampara de vapores. de rnercurio.

'

29


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30 QUiMICA INDUSTRIALEl cloro usado oscila de 0,7.5 a 1,2.5 p.p.m. con 1 ~ hora de con-

tacto. Este t ratamiento oxida los residuos organicos y los productos dedescomposici6n de las algas. Luego se emplea 0,28 a 0,62 p.p.m. deS02 para separar el exceso de cloro.

Los equipos de clorac i6n standard pueden usa rse para la apl icacionde ambos gases .CLORAMINAS. El tratamiento con cloraminas, aparte de la accioneJ.teril izante, ti ene valor en el control del sabor del agua. La esterili za-ci6n can estos compuestos, hace posible el usa de altas concentracionesresiduales de c loro, sin afectar e l gusto.

Los produc tos de descomposicion de las algas y otras materia s orga-nicas, no pueden separarse por este tratamiento, Se ha demostrado quese puede reduc ir, pero 'no eliminar del todo e l gusto, por la apl icacionde clorarninas, usando la relacion 2 partes de cloro para 1 parte deamoniaco, En 6 horas de contacto, queda un equivalente de clororesidual de 0,15 p.p.m. en el agua filtrada; con una segunda cloraci6ndel agua filtrada usando 0,5 p.p.rn. se obtiene una eliminaci6n com-pleta del saber del agua filtrada, Se ha encontrado que este trata-miento no elirnina los productos volatiles de descornposici6n por 10cual queda el olor del agua. Los sabores de fenoles se separan por estetratarniento ; la relaci6n de 4 partes de cloro por una parte de amoriiaco,da gustos sat is factor ios con buenos resultados bactericidas.

AERACION.- Era el unico metodo usado anteriormente para eli-minar olores y sabores del agua; actualrnente se ernplea muy poco.(Este proceso se estudiara en deferrizacion y demanganizacion).

CARBONACTIVADO.,-- E s un importante adsorbente de los sabores.Esta propiedad, se ernplea en muchas plantas agregando el material

al agua antes de la filt raci6n. Es necesario mezcJar intima-carb6n con agua, de modo que este el mayor tiempo en con-

antes de la filtraci6n, La mayor parte de las veces se aplica elantes de la decantaci6n, ya en el agua 0 en las cama-junto 0 separado del coagulante. Con aguas de alta

'tan doble sedi rnentacion y coagulaci6n, se apl ica eles del tratamiento preliminar para reducir laexcesos de desechos pueden separarse inicial-~el' ag]!a , seguido de carb6n activado con sub-

.'.:

CAPITULO I - AGUAS 3 1siguiente reunion de los materiales en el fl6eulo,' para ser separadocompletamente por sedimentaci6n y filtracion, Se ha probado que loscloro-compuestos formados de los desechos, se adsorben mas facilmentegue los materiales originales. Las particulas de carbon actuan comonucleo, en la formaci6n del coagulo, aurnentandolo y haciendo masrapida la sedimentaci6n. Ademas evi tan la descomposicion del coaguloy permiten una econornia de coagulante y cloro. Cuando el olor 0sabor no es fuerte 0 persistenre, 0 cuando no es necesaria la aplicaci6ndel carb6n antes de la decantaci6n, se 10 agrega a la salida de los decan-tadores 0 directamente en el filtro.

La concentraci6n de carb6n activado para separar el sabor variadesde 0,6 a 10,0 p.p.rn. de acuerdo can las condiciones locales. Comocada agua posee carac teristicas diferentes y variables, e s irnposible daruna cant idad satisfactoria . Debe deterrninarse con ensayos ernpi ri cos,el dosaje que iridicara la concentraci6n correcta para el uso. EI carb6nen polvo se aplica con' aparatos dosadores y se emplea en suspension.EI carb6n debe estar completamente humedecido, sino flotara en 1asuperficie del agua y sera de poco valor. Esto se consigue por agitaci6nde la suspension. Para evitar la decantaci6n rapida en los tanques demezcla, el carb6n en suspensi6n debe alimentarse de modo que no pasede 5 % del peso total del agua. Se requiere tarnbien agitaci6n COllS-tante de la mezcla, El carbon granuJado se emplea en los filtros y secoloca formando una capa delgada sobre la arena,

OZONO. - EI empleo del ozono como desodorizante ha sido estu-diado par el Dr. Bayl is, que llega a las siguientes conclusiones:

Los olores que se encuentran comunrnente en las aguas del lagoMichigan, se reducen algo con el tratamiento por el ozono, pero estareducci6n no es sufic iente para que este rnetodo se considere 'pract ico.Los experimentos rcal izados indican que las substancias de origen fen6-lico, son eliminadas en forma casi completa por el ozono ; 1 0 mismoque 1a mayor parte del olor producido par las descargas de aguas ser-vidas de refinerias de petroleo, en el lago Michigan.

Otros olores producidos por desechos de Iabricas de conserva 0curtiembres, son reducidos en muy pequefia proporc i6n.

PERMANGANATODEPOTASIO. EI empleo del permanganato de po-tasio 0 sodio, no se ha generalizado para destruir e1 sabor, Aplicado


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32 QUiMICA INDUSTRIAL \J CAPITULO 1 - AGUAS 33can cuidado, es un metodo facil para la oxidaci6n de los materialesque dan malos sabores.

Esta acci6n es el deterioro del metal por acci6n quirnica (cafierias,tanques y otros recipientes). Se debe principalmente al oxigeno y tam-bien al CO~. Estos gases l legan di sueltos en el agua de alimentaci6ny se liberan en la caldera. Se previene la corrosion, eliminando el OX!-geno disuelto y regulando la alcalinidad, El aumento de la alcalinidad,trabajando arriba de pH 9,5 evita Ia soIubilidad del hidr6xido ferrosoque se forma en la superficie metali ca, EI oxigeno disuel to en .e l aguaoxida el hidr6xido ferroso a hidr6xido ferrico, que es menos solubleque el hidr6xido ferroso y precipita y permite disolver mas hierro.

EI CO2 puede entrar a la caldera como gas disuelto y como bicar-bonato de Ca, Mg y Na, que por calor desprende CO2

El oxigeno es la causa principal de la corrosion debida a los gasesdi sueltos. A 20"C un litro de H~O disuelve 6,36 em." de O2 y a lOO"Cninguno.Se e limina e l oxigeno disuelto por desaerac ion, usando calentadores

abiertos, 0 a presion reducida y temperatura ambiente 0 corubinandoambos.

Se ernplea la cornbinacion del desaerador y cal-soda en ca li ente . EIotro proceso es par medias quimicos, tratando can virutas de hierro,sulfa to ferroso, sulfite de sodio y materiales organicos.

I

II{I. j~

La eliminacion del bicarbonato de calcio y magnesio se puede hacercompletarnente por el proceso cal-soda, pero cuando se trata con .zeolitaqueda una cantidad equivalente de C?sHNa. ~n. este caso el bicarbo-nato de sodio se elimina por tratarmento qUlmlco con S04H2 y ~e

I 1 CO regula el pH del agua reduciendose as! la alcali-epara uego e 2, ,nidad. Hoy se emplea el material sintetico "Zeo-Karb", ~ue opera ~n el. I del hidrogeno 0 del sodio, EI ion sodio se cambia por calcio yCIC0 I.,despues se regenera con acido, donde el calcio se reemplaza por e Jonhidrogeno y se usa de nuevo.

Ze Na, + Ca(C03H), + ZeCa + 2NaCO"HZe Ca + 2 HCI + Cl,Ca + Ze H.Ze H. + 2 NaCO.I-l + Ze Na. + 2 CO, + 2 H,OAs! un agua con bicarbonato de caleio, se convierte en un agua can

bicarbona to de sodio, este pasa a CO2, que se elimina por calenta-. miento.

DE LA ALCALINIDAD

Las aguas contienen hierro combinado, pero el hierroen mavores proporciones en las mas profundas j cuandopasa d~ ciertos limites se hace necesa ria su e liminaci6n.

Se admite C01110 limite maximo de hierro 0,5 p.p.Ill. excepto loscasos de aguas industriales, que tienen exigencias especial~s.

El hierro disuelto en proporci6n de 0,5 p.p.m. comumca al aguasabor desagradable y aurnenta la corrosion de las cafierias, mancha losartefactos sanitarios, tejidos, etc. Cuando el agua atraviesa 105 estratossuperf'ici ales del t erre no, se enriquece de CO2 (de l ai re y de Ja~ subs-tancias organicas en descomposic icn ) , pene tr~ en los ~st.r atos mas pro-fundos v halla yacimientos de hierro, los disuelve facl~mente (~asta100 n1O'. de Fe pOl' litro) al estado de bicarbonato de hicrro ; y 51 en-cuenrra substancias organicas en descornposicion forma combinacionesde hierro con los acidos organicos (acido humico ) acornpafiados de

se encuentrael contenido

PREVENCION DE LA ACCION CORROSIVA

DEFERRIZACION Y DEMANGANIZACION

0, + 2 Na,S03 -s- 2 Na,SO.Las virutas de hierro ofrecen gran superficie y el hierro se combina

con el oxigeno del agua. Este aparato se llama desactivador. A vecesse usa tratar el agua a temperatura ordinaria a presion muy reducida.y se elimina el resto de l oxigeno agregando sulfi to. Se evi ta e I CO~ par. " previo con cal 0 soda caustica, y esto antes de laaereaci6n.

se e limina el CO~ por calentamiento. acido sulfhidrico, etc.I 1 . d j' xidando los compuestos ferrosose elimina e .uerro e as aguas, o~1

a Ierricos y luego se precipi tan como hiclr6xidos.de las aguas se debe a los bicarbonatos y tambien se

de cal agregada en la correcci6n.

' . 1 .


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Eliminaci6n del hierro y manganeseSe puede eliminar el hierro en las Iorrnas siguientes:AERAcr6N.~ Aumenta el oxigeno disuelto en eI agua y a la vez

separa.igases volatiles tales como acidS sulfhidrico y anhidrido carbo-nico. Ademas, bajo ciertas condiciones, precipita el hierro y manganeso,especialmente 5i se encuentran en forma facilmente oxidable.

2Fe(CO,H), + Y z 02 + H,O + 2Fe(OH), + 4 CO,La aeracion se puede hacer por pulverizacion, por cascada y por

difusi6n. La aeraci6n seguida por sedimentaci6n y filtraci6n a travesde lechos de arena, es un metodo eficiente para separar hierro y man-ganeso de las aguas. Ashe puede redudr cantidades excesivas, 10 p.p.m,o mas y se reduce a 0,2 p.p.m. 0menos. Tambien por percolaci6n sobrelechos de coque, de 15 a 30 cm. de profundidad, expuesta una gra~superficie de agua a la atmosfera y can suficiente aeraci6n para preci-pitar el hierro. La aeracion que precipita el hierro soluble, es acom-pafiada por la disminuci6n del CO2 (elevar el pH) y este gas es reem-plazado por el oxigeno del aire, que cambia las sales de hierro sol~bles,en hidroxido ferrico insoluble. Hale estima que 0,14 p.p.m. de oxigenopuede prccipitar 1 p.p.m. de hierro y 0,29 p.p.m. se necesitan para1 p.p.m. de manganeso.

En las aguas que contienen el hierro al estado de combinacionorganica, la aeraci6n no da resultado y se deben usar rnetodos de oxi-daci6n mas eficientes, cloro, permanganato, etc.

Se puede tarnbien combinar la aeracion que disminuye el CO2(aumenta el pH) y aurnenta el oxigeno y posteriormente tratar concal para neutralizar el resto del CO2 que queda en el agua despuesde la aeraci6n; y aSI las sales de hierro solubles remanentes se transfor-man en hidr6xido ferrico insoluble.

Se requiere, una vez precipi tados los compuestos de hierro, un pe~riodo de sedimentacion suficiente vpara separar la mayor parte delresiduo constituido porhidr6xido ferrico y en algunos casos se ayuda laformaci6n del coagulo con coagulantes, y luego se filtra. Se emplea enlos fil tros, arena recubierta ya de hierro.

.~

CAPiTULO I - AOUAS 35En la fig. 5 se ve un esquema de una planta de deferrizaci6n, con

aeracion previa, seguida de cal y de alli pasa al filtro,Los mismos principios se aplican en la separaci6n del manganeso.

C,bI "" ' !ADE A LAC~ON

Ere. 5. - Pl arrta de defe-rizaci on.

ZEOLITAS. - Las zeolitas cornunes que se emplean en la edulcora-ci6n eliminan tarnhien el hierro y manganeso solubles por cambia debases. Luego al regenerar can cloruro de sodio se forma cloruro dehierro y manganeso solubles como con las sales de calcio y magnesio.Pero existe una zeolita, llamada al manganeso, que se prepara trafando1a zeolita s6dica con Cl-Mn, transformandoss en zeolita manganosa,que por tratamiento posterior con permanganato de sodio se transform aen oxides superiores del manganeso. Esta zeolita actua, oxidando loscompuestos de hierro y manganeso, precipitandolos y quedando rete-.nidos en el filtro. Cuando Ia zeolita ha cedido todo su oxigeno se haagotado, y se regenera con un tratamiento con permanganato de sodio.Los compuestos insolubles de hierro y manganeso se eliminan del filtropor lavado. Esta zeolita, como vernas, trabaja como oxidante, rnientrasque Ia de sodio por cambia de bases.

Aunque los mismos procedimientos que se ernplean en la deferriza-ci6n se usan con la demanganizaci6n, la oxidaci6n del"manganeso esmas Ienta y requiere un pH mas elevado que el hierro.

ABLANDAMIENTO DE LAS AGUASLa cornposicion de las aguas no es uniforme y esta influenciada pro-

Iundamente por el modo de recolecci6n y la geologia de los distritosen los cuales se encuentra. Las aguas de superficie y las aguas del sue!o,cont ienen impurezas en cantidades tan pequeiias, que se expresa en


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36 QUi1fICA INDUSTRIALpartes par millen (p.p.m.) asi : 200 p.p.m. 10 cual indica que hay200 gramos de materia disuelta en 1 millen de gramos de agua. EI aguade mar es alrededor de 100 veces mas concentrada.

Las substancias en el azua que originan la dureza, son en la'ma-t : > .voria de los casos, compuestos de calcic y magnesio. La dureza ocurre~/dos forrnas : dureza temporaria, que se debe a los bicarbonatos decalcio y magnesia; y la dureza permanent e, que se debe a los sulfatos,cloruros 0 nitratos de calcio y magnesio.

A la dureza temporaria se Ie l lama tambien dureza de carbonatosy a 1a dureza permanente, dureza de no-carbonatos. La suma de ladureza temporaria y permanente, constituyen la dureza total. La durezaternporaria debida a los hicarbonatos de calcio y magnesia; por ebulli-cion, precipita, transformandose en carbonatos insolubles. Los bicar-bonatos predorninan e\l las aguas, tambien los sulfates; encontrandosemas raramente los c1oruros y mas aun los nitratos.

Las aguas de acuerdo a su dureza se c1asifican en la forma siguiente:

de dureza totalAguas blandas, contienen menos de 50 p.p.m.medias, entre 50 y 15 0" duras, " 15 0 " 30 0muy duras, mas de 30 0

En general se expresan las durezas en carbonato de calcio (gradosfranceses) 0 en 6xido de calcio (grados alemanes).

Tratamiento de las aguasEI agua que se emplea para provisiones publicas debe tener como

maximo, una dureza total de 100 p.p.m. Cuando sea superior debetratarse eI agua, para corregirla, no debiendo reducirse la dureza amenos de 30 p.p.m. par su acci6n corrosiva.

Pero el agua de ia industria tiene requisitos especiales y. como con-dici6n general debe ser blanda.

EI ablandamiento de las aguas duras consiste en el agregado deproductos quimicos para separar las sales de calcio y magnesio solubles,

EI tratamiento se puede hacer :1 cal y soda;29 zeol i tas ;39 fosfatos.

CA.PiTULO r - AGUAS 371. TRATAMIENTO CON CAL Y SODA. - Este rnetodo esta basado en

la precipitacion de los componentes del agua, que originan la dureza,separacion de la mayor parte del precipitado formado, seguido de unaf il tracion a los efectos de una completa clarificacion, Este metoda es elmas simple y mas comlmmente usado ; donde la soda y la cal preci-pitan las sales de calcic y magnesio del agua.

La cal que se ernplea en forma de lechada, actua para eliminar ladureza temporar ia debida a los bicarbonatos; y el carbonato de sodiose emplea para separar la dureza de no-carbonatos.

Se emplea cal y soda en la cant idad correspondiente, siendo estaslas dos fuentes mas econ6micas de iones OH y cas y Ia separacionsubsiguiente del precipitado.

Del analisis de iones Ca, Mg, H, CO~jH y CO~ libre, se puededeterminar la cantidad de cal y soda necesaria.S e paraciori de fa dureza temporaria 0 de caTbonatos [io r la cal.

(C03H),Ca + ~(OH). = 2 CaCO. + 2 H.O(CO,H),Mg + 2 Ca(OH), = Mg(OH)2 + 2 CaC03 + 2 H,OComo el hidr6xido de magnesia es menos soluble que el carbonaro-

se agrega cal en exceso como se indica en la segunda ecuacion, paraformar el hidroxido de magnesio. El hidr6xido de magnesio precipitajunto can el carbonato de calcic. El pH para la solubi]jdad minima delC03Ca es 9,4 mientras que para el Mg(OH)2 es 10,6; controlando estefactor se pueden obtener mejores resultados para aguas que contienenun exceso ya sea de calcio a de magnesia.

El hidr6xido de magnesio es mas dificil para separar que el car-bonato de calcio, porque tiende a quedar en suspension. La eJimina-cion de esta dificultad de este material en suspension se puede con-seguir agregando coagulantes; empleill1dose para tal fin los de hierroy aluminio, especialmente de este ultimo tipo.

Se entiende que la cantidad de cal a agregar sedetermina de acuerdoal analisis del agua.Tambien si hav c1oruro de magnesia se tiene la siguiente reacci6n:

CbMg + Ca(OH).= Mg(OH), + Cl-CaPrecipita el Mg(OH)2 y queda una cantidad equivalente de do-

ruro de calcio en la solucion, de modo que luego debe agregarse fa


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38 QUIMICA INDUSTRIALcantidad suficiente de carbonato de sodio para precipitar el clorurode calc io, como se vera endureza permanente a de no-carbonatos.Separaci6n de la dureza permanenie 0 de no-carb onaios, con soda.

Como ya hem as dicho, con excepci6n de los bicarbonatos, las salesde calcio y magnesio solubles dan esta dureza, Luego corresponde asulfates, c1oruros y nitratos. La ceniza de soda empl ada es carbonatoa e sodio comercial, de gran pureza, conteniendo como minima 98 %de carbonato de sodio, La cantidad requerida depend de la reduccionque se desea efectuar en la dureza del agua tratada.

Se entiende que la cantidad de soda a empJ 'ar s de termina deacuerdo al analisis quimico.

SO.,Ca + COaNa, = CO"Ca + SO,Na.SQ.,Mg + CO,Na, + Ca(OH), = SO.,Na, + Mg(OH)2 - + CO,OaC],Ca + CO,Na, ,= 2 CINa + CO,CaEl carbonato de sodio reaccioria con la dureza p rmanent par pre -

cipitaci6n de carbonatos, dejando en el agua una cantidad equivalentede sulfate, c loruro 0 nitrate de sodio. Para as gurar qu S' elirninanlas sales de magnesio en frio, se agrega cal para precipitar 1 magnesiocornp hidr6xido.

RECARBONATACrcJN. ~ En el ablandamiento del agua can cal, yparticularments en frio, queda siempre en el agua decantada una pe-quefia cantidad de carbonato de calcic e hidr6xido de magnesio. Estas .sales en suspension producen incrustaciones de carbonate de ca lc ic sabrelos granos de arena del filtro, 0 forman depositos de carbonate decalcio en las cafierias, especialmente en los sistemas de agua calientepa ra servicios dornesti cos de casas y grandes construccion s.

Esto se evita por recarbonatacion del agua ablandada 'on cal, potun tratamiento con anhidrido carb6nico. Este tratami nto se hace antesque pase a los filtros 0 sino despues de la filtracion para evitar losdepositos en las cafierias, Adernas este tratamiento tiene por objetoneutralizar el exceso de cal agregada al agua. La recarbonatacion solubi-liza 1"1 carbonato de calcio I"_ hidr6xido de magnesia que estaban ensuspension al transformarlos en bicarbonates.

COsCa + COo + H,OMg(OH), + 2 CO, (CO,H),Ca(CQ,H),Mg

CAPITULO I - AGUAS 39Si el tratarniento se efectua en dos etapas de decantaci6n, puede

evitarse Ia solubil izacion del carbona to, efectuando la recarbonataci6na la entrada del segundo decantador, donde se neutraliza el exceso decal y precipita en el decantador.

Ca(OH)2 + CO, = COaCa + H,OEl anhidrido carbonico empleado en la recarbonataci6n se obtiene

de los gases de la combustion 0 quemando combust ibles en hornosespeciales,

FlO, 6. ~ Equipo de recarbonatacio n,

En uri equipo de recarbonataci6n (fig. 6) los gases de combustionse hacen pasar a traves de un scrubber donde se enfrian y se separanlos productos no deseables, Arriba de los scrubbers hay una parrilla

- f. con canos perforados donde se inyecta agua, que va hacia abajo, encontra-corriente can cl gas. El gas purificadose recoge en la parte su-perior y como esta humedo va al secador, diluyendo lo antes con el airenecesario, El CO2 seco y medido, se regula de modo que se suministrala dosis requerida a la d.mara de recarbonataci6n. Esta camara es unrecipiente provisto en el fondo de una parrilla con cafios perforados,a traves de los cuales se invecta CO2 a presion al agua qu~ se. trata.Se ha encontrado que debe agregarse 25 % mas de CO2 que el te6rica-mente requerido,

T'ipos de plantas para ablandamientoHay dos procesos de ablandamiento: uno llamado proceso frio,

porgue las reacciones tierien Jugar a la temperatura normal; y el otro,


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40 QUIMICA INDUSTRIALproceso caliente, que utiliza vapor de escape para calentar el agua quehace una reacci6n mas rapida y completa.

a) PROCESO EN FRio. - El proceso en frio puede ser intermitentey continuo.

El proceso intermitente en el cual dos 0mas tanques se llenan alter-9at ivamente con agua, se agregan los productos quirnicos seguido de

agitacion, y sedimentaci6n; se em-plean en puntos de poco consumegeneral.

El proceso continuo tiene la ven-taja que Conpoco espacio se puedenpasar grandes cantidades de agua,por el pequefio espacio requeridopor la instalaci6n y el poco trabajode control de operaci6n. Este siste-ma 10 emplean las plantas mas gran-des y tambien muchas pequcfias,Se llama al sistema donde los pro-ductos quimicos se agregan aI aguaen proporciones definidas, seguidopor la mezcla conveniente para eltiempo de reacci6n, sedimentaci6n,y cuando se desea, carboriataciony filtracion, Se emplean tanques deacero 0 de concreto. El equipoconsta de: 1, un tanque de acerode un diametro adecuado para

mantener suficiente agua, para evitar que la velocidad maxima verticalexceda de 2,40 m pOl' hora; 2, un tubo central vertical en el interiordel tanque, abier to en el fondo y de suficiente diarnetro de modo quemantenga la mezcla de agua y productos quimicos 10 menos 30 minutos,y preferentemente 45 minutos, antes que el agua pase a la parte masbaja y se inicie Laelevacion ; 3, recipientes de mezcla 0instalaci6n parala rnezcla de los productos quirnicos can el agua que entra a tratarseen la parte superior del tanque. En la fig. 7 se puede ver un equipode ablandamiento continuo en frio, En este equipo el agua bruta entra

F1G. 7. - Equipo de ablandamientocontinuo.

._ , CAPiTULO r - AGUAS 41a la planta por A y va al tuba vertical G, rcgulada automaticamentepor flotadores; al mismo tiempo llega por el tubo correspondiente lalechada de cal limpida y la solucion de soda del deposito correspon-diente. EI movimiento de la rueda mantiene los productos qUlrnicosagitados en sus tanques, a la vez que agita la mezcla del agua bruta. y los productos quirnicos en el tubo vertical central. La mezc!a es homo-genea y el agua bruta y los productos quimicos bajan par G hastasalir par la parte inferior y el agua comienza a subir, dejando losprecipitados en el fondo del gran deposito H, donde se separan perio-dicamente. El agua turbia se clarifica al recorrer lentamente un largotrayecto ascencional. Finalmente se filtra el agua antes de salir, hacien-dola pasar par un fiItro, formado par una capa compacta de virutasde madera de haya. EI tiempo requerido para la permanencia total delagua durara de tres a seis horas, de acuerdo a1 agua a tratar.

Los recipientes donde se preparan los productos guimicos se encuen-tran generalmente en la parte superior del tanque.

Esta planta puede emplearse tarnbien para otros tratamientos delagua. Si solo se requiere el ablandamiento por el proceso de cal ysoda se emplead, un tanque en el que se rnezclan ambos pmductosquimicos. Pueden tambien agregarse otros productos quimicos para coa-gular (aluminato de sodio), para disminuir la alcalinidad, etc.

En el agua que se emplea para alimentar calderas, una vez ablan-dada, se agrega frecuentemente fosfato de sodio para asegurar quela dureza se mantenga de 2 0 a 40 .

b) PROCESOEN CALIENTE.- Se emplea este proceso principaL-mente para aguas de alimentaci6n de calderas. Igual gue en el pro-ceso en frio, la dureza gueda en el fonda del tangue donde se separay el agua ablandada se filtra para separar el resto de la materia ensuspension. La principal diferencia entre los dos procesos es La tempe-ratura del agua a tratar, que en el proceso en frio es la del agua queviene de la ciudad, Iago 0 pow, mientras en el caliente se calientael agua cruda a 95-100C, antes de entrar al tanque de tratamiento,utilizando de preferencia vapor exhausto, sup!ementado de vapor vivo,S 1 es necesario. A esta temperatura, la reacci6n tiene lugar rapidamenrc,disminuye la viscosidad del agua y permite Ia rapida decantacior, delprecipitado. Se requiere un pequefio exceso mas de productos quimicos


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42 QUIMICA INDUSTRIAl. CAPITULO I - AGUAS 43que en el tratamiento en frio y no se requiere coagulante. Los tanquesde reacci6n necesitan tener solo suficiente capacidad para 1 hora deretenci6n, en lugar de 4 horas que requiere el proceso en frio. Esto,debido a la mayor rapidez de las reacciones y decantaci6n. En la fig. 8se puede ver un esquema de un proceso de ablandamiento en caliente.

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2. TRATAMIENTO CON ZEOLITAS NATURALES Y hRTIFICIALES. - E lotro metodo importante de ablandamiento es el que utiliza zeolitasnaturales 0 artificiales. Estas substancias son silicates complejos desodio y aluminio 0 hierro, que tienen la propiedad de cambiar su con-tenido en sodio par otros iones metalicos, Cuando se trata de aguasduras ordinarias, cambian el sodio por el calcio y magnesio llevandoa cero la dureza del agua sin exceso de productos quimicos de tra-tamiento.. . . .p.... e}, ......~L.

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FIG. S. - Ablanclamiento en caliente.

EI tanque de reaccion esta revestido de material aislante y en laparte superior tiene una abertura para la entrada del agua y productosquirnicos, Sobre la abertura hay un calentador, donde el agua crudase pone en contacto con el vapor. Se emplean diversos tipos de calen-tadores. EI calentamiento expulsa el CO2 y reduce la cal requeriday elimina la casi totalidad del oxigeno disuelto. Como el agua alcalinacaliente del ablandamiento tiende a disolver arena, formando luegoincrustaciones de silicates en las calderas debido a que disuelve partede' la silice de los fi ltros; se evita esto empleando material filtranteno siliceo.

En el proceso de ablandamiento pOl' agua caliente el agua desciendepor la parte exterior del' tanque central y sale por la parte superiordel cono. Se evita asi las corrientes de convecci6n.

FIG. 9. - Planta de z eo l i ta . . ,

Despues que se ha pasado una cierta cantidad de agua las zeolitasernpiezan a perder su capacidad de ablandamiento, pero se regeneranfacilrnente tratandolas con una soluci6n de sal co]J1un (5 a 10 %)que se hace pasar a traves de la capa de mineral, el que toma el sodiode la sal y elimina el calcio y el magnesio que se habian separadodel agua dura. En esa forma queda la zeolita lista para otro cicIode ablandamiento. Como el ablandamiento tiene lugar par causa de

* Cortesia de S.I.A.M Di Tella Ltcla.


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la substituci6n del sodio de las zeolitas por calcio y magnesio, no hayreducci6n de solidos y la dureza te rnporari a se conviert e en bicarbo-nato de sodio, y la dureza de no-carbona tos, pasa a sus corr espondientessales de sodio que que dan en el agua tratada. Este cambio, cuandose trata de aguas muy duras, tiene importancia en el agua paracalderas, pOl'que se forma una gran concentraci6n de hidr6xido ycarbonato de sodio que origina corrosion en el revestimiento de lacaldera. Se puede evitar este inconveniente tratando el agua con calantes de la zeolita.

Las plantas de zeolitas son de forma similar a los filtros a presi6n(fig. 9) donde la zeolita ocupa el lugar de la arena mas fin a que seernplea en esos equipos. Se coloca en la parte superior de este lechoun sistema de distribuei6n de la soluci6n de cloruro de sodio. Adernasurr tanque de la soluci6n de cloruro de sodio y las cafierias, vilvulasreguladoras, etc.

Los espesores de los lechos zeoliticos oseilan entre 0,90 y 1,80 m,Las aguas duras en contacto con la zeolita originan las siguientes reac-ciones para su ablandamiento:

1.2. ZeNa2 + Ca(CO.H),ZeNa, + SO.Mg ~ ZeCa + 2 NaC03HMgZe + Na,SO.

El simbolo Ze corresponde al radical zeolita: 2 Si02 Al20a . Na20que actualmente se escribe Ze Na2. Esto esp refe rible porque las zeol ita sque contienen 2 moleculas de Si02 no son convenientes, y en la prac ti case reemplazan con zeolitas que contienen 5 a 13 moleculas de Si02., Como vernos, el agua, da su calcio y rnagnesio y recibe una cantidadequivalente de sodio, Despues de un pedodo de alrededor de 8 horasde pasaje de agua, se suspende el agua y se procede a la regenerac i6nde la zeoJita, tratandola con soluei6n de cloruro de sodio.

ZeCa + 2 CINaZeMg + 2 CINa ~ ZeNa, + CI,CaZeNa, + Cl,MgEl cloruro de calcio y el de magnesio se descargan al drenaje,Se conocen dos clases de zeolitas como ya hemos dicho : las zeolitas

naturales Ilarnadas arenas verdes, que se encuentran en la naturalezay listas para usar una vez lavadas y t ratadas ; y las zeolitas artificiales.En tre las zcol it as a rti fici ales, debe menc ionarse la Permut it 7('. Las zeo-* Marca registrada "The PerIl\Utit Company Limited".

CAPITULO I AGUAS 45l itas naturales son mas pesadas y t ienen mas vida activa, Las art if icialestienen Ja ventaja de tener mayor capacidad de remoci6n por su mayorporosidad, pureza, etc. Esto requiere menos recuperaciones y menoscon s umo de agua de lavado, EI tiempo requerido para la regeneraci6nde las zeolit as art ifie ia les, osc iIa ent re 30 y 45minutos. La sal requeridaoscila entre 2 y 3,5 kg. de sal por kg. de dureza. La sal debe tener 98 %como minima, de cloruro de sodio y no mas de D , S % de insoluble enagua. La capacidad de remocion de las zeolitas naturales es alrededorde 6,40 a 9,15 kg. de dureza por metro cubico de zeolita. En las zeolitasartificiales es alrededor de 18,40 a 27,50 kg. de dureza por metro cu-bico de zeoJi ta ( en carbonate de calcio).

Para suministro de agua a municipalidades se suele emplear en mu-chos casos, el tratamiento de una parte del agua a dureza cero y lueaose rnezcla con el agua sin tratar en las proporciones adecuadas paraobtener la dureza deseada,

EI agua a tratar por zeolitas no debe tener turbidez, puesto quelas zeolitas se afecta rian al depositarse las substancias en suspens ion enlas aguas,

Cuando el agua tiene alta dureza en carbonates y se qui ere reducirel cos to de productos quimicos 0 se desea reducir la cantidad de s6lidosdisueltos, se combina un tratamiento de cal en frio con un ablanda.-rniento pos terior con zeoli ta .

b) ABLANDADORES POR INTERCAMBIO, CON BASE OIWANICA. - Ade-mas de las zeolitas mencionadas se han desarrollado dos tipos de mate-riales que actuan por intercambio de iones, Uno de ellos, las zeolitascarbonosas y los otros las res inas sintet icas ,

Las zeolitas carbonosas las haee la Cia. Perrnutit" por sulfonaci6ncon acido sul fiiri co fum ante , acido cIorosul f6nico u otros productos demadera, l ignito y carb6n. Estas sustancias se regen,eran con CIR 6SO.!H2 de 0,5 a 4 % y se reemplaza los iones metalicos por el ionhidr6geno.

Debe menc ionarse aqui l a zeol ita Hamada Zeo-Karb * especialmen-te para preparar aguas para calderas. Se emplea como zeolita comun yademas como zeolita de hidr6geno. En esta propiedad notable elimina,* Maroa registrada "The Perrnutit Company Limited".


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4 8 QUIMICA INDUSTRIAL

/ RefrigeracionLa mayor parte del agua que emplea la industria es para refri-

geraci6n, y en ese caso la composici6n no tiene importancia; su funci6n.es enfriar, calentandose 0 evaporandose. Se toma el agua de un rioo lago y se filtra para separar las substancias en suspension que puedencorroer las va lvulas y cafierias ,

Aguas para calderasEl agua que se emplea para calderas no debe formar incrustaciones

que originarian perdidas de calor y deterioran las mismas.Debe evitarse la accion caustica quebradiza ; no debe ser corrosiva

y tampoco debe formar espuma.Debe precipitar el minirno de material solido par calentamiento

y algun radical soluble C03 0 preferen temente P04 debe rnantenerseconstantemente para asegurar que no se fonnen incrustaciones. EIempleo del fosfato tris6dico para el agua de calderas hace que e1barro formado en agua caliente, no forme incrustaciones, sino quelote de modo que pueda separarse por una instalaci6n especial defiltraci6n.

La a1calinidad en el agua de caldera que se debe al COSNa2 yNaOH debe controlarse, desde que una alcalinidad excesiva es unfactor importante en el arrastre del agua par el vapor de agua ytambien en la acci6n caustica quebradiza sobre el metal de la caldera.Sin embargo debe haber suficiente cantidad de estos elementos, paraasegurar que el pH no baje de 9,5; porque deba j0 de este pH puedeoriginarse corros i6n, especialmente debido a pequeiias cantidades deoxigeno disuel to y la silice tiende a aumentar las incrustaciones.

FORMACI6N DE INCRUSTACIONES. - Son bien conocidos los efectosde la formaci6n de incrustaciones adheridas y dep6sitos en las calde-ras . Estas incrustaciones de diferentes espesores reducen la eficienciade la caldera. Se forman las incrustaciones por cristalizaci6n de subs-tancias en los puntos de menor solubilidad.

Las substancias principales que originan la formaci6n de incrus-taciones en las calderas son compuestos de calcio y magnesia, junto

CAPITULO I - AGUAS 49con pequefias cantidades de compuestos de hierro, aluminio y man-ganeso. Por 10 tan to e l metodo fundamental para evi ta r incrustac ioneses el ablandamiento previo del agua.

Antes de cons iderar el tratamiento quimico de las aguas de alimen-taci6n de calderas vamos a considerar las condi ciones que determinanla deposici6n de las materias solidas en la caldera del agua naturaly tratada. Vamos a considerar solo los compuestos de calcio y mag-nesio, porque constituyen la mayor parte del precipitado de rnateriass6lidas . Es bien conocido que las incrustaciones formadas en las cal-deras par evaporaci6n de aguas naturales difieren ampliamente enla composici6n y prop iedades f is icas . Algunas incrustaciones son durasy se adhieren firmemente a la superficie del metal, mientras que otrasson relativamente blandas y flojas. Los componentes principales delas incrustaciones duras son el sulfate de calcio y los silicatos decalcio y magnesio, mientras que el carbonate de calcio y ocasionalmenteel hidr6xido de magnesio son los componentes principales de las otrasincrustaciones.

E1 sulfate de calcio es el compuesto mas importante de las incrus-taciones depositadas en las calderas y debe limitarse como ya veremosde modo que a la vez de ser efectivo para. evitar la deposici6n delsulfato de calcic, tambien evite en la mayor parte de los casas ladeposicion de los silicates de calcio y magnesio. La solubilidad delsulfato de calcio disminuye de 10aoC a 220C; asi cae la solubilidadde 85 a 5,6 partes por 100.000 entre esas temperaturas. La porcionmas caliente de agua que trabaja en la caldera es la capa en con tact acan la superficie del metal y por 10 tanto se satura con S04Ca yconstit uye 13 parte principal de la incrustaci6n adherida, La solubi li-dad exacta de los silicatos de calcio y rnagnesio no han sido deter-minadas, pew hay razones para creer que se parecen al sulfato decalcio en sus relaciones solubilidad-temperatura.El carbonato de calcio e hidroxido de magnesio, p'or otra parte,tienen un pequefio pero definido aumento de la solubilidad con iatemperatura y en estos compuestos las condiciones de 'saturaci6n sealcanzan en Ia masa del agua antes de J1egar a la superficie del metaly ellas se precipitan en su mayor parte como substancias en suspensi6ny no forman incrustaciones adheridas en e1 lugar.


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no s610 los bicarbonatos de calcic y magnesia, sino tambien el de sodio,y par 10 t anto se puecle e liminar la salinidad de un agua que en laszeoli tas comunes se forman.

2NaHCO, + II,Ze= Na-Ze + 2 CO, + 2H,OLa zeolita sodica se regenera a zeolita de hidr6geno con acido,La misrna reacci6n se produce en los bicarbonatos de calcio y de

magnesia (ver pag. 33).Las resinas sinteticas se emplean para separar completamente las

sales disueltas del agua. U nas hacen intercambio de cati6n y otrasabsorci6n del anion. Para intercambio de cati6n se emplean resinas sin-t eti cas del t ipo fenoI -formaldehido con teniendo grupos sulfonicos acti -vos. Como resinas absorbentes de acidos, las resinas amino-Iormaldchido,que separan los iones negativos, tales como c1oruros y sulfates de lasaguas .

.Con estas resinas, se puede reemplazar los icnes posit ivos por hid ro-geno y luego los iones negativos par hidr6xilos, de modo que las irnpu-rezas disueltas en las aguas se conviertan en lLOH, dando un agua librede impurezas. Ta l doble sistema de resinas de intercambio (un 1echo paraseparar cationes, Ca++, Mg++, Na+, etc., sustituyendolos par H+ yelotro para reemplazar aniones SO;: CO;:' Cl~ sustituyendolos por OH-)se usan actualmente en lirnitada extension para obtener agua pura,como el agua destil ada ,

Las resinas que hacen el intercambio de cationes, tienen un ionhidrogeno intercambiable Ypueden separar todos los cat iones de acuerdoa la s iguiente reacci6n:.Ca(COaH), + 2HS03R -+ - Ca(SO,RJ, + 2CO, + 2H.O

El CO2 formada puede separarse Iacilmente. Las mismas reaccionesacontecen con el bicarbonato de magnesia y el bicarbonato de sodio,Los cloruros y sulfates reaccionan como sigue:

csso, + 2HSO,R -+ - Ca (SQ,R), + H,SO.,CINa + HSO,R -+ - NaS03R + HCI

La rcgcneracion de la resina se hace generalmente con So.IH~:Ca(SO,R), + H,SO. (exceso) -}- 2HSO,R + CaSO.2NaSO,R + H,SO. (exceso) -+ - 2HS03R + Na,SO.,Este intercambio de cati6n tiene gran capacidad de rernocion,

CAPITULO I - AGUAS 47Las resinas que separan los aniones, son resinas basicas y las reaccio-

nes pueden representar se en la forma siguiente :R:,N + HOl;;::z RaN. ClHResina.

Se absorben los acidos fuertes, H'Cl y H2S04 pOI' las resmas,Cuando Ja capacidad de absorcion de acidos se ha agotado, el mate-ri al se regenera can alcali s, ta le s como Na2COg de acuerdo a la siguiente

reaccion :2R3N. HOI + Na,OO, ;;: :Z 2RaN + 2NaC! + H20 + CO,

FIG. 10. - Pro ceso ados ctapas para desminer-alizacion del agua,

3. TRATAMIENTOCON FOSFATOS. La purif icaci6n con fosfatos desodio, da fosfatos insolubles, limita a un producto quimico el trata-rniento, ademas da poca dureza. residual, el tiempo de reacci6n es maspequefio y la chapa de la caldera se haee pasiva y mas resistente a Iacorrosion, En cambio el pre cia es elevado .

3 Oa(CO,H), + 2Na,PO.,3 OaSO, + 2Na.PO. Oa,(PO.), + 600,HNaCa,(PO.), + 3 SO,Na,

Par esto si la dureza es grande, es mejor combinar el metoda de lacal y soda con el fosfato. Par eso se emplean varios fosfatos en con-juncion can alguno de los procesos ya vistos,

AGUAS PARA USOS INDUSTRIALESVamos a -considerar los requisites mas irnportantes de las aguas

que se usan en distintas industrias, de acuerdo a los constituyentes delas aguas e impurezas ,


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52 QUIMICA INDUSTRIALTambien se separan los gases por tratamiento con virutas de hierro.

Entre 'Ios medias quimicos tenemos: sulfato' ferroso; sulfito de sodioy materiales organieos.

ACCI6N CAUSTICAQUEBRADIZA. Es otro tipo de corrosion, quees una ruptura fina que comienza por agujerear remaches y da ungran debilitamiento y quehrantamiento del metal en la linea de losremaches. Las eausas son el carbonato de sodio que se agrega paraevitar la incrustaci6n y par la descomposicion del bicarbonato de sodioque tienen las aguas que se han ablandado con zeolitas.

El bicarbona to de sodio se descompone :2c03HNa =H,O + C0, + cO,Na,

El carbonato de sodio resultante a temperatura y presion elevadase hidroliza rapidamente:

Na,c03 + H,O .= 2NaOH + CO,Se ha observado que esta ruptura no oeurre en calderas con aguas

que contienen HONa y al mismo tiernpo S04Na2. Asi la acci6n causti-ea quebradiza depende de la alcal inidad y puede evi ta rse parc ialmentemanteniendo baja la alcalinidad del agua de la caldera. Debe mante-nerse una ligera a1calinidad para evitar la corrosi6n e incrustaciones.Se emplea como regulador de la accion caustica quebradiza el S04Na2.The American Society of Mechanical Engineering en su codex para cal-de ras recomienda las siguientes relaciones def inidas de sulfate (comoS04Na2) a alcalinidad total de hidroxido y carbonato de sodio (comoC03Na2) ; para baja presi6n (hasta 150 libras ) 1: 1 y 3: 1 para calde-ras de alta presion (250 libras y mas).

ESPUMA. ~ La espuma en las .calderas de vapor es la acumulaci6nde burbujas estahles, que estan cubiertas por peliculas liquid as de talespesor, que el agua es llevada mecanicamente dentro de las lineasde vapor. El agua en el vapor origina efectos de martilleo en lasmaquinas, dep6sitos en las hojas de las turbinas que reducen su efi-ciencia e incrustaciones en los sobrecalentado res, haciendo que se que-men. La espuma es un fen6meno de soluciones ya que los liquidos purosno hacen espuma. La espuma parece depender de la concentraci6n ycomposici6n de las sustancias disueltas en eJ agua. El principal mediode 'evitar la espurna, es regular los s6Jidos disueltos en el agua de la

CAPITULO I AGUAS 5 3caldera. Se debe mantener la alcalinidad dentro de un minimo paraprotegerl.o contra la corrosion y debe reducirse la concentraci6n de lassales a intervalos, sep~rando periodicamente una parte del agua dela caldera y reernplazandola por agua de a limentaci6n.

Aguas para indus triasEs esencial que estas aguas no contengan constituyentes que inter-

fieran en I d I bos procesos e e a oraci6n .INDUSTRIADELPAPEL N t dra h' ..' - 0 can en ra ierro, que mancha el paper

y un exceso decal~lO y l~agnesio precipita los jabones de resina que~e emplean en la industria formando jabones de calcio y magnesioinsolubles,

INDU~TRIADEL TENIDO. - En general el agua de las tintorerias~ebe se r incolora, libre de substanc ias en suspension y hierro; y adernaseben tener poca dureza para evitar l a formaci6n de lacas insolubles

que producen tintes menos puros y a veces manchan.IND~STIUATXTIL. - En el trabajo de los capullos y de Ia seda,

se considera que un agua p d di I 1 .co ura isue ve cemasiadas substanciasgomosas I' da un producto menos bri llante y menos res is tente. Por otraparte hay gran des dificultades para tefiir seda elaborada cond aguasmuy uras y resultan colores menos brillantes, EI lava do de las fibrasbrutas de lana y elaborad d lana v alzodc .da . ' as e ana y a go on, reqUleren aguas blan-

s, para evrtar que se gaste una cantidad inc lebida de jab6n.Las plantas de seda viscosa deben usar agua libre de cobre.INDUSTRIA DEL JAB' EJ ~ be N. ~ ja on orma compuestos insoluhles

con toclas las sales de calcio y magnesio, por 1 0 tanto, e s indispensableel empleo de aguas blandas en esta indust ria.

INDUSTRIADEL AZUCAR L .. - as aguas flcas en sulfatos 0 carbonatesalcalinos y especi a l t . . . '" 1 men e en nitrates, dificultan Ja cristalizacion delazucar : el a ' I .. ' .zucar can e tiernpo se hace deli scuecente . Las aguas ri cas enrrncroorga rusmos descomponen el azucar parcialmente en a lmacena je .

PANADERIAS - Se r . b. ,. . equiere agua pota le y can eI mmimo demateria orgamca que pueda afectar la acci6n de la Ievadura.


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CAPITULO I AQUAS 55

INDUSTRIA DEL ALCOHOL ~ Las aguas que se emplean deben serpuras y frescas, can pocos microorganismos que puedan afectar lafermentaci6n. Los constituyentes m.inerales del agua, no aparecen enel producto elaborado, puesto que es destilado.

INDUSTRIA DE LA CERVEZA. ~ Los usos varies del agua en la indus-tria de la cerveza requieren exigencias diversas sabre su calidad biol6gicay quimica. No debe contener mucho hierro, porque colorea el maltay da a la cerveza sabor desagradable. Para remojar la cebada no haytanta exigencia; solo debe estar libre de materia organica ; exenta deNOsH y NHs. En el agua para elaborar la cerveza se exige una ciertacantidad de materiales salinas, adem a s de otras propiedades.

Agua para municipioSe puede ver en la figura 11 una planta para tratamicnto del agua

para municipios can clarificaci6n, ablanclamiento, esterilizacion, etc. Elagua cruda se aerea para separar el hierro, olor y gusto; se trata cancal y precipita y se filtra, Se esteriliza can cloro y ernplease carb6nactivado para separar el alar y saber.

ANALISIS DE AGUASEl proceso analitico a seguir depende del uso a que se destinarii el agua.En el caso de aguas potables y de abastecimiento, usadas para el aborar ali-

mentes, es esencial un analisis bacterio16gico para deterrninar el niimero degermenes prescntes y descubr i r las pos ibles contarninaciones,

EI anii lisi s quimico para aguas potables de abastecimiento, incluira deter-minaci ones de metales venenosos, col or, alar, pH, dureza, alcalinidad 0 acidez,s6lidos en suspension 0 disueltos, gases disueltos, oxigeno absorbido y nitrogenobajo la forma de nitrates, arnoniaco y ni tr itos . Adernas, en algunos casas, hie-rro, rnanganeso, etc. En las plantas donde se trata con cloro, sedeterminara elclaro residual. Para proposit os indust riales es esenci al un analisi s mineral com-pleto, que incluira la determinacion de iones como caleio, magnesia, sodio,cloruros, sulfates, silicatos y nitratos,

Arral is is sanitarioEl analisij sanitario del agua consists en el analisis del agua de una ciudad.

Consiste en el exarnen fisico ; Can la determinaci6n de turbidez, color y olor ;examen microsc6pico para el numero y clase de organismos rnicrosc6picos;exarnen bacteriologico para el nurnero total y mirnero de ciertas clases de


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56 QUiMICA INDUSTIUALbacterias y el exarnen quirnico, residua s6lido total, alcalinidad, dureza, p H,cloro, hierro, arnoniaco libre, amonfaco de pr~)!einas, nitritos, nitratos y OXI-geno disuelto.

Analisis qulD.lico ordinario para fines industrialesIncluye las siguientes determinaciones (expresadas en partes par mi1l6n) :

Dureza to ta] ....................Calcic .Magriesio .AJcalinidad A. (anaranjada de metilo)Alcalinidad B. (fenolftalefna) .Causticidad (alcalinidad C) .Anhidrido carb6nico libre .

como CO"CaCO,CaCO,CaCO,CaCO"CaCO"CaCO2CISO.JFe + AISiO"KMnO,NO.NaPOl

ClorurosSulfatos . . . ~.. . . . . . . .......... , .

~ Hierro y aluminio .Silice .MateriasNitratosFosfato,

organicas , ...................................... _ .

Total s6lidos disueltos .pHSedimentoColorOlor

DUREZA EN AGUAS. - Como h ernos dicho, la dureza de un agua se debea la cantidad de sales alcalinoterreas, de calcio y magnesio , que Il eva d isue lt as .Estas aguas se Haman "duras" .porque endurecen las legumbres que se cuecenCon ellas. Se reconocen porque precipitan las soluciones de jab6n, formandooleato~, palmitatos y estearatos de calcic y magnesio, y no dan espuma persis.tente hasta que todos los jones de los' metales a1calinoterreos' han sido precipi,tad os. Este es el fundamento de la hidrotimetrla.

Hay tres clases de dureza : 1" permanente; 2 transitoria y 3" total .DUREZA PERMANENTE. - Debida especialmente a los sulfatos y cJoruros de

calcio y magnesio y se determina sobre el agua hervida durante media hora,filtrada y llevada a volumen primitivo, agregando ag ua destilada; los bicar-bonatos quedan como ca.rbonatos en el filtro.

DUREZA TEMPORARIA 0 TRANSTTORIA. - Se debe unicamente a los bica-,bonatos y se deduce restandn la du r eza permanente de la dureza total.

DUREZA TOTAL. - Es ia suma de la dureza temporaria y la permanente.La dureza del agua se expresa en grados; un grado frances expresa en g ra-

mos de carbonato de calcio las sales de calcio y magnesia contenidas en 100'litros de agua. Un grado aleman indica directamente en gramos de oxide decalcio las sales de calcio y magnesio contenidas en 100 litros de agua.

AQUAS

Los grades ingleses indican la cantidad de carbonato de calcio expresadaen g ranos (1 grano = 0,064 gramos) contenido~ en un gal6n de agua (1 ga-16n = 4,5435 litros ) .

Fr ances Aleman Inglesgrade frances corresponde a 1 0,56 0,70" aleman " ...... 1,79 1 1,25Ingles" " ...... 1.43 0,80 1. Cuando. se aiiade so~u~i6n. ,~e jab.on sobre el ag;la, se produce un enturbia,

rruento debido a Ia preClpl taclOn de jabones de calcio y de magnes io . Ag itando ,se forma una espuma pasajera, mientras quedan en soluci6n sales de calcio 0magnesia; pero cuando el jabon ha precipitado todas las sales alcalinoterreas,aparece una espurna, formada par burbujas muy pequefias, alta como mediocenthnetro y persistente durante 5 minutos.

De acuerdo a la can tid a d de soluci6n de jabon requerida, se determina ladUl"eza.: ALCALINIDAD. - Esta determinaci6n es muy il11portante, 10 mismo que elpH del agua, como se ha visto anteriormente.

La alcalinidad se determina al anaranjado de metilo y a Ia fenolftalefna en laforma usual. La alcalinidad incluye los carbonatos, bicarbonatos e hidr6xidoscontenidos en un agu a, determinados por ti tu la ci6n en dos etapas, Con Y, T 2 P.y 2 (T-P) T Y El pH se determina par cornparaClOn; la muestra se trata Con un indicador

y el color resultante se compara Con un tubo tipo de! rnismo indicadol". Sepuede usar mas de un indicador cuando se hace el ensayo, donde cad a colortiene limites definidos del valor del pH.

/'/

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58 QUIMICA INDUSTRIALEI azul de bromotimol es amarillo a pH 6,0 y azul a 7,6. Est e s er a s iempreel primer indicador empleado, puesto que la mayor parte de las aguas caen

dentro de estos Iimites, EI rojo cresol se ernplea para aguas alcalinas; es ama-rillo a 7,2 y rojo a 8,8. Si el azul de bromotimol es muy amari llo se empleaentonces verde de bromocresol. Es amarillo a 4,0 y azul a 5,6; por e sc se em-plea para analizar aguas acidas,

FOSFATOS. - Se determina la cantidad de fosfato soluble, que como se sabese agrega al agua de calderas para mantener una concentracicn de fosfato desodio de 25 a 50 p.p.m. en el agua que evita la formaci6n de incrustaciones(expresado en PO.).

Se determina colorimetricamente par u n metodo basad a en el color azuldesar rollado cuando el acido fosforno libdico se reduce por hidroquinoua y sul-fito alcalino. Se decolora pr irnero el agua con ca rbon y el color azul se com-para con una soluci6n tipo de fosfato.

OXIGENO CONSUM\DO. - Es la medida de Ia cantidad de materia organic ade un agua y se encuentra par la cantidad de perrnanganato de potasio Tipo,necesario para la destrucci6n de la materia organica en un tiempo dado.

SOLIDOS EN SUSPENSION Y DISUELTOS. - EI total de s6lidos 5e determinapor evaporaci6n de un volumen me d ido de agua a sequedad y se seca a pesoconstarit.e alrededor de 120' C para scparar el agua de cristalizacion.

METALES VENENOSOS. - Si se encuentran presentes metales vencnoscs ,tales como el cobre, zinc, plorno, se pueden deterrninar colorimetricamente, parlas reacciones caracteristicas de coloracion que dan estes metales con ferrocianurode potasio, resorcina e hidr6geno sulfurado, respectivamente.

GASES DISUELTOS. - EI oxigeno, como hernos vis to, es de gran importan-cia. Se determina, precipitando hidr6xido de manganeso en el agua, en pre-sencia de KI y acidificando se libera iodo en propornion a Ia carit id.ad de OXI-geno presente, que se determina por titulacion con tiosulfato de sodio.

EI anhidrido carbonico, que puede encontrarse al estado librc, se dcterminatitulandolo con N/IOO NaoC03 usando feno lft ale ina como i nd icador .

ANALISIS MINERAL. - Se haee en Ia forma siguiente : 1 litro (mas 0 menosde acuerdo al total de solidos presentes ) se acldifica con GlH, 5e evapora a se-quedad y se filtra Ia silice. El .filtrado se precipita can NH,. OH en presenciade CINH, que separa hierro y aluminio ; el filtrado se trata con oxalato de amo-nio para separar el calcio. Este filtrado se divide en dos partes, una se acidi-fica con SO,H. y se evapora para dar un residua de sulfato de sodio (1a cualtendra que corregirse por el sulfato de magnesia presente ) , y l a otra -se precipi tacon fosfato para deterrninar el magnesio.

CLORO RESIDUAL. - Al considerar la esterilizacion hemos visto como sedetermina.

AMONIAGO, NITRITOS Y NITRATOS. - La presencia de nitrites y amoniacosignifica que hay materia organica en descomposici6n en el agua indicando re-ciente contaminaci6n. Los nitratos cuando se encuentran en exceso, indicanque los productos de descornposici6n se han estabiJizado.

CAPiTULO I AGUAS 59El amoniaco se investiga y deterrnina can reactivo de Nessler. Los nitritos

con a naftilamina y acido sulfanilico y los nitratos con acido fenolsulfonico,Estas tres det erminaci one s Son cclorimetricas,ANALISIS EACTERIOL6GICo. - Este analisis debe efectuarse en todas las aguas

que se dest inan al consume publico y consiste en la determinacion del numerode gcrmenes que se desarrollan en agar a 37C y en la de B. Coli. La deter-minacion de B. Coli es de gran importancia, especialmente cuando se efectuaen agua purificada, pues indica la eficiencia de la purificaci6n y esterilizaci6ny de la calidad higienica del agua.

EI B. Coli, por tratarse de una bacteria intestinal, significa una posible con-taminaci6n con aguas cloacales y es un indice de peligro.

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AGUAS QUÍ INDUS 6° AÑO