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Suavizadores
SUAVIZACION DE AGUA
El agua dura requiere una excesiva cantidad de jabon para producir espuma. El agua de lluvia, al precolarse por la corteza terrestre y al avanzar en el manto acuatico, disuelve ciertos minerales en su camino, causando que el agua se convierta en agua dura. Hay dos tipos de dureza, como ya se dicutio con anterioridad, y varios metodos de remocion.
Tipos y causas de dureza.
Dureza de carbonatos.
Es causada por la combinación de carbonatos de calcio y magnesio con el dioxido de carbon para formar bicarbonatos de calcio y de magnesio. Se llama asi porque la mayoria de los carbonatos se precipitan cuando el agua es hervida., sacando el dioxido de carbono, dejando los carbonatos que son insolubles.
La dureza de carbonatos es equivalente a la alcalinidad del anaranjado de metileno. Si la dureza total es mayor a la alcalinidad, las ppm de la alcalinidad total son iguales a las ppm de dureza de carbonatos. Ej. si la alcalinidad total es de 50 ppm y la dureza total es de 75 ppm, la dureza de carbonatos es de 50 ppm. Si la dureza total y la alcalinidad son iguales, entonces solo hay dureza de carbonatos presente. Si la alcalinidad total es mayor a la dureza total, entonces toda la dureza es dureza de carbonatos y la alcalinidad restante es debida al sodio. El oxido de calcio es usado para ablandar/suavizar/acondicionar el agua cuando hay alto contenido de dureza de carbonatos.
Dureza de no carbonatos.
La dureza no carbonatada o de no carbonatos es llamada dureza permanente, es debida principalmente a los ulfatos de calcio y de magnesio. El nombre comun para el sulfato de calcio es "gypsum" y para el sulfato de magnesio " sales epsom". Los cloritos y nitratos de calcio y magnesio tambien forman agua no carbonatada pero no son tan comunes como los sulfatos. Los compuestos que causan la dureza no carbonatada no precipitan al hervirse.
Si la dureza es mayor que la alcalinidad total, la diferencia entre la dureza y la alcalinidad es la dureza no carbonatada. El carbonato de sodio comunmento llamado ceniza de sosa, es usualmente usado para suavizar aguas con alto contenido de dureza carbonatada.
INTERCAMBIO IONICO
El intercambio ionico es un proceso de separación de iones. Un ion es un atomo o grupo de atomos cargados electricamente. Estos iones se clasifican por su intercambio. Los iones cargados positivamente son llamados cationes, ya que estos emigran al catodo o electrodo negativo. Los iones cargados negativamente son llamados aniones, ya que emigran al anodo o electrodo positivo en una celda galvanica.
Los cationes comunmente encontrados en el agua son calcio, magnesio, sodio, hierro, y manganeso. Los cationes comunmente encontrados en el agua son bicarbonatos, carboanto, cloruro, sulfato y nitrato.
Hay ocho compuestos que generalmente se asocian con el problema de la dureza. Estos compuestos son divididos en dos clasificaciones en relación a su facilidad de remocion. La dureza temporal puede ser causada porbicarbonato de calcio, carbonato de calcio, bicarbonato de magnesio, y puede ser removida mediante la ebullición del agua. La dureza permanente es causada por el cloruro de calcio, sulfato de calcio, sulfato de magnesio, y cloruro de magnesio. Estos compuestos tambien son llamados dureza no carbonatada.
Los problemas de dureza son ocasionados por los cationes calcio y magnesio. Si los cationes de calcio y magnesio son removidos para remplazarlos por cationes de sodio, los problemas de la dureza pueden ser eliminados.
La separación de los iones y el intercambio es logrado por el uso de una columna de resina anionica insoluble que es mantenida neutra por iones sodio. Al pasar el agua conteniendo los cationes, calcio, y magnesio, por la columna de resina, los cationes de calcio y de magnesio se adhieren a la resina y son reemplazados por cationes de sodio que tenia la resina. Los cationes de sodio no producen problemas de dureza, asi el agua suave es descargadaa servicio.
La columna de resina puede suavizar el agua mientras contenga cationes sodio. al alcanzar el contenido de sodio el agotamiento, la resina debe ser regenerada con sal.(NaCl)
El proceso de intercambio es como sigue:
Dureza Resina Sodio Resina agotada
Ca++ + Na2R ------------------- 2Na+ + Ca R
Mg++ + Na2R ------------------- 2Na+ + Mg R
Para regenerar el suavizador, una solución fuerte de salmuera es usada. La solución fuerte de salmuera porzara al calcio y al magnesio de regreso a la solucion. Los cationes de sodio se adhieren a la resina para mantenerla electricamente neutra.
Sodio Resina Agotada Resina Dureza
2Na+ + Ca R ------------------- Na2R + Ca++
2Na+ + Mg R ------------------- Na2R + Mg++
Hay cuatro pasos basicos en la operación de un suavizador.
1. El contralavado. En el paso del contralavado, agua fresca fluye en una dirección hacia arriba atraves de la cama de resina. La resina es expandida, y los solidos en suspensión que tienen una gravedad especifica mas baja que la resina son drenados por el drenaje. La cama es empacada otravez por el flujo de srvicio, asi que el contralavado afloja la cama para un mejor contaco de la slamuera en los pasos de salmuera.
2. Salmuera y enjuague lento. En este paso, una cantidad medida de slamuera es traida del tanque de salmuera y luye lentamente hacia abajo atraves de la cama de resina. Despues de que se introduce el monto medido de salmuera, un ciclo de enjuague lento enjuaga la solución de salmuera de la cama de resina. La resina retiene el sodio, y el calcio y magnesio son drenados.
3. Enjuague rapido. El enjuague rapido lava la resina en un flujo hacia abajo para asegurar que toda la salmuera ha sido limpiada de la resina.
4. Servicio. El agua fluye a traves de la cama de resina en un flujo hacia abajo, proviendo agua suave a las lineas de servicio.
El mineral de zeolita natural contiene un quimico complejo que usualmente consiste de silicato aluminico de sodio. La resina fabricada snteticamente tiene una base quimica como el carbon sulfonatado, resina fenolica, o resinas de poliestireno. Algunas resinas comunes son resinas de acido carboxilico, acido sulfonico fenol metileno, y divilil benceno sulfonato poliestireno. Independientemente de como se produce un material de zeolita, todas esas resinas que operan en el ciclo sodio contienen moleculas complejas con un sodio aunado. El sodio actua como el cation de intercambio mientras la resina actua como el anion insoluble.
La capacidad de intercambio de estos materiales para remover dureza varia en gran medida. Los materiales siteticos tienen una mayor capacidad de intercambio que las zoelitas naturales. La capacidad de las resinas sinteticas varian de entre 6,000 granos por pie cubico, hasta 32,000 granos por pie cubico. Las zeolitas naturales varian en capcacidad de entre 2,500 y 5,000 granos por pie cubico. Estas zeolitas varian en capacidad debido a la cantidad de sitios de intercambio por volumen de unidad.
En el ciclo de regeneración del proceso de suavizacion, se requiere de un esceso de sal para remover el calcio y magenesio de la resina. el monto de calcio y magnesio removidos de la resina variara dependiendo de la dosis de sal.
Efecto de la regeneración salina en la capacidad de intercambio.
Requerimiento de sal Resina de polestireno
lb/sal/lb de dureza removida Capacidad de intercambio granos/ pie cubico
2.1 18,000
2.8 24,500
3.5 29,000
4.2 31,500
4.9 33,000
Si el agua tiene un contenido de dureza alta en sodio en sus solidos disueltos habra un "sangrado" de dureza. Cuando el contenido de sodio en el agua es alto, la resina tendera a regenerarse mietntras suaviza. La dureza se fugara de la resina y aparecera en el agua de servicio.
La resina de poliestireno tiene la capacidad de remover calcio, magnesio, manganeso, cobrem y zinc del agua. Esta resina tiene la capacidad de poca remoción de hierro. Si la dureza en el agua en gpg es dividido por el contenido de hierro disuelto en mg/l, esto dara el factor de remoción de hierro para esa agua. Si el factor de remoción es mayor a 8, el suavizador removera hierro. Si el factor es menor a 8, el suavizador no removera hierro.
CONTROL DEL PROCESO DE ZEOLITA
El control del proceso de zeolitas es relativamente simple. La unidad es operada hasta que el agua siendo suavizada muestra un incremento en el punto de dureza cero. La dureza en el agua puede ser determinada por la prueba de dureza del jabon o usando el metodo de dureza versanato. Cuando hay un incremento en el contenido de dureza en el efluente de agua suavizada, la unidad debera ser regenerada con una solución salina.
La cantidad de sal requerida para regenerar una unidad puede ser demostrada por el ejemplo siguiente: Supongase que una unidad conteniendo 200 pies cubicos de zeolita con una capacidad para remover 3,000 granos de dureza por pie cubico es usada. Entonces 600,000 granos de dureza podrian ser removidos antes de que la unidad requiriera regeneracion. Asumiendo que el agua contiene 12 granso por galon de dureza (204.4ppm). Entonces 50,000 galones de agua (600,000 dividido entre 12) pueden ser suavizadas antes de que la zeolita tuviera que ser regenerada.
Se ha mencionado previamente que aproximadamente 0.5 libras de sal son necesarias para la regeneración de la zeolita por cada 1,00o granos removidos de dureza. Seiscientas veces 0.5 equivaldria a 300 libras de sal necesarias. Una solución concentrada de salmuera es producida y diluida aproximadamente a una solución del 5% antes de adicionar los cuatro galones de agua por galon de solución de salmuera saturada.
Si se usa green-sand en la unidad, la solución de sal diluida pasa lentamente atraves de la cama de zeolita durante la regeneracion. Cuando se usa una zeolita sintetica, la solución de sal es mantenida en contacto con la zeolita durante la regeneracion. Despues de la regeneración con la solución de sal, el exceso de sal es drenado de la cama de zeolita con agua y el efluente es descargado al residuo. El efluente durante este periodo de drenado contendra cloruro de magnesio o calcio y sera duro. El efluente es checado de tiempo en tiempo durante el proceso de drenado, y cuando la dureza se aproxima a cero la unidad sera considerada para ser recargada y el ciclo de suavización vuelve a comenzar.
Ventajas del proceso zeolita-sodio
Las siguientes son algunas de las ventajas de el proceso de suavización zeolita-sodio.
1 Toda la dureza puede ser removida (dureza cero)
2. La operación es simple. No se requiere ayuda tecnica
3. No hay dispocición de lodos.
4. No se necesita equipo de mezclado
5. Es mas economico al remover dureza no carbonatada que el metodo de sosa.
Desventajas del proceso de sodio
Las siguientes son algunas de las desventajas de usar el metodo zeolita-sodio de suavizacion:
1. Incrementa el contenido de sodio en el agua
2. El agua cruda debe de estar libre de turbidez y de hierro.
3 Costo mas alto si toda la dureza es dureza carbonato.
4. Se requiere un alto porcentaje de agua para la regeneracion.
5. El agua sera corrosiva si no hay tratamiento adicional.
6. el pH es critico (7.0 a 8.3)
OTROS PROCESOS DE SUAVIZACION
Hay otros procesos de suavización que son comunes en el campo municipal. Otro procxeso de zeolita es conocido como proceso de Zeolita de hidrogeno en el que el ion hidrogeno desplaza al los iones calcio, magnesio y sodio. La regeneración es lograda mediante el uso de acido sulfurico diluido.
El proceso de intercambio anionico es un proceso en el que los aniones o iones negativos tales como sulfato, cloruro, y nitratos son removidos del agua.
El procesode suavización de fosfato caliente es llevado a cabo a una temperatura de 212øF o mayores. Un fosfato que usualmente es fosfato disodico, y sosa caustica son usados para precipitar quimicamente el calcio y el magnesio. Este tipo de suavización es asociado con el tratamiento externo de agua de alimento a calderas.
SUAVIZACION POR MEMBRANAS
Existe la nueva tecnologia de suavizacion por membranas, parecido al proceso de osmosis inversa, solo que en este caso la separacion tiene menos efectividad, en este caso no es un proceso selectivo de iones, sino una filtracion molecular en donde las moleculas del tamano de los carbonatos son searadas del flujo, este proceso funciona cuando no se requiere eliminar selectivamente ni llegar a una dureza cercana de cero.
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