Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

Campus Hidalgo

Laboratorio de Química

Profa. Ing. Química María Guadalupe Hidalgo Pacheco

Importancia de la alcalinidad en las aguas residuales y los diferentes parámetros

que CAASIM determina para considerar el agua potable.

Martín Eduardo Ruiz Sorcia

A01274105

IC

Fecha de entrega

26 de Octubre del 2015

La alcalinidad de un agua es su capacidad para neutralizar ácidos y constituye la suma de todas las bases titulables. El valor medido puede variar significativamente con el pH de punto final utilizado. La alcalinidad es la medida de una propiedad agregada del agua, y solamente puede interpretarse en términos de sustancias específicas cuando se conoce la composición química de la muestra.

Es muy importante en muchos usos y tratamientos de agua naturales y residuales. La alcalinidad de muchas aguas de superficie depende primordialmente de su contenido en carbonatos (CO3

-2) y bicarbonatos (HCO3

-) e hidroxilos (OH-), por lo que suele tomarse como una indicación de la concentración de estos componentes. Los valores determinados pueden incluir también la contribución de boratos, fosfatos, silicatos y otras bases, cuando se hallen presentes.

La alcalinidad por exceso de metales alcalinotérreos tiene importancia para la determinación de la aceptabilidad de un agua para irrigación. Las determinaciones de alcalinidad se utilizan en la interpretación y el control de los procesos de tratamiento de aguas limpias y residuales. Las aguas residuales domesticas tienen una alcalinidad menos (o sólo ligeramente mayor) que la del suministro. Los digestores anaerobios que actúan adecuadamente presentan alcalinidades sobrenadantes típicas con cifras de 2000 a 4000 mg de carbonato cálcico.

El agua pura químicamente H2O es una sustancia neutra, que no manifiesta carácter alcalino ni cualidades ácidas. Pero las aguas naturales, aun las que tengan un alto grado de pureza, contienen soluciones diluidas de gases atmosféricos y de minerales del suelo y son estos productos los encargados de suministrarles o comunicarles a las aguas las propiedades ácidas y alcalinas que estas pueden poseer.

La alcalinidad es producida por sustancias que al contacto con el agua, es decir, por hidrólisis producen iones hidroxilo OH-, así por ejemplo la cal, los carbonatos y bicarbonatos, son productos que le comunican alcalinidad a las aguas, de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

Ca(OH)2 Ca++ + 2OH-

Cal ión calcio + 2 iones hidroxilos

CO-23 + 2 H2O H2CO3 + 2OH

Carbonato

HCO-3 + H2O H2CO3 + OH

Bicarbonato

Podríamos decir también que la alcalinidad, es la capacidad que tiene una sustancia de juntarse con iones H+, lo que originaría moléculas de agua así:

OH- + H+ H2O

La alcalinidad del agua no es una propiedad inherente a ella, si no que deriva directa o indirectamente de algunos solutos, que la acompañan en su recorrido o sitio de almacenamiento transmitiéndole esta propiedad.

En los procesos de coagulación del tratamiento del agua, se añade corrientemente cal con el fin de incrementar la alcalinidad del agua que deba tratarse, sin embargo para la coagulación de los fangos concentrados en el tratamiento del agua residual, frecuentemente se lava el fango con el fin de reducir la alcalinidad antes de añadir un coagulante metálico.

Los bicarbonatos y los carbonatos pueden producir CO2 en el vapor, que es una fuente de corrosión en las líneas de condensado. También pueden producir espumas, provocar arrastre de sólidos con el vapor y fragilizar el acero de las calderas.

Se distingue entre la alcalinidad total o título alcalimétrico total (TAC), medida por adición de ácido hasta el viraje del anaranjado de metilo, a pH entre 4,4 y 3,1, también conocido como alcalinidad m, y la alcalinidad simple o título alcalimétrico (TA), medida por el viraje de la fenolftaleína, a pH entre 9,8 y 8,2, conocido como alcalinidad p. A partir de ambas mediciones se pueden determinar las concentraciones en carbonato, bicarbonato e hidroxilo.

El término alcalinidad tal como está presentado podríamos decir que no está bien usado, puesto que decimos, que el agua con un pH de 7,0 en neutra y aguas con un pH > 7,0 son alcalinas y de pH < 7,0 son ácidas, pero la realidad es que en las aguas encontramos alcalinidad hasta un pH de 4 a 5, esto debido que para este caso específico, y sobre todo en aguas naturales, la alcalinidad es producida por el ion bicarbonato y este permanece en el agua, hasta valores de pH entre 4 a 5.

- Alcalinidad al hidróxido solamente: si la muestra contiene solamente alcalinidad el hidróxido, no podrá detectarse en ella sino alcalinidad a la fenolftaleína (F), la cual representará toda la alcalinidad que la muestra tiene, es decir F=T. El valor de la alcalinidad de carbonato será cero. Las aguas con un alto, por encima de 10 cm con las que contiene generalmente alcalinidad al hidróxido.

- Carbonato solamente: Si la muestra contiene alcalinidad carbonática dará en la titulación valores iguales de F y M, es decir alcalinidad a la fenolftaleína y al naranja de metilo (M). Entonces F=M porque cada uno de los indicadores mide la mitad del carbonato, entonces el valor de la alcalinidad carbonática será 2M o 2F o T, es decir el valor de la alcalinidad a la fenolftaleína o al naranja de metilo multiplicado por dos.

Las muestras con pH superior a 9,5 son las que presentan la alcalinidad al carbonato.

- Bicarbonato solamente: estas muestras presentarán alcalinidad al naranja de metilo, es decir M y esta será igual a la alcalinidad total y F (alcalinidad a la fenolftaleína) será igual a cero. Las muestras de agua que contienen alcalinidad bicarbonática son aquellas que tienen un pH menor o igual a 8,3.

M = alcalinidad bicarbonática = alcalinidad total.

- Hidróxido y carbonato: Si la muestra contiene alcalinidad cáustica y carbonática simultáneamente, ofrecerá valores de F y M, pero aquí los valores de M tendrán que ser mayores de F, es decir F puede ser menor que T/2 (alcalinidad total sobre dos).

Alcalinidad carbonática = 2M o 2 (T - F).

Alcalinidad cáustica = (T - 2F) o (2F - T).

- Carbonato y bicarbonato: si la muestra contiene alcalinidad carbonática y bicarbonática presentará como en el caso anterior valores de F y M, pero aquí los valores de M tendrán que ser mayores que los valores de F, es decir F debe ser menor que T/2 (alcalinidad total sobre dos).

Las muestras de agua con alcalinidad carbonática y bicarbonática tienen normalmente un pH mayor a 8,3 y menor que 11,0. Los cálculos se pueden hacer así:

Alcalinidad carbonática = 2F

Alcalinidad bicarbonática = (T – 2F)

Se supone que no hay alcalinidad cáustica.

La alcalinidad al hidróxido o alcalinidad cáustica, normalmente está ausente de las aguas naturales no contaminadas, casi ninguna corriente de agua contiene alcalinidad carbonática manifiesta, y teóricamente deben ser aguas de un pH menor de 8,3.

Sin embargo algunas aguas superficiales contienes un pH mayor de 8,3 especialmente por la presencia de carbonato y silicatos (SiO3

-). Lo normal es que la alcalinidad carbonática de las aguas sea menor de 1 mg/L.

Las aguas muy cargadas de CO2, pueden tener grandes cantidades de alcalinidad en forma de bicarbonato, esto sucede muy comúnmente en lagos o aguas represadas, que contienen gran cantidad de algas como sucede por ejemplo en la región de Urabá, donde el fenómeno que se sucede lo podemos describir brevemente así:

Las algas utilizan el CO2 en su actividad fotosintética, especialmente en aguas poco profundas, haciendo que el pH suba a valores tan altos como 10, y en la noche las algas en vez de consumir, producen CO2, aspecto este que tiende a bajar el pH como conclusión podríamos decir que las aguas de las fuentes de abastos en regiones como Urabá son muy alcalinas.

En términos sanitarios el uso del valor de alcalinidad de las aguas, solo es importante para la realización de diversos tratamientos, como ablandamiento, coagulación. Si todas las bases, productoras de alcalinidad de las aguas, son sales de Ca y Mg la alcalinidad y dureza, serán resultados iguales, pero si la alcalinidad total es mayor que la dureza, quiere esto decir, que hay otro tipo de sales, además de las de Ca y Mg, que pueden ser de Na y/o K. Ahora si la alcalinidad es menor que la dureza, el agua debe tener sales de Ca y Mg, que no tienen carbonatos sino sulfatos. El valor de alcalinidad para aguas de uso doméstico debe ser menor de 10 mg/L.

Parámetros

Para medir la calidad del agua se emplean parámetros, que permiten cuantificar el grado de alteración de sus características naturales, teniendo en cuenta su uso.

1. Físicos:

Caracteres organolépticos: color, olor, sabor.

Temperatura: Para consumo entre 8-15 ºC. Si la temperatura es mayor, pueden existir microorganismos en el agua.

Turbidez: Se utiliza el disco de Sechi para valorarla.

Conductividad: El agua potable tiene < 400 s/cm

2. Químicos:

pH y alcalinidad: El agua limpia tiene un pH=7, por la presencia de bicarbonatos, carbonato o hidróxido.

Dureza: mide la concentración de sales de Ca y Mg.

Aguas blandas < 50 mg CO3Ca/l Aguas duras > 200 mg CO3Ca/l

Nitrógeno: se mide el índice de N orgánico, N amoniacal, NO2 (nitritos) y NO3 (nitratos).

El índice N determina el tiempo que puede llevar el agua contaminada. Si hay niveles altos de N orgánico y N amoniacal la contaminación es reciente.

Fosfatos: Determina si el agua se ha contaminado con fertilizantes o detergentes con fosfatos.

INDICES ANALÍTICOS para determinar la presencia de MATERIA ORGÁNICA en el agua

Oxígeno disuelto (O.D): mide la concentración de O2 en mg O2/l a 20ºC, cuando menos concentración de O2 mayor contaminación orgánica.

Aguas de montaña: 10 mg O2/lAguas contaminadas de materia orgánica: 4 mg O2/l

Demanda biológica de oxígeno (D.B.O): Mide la concentración de contaminantes orgánicos en las aguas procedentes del uso doméstico, la concentración de oxígeno disuelto consumido por los microorganismos, presentes en el agua o añadidos a ella para efectuar la prueba, para oxidar toda la materia orgánica presente en la muestra de agua.  La medida más empleada es la DBO5, el O2 consumido en 5 días en una muestra de agua a 20 ºC y en oscuridad. Valores altos de DBO indican contaminación orgánica.

Agua potable: DBO < 3 mg/lEfluentes depuradora: DBO < 20 mg/l

Demanda química de oxígeno (D.Q.O): Mide la cantidad de O2 consumido para oxidar la materia orgánica e inorgánica empleando un agente oxidante (Dicromato o Permanganato potásico). La DQO siempre tiene que ser mayor que la DBO.

3. Biológicos: son microorganismos, larvas de insectos, su presencia o ausencia indica el grado de contaminación. Se utilizan diferentes tipos de bioindicadores:

Indice de coliformes: mide las bacterias coliformes/100 ml. En niveles altos indican contaminación fecal.

Sistema de saprobios: utiliza ciertos organismos como bioindicadores, ya que crecen selectivamente en aguas con diferente grado de contaminación. (Información tomada de: La calidad del agua. Parámetros de estudio, s/f)

BibliografíaAWWA.WPCF, A. (1992). Métodos Normalizados para el Ánalisis de Aguas Potables y Residuales.

Diaz de Santos.

C., B. (2001). Química Ambiental. Reverté.

Jurado, J. D. (s.f.). Determinación de la Alcalinidad en una muestra problema. Obtenido de https://nuestramisionconelmedioambiente.files.wordpress.com/2013/06/determinacic3b3n-de-alcalinidad-en-una-muestra-problema1.docx

M., R. L. (1990). Tratammiento de Aguas Residuales: Aguas de Proceso y Residuales. Quebecor.