CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL AGUA

ALIPIO ARNALDO ORTEGA RODRIGUEZ

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

• Turbidez• sólidos solubles e insolubles• Color• Olor y sabor • temperatura y • pH

• Causado por la presencia de partículas coloidales en suspensión, que limita el paso de luz, produciendo un efecto que hace ver como si estuviera sucio como consecuencia la formación de barro.

• Las partículas en suspensión puede ser de origen

orgánico e inorgánico o ambos. Puede incluir: Fe, Mn, Z n, arcilla, limo y otros.

* La intensidad depende del tamaño de las partículas, cantidad y de las propiedades de absorción de la luz que poseen.

T U R B I D E Z

T U R B I D E Z ( CONTINUACIÓN )

* Origen : Arrastre de aguas superficiales o por desechos descargados.

* La materia orgánica puede afectar el efecto germicida del cloro, su uso como ingrediente y produce manchas en las superficies.

* No es difícil eliminar turbidez, pero sí es costoso.

* Para medir se requiere como instrumento el TURBIDÍMETRO o Nefelómetro, cuya unidad se mide como UNT

( Unidades Nefelométricas de Turbidez )

UNIDADES DE TURBEZA

* Se define como efecto limitante al paso de la luz, que

tiene lugar en el agua que contenga 1 mg /L de sílice ( Si O2 ) de características estandarizadas.

* La turbeza se mide por comparación con estándares preparados o mediante turbidímetro.

* Tolerancia: - Es apreciable a simple vista cuando supera las 5 unidades. - La turbeza de un lago o agua clara suele a ser de alrededor de 25 unidades. - El agua turbia visiblemente > a 100 UNT.

TOLERANCIA DE TURBEZA PARA AGUA INDUSTRIAL DENOMINACION U I D A D E S ( UNT )

Agua potable Máx. 1

Bebidas embotelladas, refrescos 1 - 2

Alimentos en general Máx. 10

Cerveza 1 - 10

Hielo 1 - 05

Agua de enfriamiento 50

Calderos 1 - 20

SÓLIDOS Y RESIDUOS * Sólidos luego de evaporar el agua.

* Las partículas pueden estar:

- Disueltas ( hasta un milimicrómetro ) en cuyo caso físicamente no influirán en la turbiedad, pero sí podrían definir su color u olor.

- Formando sistemas coloidales ( 1 a 1000 mili micrómetros ), que son las causantes de la turbiedad neta del agua.

- En forma de partículas suspendidas ( por encima de 1000 mili micrómetros); las cuales caen rápidamente cuando el agua se somete a reposo.

- Es necesario aclarar que las pruebas analíticas para determinar las formas de los residuos no determinan sustancias químicas específicas y solo

clasifican sustancias que tienen propiedades físicas similares y comportamiento semejante frente a las diferentes condiciones ambientales.

SÓLIDOS TOTALES

* Residuo remanente de secar una muestra de agua.

* Sólidos disueltos + sólidos suspendidos

* Sólidos fijos + sólidos volátiles

SÓLIDOS DISUELTOS

* Residuos disueltos

* Sólidos filtrables

* Son los que se obtienen después de Evaporación de una muestra filtrada.

* Sólidos en solución verdadera y sólidos en sistema coloidal, no retenidos en filtración con partículas inferiores a 1 μm.

SOLIDOS EN SUSPENSIÓN * Sólidos presentes en agua residual, exceptuando los solubles y los sólidos finos en estado coloidal

* Partículas superiores a 1 μm, son retenidos mediante filtración.

SÓLIDOS VOLÁTILES Y FIJOS * Son aquellos que se pierden por calcinación a 550ºC, el material remanente son los sólidos fijos.

* Los sólidos volátiles son generalmente material orgánico.

* Los sólidos fijos son generalmente material inorgánico.

C O L O R * Puede o no estar ligado a la turbidez

* Presencia de taninos, lignina, ácidos grasos, etc.

* El color natural del agua puede deberse a : - Extracción acuosa de sustancias vegetales - Descomposición de materia - Materia orgánica del suelo - Hierro, Manganeso y otros - Combinación

C O L O R * F a c t o r e s: - pH - Temperatura - Tiempo de contacto - Materia disponible - Solubilidad

* Color aparente agua cruda o natural

* Color verdadero luego de ser filtrada

C O L O R * Remoción de color - Coagulación por compuestos químicos (alumbre, sulfato férrico) a pH bajo - Unidades de contacto o filtración

ascendente.

* Se recomienda desinfectar luego de remover

el color por su carácter de origen orgánico (evitar trihalometanos)

UNIDAD DE COLOR * Es la que se obtiene al disolver 1 mg de platino (generalmente proveniente de cloroplatinato de K (K2PtCl6) en un litro de agua. * La medición puede realizarse en forma instrumental o mediante el uso de comparadores de color.

TOLERANCIAS DE COLOR PARA AGUA INDUSTRIAL

DENOMINACIÓN UNIDADESAgua potable Max. 15Bebidas embotelladas, refrescos 5 a 10Alimentos en general Max. 10Cerveza Max. 10Productos lácteos 0Calderos 2 a 8

O L O R Y S A B O R

* El agua para el uso industrial en el procesamiento de alimentos debe ser inodora e insípida.

* La falta de olor puede ser inicio indirecto de la falta de contaminantes.

* Las aguas cloradas puede tener sabor a cloro sobre todo si contienen materia inorgánica al momento de ser cloradas.

* Compuestos orgánicos derivados de la actividad de microorganismos, algas o de desechos industriales.

O L O R Y S A B O R * Muchas sustancias que imparten olor puede ser detectados por el olfato humano, mas no por instrumentos. * Las aguas superficiales estancadas con alto contenido de materia orgánica , tienden a producir descomposición anaeróbica y con ello el mal olor. * Existen cuatro sabores básicos: - Dulce - Salado - Ácido - Amargo

O L O R Y S A B O R * La eliminación de olores puede ser por: - Aireación - El uso de carbón activado * La cloración en presencia de compuestos fenólicos puede dar un mal olor. * Las fuentes de captación deben tener un nivel aceptable. * El profesional calificado en este área debe tener conocimiento sobre el tipo de agua a captar para su tratamiento.

OLORES CARACTERÍSTICOS DEL AGUA Y SU ORIGEN N A T U R A L E Z A O R I G E N

* Olor balsámico Flores * Dulzor pigmentos y cortezas * Olor químico aguas residuales industriales * Olor a cloro cloro libre * Olor a hidrocarburo refinería de petróleo * Olor a medicamento yodoformo * Olor a azufre ácido sulfhídrico * Olor a pescado pescados y mariscos * Olor a séptico alcantarilla * Olor a tierra arcilla húmeda * Olor a fecaloide rotura de alcantarilla * Olor a levadura hojas en descomposición

T E M P E R A T U R A * Generalmente el agua de acueductos y aguas superficiales están un promedio entre 15 - 25 ºC .

* Influye en el retardo o aceleración de la actividad biológica , absorción de oxígeno, precipitación de compuestos, formación de depósitos , desinfección, procesos de mezclas, floculación, sedimentación y filtración.

* S e considera también factores ambientales que influye en la temperatura.

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL AGUA

pH * El agua a temperatura ambiente está ligeramente disociada

produciendo una concentración de H de 10-7 moles/L

* Debido a que el agua pura al disociarse produce un ión H+ y un ión (OH)- , su pH = neutro

H2O H+ + ( OH )–

* Matemáticamente : p H = - Log [ H +]

* Dependiendo de la cantidad de iones H+ y OH- en el equilibrio, el pH puede ser ácido ó alcalino

pH * El pH es un factor importante en el tratamiento de aguas, que tiene influencia en : - Proceso de congelación , desinfección y ablandamiento - Acción corrosiva en el agua de caldera y lavado - Tratamiento de efluentes porque hace del medio sea selectivo para esto se ajusta a pH 9 a 10 .

* pH entre 5 - 7 se puede utilizar en la industria (Lavado, ingredientes y limpieza ) aunque este último es preferible sea neutro o cercano a la neutralidad.

* El agua de caldera debe estar entre 8 y 9 para reducir la corrosión.

p H

* Influye a la corrosión e incrustaciones de la caldera.

* Influye en procesos de coagulación y desinfección.

* Generalmente el agua natural ( no contaminada ) tiene un pH entre 5 y 9 .

* Las aguas ácidas , generalmente se tratan con álcalis ( Cal ) para facilitar procesos de coagulación y luego se vuelve a modificar el pH.

A C I D E Z * Es la capacidad que tiene el agua para neutralizar los

iones (OH)-

* En aguas superficiales se debe a la presencia de CO2 disuelto que al combinarse con el agua produce iones H+

H2O + CO2 H2CO3

H2CO3 HCO3- + H+

* El CO2 puede provenir de la atmósfera o de la descomposición de la materia orgánica (50mg /L).

A C I D E Z

* Otra fuente de acidez es la presencia de ácidos inorgánicos o minerales producidos por la acción bacteriana (Contaminación con desechos industriales). 2S + 3O2 + H2O Bact. 2H2SO4

3F2S2 + 7H2O Bact. HCO3- + H+

* Las sales de metales pesados ( Fe+++ y Al+++ ) producen acidez mineral.

Al2(SO4)3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3HS2O4

A C I D E Z * La acidez ocasiona corrosión y

oxidación en tuberías, equipos y otros materiales.

* Cuando se emplean detergentes alcalinos en aguas de limpieza, puede darse la formación de sales que se depositan sobre la superficie de los equipos , produciendo incrustaciones y pérdidas de agentes de limpieza.

A L C A L I N I D A D * Es la capacidad que tiene el agua para

neutralizar la acidez sin bajar el pH sustancialmente.

* Se debe a la presencia de : - iones OH- - Carbonatos ( CO3 )- - Bicarbonatos ( HCO3 )- - Radicales de otras sales que no lo

hacen de forma tan significativamente como los tres anteriores.

A L C A L I N I D A D

* Un exceso de sales puede inducir a la precipitación de sales de Ca en tuberías y equipos.

TOLERANCIA DE LA ALCALINIDAD EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA

P R O D U C T O ALCALINIDAD mg Ca CO3/L

- Cerveza 75 a 80 - Cerveza negra 80 a 150 - Refrescos y gaseosas 30 a 125 - Jugos de frutas 100 - Alimentos en general 30 a 250

A L C A L I N I D A D La alcalinidad se expresa en mg CaCO3/L. No indica que el CaCO3 sea

responsable de la ALCALINIDAD, sino que el valor obtenido de la alcalinidad al titular el agua con solución ácida H2SO4 0.02N, se expresa como equivalente de CaCO3.

A L C A L I N I D A D En los cálculos el factor correspondiente al peso equivalente será:

Alcalinidad = (Vml * N * 50,000/Wml ) (mg CaCO3/L ) Donde: V = Vol. De Ác. Requerido en la titulación (ml) N = Normalidad del ácido. W = Vol. De la muestra de agua titulada (ml)

A L C A L I N I D A D

Por lo general se utilizan dos indicadores en la valoración:

INDICADORES pH VIRAJE

DENOMINACIÓNALCALINIDAD

IONES TOMADOSEN CUENTA

F e n o l t a l e í n a 8.3 Fenoltaleínica “ F “

Todo OH – Mitad ( CO3 )=

Anaranjado de Metilo

4 – 4.6

T o t a l “ T “

T o d o ( HCO3 )= T o d o ( CO3 )= T o d o ( OH ) -

A L C A L I N I D A D Se puede establecer las siguientes relaciones:

1. Si el pH del agua es < 8.3 toda la alcalinidad estaría en forma de bicarbonato, no existiendo alcalinidad fenoltaleínica. (HCO3 )- = T 2. Si el agua contiene alcalinidad por carbonatos, su pH será > 8.3; por lo tanto la alcalinidad es fenoltaleínica y representa la mitad del carbonato presente. ( CO3 )= = 2F ( HCO3 ) = T - 2F

A L C A L I N I D A D 3. En caso que los mililitros de alcalinidad total ( Anaranjado de metilo ) sean iguales a los de la fenoltaleínica (fenoltaleina), entonces toda la alcalinidad estará en la forma de carbonatos CO3= = 2F = T

4. La alcalinidad en exceso a esta cantidad, estará en forma de OH- OH- = 2F - T CO3- = 2(T-F)

D U R E Z A 1. GENERALIDADES

* Se origina por la presencia de cualquier catión polivalente (Ejem. Ca++ , Mg++, Al+++ Fe+++ ). En la práctica los dos primeros aportan la dureza significativamente.

* La dureza dificulta la acción de la mayoría de los agentes de limpieza, produciendo el precipitado de sus sales, reduciendo su acción espumante y su eficiencia.

D U R E Z A * La dureza tiende a producir sedimentos de sales de Ca++ y Mg++ en las tuberías, equipo y accesorios. Esto reduce la eficiencia y acelera el deterioro. * Los equipos comprometidos : calderos, marmitas, concentradores, intercambiadores de calor, tuberías, evaporadores, etc. * Las aguas duras tienden a producir manchas blancuzcas al secarse el agua en las superficies Ejem. En el lavado de envases, materiales, utensilios, etc.

2. T I P O S D E D U R E Z A

Existen 2 clasificaciones: * De acuerdo al tipo de catión: - Dureza cálcica. - Dureza magnésica.

* De acuerdo al radical con el cual se asocia: - Dureza carbonatada o temporal. - Dureza no carbonatada o permanente.

D U R E Z A

D U R E Z A La dureza carbonatada corresponde a los cationes combinado con el ión bicarbonato .

Ca++ + 2HC03 Ca(HC03)2

Ca(HC03)2 + Calor CaC03 + C02 + H20

pp blanco insoluble, pero Soluble en solución ácida

La dureza no carbonatada Es la que no está asociada al radical bicarbonato, ejemplo : sulfatos, nitritos, nitratos , fosfatos, el pp. formado son : CaS04 , fosfato de Mg.

Cuadro 5 Clasificación de agua según su durezaTipo de agua Dureza mg/L como CaC03

Agua blanda < 75Moderadamente dura 75 - 150Agua dura 150 – 300Muy dura > 300

D U R E Z A * La dureza se remueve mediante diversos tratamientos :

Método intercambio iónico y de la cal soda

* El agua de caldero y de intercambiadores de calor deben estar prácticamente libres de dureza

* Agua para limpieza y saneamiento deben tener baja dureza.

HIERRO Y MANGANESO

La presencia de estos cationes metálicos son pequeñas , pero, están involucrados en el mal sabor. Producen bacterias ferruginosas, generan problemas de manchado de equipos y piezas sanitarias, acelera la corrosión por la producción ácida.

HIERRO Y MAGNESIO

* Los iones pueden ser removidos por tratamiento con resinas de intercambio iónico. * En la industria alimentaria, además de color, oxidación , rancidez, se produce pérdida de nutrientes. * En la industria alimentaria, las aguas a emplear no deben contener más de 0.03 mg /L de estos metales.

C L O R U R O S * En elevada concentración de cloruros , hace del agua salubre y corrosivo.

* No se debe usar con contenidos mayores a 250 mg/L de cloruros (en agua potable)

* A nivel de 500 mg/L se detecta fácilmente en forma sensorial.

C L O R U R O S

CONTINUACIÓN) * En agua de lluvia 1 – 2 mg /L * En agua del mar 20,000 mg /L * El sabor salado es producido por cloruros * El Nacl es detectable desde 250 ppm * El Nacl y Mgcl puede estar ausente el sabor salado hasta 1000 ppm. * Se puede almacenar en botellas de vidrio o de plástico, no hay problema. * La determinación es aplicable en uso doméstico, industrial y residuales.

N I T R O G E N O * El nitrógeno en el agua se puede encontrar en forma de amoniaco (NH3) y sus sales nitritos y nitratos. * Una baja concentración de nitrógeno amoniacal, es señal de que existe material proteico en vías de descomposición. * El nitrógeno participa en el ciclo natural que envuelve la transformación de los compuestos antes indicados. * En la industria alimentaria la medición de este parámetro no es de mucho valor.