Cómo probar la dureza del agua

La cantidad de iones de calcio y magnesio disueltos en el agua puede afectar muchos experimentos y procesos. Es necesario realizar pruebas de dureza del agua antes de los experimentos para garantizar la precisión de los resultados. Y el uso de agua dura en experimentos puede provocar la formación de incrustaciones dentro del instrumento. Esto puede reducir la precisión de las pruebas y la vida útil del instrumento. Para comprender mejor la dureza del agua, cómo detectarla y cómo reducirla y una serie de cuestiones, discutiremos juntos este artículo en profundidad.

¿Qué es la dureza del agua?

Cuando el agua entra en contacto con rocas y suelos subterráneos, disuelve sus minerales, incluidos iones metálicos como el calcio y el magnesio. La concentración de calcio y magnesio en el agua natural generalmente excede con creces la de cualquier otro catión multivalente. Por tanto, se suele considerar dureza la concentración de iones de calcio y magnesio en el agua. Estos iones hacen que el agua se endurezca, afectando así a sus propiedades y usos. Dependiendo del grado de dureza, el agua se puede clasificar en agua blanda, agua semidura y agua dura.

1. Agua blanda: 0-60 mg/L

2. Agua de dureza media: 60-120 mg/L

3. Agua dura: 120 mg/L y más

La dureza del agua afecta muchos experimentos y procesos, por lo que se requieren pruebas de dureza del agua en laboratorios y producción industrial.

Dureza carbonatada y no carbonatada

Otra forma de determinar la dureza del agua es la dureza carbonatada y la dureza no carbonatada. La dureza de carbonatos es el contenido de bicarbonato de calcio y magnesio sobre el que escribimos anteriormente. Esto también se conoce como dureza temporal porque la ebullición puede eliminarla o reducirla. Cuando estos bicarbonatos se calientan, precipitan como carbonatos sólidos. Esta es la principal causa de incrustaciones en calentadores de agua y calderas.

Por otro lado, la dureza no carbonatada es causada principalmente por nitratos, cloruros y sulfatos de calcio y magnesio. La dureza sin carbonatos a veces se denomina dureza permanente. Si necesitas reducir la dureza de este tipo de agua en un laboratorio, el calentamiento por sí solo no funcionará. Puede realizar tratamientos de intercambio iónico, ósmosis inversa y precipitación química.

Entonces, ¿cómo determina un laboratorio u otra industria que requiere una alta dureza del agua el nivel de carbonatos y no carbonatos?

La relación entre la alcalinidad y la dureza del agua.

Intentar determinar la cantidad de dureza carbonatada y no carbonatada se puede determinar midiendo la alcalinidad. La alcalinidad es la capacidad del agua para neutralizar los ácidos. Si la alcalinidad iguala o excede la dureza, toda dureza es carbonato. Cualquier dureza en exceso es dureza no carbonatada. Aquí está la relación entre alcalinidad y dureza:

Alcalinidad = 2 × dureza de carbonatos

¿Por qué medir la dureza del agua?

Los laboratorios utilizan agua para centrífugas, limpiadores ultrasónicos, pipetas y otros equipos de laboratorio. Si el agua es dura, se pueden formar fácilmente depósitos sólidos dentro del instrumento, dañando la precisión del equipo. El agua blanda, por el contrario, puede ser corrosiva. Por lo tanto, es importante medir y comprender el nivel de dureza del agua de proceso. A menudo necesitamos ablandar el agua mediante precipitación o intercambio iónico para eliminar la dureza antes de un experimento. Para optimizar estos procesos, a veces es importante controlar los niveles de calcio y magnesio individualmente, así como la dureza total.

Además, el magnesio puede interferir con otras pruebas de calidad del agua, como el nitrógeno y el salicilato de amoníaco. A continuación se muestra una lista de equipos de prueba para detectar o controlar los niveles de calcio y magnesio en el agua:

Instrumento	Característica	Solicitud
Bureta de titulación	Los métodos de titulación específicos y las fórmulas de cálculo variarán según el indicador y el sistema de reacción utilizados. Ventajas: Relativamente económico, adecuado para experimentos educativos generales o pruebas que requieren baja precisión. Contras: Requiere mucho tiempo, no es adecuado para pruebas rápidas Requiere el uso de reactivos químicos y la precisión de los resultados se ve afectada por la habilidad del operador. No proporciona concentraciones separadas para calcio y magnesio.	Educación, instalaciones de tratamiento de agua a pequeña escala.
Medidor de dureza del agua	Ventajas: Fácil de usar, no requiere productos químicos Mide rápidamente la dureza total de una fuente de agua Generalmente lo suficientemente pequeño como para llevarlo consigo para pruebas de campo y uso no profesional. Contras: No se puede analizar el calcio y el magnesio en agua. No apto para requisitos de alta precisión.	Industria de tratamiento de agua, monitoreo de agua potable, pruebas de agua doméstica.
Cromatógrafo de iones (IC)	Ventajas: Altamente preciso, analiza una amplia gama de iones, incluidos calcio y magnesio. Puede proporcionar mediciones separadas de calcio y magnesio. Contras: Equipo caro Requiere conocimientos y manejo especializados. No apto para pruebas rápidas	Monitoreo ambiental, alimentos y bebidas, productos farmacéuticos.
Espectrómetro de absorción atómica (AAS)	Ventajas: Alta precisión para medir una amplia gama de elementos metálicos, incluidos calcio y magnesio. Se puede utilizar con una amplia gama de tipos de muestras. Contras: Equipo caro Requiere conocimientos especializados y productos químicos. No apto para pruebas rápidas	Análisis ambiental, industria de alimentos y bebidas, industria farmacéutica, industria del metal.
ICP-MS	Ventajas: Precisión y sensibilidad muy altas para la medición de una amplia gama de elementos metálicos, incluidos calcio y magnesio. Adecuado para una amplia gama de tipos de muestras Contras: Equipo muy caro Requiere un alto grado de experiencia y manejo. Normalmente sólo es adecuado para grandes laboratorios.	Análisis ambiental, geología, productos farmacéuticos, análisis de metales, minería.
espectrofotómetro	Ventajas: Costo relativamente bajo Para medir el contenido iónico de reacciones de color de reactivos específicos Adecuado para pruebas rápidas Contras: Por lo general, sólo proporciona estimaciones relativamente aproximadas. Los resultados se ven afectados por las condiciones del reactivo y de la reacción.	Educación, monitoreo del agua potable, pruebas simples de laboratorio.

Cada probador de agua tiene áreas de aplicación y beneficios únicos, y la elección específica depende de la precisión, velocidad, costo y operación requerida. En aplicaciones prácticas, puede ser necesario combinar varios métodos para obtener un análisis más completo.

¿Cómo probar la dureza del agua?

En la vida cotidiana o antes de un experimento, si sólo desea medir la dureza del agua y no desea conocer el contenido de iones o un valor de prueba más preciso. Puede elegir el siguiente método para una prueba rápida:

1. Utilice papel de prueba. Remoje el papel de prueba en la muestra de agua a analizar y compárelo con la tabla comparativa de colores. Esto determinará rápidamente el nivel de dureza del agua.

2. Kit de prueba de agua: este es un kit que se utiliza para probar la calidad del agua y puede contener herramientas como cubetas, varillas agitadoras, buretas, etc.

3. El medidor digital portátil es fácil de transportar y se utiliza para probar los diferentes químicos presentes en el agua.

4. Medidor de dureza del agua: este es uno de los instrumentos de prueba de calidad del agua más comunes y utilizados. Generalmente es pequeño y portátil y admite mediciones rápidas.

Sin embargo, estas pruebas se suelen utilizar para controles preliminares, ya que su precisión es difícil de comparar con la de análisis especializados realizados en condiciones de laboratorio.

En las pruebas de calidad del agua, el muestreo depende del propósito del análisis. Cada propósito tiene sus requisitos de muestreo de agua y proporciona resultados específicos. Si se abordan estos requisitos, los resultados serán limitados y significativos.

Por ejemplo, cuando se toma una muestra de un proveedor de agua para un examen microbiológico, la muestra de agua se toma en la transición del proveedor de agua a la casa. Si se instala una planta de tratamiento, también es necesario un muestreo oportuno. De lo contrario, sólo se obtendrán resultados limitados o no significativos.

Productos destacados para medir la dureza del agua.

Medidor de dureza del agua:

Espectrofotometría:

Valorador:

La dureza también se puede medir con precisión utilizando un valorador digital. Los valoradores digitales dispensan soluciones de EDTA en incrementos muy pequeños con mayor precisión.

Tiras reactivas:

Cuando una tira reactiva de dureza del agua se sumerge en una muestra de agua, aparecen colores en la tira y hacen coincidir la tira con un gráfico. La tabla muestra colores para concentraciones de 0, 25, 50, 120, 250 y 425 ppm o 1, 1,5, 3,7, 15 y 25 gpg. Utilice tiras reactivas cuando el rango de dureza general sea suficiente. Las tiras reactivas no deben usarse cuando se requieren valores de dureza precisos.

Cómo reducir la dureza del agua

Para reducir la dureza no deseada, deben ablandar el agua. Los métodos de ablandamiento suelen dividirse en dos categorías principales:

Proceso de ablandamiento por intercambio iónico.

Este es uno de los métodos de tratamiento de agua más utilizados en los laboratorios y la industria. El proceso utiliza resinas de intercambio iónico naturales o sintéticas para eliminar los iones de calcio y magnesio del agua. Las diferentes resinas de intercambio iónico tienen otras propiedades. Los materiales sintéticos tienden a tener una mayor capacidad de intercambio, por lo que son más adecuados para eliminar niveles de dureza más altos.

La mayoría de las resinas se pueden regenerar una vez que se agota su capacidad de intercambio, por lo que es importante controlar la dureza del efluente para determinar cuándo es necesario regenerar la columna. En este proceso de dos pasos, primero se enjuaga la unidad para eliminar los depósitos. Luego se hace circular una solución de salmuera a través de la resina bajo ciertas condiciones para reemplazar los iones de calcio y magnesio acumulados con cationes utilizados inicialmente para el ablandamiento.

Ventajas:

1. El método no influye significativamente en otras características del agua, como por ejemplo el valor del pH.

2. El proceso también elimina cationes que causan dureza distintos del magnesio y el calcio.

3. Este proceso reduce la dureza a casi cero.

Desventajas:

1. Los altos niveles de hierro o manganeso en el agua pueden contaminar la resina de intercambio iónico.

2. Las resinas de sodio pueden aumentar el contenido de sodio del agua terminada e interferir con algunos métodos de monitoreo de dureza ULR.

3. Los niveles altos de sólidos pueden contaminar el lecho de resina, lo que genera costos adicionales.

Proceso de ablandamiento de la precipitación.

La precipitación generalmente se logra mediante el proceso de soda de cal. Cuando se agrega cal al agua dura, reacciona con la dureza de los carbonatos para producir sólidos. La cal y el carbonato de sodio se pueden usar juntos para eliminar la dureza carbonatada y no carbonatada. La precipitación de magnesio requiere el doble de aditivos químicos y produce el doble de lodo que debe eliminarse en comparación con la precipitación de calcio. Elimine el exceso de dióxido de carbono antes de ablandar, ya que puede impedir la precipitación de cal.

Ventajas:

1. Este proceso elimina el exceso de hierro y fluoruro.

2. Este proceso puede eliminar bacterias y virus debido al alto valor de pH.

3. La corrosión y la formación de incrustaciones se pueden controlar mediante este método con controles adecuados.

Desventajas:

1. Produce una gran cantidad de lodos que es necesario eliminar.

2. Los costos operativos y químicos son altos.

3. Agregar carbonato de sodio puede afectar el contenido de sodio del agua.

4. Es necesaria la recarbonatación o reintroducción de dióxido de carbono para reducir el pH después del ablandamiento.

5. Este proceso no reduce la dureza a cero.

6. El proceso requiere un alto grado de habilidad del operador para controlarlo.

Hirviendo

El agua hirviendo reduce la cantidad de calcio y magnesio en el agua al hacer que los carbonatos de calcio y magnesio del agua precipiten en el fondo. Sin embargo, este método sólo es adecuado para pequeñas cantidades de agua y no para tratar grandes cantidades.

Ventajas:

1. Sencillo y de bajo costo

2. La ebullición puede tratar pequeñas cantidades de agua, por ejemplo, agua para cocinar, beber, etc.

Desventajas:

1. La ebullición solo puede eliminar el carbonato de calcio y magnesio del agua y es ineficaz para reducir la dureza del agua para otras formas de dureza, como el sulfato de calcio y el cloruro de magnesio.

2. Sólo apto para pequeñas cantidades de tratamiento de agua doméstica.

3. No se pueden eliminar otros contaminantes del agua.

¿Qué procesos requieren un control de la dureza del agua?

1. Industria del agua potable: La dureza del agua también es uno de los parámetros a controlar en el tratamiento del agua potable. Demasiada dureza en el agua tratada puede provocar incrustaciones, lo que puede dañar el sabor y la calidad del agua potable, así como las tuberías, grifos, etc. Si el agua es demasiado blanda, puede provocar corrosión en las tuberías. Si el agua es demasiado blanda, puede provocar corrosión en las tuberías.

2. Aguas residuales: La descarga de aguas residuales con dureza del agua en cuerpos de agua naturales puede generar sedimentos y afectar el equilibrio del ecosistema acuático. Por lo tanto, diferentes regiones o países requieren informes de monitoreo sobre la dureza de las aguas residuales de empresas industriales o comerciales para garantizar que las descargas de aguas residuales cumplan con los estándares ambientales y los límites regulatorios.

3. Producción de detergentes y jabones: La producción de detergentes y jabones requiere el control de la dureza del agua, ya que el agua blanda y dura tienen efectos diferentes en el rendimiento del producto.

4. Piscinas: el control de la dureza del agua garantiza que las piscinas y spas tengan la calidad adecuada del agua para mantener la higiene y el rendimiento del equipo.

5. Industria de fabricación de productos químicos: en los procesos de fabricación de productos químicos, los cambios en la dureza del agua pueden afectar la eficacia de la reacción. La alta dureza del agua puede afectar las velocidades de reacción, la pureza del producto, los rendimientos, etc.

6. Tratamiento del agua de calderas y refrigeración: el nivel de dureza del agua puede afectar el rendimiento de los sistemas de agua de calderas y refrigeración. Una dureza excesiva del agua puede provocar ensuciamiento de calderas, tuberías, condensadores, etc., lo que puede provocar daños y pérdida de ingresos.

7. Industria alimentaria: en la fabricación de alimentos y bebidas, controlar la dureza del agua es fundamental para controlar la calidad del producto. Puede afectar el sabor, el color y la textura de los productos alimenticios.

8. Industria de pulpa y papel: la dureza del agua puede afectar la calidad y el rendimiento del papel. La alta dureza del agua puede provocar la precipitación de fibras y cargas, lo que hace que la superficie del papel sea menos lisa y aumenta la rugosidad del papel. También puede hacer que el pH del papel sea inestable, haciéndolo susceptible a amarillear y volverse quebradizo.

¿Cuál es la dureza normal del agua en ppm?

La dureza del agua 'normal' o típica en términos de dureza total a menudo se mide en partes por millón (ppm) o miligramos por litro (mg/L) como carbonato de calcio (CaCO3). A continuación se muestra una clasificación general de la dureza del agua:

1. Agua blanda: 0-60 ppm (o mg/L) como CaCO3

2. Agua ligeramente dura: 61-120 ppm (o mg/L) como CaCO3

3. Agua moderadamente dura: 121-180 ppm (o mg/L) como CaCO3

4. Agua dura: 181-250 ppm (o mg/L) como CaCO3

5. Agua muy dura: Más de 250 ppm (o mg/L) como CaCO3

Es importante tener en cuenta que estos rangos no son estrictos y pueden variar según los estándares locales y las preferencias personales.

¿Cuál es un buen nivel de dureza en el agua?

El nivel 'bueno' de dureza del agua puede variar dependiendo de la aplicación o preferencia específica, pero aquí hay algunas pautas generales para la dureza del agua en el laboratorio y en el hogar:

Dureza del agua de laboratorio:

Dureza baja a moderada (blanda a ligeramente dura): para la mayoría de las aplicaciones de laboratorio, es ideal tener agua con una dureza baja a moderada. A menudo se prefiere el agua blanda (0-60 mg/L como CaCO3) para evitar interferencias con los procesos analíticos y minimizar el riesgo de formación de incrustaciones en los equipos de laboratorio.

Dureza del agua en casa:

Preferencia personal: en el hogar, la dureza del agua puede ser una cuestión de preferencia personal. Algunas personas prefieren el agua blanda porque tiende a ser más suave para la piel y produce menos acumulación de sarro en accesorios y electrodomésticos. Otros pueden preferir agua ligeramente dura porque creen que es más saludable. Generalmente se considera agua:

1. Blando: 0-60 mg/L como CaCO3

2. Ligeramente duro: 61-120 mg/L como CaCO3

Vale la pena señalar que la dureza del agua puede variar ampliamente según la ubicación, por lo que la fuente de agua natural en un área específica determinará el nivel de dureza inicial. En algunas regiones, el agua puede ser naturalmente blanda, mientras que en otras puede ser bastante dura. En los casos en que el agua sea demasiado dura para las preferencias personales, se pueden utilizar ablandadores de agua para reducir la dureza.

El nivel de dureza específico que considere 'bueno' también puede depender del uso previsto. Para el agua potable, la preferencia personal es un factor clave. Para electrodomésticos y sistemas de plomería, a menudo es mejor tener agua ligeramente dura para reducir el riesgo de corrosión y acumulación de sarro, pero no tan dura como para causar problemas.

En última instancia, la definición de dureza del agua 'buena' es subjetiva y puede variar de una situación a otra. Es importante considerar tanto las preferencias personales como las preocupaciones prácticas al determinar qué es adecuado para una aplicación determinada.