1. CRITERIOS DE CLASIFICACIN DE AGUAS DURASEl agua es clasificada teniendo en cuenta su contenido de dureza, expresado en la concentracin de carbonatos contenidos en ella.La dureza del agua se define como la concentracin de todos los cationes metlicos no alcalinos presentes (iones de calcio, estroncio, bario y magnesio en forma de carbonatos o bicarbonatos) expresada en equivalentes de carbonato de calcio (mg/L CaCO3) y constituye un parmetro muy significativo en la calidad del agua. Estos elementos se encuentran en los minerales que tienen su origen en las formaciones rocosas calcreas, y pueden ser encontrados en menor o mayor grado, en la mayora de las aguas naturales. Esta cantidad de sales afecta la capacidad de formacin de espumas de detergentes en contacto con agua y representa una serie de problemas de incrustacin en equipo industrial y domstico.La dureza del agua se reconoci originalmente por la capacidad que tiene el agua para precipitar el jabn, esto es, las aguas requieren grandes cantidades de jabn para producir espuma.La dureza de las aguas naturales es producida sobre todo por las sales de calcio y magnesio, tambin llamado grado hidrotimtrico.Grados de la dureza del aguaEl grado de dureza es una medida de la concentracin total, en peso, del contenido de iones Ca2+ y Mg2+, expresada como equivalente de carbonato de calcio y usualmente medida en partes por milln o miligramos por litro. Existen grados de dureza del agua americanos, franceses, alemanes e ingleses, que a continuacin se mencionan con sus equivalencias en mg CaCO3/L de agua. Grado americano (a): Equivale a 17,2 mg CaCO3/L de agua. Grado francs (f): Equivale a 10,0 mg CaCO3/L de agua. Grado alemn (Deutsche Hrte, dH): Equivale a 17,9 mg CaCO3/L de agua. Grado ingls (e) o grado Clark: Equivale a 14,3 mg CaCO3/L de agua.Clasificacin de la dureza del aguaLa clasificacin de la dureza del agua segn los diferentes grados hidrotimtricos y su equivalencia en mg CaCO3/L de agua: grado americano, grado francs, grado alemn y grado ingls; en la siguiente tabla:

En muchos pases se clasifica la dureza del agua en mg/L de CaCO3 segn los siguientes valores:

Segn la Organizacin Mundial de la Salud (OMS), la clasificacin de la dureza del agua en mg/L de CaCO3 es:

De acuerdo al decreto 475/98, en Colombia el mximo valor permisible de dureza para un agua que sea considerada potable es de 160 mg/L.Agua dura: Agua que contiene cationes divalentes (en general Ca2+ y Mg2+) y sales disueltas en concentraciones tales que interfieren con la formacin de la espuma del jabn.Agua blanda: Es la que contiene mnimas cantidades de sales, forma abundante espuma con el jabn, es decir agua predominantemente libre de iones calcio y magnesio.2. REACCIONES QUE DEFINEN LA DUREZAReacciones que definen la dureza en la precipitacin con cal carbonato:Este proceso emplea el producto de solubilidad de un compuesto que contiene un ion o radical que es considerado perjudicial y que, en consecuencia debe ser eliminado. El ablandamiento con cal es el proceso de precipitacin usado con mayor frecuencia, consiste en la reduccin de la dureza por la adicin de cal hidratada al agua para precipitar CaCO3, Mg(OH)2 o ambos. El radical hidroxilo es el componente reactivo de la cal que convierte CO2 y HCO3 en CO32, precipitndose CaCO3, como se muestra en siguientes reacciones:

Tambin pueden usarse otros compuestos hidrxidos (NaOH o KOH), sin embargo el costo de la cal es ms bajo, slo resultaran convenientes los hidrxidos mencionados si se dispone de ellos como subproductos.Esta tcnica constituye uno de los mtodos generales que se emplean a nivel industrial para ablandar el agua. Este proceso consiste en aplicar cal y carbonato de sodio al agua cruda. La cal reacciona con los bicarbonatos solubles de calcio y de magnesio, que son los que causan la dureza por carbonatos y forman carbonato de calcio e hidrxido de magnesio que son insolubles.El carbonato reacciona con los compuestos solubles no carbonatados de calcio y de magnesio que causan la dureza por no carbonatos, precipitando compuestos insolubles de calcio y de magnesio y dejando en solucin compuestos de sodio que no consumen jabn.La separacin por coagulacin puede ser una buena alternativa cuando el agua presenta turbidez y su calidad es variable, o cuando la recalcinacin de lodos puede llevarse a cabo. Se sugiere efectuar una presedimentacin cuando el agua est muy turbia, la aglomeracin de carbonato de calcio es rpida cuando los cristales de CaCO3 estn libres de coloides orgnicos.Otras reacciones que definen la dureza son las indicadas en los siguientes procedimientos:La remocin de dureza mediante la adicin de sosa custica e hidrxido de calcio puede resumirse en lo siguiente:Los carbonatos que causan la dureza pueden ser precipitados como carbonatos de calcio o hidrxido de magnesio con la adicin de hidrxido de calcio como se muestra en las siguientes reacciones2:

La dureza por no carbonatos de calcio puede precipitarse con la adicin de carbonato de sodio:

Los no carbonatos de magnesio se precipitan como hidrxido de magnesio con la adicin de hidrxido de calcio, produciendo sulfato de calcio, as mismo ste reacciona con carbonato de sodio y se obtiene como precipitado carbonato de calcio.

La dureza producida por carbonatos y no carbonatos puede ser removida con la adicin de sosa custica:

El ablandamiento de agua cruda es regularmente saturada con carbonato de calcio a valores de pH altos, posteriormente el agua debe estabilizarse antes de someterse a una filtracin a la que se adiciona dixido de carbono o cido.

3. CONCEPTO QUMICO DE DUREZA CLCICA Y DUREZA MAGNSICALa dureza se clasifica de acuerdo al tipo de catin y de acuerdo al tipo de radical: De acuerdo al tipo de catin: 1- Dureza clcica: debido al catin Ca++2- Dureza magnsica: debida al catin Mg++. De acuerdo al radical con que se combina: 1- Dureza carbontica: combinando los cationes con el bicarbonato. Adems tambin es llamada La dureza temporal se produce a partir de la disolucin de carbonatos en forma de hidrgeno carbonatos (bicarbonatos) y puede ser eliminada al hervir el agua o por la adicin del hidrxido de calcio (Ca (OH)2).2- Dureza no carbontica: No combinado los cationes con el bicarbonato. Adems tambin es llamada dureza no permanente Esta dureza no puede ser eliminada al hervir el agua, es usualmente causada por la presencia de sulfatos y/o cloruros de calcio y de magnesio en el agua, sales que son ms solubles mientras sube la temperatura hasta cierta temperatura luego la solubilidad disminuye conforme aumenta la temperatura[footnoteRef:1]. [1: http://www.bdigital.unal.edu.co/70/3/45_-_2_Capi_1.pdf]

Dureza totalEs la concentracin total de calcio y magnesio presentes en el agua. No nos proporciona en s misma ninguna informacin sobre el carcter incrustante del agua ya que no contempla la concentracin de los iones bicarbonato presentes[footnoteRef:2]. [2: http://www.quimicadelagua.com/Conceptos.Analiticos.Dureza.2.html]

4. TCNICAS DE ABLANDAMIENTODe acuerdo al RAS, el agua debe tratarse por el mtodo ms adecuado de acuerdo a las caractersticas fisicoqumicas del afluente, el nivel de complejidad del sistema, los costos que implica y la disponibilidad de espacio para alcanzar los niveles de calidad exigidos.Los procesos que deben analizarse como sistema complementario de los tratamientos convencionales son estabilizacin con reactivos alcalinos, ablandamiento por precipitacin qumica y/o proceso de intercambio inico utilizando resinas especficas.Teniendo en cuenta que el tratamiento convencional, generalmente coagulacin con sulfato de aluminio y cloracin con cloro gaseoso, produce aguas corrosivas, debe incrementarse el pH del agua con cal o agregar inhibidores de corrosin. Los inhibidores de corrosin que pueden usarse incluyen fosfatos inorgnicos, silicatos de sodio y mezclas de fosfatos y silicatos.En caso de emplear algn proceso de estabilizacin-ablandamiento distinto a los mencionados en este ttulo, el diseador debe pedir autorizacin a la Comisin Reguladora de Agua Potable y Saneamiento Bsico (CRA) para su aplicacin, para lo cual debe comprobar la eficiencia de dicho proceso, ya sea por resultados obtenidos a nivel internacional o nacional, por investigaciones, trabajos a nivel de laboratorio y/o planta piloto donde se demuestre su efectividad. Estabilizacin con reactivos alcalinos: El proceso de correccin del pH debe realizarse cuando las condiciones de calidad de agua tratada as lo requieran. Debe hacerse un anlisis detallado del agua tratada para determinar la dosificacin de los productos qumicos, evitando as, aumentar los costos de produccin.La estabilizacin debe incrementar la remocin de la agresividad carbnica con un pretratamiento adecuado, con el objeto de llevar el agua a un valor cercano al pH de equilibrio o pHs del sistema de carbonatos. La adicin de reactivos alcalinos, en general una solucin saturada de cal, puede ser realizada en totalidad a la salida de la instalacin de tratamiento o parcialmente a la entrada y salida.Para contrarrestar el problema de la corrosin debe buscarse la formacin de la capa de Tillmans, la cual se presenta cuando las aguas tratadas con suficiente oxgeno en equilibrio calcocarbnico tienen la propiedad de permitir la formacin de una capa protectora natural por coprecipitacin de carbonato de calcio y xido frrico.El ajuste del ndice de un agua requiere el control del pH dentro de un intervalo restringido, de manera que el equipo para alimentar cido o lcali a fin de lograr un ndice de estabilidad especificado en el agua de proceso, es por lo general complejo.El ndice de estabilidad recomendable para evaluar la corrosividad del agua es el ndice de saturacin de Langelier (Is), el cual es igual a la diferencia entre el pH medido del agua considerada y su pH de equilibrio de saturacin (pHs) y debe calcularse con la siguiente expresin:

Si:Is > 0 = Agua sobresaturada, incrustante, tiende a precipitar carbonato de calcio.Is = 0 = Agua saturada en equilibrio con carbonato de calcio, ni disuelve ni deposita carbonato de calcio.Is < 0 = Agua subsaturada, corrosiva, tiende a disolver carbonato de calcio.El proceso de estabilizacin debe realizarse hasta llegar a un ndice de saturacin igual a +0.2, con lo cual se puede favorecer la formacin de la capa protectora de Tillmans.El valor del pH de saturacin (pHs) puede determinarse en el laboratorio por medio de la prueba de mrmol, dejando el agua en contacto con carbonato de calcio puro durante 12 horas que es el tiempo necesario para establecer las condiciones de equilibrio y midiendo el pH resultante que corresponde al pH de saturacin (pHs).La dosificacin puede determinarse por medio de la prueba de mrmol, donde debe medirse la alcalinidad, el contenido de calcio y el pH del agua y despus del tiempo establecido, manteniendo constantes la alcalinidad y el contenido de calcio se debe buscar cul es la variacin del pH para realizar el correspondiente ajuste. Precipitacin qumica: Este mtodo se fundamenta en la poca solubilidad del carbonato de calcio y del hidrxido de magnesio, los cuales son obtenidos agregando al agua cal y/o carbonato de calcio.Para la remocin de la dureza de los no carbonatos, como dureza de calcio o magnesio presentes en cantidades alcalinas excesivas, debe dosificarse carbonato de sodio (Na2CO3) o soda comercial (referirse a la Norma Tcnica AWWA B 201-92). El proceso con cal y carbonato de sodio puede efectuarse en dos etapas: en la primera haciendo el tratamiento con cal y en la segunda con carbonato de sodio. Tambin puede hacerse en una sola etapa conjunta, la cal debe hidratarse para su aplicacin, la remocin previa de dixido de carbono (referirse a la Norma Tcnica AWWA B 510-95) disminuye la dosis necesaria de cal.La cal requerida en el proceso debe relacionarse con el contenido de dixido de carbono, la dureza carboncea y la dureza por magnesio del agua.Debe determinarse la alcalinidad del agua para hallar la cantidad de cal y carbonato de sodio o soda comercial necesarias para el proceso.La cantidad de cal necesaria para la primera etapa debe determinarse de acuerdo a las reacciones bsicas del proceso, entre las cuales se encuentra la dureza carboncea, la dureza por magnesio, el dixido de carbono, la dureza no carboncea y la recarbonatacin, sta ltima necesaria para la remocin del excedente de cal.La recarbonatacin debe hacerse en dos etapas, con objetivos diferentes en cada caso. La primera recarbonatacin tiene por objeto convertir el exceso de cal agregado al agua en carbonato de calcio para permitir as su precipitacin y remocin, as mismo, el hidrxido de magnesio que no se precipit debe ser convertido en carbonato de magnesio. La segunda recarbonatacin tiene como fin eliminar la tendencia del agua, ablandada con cal y carbonato de sodio anhdrido, a depositar carbonato de calcio sobre la arena de los filtros, aumentando de tamao y causando una reduccin en la capacidad hidrulica del sistema.Debe anotarse que la precipitacin del carbonato de calcio y del hidrxido de magnesio no es completa, pues para saturacin ambos tienen una solubilidad del orden de 7 y 8 mg/L respectivamente; adems, en el proceso las soluciones tienden a sobresaturarse y por ello, en la prctica slo se pueden obtener durezas residuales mayores de 50 mg/L por el mtodo de cal - carbonato de sodio anhdrido.La remocin de dureza no carboncea por calcio originalmente presente o la formada en la remocin de la dureza no carboncea por magnesio debe dosificarse carbonato de sodio o sosa comercial, para el efecto 1.06 mg/L de carbonato de calcio son necesarios para precipitar 1 mg/L de dureza no carboncea.Para el aproximamiento estequiomtrico debe establecerse la solucin de ecuaciones de equilibrio simultneas para estimar la dosis de qumicos (cal y carbonato de sodio) en el proceso de ablandamiento por precipitacin qumica.La precipitacin del dixido de carbono debe satisfacer las reacciones de dureza carboncea y dureza por magnesio, por lo cual la remocin previa de dixido de carbono disminuye la dosis necesaria de cal, para tal efecto se cumplen las siguientes condiciones: 1.68 mg/L de hidrxido de calcio son necesarios para reaccionar con 1 mg/L de dixido de carbono, expresado como dixido de carbono. 0.74 mg/L de hidrxido de calcio son necesarios para reaccionar con 1 mg/L del in magnesio, expresado como carbonato de calcio. 0.74 mg/L de hidrxido de calcio son necesarios para reaccionar con 1 mg/L de dureza no carboncea. Debe agregarse un exceso de hidrxido de calcio para obtener un pH mayor de 10.8 y asegurar una precipitacin efectiva del hidrxido de magnesio, este exceso debe ser aproximadamente de 50 mg/L de hidrxido de calcio.En los niveles de complejidad alto y superior deben colocarse limpiadores superficiales para asistir el retrolavado del filtro. Las lneas de alimentacin de cal y carbonato de sodio deben construirse de tal forma que permitan un fcil acceso para ser limpiadas.Pueden construirse lagunas de almacenamiento para el secado y manejo del gran volumen de lodos producidos por el ablandamiento del agua. El carbonato de calcio segn la forma y brillo puede comercializarse, para lo cual el afluente debe tener baja turbiedad. Proceso con resinas de intercambio inico: En el proceso de ablandamiento con resinas de intercambio inico, el calcio y el magnesio en solucin en el agua deben ser desplazados por un in del material slido insoluble que constituye la resina.En la prctica debe usarse una resina catinica como las zeolitas operando en el ciclo del sodio para que el calcio y el magnesio sean reemplazados por el sodio de la zeolita y viceversa.El ablandamiento debe realizarse por ciclos en el intercambiador, en cada uno de los cuales se alcanza a tratar un determinado volumen de agua, la duracin de un ciclo debe definirse por la capacidad de intercambio.El diseo de una planta convencional de ablandamiento por intercambio inico debe determinarse por la cantidad de agua a ser ablandada, las caractersticas fisicoqumicas del agua cruda y los requerimientos de calidad del agua tratada.Las caractersticas generales que debe tener un intercambiador para este tipo de proceso son las siguientes: El producto intercambiador debe ser insoluble en las condiciones normales de empleo. Debe constituirse por granos de gran homogeneidad y de tales dimensiones que su prdida de carga en el lecho sea aceptable. La variacin de los iones retenidos por el intercambiador no debe producir la degradacin de su estructura fsica. Se hace referencia a las zeolitas del tipo de poliestirenos sulfonados.Las caractersticas de operacin de una resina de intercambio inico de poliestireno deben cumplir las siguientes especificaciones: Capacidad operativa de intercambio entre 45 g/L y 80 g/L. Tasa de flujo debe estar entre 120 m3/(m2.da) y 350 m3/(m2.da). Tasa de regeneracin entre 300 m3/(m2.da) y 350 m3/(m2.da). Dosis de sal regenerante entre 80 kg/m3 y 320 kg/m3. Tiempo de contacto con la salmuera debe ser de 25 min a 45 min.Las resinas de ciclo de sodio sintticas pueden tener una capacidad de intercambio dos veces mayor con la mitad del requerimiento de material regenerante, pero tiene un costo ms alto, la regeneracin es por tratamiento cido.5. Equilibrio calco - carbnico Agua agresiva: Se define como un agua que tiende a disolver precipitados de carbonato clcico. Agua incrustante: Se define como un agua que tiende a provocar precipitaciones de carbonato clcico.Para determinar el carcter agresivo o incrustante de un agua es necesario entender el equilibrio calcocarbnico. Dicho equilibrio nos cuantifica la interaccin entre carbonato clcico (CaCO3), procedente de los sustratos minerales, y el cido carbnico (CO2), procedente de la atmsfera, que en las aguas naturales entran en disolucin mediante mecanismos que se expondrn a continuacin.

El equilibrio calcocarbnico se establece a travs de las siguientes fases: 1. Fase gaseosa: Disolucin del CO2 atmosfrico. CO2 (g) = CO2 (l)2. Fase lquida: a) Hidratacin del CO2(l) dando lugar a cido carbnico (H2CO3).

CO2 (l) + H2O = H2CO3

b) Disociacin doble del cido carbnico para dar primeramente in bicarbonato y despus in carbonato.

3. Fase slida: Disolucin y/o precipitacin del CaCO3 segn la reaccin:

Es decir, el CO2 disuelto se disocia en especies qumicas que resultan ser aniones (HCO3- y CO32-) y que va a tender a disolver sales que proporcionan cationes como es el Ca+2 o Mg+2, procedentes de carbonatos clcicos o magnsicos.

pH de equilibrio o de saturacin: Determina el carcter de un agua. Es el valor de pH al cual se consigue el balance calcocarbnico de un agua. Si pHA < pHE: Agua agresiva Si pHA > pHE: Agua incrustante Si pHA = pHE: Agua equilibrada. En la prctica este valor rara vez se consigue, considerndose un agua equilibrada si el pHA se encuentra en un intervalo de +/- 0.5 del valor del pH de equilibrio.[footnoteRef:3] [3: http://www.fcca.es/static_media/file_uploads/Corrosion21.pdf]

6. ABLANDAMIENTO POR OSMOSIS INVERSA La smosis inversa esta basada en la bsqueda fundamental del equilibrio. Si dos fluidos que contienen diferente concentracin de solidos disueltos son puestos en contacto, estos se mezclaran hasta que la concentracin sea uniforme. Cuando estos fluidos estn separados por una membrana semi-permeable, uno de ellos (el de menor concentracin) se mover a travs de la membrana hacia el fluido que tenga una mayor concentracin de solidos disueltos. Despus de un tiempo el nivel de agua ser mayor a uno de los lados de la membrana. La diferencia de altura se denomina presin osmtica; aplicando en la columna del fluido una presin superior a la presin osmtica, se obtiene un efecto inverso. Los fluidos son presionados de vuelta a travs de la membrana mientras que los solidos disueltos permanecen en la columna, usando esta tcnica se elimina la mayor parte de sales en el agua.[footnoteRef:4] [4: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/valenzuela_m_td/capitulo3.pdf]

BIBLIOGRAFA DUREZA TOTAL .Anonimo.disponible en el link: http://www.quimicadelagua.com/Conceptos.Analiticos.Dureza.2.html NEIRA, Marco. Dureza en aguas de consumo humano y uso industrial, Impactos y medidas de mitigacin. Estudio de caso: Chile. Trabajo de grado Ingeniero Civil. Santiago de Chile: Universidad de Chile. Facultad de ciencias fsicas y matemticas, 2006. 89p. Reglamento tcnico del sector de agua potable y saneamiento bsico RAS 2000. Seccin II. Ttulo C. Sistemas de potabilizacin RODRIGUEZ, Sergio. La dureza del agua. Maestra Ingeniero Ambiental. Argentina: Universidad Tecnolgica Nacional. Facultad Regional Baha Blanca, 2010. 32p. TRATAMIENTO DE AGUAS .Universidad nacional .Facultad de minas .JORGE ARTURO PEREZ .Disponible en el link: http://www.bdigital.unal.edu.co/70/3/45_-_2_Capi_1.pdf http://www.edutecne.utn.edu.ar/agua/dureza_agua.pdf http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/valenzuela_m_td/capitulo3.pdf