Ablandamiento o suavizacin de aguas por el proceso Cal- Carbonato (Lime Soda) Porter Clark.Parte 2

Lime: Ca (OH)2 90 %; Soda : Na2CO3 98%.

El proceso de ablandamiento de agua denominado cal carbonato (Lime- Soda Softening) tiene la finalidad de remover las sales de calcio y magnesio caracterstica de una agua dura en las aguas crudas de alimentacin en un planta de proceso; las sales son precipitadas por va qumica, utilizando hidrxido de calcio (lime) y carbonato de sodio (soda ash).

El proceso de ablandamiento (suavizacin) lime-soda se aplica principalmente para eliminar la dureza de aguas municipales, en la generacin de vapor utilizando agua suavizada, en los sistemas tanto de intercambio de calor como de enfriamiento, donde la concentracin de las sales es relativamente alta( mayor de 150 ppm), siendo los criterios de diseo y especificacin para este tratamiento; los volmenes totales y flujos en los ciclos de servicio del agua a tratar(capacidad del procesos o planta), por supuesto la concentracin de dureza total (Ca y Mg) es tomada en cuenta. Para este tratamiento se justifica altas concentraciones de dureza y alcalinidades caractersticas de las aguas en Mxico.

A la vez que este tratamiento remueve la dureza del agua y la alcalinidad, lo hace tambin para remover CO2 , Fe, slice (Si O2)y la turbidez del agua.

El proceso de ablandamiento se lleva a cabo a la temperatura del agua de alimentacin, por lo que se denomina al proceso: ablandamiento en fro (cold process); para aguas suavizadas municipales este tratamiento es econmicamente viable. Tambin se puede hacer el tratamiento de suavizacin cerca de la temperatura de ebullicin del agua de alimentacin, a este proceso se le denomina ablandamiento en caliente (hot process).

Factores importantes en el proceso de ablandamiento.

La seleccin y especificacin de los reactivos que permitan la precipitacin y remocin de los productos de la reaccin ya sea como lodos insolubles o lodos solubles.

La dosificacin adecuada de los reactivos en el agua cruda o a tratar.

La propagacin de la reaccin para la formacin de los precipitados y la combinacin de reactivos para coagulacin, sedimentacin y transferencia de calor en la formacin de lodos.

Proceso de ablandamiento Cal carbonato (Lime- Soda) A travs de un anlisis de agua se conoce la presencia y concentracin de la dureza total ( Ca y Mg) tanto de carbonatos y no carbonatos, es decir dureza carbonatada como bicarbonatos y carbonatos ( alcalinidad) y dureza no carbonatada o permanenente como cloruros y sulfatos de Ca y Mg. El proceso de ablandamiento de Cal Carbonato , se inicia al dosificarse el hidrxido de calcio al agua, este reacciona con la dureza carbonatada formando un precipitado de carbonato de calcio insoluble (CaCO3 ) y adems, un lodo blando de hidrxido de magnesio como subproducto de la reaccin.

Las reacciones con el hidrxido de calcio y el carbonato de sodio se presentan en la siguiente secuencia:

1. CaO + H2O = Ca (OH )2

2. Ca ( HCO3)2 + Ca ( OH )2 = 2 Ca CO3 + 2H2 O

3. Mg ( HCO3 )2 + 2 Ca ( OH )2 = Mg ( OH )2 + 2 Ca CO3 + 2H2O

4. Mg SO4 + Ca (OH)2 = Mg (OH)2 + Ca SO4

5. Mg Cl2 + Ca (OH)2 = Mg (OH)2 + CaCl26. Ca SO4 + Na2 CO3 = CaCO3 + Na2 SO47. Ca Cl2 + Na2 CO3 = CaCO3 + 2 NaCl

Los precipitados y productos de la reaccin son removidos por sedimentacin, coagulacin y filtracin.

Consideraciones del proceso de ablandamiento de cal- carbonato ( Lime soda)

Este tipo de tratamiento es aplicable para aguas con altas concentraciones de dureza (concentraciones de 1000 ppm) principalmente carbonatada y se alcanza una reduccin considerable de dureza residual en el efluente. El proceso no reduce la dureza ms abajo de concentraciones como se obtiene por intercambio de iones (Suavizacin). Los limites estn entre 15- 40 ppm en el efluente. En un suavizador por I.I se tiene valores de dureza a la salida de < de 10 ppm.

Los valores de agua suavizada en el efluente dependen tanto de la dosificacin, la temperatura, la alcalinidad del agua de alimentacin.

El fierro y materia en suspensin en las aguas pueden ser removidas, as tambin con aguas con un alto contenido de materia orgnica disuelta, esto con ayuda de coagulantes- floculantes en el mismo proceso de suavizacin.

El hidrxido de calcio slo, sin el carbonato de calcio puede ser empleado de manera econmica y con buenas ventajas cuando slo se permite eliminar dureza de bicarbonatos de calcio.

Se mencion en prrafos arriba, que el proceso de suavizacin en fro es tpico para aplicaciones en aguas municipales (grandes volmenes de ciclos de servicio), aguas de repuesto en sistemas de enfriamiento.

E l proceso de cal carbonato en caliente, se recomienda con buena aplicacin para la reduccin de slice (concentraciones altas), principalmente de aguas de alimentacin en generadores de vapor. El efluente en este proceso alcanza valores bajos de dureza.

Finalmente se considera que el control del proceso de ablandamiento de cal carbonato es significativamente mas difcil comparado con la suavizacin por resinas de intercambio de iones, uno de sus destalles principales es la formacin y control y disposicin de lodos y el control de agua suavizada a la salida del sistema.

Los sistemas de tratamiento de suavizacin con cal carbonato comprenden de dos tipos principalmente: A. Suavizacin en fro( cold process softening ) Tipo batch o intermitente

Tipo continuo con sedimentacin

Tipo contino. Contacto con lodos

B. Suavizacin en caliente de tipo contino ( continuous hot process softening).Para este curso slo comentaremos el proceso de tipo continuo y de manera general se explica el funcionamiento de los equipos y finalmente se plantean los criterios de diseo del sistema.Los sistemas de suavizacin por cal-carbonato en fro tienen un diseo muy similar al proceso de coagulacin- sedimentacin llamados tambin clarificadores , donde el agua cruda es alimentada y mezclada de manera continua en este caso con la dosificacin de cal (lime) y carbonato ( soda) necesaria y coagulante en algunas ocasiones si es requerido, el mezclado se realiza con un mezclador de tipo propela a diferentes velocidades de mezclado en diferentes zonas del equipo suavizador , se forma un lodo ( de acuerdo con las reacciones marcadas del 1 al7 que sedimenta y por la parte de arriba es colectada el agua suavizada o clarificada

Bibliografa. Parte 1 y 2 Rase Howard, Barrow, Ingeniera de proyectos para plantas de proceso, Ed. Continental, 1981.

Applebaum Samuel, Demineralization by ion exchange, Academic Press, 1968.

Manual tcnico del agua, Degrmont, 1979.

Handbook, Betz, cap. Lime soda softening, pp 68- 77. Handbook, Betz, cap. Filtration.

Nalco, Manual del agua su naturaleza, tratamiento y aplicaciones, tomo I, II, III., Ed. Mc Graw Hill, 1989. ver tomo I, Cp. 8,9,10,11,12.

Powell Sheppard, Acondicionamiento de aguas para la industria, Ed. Limusa, 1966.

Monterrubio Rubn, Experiencias en plantas piloto de ablandamiento, Memorias del 8 congreso internacional de tratamiento de aguas, Mxico, 1989.

Datos tcnicos de resinas intercambiadores de iones, Mitsubishi, Dianex Systems. Parekh Bipin, Get your process water to come clean, Chemical Engineering, January, 1991