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Alcalinidad
¿Qué es la alcalinidad?
La alcalinidad es una medida de la capacidad del agua para neutralizar los ácidos. Esto se conoce como la capacidad amortiguadora del agua o la capacidad del agua para resistir un cambio en el pH cuando se añade ácido.
La alcalinidad en el agua (con un pH de 7,0 o superior) se debe principalmente a la presencia de sustancias disueltas que neutralizan los ácidos (álcali). Está relacionada con que el agua contenga una cantidad equilibrada de dióxido de carbono y es una función del pH.
Los tres iones alcalinos primarios presentes en el agua que contribuyen a la alcalinidad son:
- Bicarbonatos (HCO 3 -)
- Carbonatos (CO 3 2-)
- Hidróxidos (OH -)
Alcalinidad total
La alcalinidad total es una medida de partes por millón de todos los álcalis (todos los iones de carbonato, bicarbonato e hidróxido) presentes en una muestra. Por lo tanto, la alcalinidad total es una medida de la capacidad del agua para resistir cambios en el pH.
La alcalinidad total se determina mediante valoración a un pH de 4,9, 4,6, 4,5 o 4,3, en función de la cantidad de dióxido de carbono presente.
Alcalinidad de fenolftaleína
La alcalinidad de la fenolftaleína (alcalinidad P) se determina mediante valoración a un pH de 8,3 (el punto final cuando el indicador de fenolftaleína cambia de color) y registra el hidróxido total y la mitad del carbonato presente. La alcalinidad de fenolftaleína es un subconjunto de la alcalinidad total.
Normalmente, el agua dura es alcalina, mientras que el agua blanda es más ácida. Sin embargo, existen excepciones en circunstancias inusuales.
¿Por qué realizar una medición de la alcalinidad?
La alcalinidad es un factor importante en una amplia variedad de aplicaciones, desde el agua potable y las bebidas hasta el tratamiento de aguas residuales y agua de calderas/refrigeración, así como muchos tipos de producción química y fabricación.
- Una alcalinidad alta puede mitigar la toxicidad de los metales pesados mediante el uso de los bicarbonatos y carbonatos presentes para eliminar los metales de las soluciones.
- En entornos naturales, la baja alcalinidad hace que los arroyos, ríos o lagos sean vulnerables a los contaminantes ácidos que pueden reducir el pH del agua a niveles perjudiciales para los anfibios, los peces o el zooplancton.
- La alcalinidad es necesaria para amortiguar o estabilizar el pH con el fin de facilitar la fase de digestión anaeróbica del tratamiento de aguas residuales.
- En el tratamiento de aguas residuales biológicas, el proceso de nitrificación consume alcalinidad a medida que el amoníaco se convierte en nitrito y luego en nitrato. Se debe mantener una concentración mínima de alcalinidad para una actividad biológica adecuada.
- Cuando se consume agua altamente alcalina, tiene un desagradable sabor a "bebida carbonatada" y puede ser perjudicial para la salud. En los equipos y las tuberías industriales, la alta alcalinidad en el agua puede provocar obstrucciones o acumulación de minerales.
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¿Qué procesos requieren la monitorización de la alcalinidad?
Tratamiento de aguas residuales
La alcalinidad es un parámetro importante en el tratamiento de aguas residuales para determinar la salubridad y la estabilidad de una serie de procesos del tratamiento biológico.
En la digestión anaerobia, la alcalinidad y su relación con la concentración de ácidos grasos volátiles (AGV) es la medida más importante para entender la estabilidad de este proceso biológico. Para obtener unos resultados óptimos, el valor de pH de un digestor debe estar entre 6,5 y 7,5. Sin embargo, medir el pH simplemente no es suficiente. Para garantizar un funcionamiento sostenible y seguro, el agua debe tener la suficiente capacidad amortiguadora como para compensar los cambios en la concentración de ácido. Un digestor demasiado ácido es tóxico para las bacterias, especialmente para las que producen el metano. Los percances debidos a condiciones tóxicas de pH bajo pueden resultar muy caros porque conllevan una reducción de la producción de gas, la adición de productos químicos para la alcalinidad y un aumento significativo del tiempo y esfuerzo del personal. Se puede tardar semanas en volver a llenar un digestor dañado, lo que supone una pérdida de tiempo.
En aquellos sistemas que son necesarios para eliminar el nitrógeno amoniacal, la alcalinidad es un parámetro de monitorización clave para una nitrificación estable. Los valores de alcalinidad inferiores a 50 mg/L inhibirán la conversión biológica de amoníaco/amonio a nitrito y, posteriormente, a nitrato. Una vez que la alcalinidad se agota en un sistema biológico, el pH puede comenzar a disminuir rápidamente. Cuando se monitoriza la eliminación biológica de nitrógeno por aireación, el pH es un indicador de la estabilidad de la nitrificación del sistema que se utiliza habitualmente y resulta muy útil, pero se trata de un indicador correctivo. Para monitorizar al máximo la estabilidad del sistema, la monitorización de la alcalinidad es una buena medición predictiva que permite detectar los problemas antes de que se vuelvan críticos.
Tratamiento de agua potable
La alcalinidad actúa como tampón de pH durante la coagulación y los procesos de descalificación del agua. La alcalinidad se monitoriza a lo largo del proceso de tratamiento del agua y en el sistema de distribución para garantizar un suministro seguro de agua potable a la comunidad.
Es muy importante saber cuál es el nivel de alcalinidad del agua bruta para poder elegir el coagulante correcto y configurar el proceso de coagulación/floculación. Si se conocen bien todos los parámetros fundamentales, se puede mejorar el proceso de coagulación para eliminar el carbono orgánico total (TOC) y reducir el riesgo de que se formen subproductos de desinfección (DBP) en el agua antes de la cloración.
La alcalinidad del agua filtrada se ajusta con frecuencia para controlar su corrosividad antes de derivarla al sistema de distribución. Además, es importante medir la alcalinidad del agua corriente de la red de distribución para garantizar un control adecuado de la corrosión y evitar que se incumpla la normativa sobre los niveles de plomo y cobre (LCR).
Sector de bebidas
Además de monitorizar la alcalinidad del agua de alimentación de calderas y torres de refrigeración, este parámetro es fundamental para la evaluación del agua de captación utilizada en la producción, ya que una alcalinidad incorrecta o inconsistente puede afectar de manera negativa al sabor y a la calidad general de la cerveza, los zumos y otras bebidas.
Fabricación de productos químicos para procesos industriales
Durante los procesos de refrigeración, se monitoriza la alcalinidad junto con otros parámetros para evitar que las tuberías, los condensadores y los secadores se corroan con el tiempo. La monitorización de la alcalinidad y otros parámetros fundamentales durante el tratamiento de aguas residuales industriales garantizan que las instalaciones cumplan las normativas de la industria química, eviten infracciones de vertido, maximicen su eficiencia, controlen los costes y mantengan los niveles más altos posibles de salubridad y seguridad.
¿Cómo se monitoriza la alcalinidad?
Valoración
De sobremesa:
En continuo:
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre dureza y alcalinidad?
La dureza es la suma de los iones metálicos multivalentes presentes en la solución, mientras que la alcalinidad es una medida de la capacidad de la solución para neutralizar los ácidos (suma de iones de hidróxido, carbonato y bicarbonato). El carbonato de calcio suele estar presente en los sistemas de agua natural y es el responsable de diferentes características del agua. Tanto la dureza como la alcalinidad se expresan como una concentración de CaCO3, ya que resulta más cómodo utilizar un solo número para representar múltiples reactivos químicos y para facilitar el cálculo de la dureza carbonatada y no carbonatada de una solución.
¿Cuál es la alcalinidad de la muestra si el indicador de fenolftaleína no la vuelve de color rosa?
La determinación de la alcalinidad de fenolftaleína mediante valoración requiere un indicador de fenolftaleína que cambia de rosa a incoloro en el punto final. Si la muestra no cambia de color a rosa una vez añadido el indicador, significa que no contiene alcalinidad de fenolftaleína. La muestra no tendrá ninguna alcalinidad fenolftaleína si su pH es inferior a 8,3.
¿Cuáles son las interferencias para la alcalinidad total, el método colorimétrico, LCK362 o el método 10239?
Las muestras con una capacidad ácida superior a 8 mmol/L deben diluirse con agua desionizada (DI) que no contenga dióxido de carbono (CO 2). Se puede eliminar el (CO 2) del agua desionizada hirviéndola. La ausencia de (CO 2) en el agua utilizada para la dilución puede comprobarse realizando una medición del blanco. Si la muestra tienen una alta capacidad amortiguadora, dilúyala con agua desionizada. El (CO 2) del agua desionizada interferirá al diluir las muestras o los patrones para este test colorimétrico. La ausencia de (CO 2) en el agua no es tan importante en el procedimiento de valoración como en el procedimiento colorimétrico. El test colorimétrico es más sensible a los pequeños cambios en la concentración de (CO 2) debido al método de detección colorimétrica y al pequeño volumen de muestra utilizado.
¿Cuáles son algunas de las interferencias habituales que suelen presentarse en los métodos de valoración de alcalinidad?
Estas son algunas interferencias habituales que suelen producirse en los métodos de valoración de la alcalinidad:
- Cloro – La presencia de cloro en concentraciones superiores a 3,5 mg/L puede provocar un color marrón-amarillento al añadir el sobre de rojo de metilo-verde de bromocresol. Para eliminar la interferencia, aplique un tratamiento previo a la muestra añadiendo 1 gota de solución estándar de tiosulfato de sodio de 0,1 N por 100 mL de muestra antes de incorporar cualquier otro reactivo.
- Color o turbidez – El color y la turbidez pueden dificultar la observación del cambio de color en el punto final. No filtre ni diluya las muestras que presenten color o turbidez. Utilice un medidor de pH y efectúe una valoración de las muestras para los puntos finales indicados:
Composición de la muestra Alcalinidad de fenolftaleína Alcalinidad total Alcalinidad aproximada de 30 mg/L pH 8,3 pH 4,9 Alcalinidad aproximada de 150 mg/L pH 8,3 pH 4,6 Alcalinidad aproximada de 500 mg/L pH 8,3 pH 4,3 Contiene silicatos o fosfatos pH 8,3 pH 4,5 Desechos industriales o sistemas complejos pH 8,3 pH 4,5 Análisis rutinario o automatizado pH 8,3 pH 4,5 - Jabones, aceites, sólidos en suspensión y precipitados: los aceites o sólidos pueden acumularse en la sonda de pH y provocar una respuesta lenta. Limpiar la sonda inmediatamente después de su uso.