En una planta potabilizadora, añadir calcio y magnesio no suele ser el objetivo principal: estos minerales normalmente ya están presentes en el agua y se controlan para que su concentración sea adecuada. Cuando el tratamiento los elimina en exceso, pueden reincorporarse mediante remineralización, siempre después de analizar el agua y ajustar el proceso a la normativa aplicable.
La incorporación puede realizarse mediante una etapa de remineralización situada después de la filtración o de la ósmosis inversa y antes de la desinfección final o del almacenamiento, según el diseño de la planta. El procedimiento debe controlar el calcio, el magnesio, la alcalinidad, el pH, la dureza, la conductividad y la estabilidad del agua, porque una dosificación excesiva puede favorecer las incrustaciones, alterar el sabor y aumentar el riesgo de corrosión.
Qué significan la dureza y la mineralización del agua
La dureza del agua potable, del agua subterránea o del agua superficial proviene de las sales de calcio o magnesio que contienen. Las aguas con un alto contenido en calcio y magnesio se consideran duras mientras que las que tienen un contenido bajo se consideran blandas.
La dureza es la capacidad del agua para precipitar el jabón. Esencialmente, el jabón es fácilmente precipitado por los iones de calcio y magnesio, que siempre están presentes en el agua. Las sales de calcio y magnesio tienen que ver, por ejemplo, en la espuma que se produce cuando se añade jabón.
Además, cuando hay una presencia importante de calcio y magnesio en el agua, se desarrollan incrustaciones. Esto depende de la geología del terreno de donde proceden, las aguas duras se encuentran en áreas con geología calcárea, cuando el agua circula a través del terreno incorpora los carbonatos de calcio y de magnesio.
El agua, antes de llegar hasta nosotros, pasa por una serie de formaciones geológicas. Cuanto más caliza sea la piedra que tiene el terreno, mayor es la dureza del agua.
La dureza del agua indica el contenido en compuestos minerales, en particular de sales de calcio y magnesio que hay en una determinada muestra de agua. Aunque otros minerales como el estroncio, hierro y manganeso, también contribuyen al endurecimiento del agua, lo hacen en menor grado, ya que generalmente están disueltos en pequeñas cantidades.
Si el terreno es granítico, como en Galicia por ejemplo, las aguas son blandas. En un gran número de ciudades del norte de México, como Saltillo, la mayor parte del agua que usamos proviene de pozos que la extraen del subsuelo.
A diferencia del agua obtenida de ríos, presas y lagos, el agua subterránea comúnmente tiene una elevada concentración de sales, siendo las más comunes las sales de calcio y magnesio. El agua que contiene este tipo de sales se llama agua dura, para diferenciarla del agua con muy bajo contenido de calcio y magnesio, llamada agua blanda.
Por qué una potabilizadora puede necesitar añadir minerales
El calcio y el magnesio no son contaminantes por sí mismos. Para un adulto, la ingesta diaria recomendada es de aproximadamente 900 mg de calcio, y la buena noticia es que el agua calcárea puede contribuir entre el 15 % y el 30 % de esta necesidad, dependiendo de la región.
En realidad, a diferencia de lo que quizás hayas oído, el calcio presente en el agua no es menos bueno que el de los productos lácteos o las verduras. Sin calcio, digámoslo claramente, ¡estarías en una muy mala situación!
Este mineral, que representa el 2% de nuestro peso, es absolutamente esencial para el buen funcionamiento de nuestro cuerpo: regula nuestros músculos, fortalece nuestros huesos y participa en la solidez de nuestros dientes.
Por eso, una potabilizadora debe buscar un equilibrio: el agua no debe quedar excesivamente desmineralizada, pero tampoco debe contener una dureza que cause incrustaciones innecesarias.
No obstante, la dureza elevada también puede provocar inconvenientes técnicos. El principal problema es la formación de depósitos calcáreos en las tuberías, conocidos como sarro, que eventualmente reducen su flujo y aumentan el gasto de energía para bombear el agua.
El sarro se deposita más rápido si calentamos el agua, por lo que algunos electrodomésticos como cafeteras, planchas y calentadores se dañan. Cuando el agua se calienta a más de 60°C, los iones de calcio y magnesio reaccionan con el dióxido de carbono disuelto en el agua y se transforman en depósitos sólidos de cal, que también se llaman sarro.
Estos cristales se adhieren a las paredes de tus electrodomésticos, creando depósitos que reducen su eficacia. Un efecto muy visible en aguas de distinta dureza es su diferente comportamiento ante la adición de jabón.
En presencia de la misma cantidad de jabón, la aparición de espuma es mucho menor si se trata del agua “dura”, ya que el calcio y el magnesio reaccionan con los compuestos que forman el jabón y dejan de ser efectivos, con la consiguiente necesidad de añadir más cantidad de jabón si nos encontramos en este extremo.
Cuándo es necesario remineralizar
La remineralización es especialmente importante después de tratamientos que reducen de forma intensa los minerales disueltos, como la ósmosis inversa. La ósmosis inversa (OI) es una tecnología basada en membranas que filtra los minerales disueltos, como el calcio y el magnesio.
Su funcionamiento se basa en forzar el paso del agua a través de una membrana semipermeable, reteniendo así los contaminantes. La remineralización posterior permite recuperar parte de los minerales eliminados y mejorar la estabilidad del agua.
La remineralización mediante lecho mineral es especialmente útil cuando la potabilizadora utiliza ósmosis inversa, porque esta tecnología elimina hasta el 99% de los iones disueltos.
El intercambio iónico también puede retirar el calcio y el magnesio. Cuando el agua dura pasa a través de la resina, los iones de calcio y magnesio se intercambian por sodio/potasio, “ablandando” efectivamente el agua.
Si el objetivo de la planta es volver a añadir calcio y magnesio, el agua ablandada debe someterse posteriormente a una etapa de remineralización. Al eliminar el calcio y el magnesio del agua, los ablandadores tradicionales utilizan sal para reemplazar estos minerales por sodio, lo que puede hacer que el agua sea ácida y potencialmente corrosiva para tus instalaciones.
Los suavizantes de agua comerciales cumplen solo con la función de suavizar el agua, pero no la purifican. La purificación del agua requiere tecnologías avanzadas que implican un mayor mantenimiento, incrementando así los costos de consumo.
Posición de la etapa de remineralización
La incorporación de calcio y magnesio puede realizarse mediante una etapa de remineralización situada después de la filtración o de la ósmosis inversa y antes de la desinfección final o del almacenamiento, según el diseño de la planta.
La ubicación exacta depende de la calidad del agua tratada, el pH, la alcalinidad, el caudal, el tiempo de contacto y la concentración mineral que se desea alcanzar.
El cloro es el desinfectante de agua más utilizado en el mundo, por su efectividad y fiabilidad para eliminar todo tipo de microorganismos nocivos que puedan contener el agua, las tuberías de suministro o los depósitos de almacenamiento.
En aplicaciones de abastecimiento público, la preparación de las soluciones y la selección de los productos deben cumplir los requisitos sanitarios y técnicos correspondientes.
El cloro que se añade al agua de consumo humano es una dosis mínima de garantía sanitaria marcada por la legislación, no perjudica la salud de las personas. Teniendo en cuenta que el cloro desaparece en función del tiempo de residencia en el agua y de la temperatura, entre otros factores, su nivel se controla en toda la red de distribución.
La presencia de una dosis correcta de cloro después del tratamiento del agua no comporta ningún riesgo para la salud y confiere al agua un efecto de protección ante contaminaciones, además de ser un indicador de su correcta desinfección.
Materiales utilizados para aportar calcio y magnesio
- Carbonato de calcio: permite aumentar el calcio y favorecer la recuperación de la alcalinidad.
- Medios minerales de calcio y magnesio: pueden aportar ambos elementos cuando la composición del agua lo requiere.
- Sales minerales aptas para agua potable: se emplean en sistemas dosificadores cuando se necesita un control más preciso de la concentración.
- Lechos filtrantes remineralizantes: el agua circula a través de un medio sólido que libera gradualmente minerales.
En la naturaleza, el calcio existe en forma de ion calcio (Ca²⁺), disuelto en el agua cuando esta atraviesa rocas ricas en carbonato de calcio (CaCO₃) como la cal. Este proceso es completamente natural y explica por qué un agua calcárea suele ser rica en calcio disuelto.
Cuando se necesita aportar calcio y alcalinidad, puede utilizarse un medio mineral basado en carbonato de calcio. También pueden emplearse materiales que aporten calcio y magnesio, siempre que sean adecuados para el contacto con agua potable.
La selección del material depende de la calidad del agua tratada, el pH, la alcalinidad, el caudal, el tiempo de contacto y la concentración mineral que se desea alcanzar.
Remineralización mediante lecho mineral
Un lecho de carbonato de calcio o de un material mineral autorizado se instala en una columna o filtro de contacto. El agua atraviesa el material y, según las condiciones químicas, disuelve una parte del mineral.
La cantidad de calcio que pasa al agua depende de factores como el pH, el dióxido de carbono disuelto, el tiempo de contacto y la superficie disponible del material.
Este sistema puede ser sencillo y robusto, pero requiere controlar el caudal y sustituir o reponer el material cuando se consuma. La liberación de minerales se produce gradualmente y debe comprobarse mediante análisis del agua de salida.
Remineralización mediante dosificación
Otra posibilidad consiste en dosificar una solución mineral en una corriente de agua previamente tratada. Este método permite ajustar con mayor precisión el calcio, el magnesio y la alcalinidad, pero exige equipos de dosificación, depósitos, control de concentración y mantenimiento.
La dosificación debe estar vinculada al caudal para evitar variaciones entre periodos de consumo alto y bajo. Añadir una cantidad excesiva puede aumentar la dureza, favorecer la formación de sarro y modificar el sabor del agua.
La remineralización debe diseñarse, por tanto, a partir de análisis del agua y no mediante una cantidad fija aplicada sin control.
Relación entre calcio, magnesio, pH y alcalinidad
El agua con muy pocos minerales puede presentar características químicas que afecten a las instalaciones. Por esta razón, la remineralización no solo busca añadir calcio y magnesio, sino también recuperar una composición equilibrada.
El control del pH y de la alcalinidad resulta esencial. Una alcalinidad insuficiente puede dificultar la estabilidad del agua y aumentar el riesgo de corrosión en determinados sistemas.
Además de medir calcio y magnesio, conviene verificar el pH, la alcalinidad, la conductividad, la dureza total y la estabilidad del agua.
| Parámetro | Qué permite controlar |
|---|---|
| Calcio | Concentración de ion calcio y aporte mineral |
| Magnesio | Concentración de ion magnesio y dureza |
| Dureza total | Contenido conjunto de sales de calcio y magnesio |
| pH | Condiciones de estabilidad y corrosión |
| Alcalinidad | Capacidad de amortiguar cambios de acidez |
| Conductividad | Cantidad aproximada de sustancias inorgánicas disueltas |
Control de la calidad del agua antes y después de añadir minerales
Para determinar la calidad del agua, el método de absorción atómica utilizado para la determinación de calcio en agua es un método sensible. Además, el método titrimétrico EDTA se usa ampliamente en aplicaciones.
Cuando se agrega EDTA (ácido etilendiamino tetra acético o sus sales) al agua que contiene calcio y magnesio, primero se combinan con el calcio. Si el pH es lo suficientemente alto, el calcio puede determinarse por el método EDTA en poco tiempo.
En laboratorios autorizados, también se realizan análisis de determinación de calcio y magnesio totales para determinar la calidad del agua. Los resultados permiten comprobar si el sistema de remineralización aporta la cantidad prevista y si la composición final permanece estable.
Es esencial conocer la calidad del agua que vas a utilizar. Generalmente, esta información la proporciona la propia empresa distribuidora de aguas, pero el modo de obtener un informe detallado al respecto es haciendo que un laboratorio acreditado te la analice.
Los resultados se miden en miligramo por litro (mg/l) o partes por millón (ppm). El agua con una alta concentración de minerales, sales y metales conduce mejor la electricidad, por lo que tendrá una mayor conductividad eléctrica (EC), medida como mS/cm.
La EC es otro de los factores que nos hablan de la calidad del agua. Por otro lado, el agua también se puede calificar como dura o blanda.
Es importante no confundir la conductividad con la dureza. La conductividad indica la concentración global de sustancias inorgánicas disueltas, mientras que la dureza se relaciona principalmente con las sales de calcio y magnesio.
Es uno de los parámetros que determina la cantidad de sustancias inorgánicas disueltas en una muestra de agua, nos indica la concentración en sales. Es uno de los parámetros que se consideran representativos de la calidad del agua.
Cómo se mide la dureza
La dureza también se puede expresar en grados franceses °f H. La equivalencia es 1 °f H = 10mg de CaCO3/l.
| Clasificación | Concentración |
|---|---|
| Agua muy blanda | 0-79 mg CaCO3/l |
| Agua blanda | 80-149 mg CaCO3/l |
| Agua semidura | 150-329 mg CaCO3/l |
| Agua dura | 330-549 mg CaCO3/l |
| Agua muy dura | más de 550 mg CaCO3/l |
No se ha establecido límite para este parámetro ya que la Organización Mundial de la Salud determina que tanto si la dureza del agua es alta o está en valores bajos no se produce ningún efecto pernicioso para la salud de las personas.
A partir del valor 5000 (µS/cm a 20°C) el agua no es apta para el consumo y por encima de 2500 aún siendo apta es necesario tomar medidas correctoras.
Por qué no debe confundirse dureza con contaminación
El agua dura no presenta un problema para la salud de la población en general, pero sí un gran número de inconvenientes en la vida diaria. No obstante, también tiene repercusión en nuestro organismo beber agua con un alto contenido de sales de magnesio y calcio.
No obstante, la OMS no se ha pronunciado al respecto en cuanto a prohibir el consumo de aguas duras. Añadir calcio y magnesio no sustituye la eliminación de arsénico, microorganismos u otros contaminantes.
Además de la dureza, otro desafío muy importante que enfrentan las aguas de la región norte de México es la presencia de metales pesados, como el arsénico en fuentes de agua subterránea. A diferencia del calcio y el magnesio, los metales pesados si representan una amenaza grave para la salud pública.
El arsénico (As) es considerado un contaminante muy tóxico, y beber agua con alto contenido de arsénico puede provocar una gran cantidad de enfermedades e incluso cáncer. Cada problema requiere una etapa de tratamiento específica.
Tratamientos que eliminan calcio y magnesio
Intercambio iónico
La tecnología más utilizada para ablandamiento del agua doméstica es intercambio iónico. Este proceso implica perlas de resina cargadas con iones de sodio o potasio.
Estos consisten en un tanque relleno de un polímero especial, llamado resina de intercambio iónico. Esta resina es muy porosa y tiene la capacidad de atrapar los iones de calcio y magnesio y liberar iones de sodio.
Eventualmente, esta resina libera todo el sodio y se tiene que regenerar usando agua con cloruro de sodio concentrado, por lo que además del tanque de resina de intercambio iónico, estos suavizadores tienen un depósito de salmuera hecha con la llamada sal común o sal de mesa.
Después de saturar la resina, ésta se enjuaga automáticamente con salmuera y se elimina el calcio y magnesio regenerando el sodio, y el equipo queda listo para seguir suavizando agua. Requiere regeneración periódica con sal o cloruro de potasio.
Ósmosis inversa
La ósmosis inversa (OI) es una tecnología basada en membranas que filtra los minerales disueltos, como el calcio y el magnesio. Si bien se utiliza principalmente para la purificación del agua potable, los sistemas de OI también pueden solucionar problemas de agua dura.
Su funcionamiento se basa en forzar el paso del agua a través de una membrana semipermeable, reteniendo así los contaminantes. Produce agua potable con un pH equilibrado.
Ideal para zonas con agua extremadamente dura u otros contaminantes. Cuando una planta utiliza ósmosis inversa, la remineralización posterior permite recuperar parte de los minerales eliminados y mejorar la estabilidad del agua.
Polifosfatos y otros agentes secuestrantes
Los agentes quelantes como los polifosfatos se añaden al agua para unir los iones de calcio y magnesio, evitando que formen incrustaciones. Este método se utiliza a menudo en sistemas de ablandamiento de agua para fines industriales o comerciales, pero también puede adaptarse para uso residencial.
Los polifosfatos no añaden calcio ni magnesio al agua de forma útil para la remineralización; su función principal es reducir la formación de depósitos.
Dispositivos magnéticos
Estos sistemas utilizan campos electromagnéticos para alterar la estructura de los cristales de carbonato de calcio, reduciendo su capacidad de adherencia a las superficies. Son no invasivos, ecológicos y no requieren productos químicos.
Sin embargo, su eficacia varía según la dureza del agua y el diseño del sistema. Los desincrustadores magnéticos son una opción rentable para problemas menores de incrustaciones, pero no sustituyen una remineralización controlada ni eliminan de forma fiable los iones disueltos.
Procedimiento general de diseño y control
- Analizar el agua de entrada y el agua después del tratamiento principal.
- Determinar la concentración de calcio, magnesio, dureza total, pH, alcalinidad, conductividad y otros parámetros relevantes.
- Comprobar si la filtración o la ósmosis inversa han reducido excesivamente los minerales.
- Seleccionar un lecho mineral o un sistema de dosificación adecuado para agua potable.
- Dimensionar el tiempo de contacto, el caudal y la cantidad de material o solución mineral.
- Vincular la dosificación al caudal para evitar variaciones entre periodos de consumo alto y bajo.
- Controlar el pH y la alcalinidad para mantener la estabilidad del agua.
- Verificar la dureza, la conductividad, el calcio y el magnesio a la salida.
- Comprobar que la remineralización no favorece incrustaciones ni modifica de forma inaceptable el sabor del agua.
- Realizar el mantenimiento, la reposición del medio mineral y la calibración de los equipos de dosificación.
La dosificación debe realizarse de forma controlada. Añadir una cantidad excesiva puede aumentar la dureza, favorecer la formación de sarro y modificar el sabor del agua.
La cantidad de calcio que pasa al agua depende de factores como el pH, el dióxido de carbono disuelto, el tiempo de contacto y la superficie disponible del material. Por ello, no es posible establecer una cantidad universal válida para todas las potabilizadoras.
Diferencia entre una potabilizadora y el aporte de Cal-Mag para cultivos
El aporte de calcio y magnesio para el agua de una potabilizadora no debe confundirse con la adición de suplementos Cal-Mag destinados al riego de plantas. En una planta de agua potable, los materiales y las sales deben ser aptos para contacto con agua de consumo humano y el proceso debe ajustarse a los requisitos sanitarios correspondientes.
Cuando se cultiva con sustratos de coco, luces LED o agua blanda, pueden aparecer deficiencias de calcio y magnesio (Cal-Mag), que frenan el crecimiento y provocan manchas de óxido. La fibra de coco se produce a partir de cáscaras de coco lavadas y tratadas, y en agricultura ha demostrado ser un medio de cultivo de alto rendimiento.
Lo que diferencia al coco de la tierra es que no contiene nutrientes. El coco coir es un medio inerte perfecto para añadir aportes líquidos de nutrientes y controlar la cantidad de alimentos que reciben tus cultivos.
Al cultivar con coco, es importante saber que tiene una gran capacidad de intercambio catiónico. Esto significa que podrá retener iones de gran tamaño, por lo que será necesario complementar el coco con calcio y magnesio para proporcionar a las plantas todos los elementos primarios, secundarios y oligoelementos que necesitan.
Si utilizas agua blanda, ósmosis inversa o agua altamente purificada, puede que necesites de un aporte de calcio y magnesio, que es donde los mononutrientes de CANNA entran en acción.
Sin embargo, estas referencias de cultivo no sirven para definir la dosificación de una potabilizadora, porque el agua de consumo humano exige otros materiales, controles y criterios de calidad.
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