El valor del pH es un parámetro fundamental en el tratamiento industrial del agua y las aguas residuales. Define la acidez o alcalinidad de una solución e influye significativamente en los procesos químicos, físicos y biológicos de las plantas de tratamiento de aguas y de aguas residuales. Conocer bien el valor del pH es crucial para optimizar procesos como la precipitación, la floculación, la neutralización, la biodegradación y la protección contra la corrosión.
Índice
Definición y principios químicos
El valor del pH describe la concentración de iones hidrógeno (H⁺ ) en una solución y se define mediante la siguiente ecuación logarítmica:
pH = -log10[H+]
- Gama neutra: pH = 7 (por ejemplo, agua pura).
- Saurer Bereich: pH < 7 (z. B. Abwasser mit Schwefelsäure).
- Gama alcalina: pH > 7 (por ejemplo, agua de refrigeración con aditivos alcalinos).
La escala logarítmica significa que un cambio de una unidad corresponde a un aumento de diez veces en la concentración de H⁺.
Importancia del valor del pH en las reacciones químicas:
- Los iones H⁺ dominan en el rango ácido.
- Los iones hidróxido (OH-) dominan en el rango alcalino.
El valor del pH influye notablemente en la solubilidad, la velocidad de reacción y los estados de equilibrio de las reacciones químicas.
Importancia del pH en el tratamiento del agua
Protección contra la corrosión:
- Los valores de pH extremadamente bajos o altos favorecen la corrosión de las tuberías y los componentes del sistema.
- Los rangos óptimos de pH (por ejemplo, 8-8,5 para el agua de refrigeración) minimizan la corrosión y garantizan la seguridad operativa.
- El valor del pH controla la precipitación de sales poco solubles, como el carbonato cálcico o el hidróxido de hierro.
- El rango óptimo para la precipitación de metales suele estar en el rango alcalino (pH 8-11).
- Los microorganismos de las etapas de tratamiento biológico (por ejemplo, el proceso de fangos activados) requieren un intervalo de pH estable (6,5-8,5) para un crecimiento y una actividad metabólica óptimos.
- La eficacia de los precipitantes, como las sales de hierro o aluminio, depende en gran medida del valor del pH.
- Se dosifican ácidos y álcalis para ajustar el valor del pH a los rangos óptimos.
Foto: Sección de reacción de un sistema de neutralización de pH controlado con dosificación automática de ácido y álcali(ALMA Neutra)
Influencia del valor del pH en el tratamiento de las aguas residuales
Neutralización:
- Las aguas residuales industriales pueden ser muy ácidas (por ejemplo, debido al ácido sulfúrico de la industria metalúrgica) o alcalinas (por ejemplo, debido a las soluciones alcalinas del procesado textil).
- Los sistemas de neutralización utilizan ácidos (por ejemplo, ácido sulfúrico) o álcalis (por ejemplo, sosa cáustica) para llevar el valor del pH al rango permitido (por ejemplo, pH 6-9 de acuerdo con los requisitos legales).
Eliminación de metales pesados:
- Muchos metales (por ejemplo, el zinc o el níquel) sólo precipitan en forma de hidróxidos en determinados intervalos de pH (a menudo pH 8-10).
- El control preciso del valor del pH es crucial para separar los metales pesados en los sistemas CP.
Oxidación y reducción:
- El valor del pH influye en la eficacia de los agentes oxidantes químicos (por ejemplo, ozono, peróxido de hidrógeno) y de los agentes reductores (por ejemplo, compuestos de azufre).
- Por ejemplo, la oxidación del amoníaco por el cloro sólo es eficaz a valores de pH inferiores a 8.
Foto: Ejemplo de un sistema de neutralización de CO2 en el módulo ALMA para una lechería(ALMA Neutra)
Medición y control del valor de pH
Métodos de medición:
- Electrodos de pH: Método estándar, basado en un electrodo de membrana de vidrio que genera una tensión eléctrica en función del valor del pH.
- Aparatos de medición del pH en línea: control continuo en corrientes de agua y aguas residuales.
- Mediciones fotométricas: Uso de soluciones indicadoras para determinar el valor del pH, especialmente en análisis de laboratorio.
Reglamento:
- Bombas dosificadoras: Para la adición precisa de ácidos o álcalis.
- Lazos de control del pH: Sistemas de control que supervisan continuamente y ajustan automáticamente el valor del pH.
- Mezcladores estáticos: Promueven la mezcla de aguas residuales y reactivos para homogeneizar el valor del pH.
Calibración de los sensores:
- La calibración periódica de los sensores de pH con soluciones tampón (por ejemplo, pH 4, pH 7, pH 10) es necesaria para garantizar la exactitud de los valores medidos.
Desafíos en el control del valor de pH
Capacidad de almacenamiento:
- El agua con una alcalinidad elevada (por ejemplo, tampón carbonatado) requiere mayores cantidades de ácidos o álcalis para ajustar el pH.
- Solución: Optimización de las estrategias de dosificación teniendo en cuenta la química del agua.
Cargas dinámicas:
- Las fuertes fluctuaciones en la entrada de aguas residuales pueden dificultar el control del pH.
- Solución: uso de depósitos de inercia o sistemas de control inteligentes.
Compatibilidad de materiales:
- Con valores de pH extremos, existe riesgo de daños materiales (por ejemplo, en los sensores o las tuberías).
- Solución: utilice materiales resistentes a la corrosión, como PTFE o acero inoxidable.
Conclusión
El valor del pH es un parámetro clave en el tratamiento de aguas industriales y residuales. Influye en casi todos los procesos químicos, físicos y biológicos de una planta. La medición, regulación y control precisos del valor del pH son esenciales para garantizar la estabilidad del proceso, su eficacia y el cumplimiento de los requisitos legales. Los ingenieros y operarios deben dominar tanto los principios químicos como los retos prácticos del control del pH para garantizar un diseño y funcionamiento óptimos de la planta.
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Foto: Ejemplo de sistema de neutralización en diseño modular ALMA con tanque de mezcla y ecualización(ALMA Neutra)
