Determinación de sulfatos en agua de río. Tarea 1 (7 hojas)
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Este documento presenta los resultados de un proyecto de análisis de agua del río Coatzacoalcos en México. El equipo determinó la concentración de sulfatos en el agua mediante el método turbidimétrico y encontró que los niveles de sulfatos estaban por debajo del límite máximo permitido de 400 mg/L. También midieron la dureza, cloruros y otras características del agua. El documento también discute alternativas para eliminar sulfatos como ósmosis inversa, intercambio iónico y destil
Determinación de sulfatos en agua de río. Tarea 1 (7 hojas)
- 1. Universidad Veracruzana “Campus Coatzacoalcos” Facultad de Ciencias Químicas Experiencia Educativa: Química Analítica y Métodos Instrumentales Docente: María de Lourdes Nieto Peña. Proyecto: “Analisis de sulfatos en agua de río por método turbidimétrico” Equipo N° 1 Integrantes: Flavio Cesar Franyutti Villegas Victor Manuel Martínez Jiménez Ared Ros Reyes Martínez Guillermo Ricardo Domínguez Herrera Carrera: Ingeniería Química. Grupo y sección: IQ-302. Coatzacoalcos, Ver., a 24 de Noviembre de 2014
- 2. ÍNDICE Introducción ............................................................................................................. 3 Marco teórico ........................................................................................................... 4 Diagrama de bloques .............................................................................................. 5 Reactivos y cantidades a preparar ......................................................................... 6 Estándares para la curva de calibración ................................................................. 6 Desarrollo de la determinación y resultados............................................................ 7 Determinación de sulfatos ....................................................................................... 7 Determinación de cloruros ...................................................................................... 8 Determinación de durezas ...................................................................................... 8 Alternativas para la eliminación de sulfatos en agua ............................................... 8 Ósmosis inversa (RO) ............................................................................................. 8 Intercambio iónico ................................................................................................... 9 Destilación ............................................................................................................... 9 Conclusión............................................................................................................. 10 Bibliografías ........................................................................................................... 10
- 3. INTRODUCCIÓN El sulfato (SO4) se encuentra en casi todas las aguas naturales. La mayor parte de los compuestos sulfatados se originan a partir de la oxidación de las menas de sulfato, la presencia de esquistos, y la existencia de residuos industriales. El sulfato es uno de los principales constituyentes disueltos de la lluvia. Una alta concentración de sulfato en agua potable tiene un efecto laxativo cuando se combina con calcio y magnesio, los dos componentes más comunes de la dureza del agua. Las bacterias, que atacan y reducen los sulfatos, hacen que se forme sulfuro de hidrógeno gas (H2S). El nivel máximo de sulfato sugerido por la organización Mundial de la Salud (OMS) en las Directrices para la Calidad del Agua Potable, establecidas en Génova, 1993, es de 500 mg/l. Las directrices de la Unión Europea son más recientes, 1998, completas y estrictas que las de la OMS, sugiriendo un máximo de 250 mg/l de sulfato en el agua destinada al consumo humano. En México la cantidad máxima permisible del ion sulfato es 400mg/L. El ion sulfato llega a las aguas subterráneas al moverse el agua a través de formaciones rocosas y suelos que contienen minerales sulfatados, una parte del sulfato se disuelve en las aguas subterráneas. Algunos minerales que contienen sulfato incluyen el sulfato de magnesio, sulfato de sodio, y el sulfato de calcio (yeso). Las personas que no están acostumbradas a beber agua con niveles elevados de sulfato pueden experimentar diarrea y deshidratación. Los niños son a menudo más sensibles al sulfato que los adultos. Como precaución, aguas con un nivel de sulfatos superior a 400 mg/l no deben ser usadas en la preparación de alimentos para niños. Niños mayores y adultos se acostumbran a los niveles altos de sulfato después de unos días. Los animales también son sensibles a altos niveles de sulfato. Como ocurre en los humanos, los animales tienden a acostumbrarse al sulfato con el tiempo. Diluir agua de alta concentración de sulfatos con agua de baja concentración de sulfatos puede ayudar a evitar problemas de diarrea y deshidratación en animales no acostumbrados a beber agua con muchos sulfatos. La proporción de agua de elevada concentración de sulfatos/agua de baja concentración de sulfatos puede incrementarse gradualmente hasta que los animales puedan tolerar el agua de elevada concentración de sulfato. Para conocer la concentración del ion sulfato en aguas, hemos determinado un caso de estudio, considerando el agua del río Coatzacoalcos como nuestra muestra a analizar. El análisis de nuestra muestra, se basará en las normas oficiales mexicanas vigentes, principalmente la NMX-AA-074-1981.
- 4. Para llevar a la práctica este muestreo, se realizará mediante el método turbidimétrico el cual aprovecha que el ion sulfato precipita con cloruro de bario, en un medio ácido (HCl), formando cristales de sulfato de bario de tamaño uniforme. La absorción espectral de la suspensión del sulfato de bario se medirá con un nefelómetro o fotómetro de trasmisión. La concentración de ion sulfato se determinará por comparación de la lectura con una curva patrón. MARCO TEÓRICO El río Coatzacoalcos es un río México de la vertiente del golfo de México, que nace en la sierra de “Atravesada”, en el estado de Oaxaca en la región del istmo de Tehuantepec. Es un río abundante que alimenta principalmente el sur del estado de Veracruz. Es el tercero en importancia del país por su caudal y tiene el título del río más contaminado de México; a su paso, se asienta la zona más industrializada de Veracruz; Coatzacoalcos-Minatitlán. Petróleos Mexicanos (PEMEX) no es la única causa de contaminación del río Coatzacoalcos, ya que en ese proceso de degradación ambiental también tienen un alto grado de participación las aguas negras que son vertidas al cuerpo de agua sin tratamiento, los residuos del tráfico acuático, e incluso los sedimentos que son arrastrados por la lluvia a consecuencia de la deforestación. Sin embargo desde 1997 PEMEX implementó una planta de tratamiento de sus aguas residuales y desde entonces se desecha agua menos contaminada al cuerpo de agua. El análisis del agua nos permitirá conocer la concentración del ion sulfato en dichas aguas, y saber si es la adecuada de acuerdo a la cantidad máxima permisible establecida por las leyes mexicanas, para el consumo y calidad del agua. También se llevaran a cabo otro tipo de muestreos, como por ejemplo la dureza de aguas o determinación de cloruros que son igualmente importantes estudios que nos permitirán saber la calidad del agua. La dureza del agua se refiere al agua que contiene iones Ca+2 y Mg+2. Dicha dureza se mide en mg/L de CaCO3 mediante titulación con EDTA. El rango permitido para la dureza total es de 400-500 mg/L CaCO3, sin embargo el valor máximo recomendable es de 50 mg/L de CaCO3. Si el agua excede este valor se va a requerir de más cantidades de jabón para limpiar efectivamente formando residuos insolubles. Además, el agua dura provoca la obstrucción de las tuberías, genera manchas blancas en los platos, tiene un efecto laxante y además está relacionado con enfermedades cardiovasculares, entre otros. Los cloruros en agua son generalmente de sodio, de magnesio, de calcio y de potasio, siendo más abundantes en aguas profundas. El cloruro de sodio es una sal beneficiosa, le da al agua el sabor salado. Se les define como "aguas engordadoras", cuando se encuentran hasta niveles de aproximadamente 2.000 mg/l siempre y cuando los sulfatos no estén en exceso. Los cloruros de calcio y de magnesio dan un gusto amargo y pueden ocasionar diarrea.
- 5. DIAGRAMA DE BLOQUES Preparación de la curva de calibración. Estimarlaconcentracióndelionsulfatoenlamuestra,comparandolalecturadeturbiedadconunacurvadecalibraciónpreparadaconelusodelospatronesdesulfató,durantetodoelprocedimiento.Espaciarlospatronesaincrementosde5mg/Lenloslímitesde0a40mg/Ldesulfató.Verificarlaconfiabilidaddelacurvadecalibración,corriendounpatrónconcadatresocuatromuestrasdesconocidas Formación de turbiedad de sulfato de bario TransferiraunmatrazErlenmeyerde250mlunamuestrade100ml,ounaporciónconvenienteaforadaconaguaa100ml.Añadirexactamente5.00mldelreactivoacondicionadorymezclarenelaparatoagitador.Mientraslasoluciónseestáagitando,añadirelcontenidodeunacucharillallenadecristalesdeclorurodebarioyempezaramedireltiempoinmediatamente.Agitarduranteunminutoexactoaunavelocidadconstante. Medición de la turbiedad del BaSO4 y corrección del color por turbiedad de la muestra Inmediatamentedespuésdeterminarelperíododeagitación,verteralgodelasoluciónalaceldadeabsorcióndelfotómetroymedirlaturbiedadaintervalosde30segundosdurante4minutos.Debidoaquelaturbiedadmáximasepresentageneralmentedentrodelos2minutosyquedeahíenadelantelaslecturaspermanecenconstantesdurante3a10minutos,seconsideraquelaturbiedad,eslamáximalecturaobtenidaduranteelintervalode4minutos.Corregirporcoloryturbiedadpresentesenlamuestraoriginal,corriendoblancossinclorurodebario,encasodesernecesario.
- 6. REACTIVOS Y CANTIDADES A PREPARAR ESTÁNDARES PARA LA CURVA DE CALIBRACIÓN Reactivo Cantidad (Técnica) Volumen total (Técnica) Volumen a utilizar Cantidad a preparar Solución de sulfato 540 ml -720 ml 1000 ml 180 ml 250 ml Na2SO4 147.9 mg 1000 ml 36.975 mg 250 ml Reactivo acondicionador 135 - 180 ml 480 ml 45 ml 100 ml Glicerol 50 ml - - 10.42 ml HCl concentrado 30 ml - - 6.25 ml H2O 300 ml - - 62.5 ml Alcohol etílico o isopropilico al 95% 100 ml - - 20.83 ml NaCl 75 g - - 15.625 g BaCl2 0.772 g a 1.158 g 20.84 g/27.782g – 31.266 g/ 41.668g 6.948 g a 10.42 g - Estandares/conc Solución de sulfato Reactivo acondicionador BaCl2 0.0 mg/L 0 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g 5.0 mg/L 5 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g 10.0 mg/L 10 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g 15.0 mg/L 15 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g 20.0 mg/L 20 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g 25.0 mg/L 25 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g 30.0 mg/L 30 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g 35.0 mg/L 35 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g 40.0 mg/L 40 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g Muestra problema - 5 ml 0.772 g a 1.158 g Total 180 ml 50 ml 7.720 g a 11.58 g
- 7. DESARROLLO DE LA DETERMINACIÓN Y RESULTADOS Determinación de sulfatos Se realizó de acuerdo a los cálculos previamente realizados, la curva de calibración del ion sulfato a diferentes estándares de concentración. En la siguiente gráfica puede apreciarse como la norma está perfectamente diseñada, pues los estándares siguen aproximadamente una línea recta al tabularse absorbancia contra concentración. La tabla de la derecha sintetiza, las diferentes mediciones de las absorbancias que se obtuvieron según la concentración de las muestras. Según la curva de calibración, la muestra problema tiene una concentración de 2.75 ml del ion sulfato. (El resultado de la concentración se obtuvo por medio la fórmula de absorbancia e interpolando). Haciendo la conversión necesaria (1 ml de solución= 100 microgramos por ml de SO4) se tiene que la concentración es de 275 microgramos por litro que es igual a 275 mg/L. Si se aplica de igual modo la fórmula que indica la norma encontramos el mismo valor: mgL= mgSO4 푥 1000ml de muestra= 2.75 푥 1000100=275 mg/L El valor máximo permisible del ion sulfato en aguas según las leyes mexicanas y la norma oficial vigente es de 400 mg/L por lo que el agua de río no sobrepasa la cantidad permitida. Aunque a este nivel de concentración ya puede considerarse, ligeramente alto. La principal causa de este problema, suponemos se debe a que el río se encuentra en una zona altamente industrial y la mayoría de los desechos voluntaria o involuntariamente van a dar allí, ocasionando su contaminación.
- 8. No solo se realizó el análisis de sulfatos al agua, para complementar este reporte también se hizo una determinación de cloruros, dureza total y dureza de calcio. A continuación se enuncian los resultados obtenidos. Determinación de cloruros En un análisis previo se determinó que la cantidad en el río Coatzacoalcos, es de 28 ppm. Es decir hay menos cloruros de la cantidad máxima permible que es 250 ppm. Determinación de durezas En un análisis previo se determinó que la dureza total de agua expresada como ppm fue de 157.97, la dureza de calcio también expresada en ppm fue de 99, por lo que la cantidad de Mg encontrado en el análisis fue de 56.7 ppm. La dureza total permitida es 500 ppm. Alternativas para la eliminación de sulfatos en agua Existen tres tipos de sistemas de tratamiento que pueden eliminar el sulfato del agua potable: ósmosis inversa, destilación, o intercambio iónico. Los ablandadores del agua, los filtros de carbón, y los filtros de sedimentación no eliminan el sulfato. Los ablandadores del agua simplemente cambian el sulfato de calcio o de magnesio por el sulfato de sodio, que es algo más laxante. Ósmosis inversa (RO) Es un sistema de tratamiento de agua que elimina la mayor parte de las sustancias disueltas en el agua, tales como el sulfato, forzándola a través de una hoja de ppmCl= (V AgNO3)(N AgNO3)(meqCl)푥 aforo 푥 106Alicuota 1 푥 Alicuota 2 ppmCl= (4 ml)( 0.01N)(0.035) x 106(50 ml) =28 ppm Dureza total: ppmCaCO3= (1.73ml)(0.009M)(0.1)푥10610 ml=155.7ppm de CaCO3 ppmCaCO3= (ml EDTA)(M EDTA)(mmolCaCO3)푥106alicuota Dureza de calcio: ppmCaCO3= (1.1ml)(0.009M)(0.1)푥10610 ml=99ppm de CaCO3 Dureza de Mg: Dureza total −Dureza de calcio=157.7 ppm −99 ppm=56.7 ppm de Mg
- 9. plástico parecida al celofán conocida como "membrana semipermeable. " Esto puede quitar típicamente entre el 93 y el 99 por ciento del sulfato en el agua potable según el tipo de equipo de ósmosis. Un pequeño equipo de RO producirá aproximadamente 12 litros de agua por día. Los equipos ligeramente más grandes, que son por lo general instalados bajo el fregadero, producen de 19 a 75,6 litros de agua por día. Típicamente los equipos de RO producen sólo 3,8 litros de agua por cada 15 a 38 litros de agua tratada. El resto del agua es desechada. Intercambio iónico Es el método más usado para eliminar grandes cantidades de sulfato del agua para suministros comerciales, ganaderos y públicos, pero normalmente no se usa el tratamiento de agua en casas particulares. Es un proceso donde un elemento o producto químico es sustituido por otro. Muchas personas están familiarizadas con el ablandamiento de agua, un tipo común de sistema de intercambio iónico. El ablandamiento de agua se realiza pasando agua dura –agua con calcio y magnesio- a través de un tanque relleno con una resina especial saturada con iones de sodio. Los minerales responsables de la dureza se pegan a la resina, y el sodio es disuelto en el agua. Los sistemas de intercambio iónico para el retiro del sulfato trabajan de manera similar, pero usan un tipo diferente de resina. Los iones sulfato en el agua se intercambian con otros iones, por lo general cloruro, que está en la resina. Cuando la resina está llena de sulfato en toda su capacidad, debe ser "regenerada" con una solución salina. Los ablandadores del agua para la eliminación de la dureza no eliminan el sulfato, y los sistemas de eliminación de sulfato no eliminan la dureza, aunque algunos equipos comerciales contienen ambas resinas y pueden así eliminar tanto la dureza como el sulfato. Si se usan tanto un ablandador del agua como un sistema de eliminación de sulfato, el ablandador del agua se coloca por lo general antes del sistema de eliminación de sulfato. Destilación Es un sistema de tratamiento de agua que consiste en hervir el agua, y luego enfriar el vapor hasta que condensa en un contenedor separado. Las sustancias disueltas, como el sulfato, permanecen en la olla de agua hirviendo. Con un funcionamiento adecuado, los equipos de destilación pueden eliminar casi el 100% del sulfato. Los equipos de destilación tardan aproximadamente cuatro horas en producir 3,8 litros de agua, así que este tipo de tratamiento consume una cantidad considerable de energía en su funcionamiento. Cualquier sistema de tratamiento de agua requiere un manejo y mantenimiento adecuados para asegurar que continúe funcionando correctamente. Es importante seguir las recomendaciones del fabricante para el mantenimiento del sistema de tratamiento de agua.
- 10. CONCLUSIÓN Por medio de la química analítica podemos realizar un análisis cuantitativo y cualitativo con respecto a un objeto en estudio, de modo analítico y teórico aplicando el equipo adecuado como lo fue en este proyecto donde se hizo un análisis a una muestra de agua del rio Coatzacoalcos para lo cual se puso en práctica lo aprendido durante el curso haciendo uso de normas con el fin de llegar a un buen resultado. Es importante mencionar que este tipo de análisis es fundamental, para cualquier otra aplicación y no solo de aguas, por lo que el conocimiento químico e instrumental nos lleva a muchas aplicaciones en ingeniería, en la industria y en el hogar. El análisis nos permitió conocer que las aguas presentan una gran cantidad de impurezas, derivadas como consecuencia de la contaminación producida por el hombre y las industrias. En este estudio se realizó la determinación de sulfatos, sin embargo, existen técnicas y normas para la determinación de otras partículas en el agua. Es importante recalcar que para todo análisis se debe seguir pasos estructurados haciendo uso del método científico que es la base de toda investigación, además del trabajo en colaboración a un equipo. Lo que conlleva a un buen aprendizaje del estudiante para que pueda aplicarlo dentro del ámbito laboral de la ingeniería química. Bibliografías Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. (24 de Noviembre de 2014). Obtenido de https://www.imta.gob.mx/cotennser/images/docs/NOM/NMX-AA-074-1981.pdf Kugler, N. (24 de Noviembre de 2014). La nación. Obtenido de http://www.lanacion.com.ar/1480237-el-agua-un-factor-clave-para-mantener-bajo- control Norma Oficial Mexicana. (24 de Noviembre de 2014). Obtenido de NOM-127-SSA1-1994: http://www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/127ssa14.html Plata, J. C. (24 de Noviembre de 2014). El Universo. Obtenido de El Periodico de los universitarios: https://www.uv.mx/universo/231/infgral/infgral14.htm Water Treatment Solutions. (24 de Noviembre de 2014). Obtenido de http://www.lenntech.es/sulfatos.htm WaterLab. (24 de Noviembre de 2014). Obtenido de http://juturna.com/index.php?/paginas/laboratorio