Un cambio en el pH puede modificar la dosis de productos químicos para el tratamiento del agua porque altera las formas químicas presentes, el comportamiento de los contaminantes y la facilidad con la que se producen las reacciones de tratamiento. Por ejemplo, la misma dosis de coagulante puede producir un flóculo denso a un pH y uno débil a otro. El cloro puede dejar el mismo residual de cloro libre medido y, aun así, ofrecer un rendimiento de desinfección diferente.

El pH por sí solo no determina la dosis correcta. La alcalinidad, la temperatura, la concentración de contaminantes, la mezcla y el tiempo de contacto también afectan el resultado. Por lo tanto, un ajuste útil relaciona el pH medido en el punto de reacción con el objetivo del tratamiento y la calidad del agua que sale del proceso.

El pH modifica la química de la dosis

Muchos productos químicos de tratamiento reaccionan con el agua antes de actuar sobre los contaminantes. Los coagulantes de aluminio y hierro forman diversas especies disueltas y sólidas a medida que cambia el pH. Estas especies difieren en carga y solubilidad, por lo que también cambia su capacidad para desestabilizar partículas y formar flóculos sedimentables. Una dosis de coagulante establecida a un pH no se puede aplicar automáticamente a otro.

El pH también afecta la carga superficial y la solubilidad de las sustancias que ya están en el agua. Las partículas en suspensión, la materia orgánica disuelta y los metales disueltos no responden todos de la misma manera. Algunos procesos de tratamiento requieren que las partículas se agreguen; otros requieren que un contaminante disuelto forme un sólido que pueda separarse. El pH óptimo para un objetivo no es necesariamente el mejor para otro.

En la dosificación de ácidos y álcalis, esta relación es especialmente fácil de interpretar mal. El pH describe la actividad de los iones de hidrógeno, no la cantidad total de ácido o base necesaria para alcanzar un objetivo. Dos aguas con el mismo pH inicial pueden requerir dosis muy distintas si sus capacidades amortiguadoras difieren.

Coagulación: el pH de reacción puede cambiar durante la dosificación

Cuando las sales de aluminio o férricas se hidrolizan, consumen alcalinidad y pueden reducir el pH. En aguas con poca capacidad amortiguadora, añadir más coagulante puede desplazar la reacción fuera del intervalo eficaz para el producto seleccionado. El resultado puede parecer una dosis insuficiente: flóculos pequeños, sedimentación deficiente o mayor turbidez del agua filtrada. Añadir todavía más coagulante puede acentuar el cambio de pH en lugar de resolver el problema.

También se da la situación inversa. A un pH más alto, un coagulante metálico puede permanecer en formas más solubles o volver a ellas, lo que reduce la formación del flóculo de hidróxido sólido necesario para la captura. El intervalo de trabajo depende de la formulación del coagulante, la composición del agua y el objetivo de eliminación; no es apropiado establecer un único valor de consigna universal.

Mida tanto el pH del agua de entrada como el pH después de añadir el coagulante y realizar la mezcla rápida. Mida también la alcalinidad usando la misma base de expresión a lo largo del tiempo, normalmente como carbonato de calcio. Una disminución del pH después de la dosificación junto con una alcalinidad residual baja indica que conviene prestar atención al control del pH antes de aumentar la dosis de coagulante.

Utilice pruebas de jarras para separar los efectos del pH y de la dosis

Una prueba de jarras útil modifica el pH y la dosis de coagulante siguiendo un patrón controlado, en lugar de cambiar ambos sin dejar registro. Pruebe varias condiciones de pH con más de una dosis, usando agua bruta representativa y la secuencia de adición de productos químicos prevista en la planta. Cuando sea práctico, incluya una muestra sin tratar.

Reproduzca la mezcla rápida, la floculación y la sedimentación lo más fielmente posible con el equipo disponible. Registre el pH después de añadir los productos químicos y también después de la sedimentación, ya que es posible que el ajuste inicial no se mantenga. Compare la turbidez del agua sedimentada o filtrada, el tamaño de los flóculos y su comportamiento de sedimentación; cuando corresponda, incluya el aluminio o hierro residual y la eliminación de materia orgánica. Un flóculo visualmente impresionante no es prueba suficiente si la calidad del agua tratada o el metal residual son inaceptables.

Si se requiere corregir el pH, pruebe también el punto de adición del ácido o álcali. Añadir un producto químico de ajuste concentrado directamente a una corriente de coagulante puede crear condiciones extremas locales que no quedan representadas por el pH final de la masa de agua. La mezcla y la dilución afectan el resultado tanto como el valor de consigna numérico.

Desinfección: el residual no lo es todo

El cloro libre en el agua se presenta principalmente como ácido hipocloroso e ion hipoclorito. A medida que aumenta el pH, una mayor proporción está presente como hipoclorito; cuando el pH disminuye, aumenta la proporción de ácido hipocloroso. En general, el ácido hipocloroso es la forma desinfectante más eficaz, por lo que el mismo residual de cloro libre y el mismo tiempo de contacto no necesariamente producen la misma inactivación a distintos valores de pH.

Esto no implica una regla fija de aumentar el cloro cada vez que sube el pH. Primero, distinga entre el residual de desinfectante y la dosis inicial aplicada. La demanda de cloro de amoníaco, materia orgánica y otras sustancias reactivas consume parte de la dosis, y el residual debe mantenerse disponible durante el tiempo de contacto requerido. También importan la temperatura, los organismos objetivo y los requisitos de tratamiento aplicables.

En un proceso establecido, compare el pH en el contactor de desinfección, el cloro libre y total cuando corresponda, el tiempo de contacto y la temperatura. Si un cambio de pH coincide con un cambio en el residual, investigue si también cambiaron la alimentación química, el agua de origen o la demanda. Siga los criterios de desinfección validados específicos del sitio; una lectura del residual por sí sola no demuestra que se haya logrado el tratamiento requerido.

El método de medición también importa. Una muestra tomada antes de que la mezcla sea adecuada, o analizada tras una demora no controlada, puede dar lugar a una comparación engañosa. Utilice de manera uniforme el método de ensayo aprobado y el procedimiento de manipulación de muestras al evaluar un cambio de dosificación.

La precipitación y el ajuste del pH tienen curvas de dosificación diferentes

La eliminación de metales ilustra por qué el pH final deseado y la cantidad de álcali necesaria son cuestiones distintas. Elevar el pH puede reducir la solubilidad de ciertos metales disueltos al favorecer la precipitación de hidróxidos. Los sólidos resultantes deben formar partículas lo bastante grandes como para poder clarificarse o filtrarse. Si el pH se mantiene demasiado bajo, los metales disueltos pueden pasar a través del proceso; con un pH excesivo, algunos metales anfóteros pueden volver a ser más solubles.

Los agentes complejantes y otros componentes disueltos pueden mantener los metales en solución incluso cuando el pH de la masa de agua parece adecuado. Un aumento aparente de la concentración de metales después del tratamiento también puede deberse al paso de sólidos en suspensión a través de un filtro o a diferencias entre las muestras de metales disueltos y totales. Compare muestras equivalentes y confirme el método de muestreo y filtración antes de interpretar el resultado como un fallo de precipitación.

La demanda de álcali depende de los ácidos y tampones presentes, así como del punto final deseado. Elabore una curva de valoración o de dosificación a escala de laboratorio con una muestra representativa: añada incrementos medidos, mezcle bien y registre el pH estabilizado. La curva muestra si una pequeña dosis adicional provoca un gran cambio de pH cerca del objetivo. También revela si el agua requiere una cantidad considerable de reactivo antes de que el pH empiece a subir.

Las aguas residuales de alta concentración pueden ser heterogéneas, por lo que una curva obtenida con una muestra es un punto de partida, no una receta de alimentación permanente. El control automático requiere un punto de medición representativo, una mezcla adecuada y tiempo de residencia suficiente para observar el efecto de la adición anterior. Una respuesta excesiva del controlador o una sonda demasiado cerca del punto de inyección pueden provocar dosificaciones alternas de ácido y álcali sin estabilizar el pH del tanque.

Importa el origen del cambio de pH

Un cambio de pH puede originarse en el agua de entrada, en una etapa de tratamiento anterior o en la propia alimentación química. El intercambio de dióxido de carbono, los cambios de alcalinidad, la mezcla de corrientes, la actividad biológica y los vertidos industriales pueden alterar la relación entre el pH medido y la demanda de tratamiento. Un cambio provocado por una menor alcalinidad requiere una respuesta diferente de la que corresponde a una bomba de alimentación averiada.

Considere dos muestras con el mismo pH pero distinta alcalinidad. Parten de la misma lectura, pero la muestra con menor alcalinidad puede experimentar una caída de pH mayor después de recibir una dosis igual de coagulante. A la inversa, una muestra con mayor alcalinidad puede requerir más ácido para alcanzar el mismo pH de coagulación. Ninguno de estos resultados se puede predecir de forma fiable basándose únicamente en el pH.

La temperatura introduce otra diferencia. Afecta las velocidades de reacción, la formación de flóculos y la medición del pH. El agua fría puede producir un crecimiento más lento de los flóculos incluso cuando el pH medido se mantiene dentro del intervalo establecido. Por lo tanto, aumentar el coagulante sin analizar la mezcla y el tiempo de sedimentación puede ocultar la limitación real.

Distinga entre un reactivo de tratamiento y un contaminante

No todas las sustancias químicas presentes en una corriente de agua industrial son aditivos de tratamiento.Tetrachloroethylene CAS#127-18-4 es un disolvente industrial asociado a aplicaciones como la limpieza en seco y el desengrasado de metales. Si está presente en las aguas residuales, es un contaminante que debe caracterizarse y gestionarse, no un reactivo que se deba añadir para ajustar el pH o coagular.

Un cambio de pH por sí solo no es un indicador fiable de la eliminación de disolventes. El muestreo, el análisis y la selección del proceso de eliminación deben tener en cuenta las propiedades del contaminante y las condiciones del sitio; los compuestos volátiles también requieren una manipulación adecuada durante el muestreo y el tratamiento.

Convierta una desviación del pH en un cambio de dosis fundamentado

Empiece por identificar qué resultado del proceso ha cambiado: la turbidez del agua sedimentada, la calidad del agua filtrada, el residual de desinfectante o la concentración de metales disueltos. Confirme que la lectura del pH sea representativa del punto donde se produce la reacción pertinente. Una sonda calibrada en una corriente bien mezclada es más útil que una lectura tomada justo al lado de una línea de inyección.

Revise la tasa de alimentación de productos químicos en relación con el caudal real de agua y la concentración del producto. Un ajuste constante de la bomba no garantiza una dosis constante si cambia el caudal, se obstruye una línea de suministro o la solución se prepara con una concentración distinta. Compruebe las unidades utilizadas en los registros: una dosis expresada como producto no es intercambiable con una dosis expresada como ingrediente activo.

Cuando los sistemas de medición y alimentación funcionen correctamente, realice un pequeño cambio controlado o una prueba de laboratorio para determinar la dirección de la respuesta. Espere el tiempo suficiente para que el agua atraviese el proceso antes de evaluar el resultado aguas abajo. Registre las condiciones iniciales, el ajuste, el pH de reacción y el resultado, de modo que los cambios posteriores puedan compararse sobre la misma base.

Si el proceso se acerca a un límite de vertido, de agua potable o del equipo, siga el procedimiento operativo del sitio en lugar de realizar una corrección sin restricciones. Confirme que el ajuste del pH no haya generado un problema aguas abajo, como una pérdida de eficacia del desinfectante, un exceso de metal residual o un pH final inestable.