Definida como la concentración de iones metálicos alcalinotérreos presentes en el agua, la dureza representa la cantidad de minerales de calcio (Ca) y magnesio (Mg) en mayor proporción que en fuentes blandas.
Aunque también se encuentran presentes otros compuestos, lo cierto es que las sales de Ca y Mg son las más abundantes, ya que sus fuentes son suelos de cal, yeso y dolomita.
Su medición constituye un parámetro significativo en la calidad, que se expresa en equivalentes de carbonato de calcio (CaCO3) y mientras más altos son, el grado de dureza del agua aumenta.
El calcio (Ca+2) y el magnesio (Mg+2) son compuestos de carga positiva (cationes), lo que hace que otros iones positivos se les dificulten disolverse, y es por esto que muchos procesos fisicoquímicos disminuyen su rendimiento.
Unos ejemplos claros, son el hecho de que los detergentes reduzcan su capacidad de formación de espuma con su contacto y que se generen problemas de incrustaciones en equipos industriales y domésticos.
Formación de la dureza en el agua
Los metales de Ca y Mg presentes en el agua dependen principalmente de las formaciones geológicas que atraviesan las fuentes subterráneas. Estas, pasan por calizas que son acuíferos carbonatados y sus suelos son los que más presentan minerales duros.
Su origen se debe a la lixiviación de estos terrenos y tienen una concentración más alta de calcio que de magnesio, por lo que es el catión de mayor proporción. Estas fuentes naturales pasan también por rocas de yesos y silicatos, o son sometidas por ataques de dolomías con la acción del anhídrido carbónico.
De esta manera, el contenido de Ca puede variar de unos pocos miligramos por litro (mg/l) a varios cientos en forma de bicarbonatos, cloruros y sulfatos. Su concentración máxima se establece entre 100 y 500 mg de CaCO3/l según la Organización Mundial de la Salud (OMS).
Mientras que la medida más usada de la dureza se refleja en grados hidrométricos franceses (°H F) y tiene una escala entre valores menores a 7 para el agua muy blanda y mayores de 54 para una muy dura.
Métodos para retener minerales duros
Existen varios métodos para eliminar o reducir los metales alcalinotérreos. Desde los físicos, con el calentamiento y la ósmosis inversa, hasta los químicos, como el intercambio iónico o el encapsulado de los cationes.
Aplicar un método u otro va a depender si la dureza es temporal o permanente.
- En caso de que sea temporal, solo requiere el calentamiento hasta la ebullición que consigue precipitar el carbonato de calcio y el hidróxido de magnesio como costras calcáreas, ya que su solubilidad disminuye al aumentar la temperatura. Se realiza después una filtración para separar los iones de la disolución con descalcificadores o ablandadores de agua.
- Con respecto a la permanente, se utilizan otros métodos más complejos, entre ellos el intercambio de iones con resinas. En estas, se hace pasar el líquido contaminado a través de resinas con sodio (Na), potasio (K) o hidrógeno (H), que se intercambian con los metales para retener los minerales duros. Se utilizan columnas o cartuchos de filtro y pueden ser regenerados al saturarse.
También se usan otros sistemas como el secuestro de los iones con la formación de combinaciones solubles estables y que pueden ser separados posteriormente por métodos físicos.