Sales comunes que contienen carbono en soluciones acuosas y su tratamiento

Los compuestos que contienen carbono son comunes en el agua, pero su forma depende del pH y de los demás iones disueltos. En el agua, las sales solubles de carbonato y bicarbonato se disocian en iones; los carbonatos poco solubles pueden presentarse como minerales o incrustaciones precipitadas, en lugar de moléculas de sal disueltas.

Distinción importante: El «carbono en el agua» puede referirse al carbono inorgánico (CO2, bicarbonato y carbonato) o al carbono orgánico (como DOC y TOC). Esta página se centra en compuestos comunes de carbonato y bicarbonato; no abarca toda la variedad de carbono orgánico presente en el agua.

Sales y compuestos comunes que contienen carbono en sistemas acuosos

Compuesto de carbonato o bicarbonatoFórmulaAplicación, sector o ámbito de uso habitualCorrientes acuosas típicas en las que se encuentra
Carbonato de calcio (calcita, aragonito, piedra caliza)CaCO3Construcción y procesamiento de minerales; ablandamiento con cal y neutralización; mineral común en las incrustaciones.Aguas subterráneas y de proceso en contacto con rocas carbonatadas; lodos de ablandamiento, aguas de procesamiento de minerales y depósitos de incrustaciones de carbonato.
Bicarbonato de calcio (calcio y bicarbonato en solución acuosa)Ca2+ + 2HCO3− (a menudo escrito Ca(HCO3)2)Una representación práctica de la dureza carbonatada en la química de las aguas naturales; normalmente no se trata de una sal estable aislada que se manipule como producto seco.Aguas subterráneas y superficiales donde el agua con CO2 disuelto ha disuelto piedra caliza u otros minerales carbonatados.
Carbonato de magnesio (magnesita y fases relacionadas)MgCO3Procesamiento de minerales, materiales refractarios y producción de productos químicos especializados.Aguas en contacto con minerales carbonatados y corrientes de procesamiento de minerales; el magnesio disuelto suele ir acompañado de bicarbonato, mientras que la formación de fases sólidas de carbonato de magnesio depende de las condiciones.
Bicarbonato de sodioNaHCO3Producción alimentaria y química, regulación de pH mediante soluciones tampón y determinadas aplicaciones de tratamiento del agua.Aguas naturales con alcalinidad debida a bicarbonatos, corrientes de dosificación y enjuague, y aguas de proceso concentradas.
Carbonato de sodio (sosa Solvay)Na2CO3Fabricación de vidrio y detergentes, ajuste del pH y ablandamiento del agua.Soluciones de proceso y aguas residuales donde se utiliza carbonato de sodio; concentrados y corrientes de limpieza.
Bicarbonato de potasio y carbonato de potasioKHCO3, K2CO3Aplicaciones alimentarias, de fertilizantes, de productos químicos especializados y de control del pH.Aguas de proceso y lavado pertinentes donde se utilizan estos productos químicos; las concentraciones dependen de la dosificación y de la posterior dilución o recuperación.
Bicarbonato de amonio y carbonato de amonioNH4HCO3, (NH4)2CO3Procesos alimentarios, de fertilizantes y químicos.Aguas de proceso y residuales asociadas al uso de sales de amonio; la especiación del amoníaco/amonio y del carbonato varía con el pH y la temperatura.
Carbonato de hierro(II) (siderita)FeCO3Yacimientos minerales con hierro y sistemas geoquímicos; puede formar depósitos en ambientes reductores.Algunas aguas subterráneas reductoras y aguas de minas o de proceso donde el hierro disuelto y la química de los carbonatos permiten la precipitación.

La solubilidad y la especiación dependen de la química del agua

Las sales solubles, como el bicarbonato de sodio, se disocian en iones en el agua. Las expresiones «bicarbonato de calcio» y «bicarbonato de magnesio» suelen describir combinaciones de iones metálicos y bicarbonato en solución acuosa; no deben confundirse con moléculas estables no disociadas en una solución diluida. Los minerales carbonatados, como la calcita y la siderita, tienen una solubilidad limitada, y su formación depende del pH, la temperatura, la presión, la fuerza iónica y las concentraciones de los iones pertinentes.

Cuando cambia el pH, se modifica el equilibrio entre el CO2 disuelto, el bicarbonato y el carbonato. El carbonato de calcio o de magnesio puede precipitar cuando el agua se sobresatura. En salmueras concentradas, las actividades y las interacciones entre iones difieren de las condiciones del agua pura diluida, por lo que las tablas sencillas de solubilidad no permiten, por sí solas, predecir la precipitación o la formación de incrustaciones en una planta en funcionamiento.

Posibles vías de tratamiento

El proceso adecuado depende de si el objetivo es eliminar iones disueltos, controlar la alcalinidad o las incrustaciones, reducir el carbono orgánico, o recuperar y gestionar un concentrado. Las vías que se indican a continuación son ejemplos para evaluar, no recomendaciones universales.

Objetivo del tratamiento del aguaTecnologías posiblesFactores importantes para la selección
Reducir la dureza o controlar la precipitación de carbonato de calcioAblandamiento con cal, ajuste del pH y la alcalinidad, precipitación y separación de sólidosDureza, alcalinidad, pH, temperatura, gestión de lodos y concentración residual objetivo.
Reducir los iones de carbonato y bicarbonato disueltos y las sales disueltas en conjuntoÓsmosis inversa (RO), nanofiltración (NF) o electrodiálisis (ED/EDR)La separación por membranas depende de las especies presentes, la composición química del agua de alimentación, el pretratamiento, la recuperación y la gestión del concentrado. La separación mediante NF varía según el ion y la membrana; compruebe su rendimiento respecto al objetivo de tratamiento.
Gestionar el dióxido de carbono libre disueltoAireación o desgasificación, a veces combinadas con un ajuste del pH o un tratamiento posteriorTransferencia de gases, alcalinidad, pH, temperatura y calidad final del agua requerida.
Reducir determinados compuestos orgánicos o la materia orgánica biodegradableTratamiento biológico o adsorción con carbón activadoEl carbón activado actúa sobre los compuestos orgánicos adsorbibles, no sobre los iones bicarbonato o carbonato; su rendimiento depende de los compuestos objetivo y de la materia que compite por la adsorción.
Concentrar o gestionar un residuo que contiene carbonatosConcentración por membranas, precipitación/cristalización y, cuando esté justificado, vertido cero de líquidos (ZLD)Control de las incrustaciones, consumo de energía, pureza de las sales, gestión de residuos y balance hídrico global.

Más información: carbono en el agua, alcalinidad y agua, carbonato y bicarbonato en el agua de riego, y adsorción con carbón activado.

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Fuentes y lecturas adicionales