Impacto del carácter corrosivo iónico y por dióxido de carbono del agua en materiales de acero al carbón de un sistema de abastecimiento de agua potable en el Municipio de Toluca

Abstract

RESUMEN Los problemas de corrosión en los sistemas de distribución de agua para uso y consumo están relacionados con la acidez iónica y por dióxido de carbono. Una forma de determinarla es con el cálculo de índices de corrosión como Langelier, Ryznar, Larson y Mojmir, evaluando las variaciones fisicoquímicas, así como la tendencia corrosiva y el impacto en la infraestructura hidráulica. Las tuberías de distintos materiales plásticos y metálicos son impactadas por la corrosión, esto se refleja con la presencia de hierro y manganeso en el agua. Los altos contenidos de estos metales así como la presencia de nitratos incrementan la acidez del agua y por consiguiente la corrosión de los materiales del sistema de distribución, causando daños a la salud de los consumidores. En el presente trabajo de investigación se realizó un estudio de la fisicoquímica del agua de pozos con características corrosivas (fuente puntual de dióxido de carbono y/o nitratos), en el Municipio de Toluca, que pertenece a la cuenca alta del Rio Lerma y representa uno de los acuíferos más explotados del país. Se realizaron una serie de diez muestreos durante dos años (del 2015 al 2017), en cinco pozos con características similares, en las épocas de estiajes, sequías, invernal y de recarga para medir y determinar sus principales características fisicoquímicas. Se encontró que la mayoría de los parámetros cumplen con la NOM-127-SSA1-1994 con excepción del hierro y manganeso que sobrepasa el límite permisible, estas especies en el agua pueden causar daños a la salud de los consumidores, tales como el síndrome conocido como manganismo o parkinsonismo, cuyos síntomas son debilidad, dolor muscular, temblores, falta de coordinación en los movimientos faciales y de las manos, dificultad para mantener el equilibrio, problemas para caminar, dificultad para hablar y calambres nocturnos en las piernas. Con los datos obtenidos de la caracterización fisicoquímica, se calcularon los índices de corrosión, cualitativos y cuantitativos con ayuda del software AgriInc 2.6. Estos cálculos mostraron que el agua de esta zona es corrosiva o agresiva, debido a que los valores máximos encontrados fueron: Langelier-0.14, Ryznar 9.06, Mojmir Mach, 0.00099, Larson 0.99, principalmente por dióxido de carbono e iones nitratos, dos especies que cuyas concentraciones se ha incrementado en el agua de uso y consumo de los pozos estudiados. La corrosión iónica por nitratos evaluada a través del Índice de Larzon (0.99) es mayor que por dióxido de carbono porque el ion nitrato se reduce a amonio, lo que favorece la oxidación del hierro y manganeso. Sin embargo, la corrosión cuando ambas especies están presente es aún mayor en un 70 % de acuerdo al índice de agresividad con respecto al calcio calculado con el modelo de Mojmir Mach (0.0013), que también indica la cantidad de calcio en forma de hidróxido o carbonato requerida para recuperar su estabilidad química es de un 44% más. Se encontró que la reducción de los iones nitratos a amonio, se presenta en agua con baja dureza al calcio y magnesio, con concentraciones de 1.6 mg/L Ca y 10.5 mg/L Mg, así como 10 mg/L de Na, genera la oxidación de los iones cloruros a cloro gas, lo cual se comprobó con la determinación de cloro residual in situ antes del proceso de desinfección por cloración en todos los pozos estudiados, registrando por primera vez en dos de ellos, a este se denominó, cloro crudo. Se estudió también la forma de remover el manganeso soluble del agua, para ello se utilizó una zeolita natural homoionizada, la cual es simple de utilizar y con resultados favorables al removerlo en un 100%, ya que esta especie en el agua de uso y consumo puede causar efectos adversos a la salud de los consumidores. Se realizó una isoterma y una cinética de adsorción en las cuales se determinaron las condiciones óptimas para que el material zeolítico adsorba el metal del agua. El equilibrio cinético se alcanzó en 48 h, la relación de 10 mL / 20 mg, adsorbato/adsorbente, fue suficiente para eliminar el exceso de manganeso de las soluciones acuosas y la proporción de 10 mL / 60 mg para el agua de uso y consumo. La cantidad de Mn adsorbida al equilibrio fue de qt=0.0519 mg g-1, con una constante de velocidad de kL= 0.0205 h-1, que de acuerdo al coeficiente de correlación lineal (R2=0.9713), la adsorción se ajustó al modelo de primer orden de Lagergren. Se concluye que en la corrosión iónica por iones nitratos (agente oxidante), se promueve la oxidación de manganeso y/o hierro (agentes reductores), mientras que, simultáneamente estos son reducidos a amonio. Este proceso redox, depende de la dureza del agua, principalmente del calcio, en concentraciones de 10 mg/L de calcio aproximadamente, El calcio tiende a precipitar carbonatos e hidróxidos de baja solubilidad en las áreas catódicas donde se produce una alcalinización del electrolito, esta precipitación dificulta el proceso de reducción de oxígeno catódico y, por lo tanto, el proceso de corrosión general. Las aguas blandas son generalmente las más agresivas porque carecen de la capacidad de formar capas protectoras. su efecto en la infraestructura es directo generando la incorporación de manganeso y/o hierro al agua. Es posible que la reducción de nitratos a amonio se lleve a cabo también, a través de los iones cloruro que generan cloro gas (cloro crudo). De acuerdo a lo anterior la corrosión iónica por iones nitratos es más severa que la de dióxido de carbono.