Polímeros al rescate: ¿Cómo suavizan el agua dura?

Dra. Albanelly Soto Quintero, Dr. Oliverio Santiago Rodríguez

Fernández y Dr. Rodolfo Cruz Silva

Departamento de Procesos de Transformación de Plásticos, Centro

de Investigación en Química Aplicada.

Seguramente has oído hablar del término "agua dura" o "dureza del agua", ¿verdad? Pero, ¿qué significa esto? En un gran número de ciudades del norte de México, como Saltillo, la mayor parte del agua que usamos proviene de pozos que la extraen del subsuelo (Reporte de la CONAGUA, Acuíferos de Coahuila, 2024) [1]. A diferencia del agua obtenida de ríos, presas y lagos, el agua subterránea comúnmente tiene una elevada concentración de sales, siendo las más comunes las sales de calcio y magnesio. El agua que contiene este tipo de sales se llama agua dura, para diferenciarla del agua con muy bajo contenido de calcio y magnesio, llamada agua blanda. La dureza es una medida de la cantidad de estas sales, por lo que cuando decimos que un agua es muy dura, queremos decir que su contenido de sales de calcio y magnesio es muy alto.

El agua dura no presenta un problema para la salud de la población en general, pero sí un gran número de inconvenientes en la vida diaria. El principal problema es la formación de depósitos calcáreos en las tuberías, conocidos como sarro, que eventualmente reducen su flujo y aumentan el gasto de energía para bombear el agua. El sarro se deposita más rápido si calentamos el agua, por lo que algunos electrodomésticos como cafeteras, planchas y calentadores se dañan, como se muestra en la figura 1A. Otro problema es que reduce el poder limpiador y la solubilidad de los jabones y detergentes, por lo que debemos usar un suavizante que contrarreste el efecto del agua dura, y además gastar más jabón para lavar y más agua para enjuagar. El jabón al mezclarse con agua dura también forma un depósito grasoso que debemos remover periódicamente de los mosaicos y canceles de la ducha usando limpiadores especiales. El agua dura también afecta el cabello, haciéndolo más rígido, y la piel, dándole una sensación de resequedad. Cuando usamos agua dura para cocinar, también causa algunos problemas. Por ejemplo, deja los frijoles más duros y la pasta más pegajosa, además de reducir el color brillante de los vegetales verdes y rojos, incluso dándoles un tono café. El sabor del agua dura, que es ligeramente metálico, no es tan agradable como el del agua blanda. Cuando se usa agua dura para hacer masa para hornear, el calcio y magnesio se asocian al gluten volviéndolo más rígido, por lo que la masa pierde elasticidad y se esponja menos al hornear. Beber agua dura no acarrea riesgos para la salud, sin embargo, a las personas con problemas metabólicos que deben seguir una dieta muy baja en calcio y personas con problemas recurrentes de piedras en el riñón se les recomienda evitarla por ser una fuente considerable de calcio en la dieta.

Debido al crecimiento de la población y al cambio climático, cada vez escasea más el agua dulce obtenida de ríos, así que nos hemos visto obligados a usar agua dura para la vida diaria, con todos sus inconvenientes. Por esta razón, se han popularizado equipos llamados "suavizadores" de agua. Estos consisten en un tanque relleno de un polímero especial, llamado resina de intercambio iónico. Esta resina es muy porosa y tiene la capacidad de atrapar los iones de calcio y magnesio y liberar iones de sodio. Eventualmente, esta resina libera todo el sodio y se tiene que regenerar usando agua con cloruro de sodio concentrado, por lo que además del tanque de resina de intercambio iónico, estos suavizadores tienen un depósito de salmuera hecha con la llamada sal común o sal de mesa. Después de saturar la resina, ésta se enjuaga automáticamente con salmuera y se elimina el calcio y magnesio regenerando el sodio, y el equipo queda listo para seguir suavizando agua. La figura 1B muestra un diagrama esquemático del funcionamiento de un suavizador de agua. Este ciclo se puede repetir cientos o miles de veces, por lo que no se gasta la resina, simplemente se tiene que rellenar el depósito de sal común. El agua blanda que se obtiene con estos equipos suavizadores tiene un contenido relativamente bajo de sales de sodio, que no afectan la dureza del agua, por lo que se pueden evitar todos los inconvenientes antes mencionados.

Además de la dureza, otro desafío muy importante que enfrentan las aguas de la región norte de México es la presencia de metales pesados, como el arsénico en fuentes de agua subterránea. A diferencia del calcio y el magnesio, los metales pesados si representan una amenaza grave para la salud pública. Esta agua dura que contiene metales pesados frecuentemente es la única fuente disponible de agua en ciertas zonas áridas y semiáridas del país, por lo que desafortunadamente es usada para consumo humano. El arsénico (As) es considerado un contaminante muy tóxico, y beber agua con alto contenido de arsénico puede provocar una gran cantidad de enfermedades e incluso cáncer. De acuerdo con estudios de la investigadora María Alarcón Herrera [2], 1.5 millones de personas en México consumen agua contaminada por arsénico con niveles mayores a 25 μg/L, que es el límite máximo de arsénico permisible para el agua potable según la Norma Oficial Mexicana, NOM-127SSA1-1994. Algunos de los estados más afectados son Coahuila, Hidalgo, San Luis Potosí, Guanajuato, Durango y Zacatecas. A diferencia de los contaminantes orgánicos, los metales pesados no pueden ser descompuestos u oxidados, sino que tienen que ser removidos del agua.

Actualmente los suavizantes de agua comerciales cumplen solo con la función de suavizar el agua, pero no la purifican. La purificación del agua requiere tecnologías avanzadas que implican un mayor mantenimiento, incrementando así los costos de consumo. Dada esta situación, resulta oportuno el desarrollo de una tecnología que combine ambas funciones. En el CIQA, buscamos optimizar y resolver ambos procesos en un solo dispositivo, mediante el desarrollo de resinas de intercambio iónico que, además de suavizar el agua tengan la capacidad de atrapar selectivamente metales pesados, como el arsénico. El objetivo es desarrollar resinas regenerables, de manera que, una vez saturadas, puedan ser reutilizadas mediante un lavado con salmuera. La principal ventaja de emplear esta tecnología frente a otras tecnologías de purificación del agua es que tienen una larga vida útil, y un gasto mínimo de agua y de energía, lo que las convierte en una opción económica y sostenible a largo plazo. Por otra parte, estos sistemas pueden también funcionar por gravedad, y así ser accesibles en áreas remotas donde aún no hay acceso a la electricidad.

Figura 1. A) Ejemplo de depósitos de sarro producidos por el agua dura en Saltillo (foto de los autores), B) Diagrama esquemático de un equipo suavizador y purificador de agua potable.

Referencias

1. M.T. Alarcón-Herrera, and M. Gutiérrez. Geogenic Arsenic in Groundwater: Challenges, Gaps and Future Directions. Curr. Opin. Environ. Sci. Health, 2022, 27, 100349.

2. Actualización de la disponibilidad media anual de agua en el acuífero Saltillo-Ramos Arizpe (0510) Estado de Coahuila. Reporte de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA). 2024 - https://sigagis.conagua.gob.mx/gas1/Edos_Acuiferos_18/coahuila/DR_0510.pdf