El agua purificada es agua que ha sido filtrada o procesada mecánicamente para eliminar las impurezas y hacerla apta para su uso. El agua destilada era, anteriormente, la forma más común de agua purificada, pero, en los últimos años, el agua se purifica con mayor frecuencia mediante otros procesos que incluyen desionización capacitiva , ósmosis inversa , filtrado de carbón , microfiltración , ultrafiltración , oxidación ultravioleta o electrodosionización . Se han comenzado a utilizar combinaciones de varios de estos procesos para producir agua ultrapura de una pureza tan alta que sus trazas de contaminantes se miden en partes por mil millones (ppb) o partes por billón (ppt).
El agua purificada tiene muchos usos, principalmente en la producción de medicamentos, en laboratorios e industrias de ciencia e ingeniería, y se produce en una variedad de purezas. También se utiliza en la industria de bebidas comerciales como ingrediente principal de cualquier fórmula embotellada de marca registrada, para mantener la consistencia del producto. Puede producirse en el sitio para uso inmediato o comprarse en contenedores. El agua purificada en inglés coloquial también puede referirse al agua que ha sido tratada ("convertida en potable") para neutralizar, pero no necesariamente eliminar, contaminantes considerados dañinos para los humanos o los animales.
El agua purificada suele producirse mediante la purificación de agua potable o agua subterránea . Las impurezas que es posible que sea necesario eliminar son:
El agua destilada se produce mediante un proceso de destilación . [1] La destilación implica hervir el agua y luego condensar el vapor en un recipiente limpio, dejando atrás los contaminantes sólidos. La destilación produce agua muy pura. [2] En el aparato de destilación quedan incrustaciones minerales de color blanco o amarillento, que requieren una limpieza periódica. El agua destilada, como toda agua purificada, debe almacenarse en un recipiente esterilizado para garantizar la ausencia de bacterias. Para muchos procedimientos, existen alternativas más económicas, como agua desionizada, que se utilizan en lugar de agua destilada.
El agua bidestilada (abreviada "ddH 2 O", "agua bidestilada" o "DDW") se prepara hirviendo lentamente el vapor de agua condensado no contaminado de una ebullición lenta anterior. Históricamente, fue el estándar de facto para agua de laboratorio altamente purificada para bioquímica y se utilizó en análisis de trazas de laboratorio hasta que se generalizaron los métodos combinados de purificación de agua. [ cita necesaria ]
El agua desionizada ( agua DI , DIW o agua desionizada ), a menudo sinónimo de agua desmineralizada/agua DM , [4] es agua a la que se le han eliminado casi todos sus iones minerales, como cationes como sodio , calcio , hierro y cobre y aniones como cloruro y sulfato . La desionización es un proceso químico que utiliza resinas de intercambio iónico especialmente fabricadas , que intercambian iones de hidrógeno e hidróxido por minerales disueltos y luego se recombinan para formar agua. Debido a que la mayoría de las impurezas del agua no particuladas son sales disueltas, la desionización produce agua de alta pureza que generalmente es similar al agua destilada, con la ventaja de que el proceso es más rápido y no genera incrustaciones.
Sin embargo, la desionización no elimina significativamente moléculas orgánicas, virus o bacterias sin carga, excepto por atrapamiento incidental en la resina. Las resinas aniónicas de base fuerte especialmente fabricadas pueden eliminar las bacterias gramnegativas . La desionización se puede realizar de forma continua y económica mediante la electrodosionización .
Existen tres tipos de desionización: cocorriente, contracorriente y lecho mixto.
La desionización en paralelo se refiere al proceso de flujo descendente original en el que tanto el agua de entrada como los productos químicos de regeneración entran por la parte superior de una columna de intercambio iónico y salen por la parte inferior. Los costos operativos en paralelo son comparativamente más altos que los de la desionización en contracorriente debido al uso adicional de regenerantes. Debido a que los químicos regenerantes se diluyen cuando encuentran las resinas de fondo o de acabado en una columna de intercambio iónico, la calidad del producto es menor que la de una columna de contraflujo de tamaño similar.
El proceso todavía se utiliza y se puede maximizar ajustando el flujo de regenerantes dentro de la columna de intercambio iónico.
La desionización a contracorriente se presenta en dos formas, cada una de las cuales requiere componentes internos diseñados:
En ambos casos, se deben ajustar cabezales de distribución separados (agua de entrada, regenerante de entrada, agua de salida y regenerante de salida) para: la calidad y el flujo del agua de entrada, el tiempo de operación entre regeneraciones y el análisis del agua del producto deseado.
La desionización a contracorriente es el método más atractivo de intercambio iónico. Los productos químicos (regenerantes) fluyen en dirección opuesta al flujo de servicio. Se requiere menos tiempo para la regeneración en comparación con las columnas paralelas. La calidad del producto terminado puede ser tan baja como 0,5 partes por millón. La principal ventaja de la desionización a contracorriente es el bajo costo operativo, debido al bajo uso de regenerantes durante el proceso de regeneración.
La desionización en lecho mixto es una mezcla 40/60 de resina catiónica y aniónica combinada en una única columna de intercambio iónico. Con un pretratamiento adecuado, el agua producida purificada con un solo paso a través de una columna de intercambio iónico de lecho mixto es la más pura que se puede obtener. Por lo general, los desmineralizadores de lecho mixto se utilizan para el pulido final con agua para limpiar los últimos iones del agua antes de su uso. Las unidades pequeñas de desionización de lecho mixto no tienen capacidad de regeneración. Las unidades comerciales de desionización de lecho mixto tienen elaborados sistemas internos de distribución de agua y regenerante para la regeneración. Un sistema de control opera bombas y válvulas para los regenerantes de aniones gastados y resinas catiónicas dentro de la columna de intercambio iónico. Cada uno se regenera por separado y luego se vuelve a mezclar durante el proceso de regeneración. Debido a la alta calidad del agua producida y al costo y dificultad de la regeneración, los desmineralizadores de lecho mixto se usan sólo cuando se requiere agua de la más alta pureza.
El ablandamiento consiste en evitar la posible precipitación de minerales poco solubles del agua natural debido a cambios que se producen en las condiciones físico-químicas (como pCO 2 , pH y E h ). Se aplica cuando iones poco solubles presentes en el agua pueden precipitar como sales insolubles (p. ej., CaCO
3, CaSO
4...), o interactuar con un proceso químico. El agua se "ablanda" mediante el intercambio de cationes divalentes poco solubles (principalmente Ca2+
, magnesio2+
y fe2+
) con el Na soluble+
catión. Por tanto, el agua descalcificada tiene una mayor conductividad eléctrica que el agua desionizada. El agua ablandada no puede considerarse agua verdaderamente desmineralizada, pero ya no contiene cationes responsables de la dureza del agua y de la formación de cal , un depósito duro y calcáreo compuesto esencialmente de CaCO 3 , que se acumula en el interior de calderas , calderas de agua caliente y tuberías. .
En sentido estricto, el término desmineralización debería implicar la eliminación de todas las especies minerales disueltas del agua. De este modo, no sólo se eliminan las sales disueltas obtenidas por simple desionización, sino también las especies neutras disueltas, como los hidróxidos de hierro disueltos ( Fe(OH)).
3) o sílice disuelta ( Si(OH)
4), dos solutos frecuentemente presentes en el agua. De esta forma, el agua desmineralizada tiene la misma conductividad eléctrica que el agua desionizada, pero es más pura porque no contiene sustancias no ionizadas, es decir, solutos neutros. Sin embargo, el agua desmineralizada suele usarse indistintamente con agua desionizada y también puede confundirse con agua ablandada, dependiendo de la definición exacta utilizada: eliminar sólo los cationes susceptibles de precipitar como minerales insolubles (de ahí, "desmineralización"), o eliminar todos los cationes susceptibles de precipitar como minerales insolubles (de ahí, "desmineralización"). "especies minerales" presentes en el agua y, por tanto, no sólo iones disueltos sino también especies de solutos neutros. Por lo tanto, el término agua desmineralizada es vago y, a menudo, se debe preferir agua desionizada o agua ablandada en su lugar para mayor claridad.
También se utilizan otros procesos para purificar el agua, entre ellos la ósmosis inversa , la filtración con carbón , la filtración microporosa, la ultrafiltración , la oxidación ultravioleta o la electrodiálisis . Estos se utilizan en lugar de, o además de, los procesos enumerados anteriormente. Los procesos que hacen que el agua sea potable, pero no necesariamente más cercana a ser H2O pura / hidróxido + iones de hidronio , incluyen el uso de hipoclorito de sodio diluido , ozono , oxidantes mixtos ( H2O + NaCl electrocatalizados ) y yodo ; Consulte la discusión sobre los tratamientos de agua potable en "Efectos sobre la salud" a continuación.
El agua purificada es adecuada para muchas aplicaciones, incluidas autoclaves, piezas de mano, pruebas de laboratorio, corte por láser y uso automotriz. La purificación elimina contaminantes que pueden interferir con los procesos o dejar residuos al evaporarse. Aunque generalmente se considera que el agua es un buen conductor eléctrico (por ejemplo, los sistemas eléctricos domésticos se consideran particularmente peligrosos para las personas si pueden estar en contacto con superficies mojadas), el agua pura es un mal conductor. La conductividad del agua de mar suele ser de 5 S/m, [5] el agua potable suele estar en el rango de 5 a 50 mS/m, mientras que el agua altamente purificada puede ser tan baja como 5,5 μS/m (0,055 μS/cm). , una proporción de aproximadamente 1.000.000:1.000:1.
El agua purificada se utiliza en la industria farmacéutica. El agua de este grado se usa ampliamente como materia prima, ingrediente y solvente en el procesamiento, formulación y fabricación de productos farmacéuticos, ingredientes farmacéuticos activos (API) e intermedios, artículos compendiales y reactivos analíticos. El contenido microbiológico del agua es importante y el agua debe ser monitoreada y analizada periódicamente para demostrar que permanece dentro del control microbiológico. [6]
El agua purificada también se utiliza en la industria de bebidas comerciales como ingrediente principal de cualquier fórmula embotellada de marca registrada, para mantener una consistencia crítica de sabor, claridad y color. Esto garantiza al consumidor una bebida segura y satisfactoria. En el proceso previo al llenado y sellado, las botellas individuales siempre se enjuagan con agua desionizada para eliminar cualquier partícula que pueda provocar un cambio en el sabor.
En las baterías de plomo-ácido se utiliza agua desionizada y destilada para evitar la erosión de las celdas, aunque el agua desionizada es la mejor opción ya que se eliminan más impurezas del agua en el proceso de creación. [7]
Varias organizaciones profesionales han establecido estándares técnicos sobre la calidad del agua, incluida la Sociedad Química Estadounidense (ACS), ASTM International , el Comité Nacional de Estándares de Laboratorio Clínico de EE. UU. (NCCLS), que ahora es CLSI , y la Farmacopea de EE. UU. (USP). . ASTM, NCCLS e ISO 3696 o la Organización Internacional de Normalización clasifican el agua purificada en Grados 1 a 3 o Tipos I a IV según el nivel de pureza. Estas organizaciones tienen parámetros similares, aunque no idénticos, para el agua altamente purificada.
Tenga en cuenta que la Farmacopea Europea utiliza agua altamente purificada (HPW) como definición de agua que cumple la calidad de agua para inyección, aunque sin haber sido destilada. En el contexto del laboratorio, el agua altamente purificada se utiliza para denominar diversas calidades de agua que han sido "altamente" purificadas.
Independientemente de la norma de calidad del agua de qué organización se utilice, incluso el agua Tipo I puede requerir una purificación adicional dependiendo de la aplicación específica del laboratorio. Por ejemplo, el agua que se utiliza para experimentos de biología molecular debe estar libre de DNasa o RNasa , lo que requiere un tratamiento adicional especial o pruebas funcionales. El agua para experimentos de microbiología debe ser completamente estéril, lo que generalmente se logra mediante autoclave. El agua utilizada para analizar trazas de metales puede requerir la eliminación de trazas de metales a un estándar superior al de la norma de agua Tipo I.
* Requiere el uso de un filtro de membrana de 0,2 μm
**Preparado por destilación
***Requiere el uso de un filtro de membrana de 0,45 μm
Un miembro del Comité ASTM D19 (Agua), Erich L. Gibbs, criticó la norma ASTM D1193 diciendo que "el agua tipo I podría ser casi cualquier cosa: agua que cumple algunos o todos los límites, parte o todo el tiempo, en los mismos o diferentes puntos del proceso de producción." [9]
El agua ultrapura completamente desgasificada tiene una conductividad de 1,2 × 10 −4 S/m, mientras que al equilibrarse con la atmósfera es de 7,5 × 10 −5 S/m debido al CO 2 disuelto en ella. [10] Los grados más altos de agua ultrapura no deben almacenarse en recipientes de vidrio o plástico porque estos materiales de recipiente lixivian (liberan) contaminantes en concentraciones muy bajas. Para aplicaciones menos exigentes se utilizan recipientes de almacenamiento de sílice y para aplicaciones de mayor pureza se utilizan recipientes de estaño ultrapuro. Vale la pena señalar que, aunque la conductividad eléctrica sólo indica la presencia de iones, la mayoría de los contaminantes comunes que se encuentran naturalmente en el agua se ionizan hasta cierto punto. Esta ionización es una buena medida de la eficacia de un sistema de filtración, y los sistemas más caros incorporan alarmas basadas en conductividad para indicar cuándo se deben actualizar o reemplazar los filtros. A modo de comparación, [11] el agua de mar tiene una conductividad de quizás 5 S/m (se citan 53 mS/cm), mientras que el agua del grifo normal sin purificar puede tener una conductividad de 5 × 10 −3 S/m (50 μS/cm). (dentro de un orden de magnitud), que sigue siendo alrededor de 2 o 3 órdenes de magnitud mayor que la producción de un mecanismo de desmineralización o destilación que funcione bien, por lo que se detectan fácilmente niveles bajos de contaminación o disminución del rendimiento. [ cita necesaria ]
Algunos procesos industriales, especialmente en las industrias farmacéutica y de semiconductores, necesitan grandes cantidades de agua muy pura. En estas situaciones, el agua de alimentación se procesa primero para obtener agua purificada y luego se procesa aún más para producir agua ultrapura .
Otra clase de agua ultrapura utilizada para las industrias farmacéuticas se llama agua para inyección (WFI), generalmente generada mediante un proceso de destilación múltiple o vaporización comprimida [ verifique la ortografía ] de agua DI o agua RO-DI. Tiene un requisito de bacterias más estricto, 10 UFC por 100 ml, en lugar de 100 UFC por ml por USP.
El agua destilada o desionizada se usa comúnmente para recargar las baterías de plomo-ácido utilizadas en automóviles y camiones y para otras aplicaciones. La presencia de iones extraños que se encuentran comúnmente en el agua del grifo acortará drásticamente la vida útil de una batería de plomo-ácido.
Es preferible el agua destilada o desionizada al agua del grifo para su uso en sistemas de refrigeración de automóviles.
El uso de agua desionizada o destilada en aparatos que evaporan agua, como planchas de vapor y humidificadores, puede reducir la acumulación de incrustaciones minerales , lo que acorta la vida útil del aparato. Algunos fabricantes de electrodomésticos afirman que el agua desionizada ya no es necesaria. [12] [13]
El agua purificada se utiliza en acuarios de agua dulce y marinos . Al no contener impurezas como cobre y cloro, ayuda a mantener a los peces libres de enfermedades y evita la acumulación de algas en las plantas del acuario debido a su falta de fosfatos y silicatos. El agua desionizada debe remineralizarse antes de su uso en acuarios, ya que carece de muchos macro y micronutrientes que necesitan las plantas y los peces.
Se ha utilizado agua (a veces mezclada con metanol ) para prolongar el rendimiento de los motores de los aviones. En los motores de pistón, actúa para retrasar la aparición de detonaciones del motor . En los motores de turbina, permite un mayor flujo de combustible para un límite de temperatura de turbina determinado y aumenta el flujo másico. Por ejemplo, se utilizó en los primeros modelos Boeing 707 . [14] Desde entonces, los materiales y la ingeniería avanzados han hecho que dichos sistemas queden obsoletos para nuevos diseños; sin embargo, el enfriamiento por aspersión de la carga de aire entrante todavía se utiliza de forma limitada en motores turboalimentados todoterreno (coches de carreras en carretera).
El agua desionizada se utiliza muy a menudo como ingrediente en muchos cosméticos y productos farmacéuticos. "Aqua" es el nombre estándar para el agua en la Nomenclatura Internacional de Ingredientes Cosméticos , que es obligatorio en las etiquetas de los productos en algunos países.
Debido a su alta constante dieléctrica relativa (~80), el agua desionizada también se utiliza (durante períodos cortos, cuando las pérdidas resistivas son aceptables) como dieléctrico de alto voltaje en muchas aplicaciones de energía pulsada , como la máquina Z de Sandia National Laboratories .
El agua destilada se puede utilizar en sistemas de refrigeración por agua para PC y sistemas de marcado láser. La falta de impurezas en el agua significa que el sistema se mantiene limpio y evita la acumulación de bacterias y algas. Además, la baja conductancia reduce el riesgo de daños eléctricos en caso de fuga. Sin embargo, se sabe que el agua desionizada provoca grietas en los accesorios de latón y cobre. [ cita necesaria ]
Cuando se usa como enjuague después de lavar autos, ventanas y aplicaciones similares, el agua purificada se seca sin dejar manchas causadas por solutos disueltos.
El agua desionizada se utiliza en sistemas de extinción de incendios de agua nebulizada que se utilizan en entornos sensibles, como donde se utilizan equipos eléctricos y electrónicos sensibles de alto voltaje. Las boquillas de 'aspersor' utilizan chorros de pulverización mucho más finos que otros sistemas y funcionan a una presión de hasta 35 MPa (350 bar; 5000 psi). La niebla extremadamente fina producida elimina el calor del fuego rápidamente y las finas gotas de agua no son conductoras (cuando están desionizadas) y es menos probable que dañen los equipos sensibles. Sin embargo, el agua desionizada es inherentemente ácida y los contaminantes (como el cobre, el polvo, el acero inoxidable y al carbono, y muchos otros materiales comunes) suministran iones rápidamente, reionizando así el agua. En general, no se considera aceptable rociar agua sobre circuitos eléctricos que están alimentados y, en general, se considera indeseable utilizar agua en contextos eléctricos. [15] [16] [17]
El agua destilada o purificada se utiliza en los humidificadores para evitar que los puros acumulen bacterias , moho y contaminantes, así como para evitar que se formen residuos en el material del humidificador .
Los limpiadores de ventanas que utilizan sistemas de postes alimentados por agua también utilizan agua purificada porque permite que las ventanas se sequen solas sin dejar manchas ni borrones. El uso de agua purificada procedente de postes alimentados con agua también evita la necesidad de utilizar escaleras y, por tanto, garantiza el cumplimiento de la legislación sobre trabajos en altura del Reino Unido.
La destilación elimina todos los minerales del agua, y los métodos de membrana de ósmosis inversa y nanofiltración eliminan la mayoría, o prácticamente todos, los minerales. Esto da como resultado agua desmineralizada, que no se ha demostrado que sea más saludable que el agua potable . La Organización Mundial de la Salud investigó los efectos del agua desmineralizada en la salud en 1980 y descubrió que el agua desmineralizada aumentaba la diuresis y la eliminación de electrolitos , con una disminución de la concentración sérica de potasio. El magnesio, el calcio y otros nutrientes del agua pueden ayudar a proteger contra la deficiencia nutricional. Las recomendaciones de magnesio se han fijado en un mínimo de 10 mg/L, con un nivel óptimo de 20 a 30 mg/L; para el calcio, un mínimo de 20 mg/l y un óptimo de 40 a 80 mg/l, y una dureza total del agua (agregando magnesio y calcio) de 2 a 4 mmol/l . Para el flúor, la concentración recomendada para la salud dental es de 0,5 a 1,0 mg/L, con un valor guía máximo de 1,5 mg/L para evitar la fluorosis dental . [18]
Los suministros de agua municipales a menudo agregan o tienen trazas de impurezas en niveles que están regulados para que sean seguros para el consumo. Gran parte de estas impurezas adicionales, como compuestos orgánicos volátiles , fluoruro y aproximadamente más de 75 000 compuestos químicos más [19] [20] [21] no se eliminan mediante la filtración convencional; sin embargo, la destilación y la ósmosis inversa eliminan casi todas estas impurezas.
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