Neutralizar 600 litros de agua de decapado antes del vertido
Una empresa de acabados metálicos genera cada día 600 L de agua de enjuague ácida procedente del decapado, con una concentración de HCl de 0,12 mol/L. El reglamento municipal de vertidos exige que el pH final esté entre 5,5 y 9,5 antes de evacuar al colector. En el almacén hay 5,0 kg de bicarbonato sódico comercial (pureza 99 %, 0,85 €/kg) y el jefe de planta pide valorar esa opción frente a dos alternativas: hidróxido sódico en perlas (2,50 €/kg) o cal apagada, Ca(OH)2, en polvo (0,35 €/kg). El técnico advierte de que el depósito de neutralización es cerrado, que el vertido debe hacerse el mismo día y que la cal genera lodos. Datos: masas molares H 1,0; C 12,0; O 16,0; Na 23,0; Cl 35,5; Ca 40,1. El pHmetro de la planta se calibró hace doce días con tampones de pH 4,0 y 7,0, y el electrodo se guarda seco.
1. Calcula si el bicarbonato disponible es suficiente para neutralizar los 600 L y estima el pH que tendría el vertido si se usara todo el stock.
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Moles de HCl: 600 L × 0,12 mol/L = 72 mol.
Reacción 1:1 → HCl + NaHCO₃ → NaCl + CO₂ + H₂O. Se necesitan 72 mol de NaHCO₃: 72 mol × 84,0 g/mol = 6 048 g = 6,05 kg puros → 6,05/0,99 = 6,11 kg comerciales.
Stock real: 5,0 kg × 0,99 = 4,95 kg puros = 4 950/84,0 = 58,9 mol.
No es suficiente. Sobran 72 − 58,9 = 13,1 mol de HCl en 600 L → [H⁺] ≈ 0,0218 mol/L → pH ≈ −log(0,0218) ≈ 1,7, muy por debajo del mínimo legal de 5,5. Además, al agotarse el bicarbonato desaparece la zona tampón que mantiene el pH cerca de 8,3 y el pH cae bruscamente.
Conclusión: con el stock actual no se puede verter. Harían falta al menos 6,11 kg solo para la neutralización estequiométrica y un 10-20 % más para asegurar pH > 5,5 con margen.
2. Compara las tres opciones en coste por lote y en criterios técnicos y de seguridad, y recomienda razonadamente una de ellas para un depósito cerrado.
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Coste por lote (72 mol de HCl):
- NaHCO₃: 6,11 kg × 0,85 €/kg ≈ 5,19 €
- NaOH: 72 mol × 40,0 g/mol = 2,88 kg × 2,50 €/kg ≈ 7,20 €
- Ca(OH)₂: 2 mol de HCl por mol de cal → 36 mol × 74,1 g/mol = 2,67 kg × 0,35 €/kg ≈ 0,93 €
Criterios no económicos:
- Bicarbonato: seguro de manipular y tampona cerca de pH 8,3 (difícil pasarse), pero genera 72 mol de CO₂, unos 1,8 m³ de gas en un depósito cerrado: riesgo de sobrepresión y proyecciones. Y no hay stock suficiente.
- NaOH: no genera gas y el control de pH es rápido, pero es muy corrosivo, la neutralización es exotérmica y un exceso lleva el pH a 13, fuera del límite superior de 9,5.
- Cal: la más barata, pero forma lechada, produce lodos de CaCl₂ que hay que gestionar y, sin dosificación fina, sube el pH por encima de 12.
Recomendación: para un depósito cerrado con vertido diario, NaOH con dosificación controlada por pH y agitación, asumiendo el mayor coste, o cal con dosificación automática y gestión de lodos si el criterio es económico. El bicarbonato queda descartado por stock y por el CO₂, salvo que el depósito se abra y se ventile.
3. El operario mide pH 7,2 tras el tratamiento con el pHmetro de la planta y da el vertido por válido. ¿Qué fiabilidad tiene esa medida y qué harías antes de firmar el vertido?
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Fiabilidad baja. Un electrodo guardado en seco pierde la capa de hidratación del bulbo y da respuesta lenta y pendiente errónea; doce días sin calibrar es demasiado para un vertido regulado. Además, los tampones 4,0 y 7,0 no cubren el extremo superior del intervalo legal (9,5): faltaría un tampón de pH 10 para verificar la zona básica.
Antes de firmar: recalibrar con tres tampones (4,0; 7,0; 10,0), comprobar la pendiente (95-105 %) y el potencial cero, medir con agitación y compensación de temperatura, y contrastar con un segundo método (pHmetro de repuesto o valoración).
Y, sobre todo, no usar el pH como único criterio: en una disolución tamponada por bicarbonato el pH puede quedarse en 7 aunque quede ácido residual. Hay que determinar la acidez residual por valoración (o la alcalinidad) y registrar el volumen de valorante consumido. El registro de calibración y el resultado deben archivarse por si hay inspección.