El Agua

Enviado por ehenriquez1

El agua es un componente de nuestra naturaleza que ha estado presente en la Tierra desde hace más de 3.000 millones de años, ocupando tres cuartas partes de la superficie del planeta. Su naturaleza se compone de tres átomos, dos de oxígeno que unidos entre si forman una molécula de agua, H2O, la unidad mínima en que ésta se puede encontrar. La forma en que estas moléculas se unen entre sí determinará la forma en que encontramos el agua en nuestro entorno; como líquidos, en lluvias, ríos, océanos, camanchaca, etc., como sólidos en témpanos y nieves o como gas en las nubes.

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Gran parte del agua de nuestro planeta, alrededor del 98%, corresponde a agua salada que se encuentra en mares y océanos, el agua dulce que poseemos en un 69% corresponde a agua atrapada en glaciares y nieves eternas, un 30% está constituida por aguas subterráneas y una cantidad no superior al 0,7% se encuentra en forma de ríos y lagos.

CONTAMINACION DEL AGUA

Contaminación bacterelógica y viral

Fuentes : Aguas contaminadas con bacterias y virus causantes de enfermedades, las que provienen de la materia fecal.

Tratamiento :

 Filtración, remueve la mayor parte de las bacterias y virus patógenos

 Cloración del agua tratada, destruye los patógenos remanentes

Control de la calidad bacteriológico y viral

 Detección de la calidad bacteriológica (Grupos coliformes) que habitan en el intestino de los animales de sangre caliente.

 Presencia de coliformes se mira como evidencia de contaminación fecal, aunque el grupo coliforme mismo no es dañino.

Productos químicos tóxicos peligrosos

 Productos sintéticos de la industria química; pesticidas, herbicidas, insecticidas, etc.

 Bifenilos policlorados (BPC)

Usados como medio de intercambio calórico en plantas generadoras.

Muy resistentes al ataque químico o microbiano ( Acumulación en el ambiente)

 Metales pesados tóxicos

Mercurio, cadmio, plomo (gasolinas)

Se han desconocido, en muchas ocasiones, como actúan estos materiales cuando son descargados en la atmósfera.

Trihalometanos (THM) planta de tratamiento

Material orgánico ——cloro—— THM (potencialmente cancerigeno)

 Contaminantes orgánicos

Los contaminantes orgánicos son diferentes a los contaminantes anterior porque no son tóxicos en si mismos.

Efectos de la descarga orgánica en un río.

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OD = Oxigeno Disuelto

Material orgánico : Soluble; Suspendido (sólidos orgánicos)

Fuentes principales de material orgánico : Descargas domesticas e industriales

Remoción del material orgánico en plantas de tratamientos

Sedimentación primaria : Remoción del 60% de sólidos orgánicos, sin remoción del material orgánico soluble.

Coloración del efluente secundario : Destrucción de organismos patógenos (problema formación de THM)

Eutroficación

 Eutroficación : Crecimiento excesivo y molesto de algas en lagos, lagunas, tranques, etc.

 Problemas de la eutroficación:

Empeoramiento del uso recreacional del agua.

Problemas para usar dicha agua como fuente de abastecimiento de agua potable.

La competencia por el consumo de OD, provoca la muerte masiva de peces.

Perdida gradual de actividades como la pesca y los deportes acuáticos.

 ¿Qué causa la eutroficación?

Los efluentes líquidos de tierra agrícolas y urbanas y los residuos domésticos e industriales ricos en nutrientes (nitrógeno y fósforo). La materia orgánica también contribuye.

 Fuentes de nitrógeno : Principales aguas residuales y fertilizantes, algunas algas microscópicas

 Principales fuentes de fósforo : Residuos humanos, detergentes y suelos erosionados de tierras agrícolas.

 Tratamiento más efectivo contra la eutroficación

Planta de aguas residuales : Remoción de fósforo

Control de la erosión en la agricultura

Contaminación térmica

 Causa principal de contaminación térmica

Uso del agua para condensar el vapor producido por las turbinas de vapor, generadoras de electricidad.

 Efectos adversos

Muerte por exposición a elevadas temperaturas de vida acuática contenida en agua de enfriamiento.

Aumento en las tasas de metabolismos, mayor consumo de alimento y de oxigeno disuelto.

OD disminuye al aumentar la temperatura.

Peces pueden sufrir de embolia resultante del desprendimiento de burbujas de nitrógeno en los vasos sanguíneos.

 Métodos de control

Distribución uniforme la carga de calor en un gran volumen de agua.

Usar Torres de Enfriamiento:

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Contaminación debida al petróleo

 Fuentes de contaminación

Accidentes en procesos de extracción y transporte

Filtraciones naturales desde la tierra al océano

 Efectos adversos

Daño a zonas costeras, componentes de bajo punto de ebullición extremadamente tóxico para la vida marina.

El petróleo puede destruir lugares de alimentación y ser directamente tóxico.

Sustancias radioactivas

 Fuentes : procesamiento del uranio, laboratorios y plantas de energía nuclear

 Efectos : Altamente peligrosos

PROPIEDADES FISICAS DEL AGUA

Propiedades misceláneas del agua

 Viscosidad relativamente baja, fluye con facilidad

 Incopresible, relaciones presión – densidad no son importantes

 Disuelve muchas y variadas sustancias

Dependencia de la solubilidad con la temperatura

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 Las relaciones bioquímicas requieren de agua para su ocurrencia (no requieren de aire), el agua es rica en vida, el aire es pobre en organismos vivientes.

Propiedades térmicas del agua

 El comportamiento térmico del agua es único en varios aspectos, debiéndose esto principalmente a que las asociaciones intermoleculares que forma el agua son inusualmente fuertes.

 El agua tiene elevados puntos de ebullición y de fusión para ser una sustancia de peso molécula tan bajo.

 El agua tiene una de las más altas capacidades caloríficas, lo que la transforma en un sumífero de calor, consecuentemente, grandes masas de aguas tienen un efecto regulador de la temperatura ambiente.

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 El agua tiene un calor de vaporización alto (539 Cal/g a 100ºC)

Calor requerido para aumentar 1 g a 100ºC = 100 Calorías

Calor requerido para evaporar 1 g = 539 Calorías

Comportamiento de una masa de aire al enfriarse

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a→b : Enfriamiento sin condensación

b→c : Condensación de una cierta cantidad de vapor de agua.

Al condensarse, el vapor de agua entrega una gran cantidad de calor.

Esta entrega de calor disminuye el enfriamiento del aire en el punto de rocío, el

aire es muy resistente a disminuciones de temperatura.

 El calor de difusión del agua (79,71 Cal/g a 0ºC) es una cifra común para sustancias similares.

 La conductividad térmica del agua (capacidad para conducir calor) supera a la de todas las otras sustancias liquidas naturales, exceptuando el mercurio.

 Estratificación térmica en un lago (condición inicial : Temp.. uniforme a 4ºC)

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1 : Capa superficial : Epilimnion; Temperatura relativamente alta.

2 : Capa de transición : Mesolimnion o termoclina; alto ∆T/∆Z = 0,75ºC

3 : Capa inferior : Hipolimnion; Temperatura relativamente baja.

Hipolimnion y Epilimnion están totalmente separados por deferencias de densidades.

Hay poca transferencia de materia disuelta a través de la Termoclina.

El lago esta esencialmente separado en dos cuerpos de agua relativamenteindependientes, por ende la calidad del agua en las 2 secciones es diferente.

 Circulación en un lago estratificado inducidas por el viento

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 Otra causa de la estratificación : Aguas salinas es más densa que el agua dulce.

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 Efectos de la temperatura en la viscosidad

Aumenta al disminuir la temperatura : YoºC / Y30ºC = 2 (dos veces)

Esto afecta la velocidad de sedimentación de las partículas.

v = Velocidad

luego Flujos Laminares :

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Efecto, aguas frías retienen sedimentos por periodos más largos que cursos de agua más calientes

CALIDAD BIOLOGICA DEL AGUA

Microorganismos y enfermedades

Consideraciones diversas

 Los microorganismos son especies vivientes de tamaños diminutos

 No se consideran como plantas ni como animales. Sino más bien se los califica en un tercer reino llamado Protista.

 Microorganismos de tamaño promedio

Tamaño : 10-6m = 1μm

Peso < 10-12g

 Los microorganismos varían en tamaño, forma, habilidad para usar diferentes sustancias como fuentes de alimentos, métodos de reproducción y complejidad.

Clasificación de microorganismos en grupos:

 Bacterias

 Virus

 Algas

 Protozoos

Los anteriores importantes en la calidad del agua

 Rickettsias

 Hongos

Células microbianas (a excepción de los virus)

a) Eucarióticas : Poseen un núcleo verdadero (una estructura envuelta en una membrana que contiene un material hereditario)

b) Procarióticas : Carecen de un núcleo verdadero o bien definido.

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A : Bacterias

 Microorganismos procarióticos

 Clasificación según su forma :

Cocos : Forma esférica

Bacilos : Forma cilíndrica

Espirilos : forma de espiral

 Componentes celulares de las bacterias

Componentes fijos : Membrana celular, Ribosomas y región nuclear

Componentes variables : Flagelos (apéndices como cabellos que permiten el desplazamiento)

 Clasificación de bacterias según sus fuentes de energía y carbono

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Clasificación de bacterias según sus necesidades de oxigeno

a) Bacterias aeróbicas

Requieren oxigeno libre para metabolizar sus alimentos

Metabolismos : Alimento + O2 → Material celular + CO2 + H2O

b) Bacterias anaeróbicas

El oxigeno es un toxico, su metabolismo es:

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c) Bacterias anaeróbicas facultativas

Oxidan la materia orgánica (alimento) en presencia o ausencia de oxigeno libre

 Clasificación de bacterias según la temperatura de operación

Termofílicas : 40 a 80ºC

Mesofílicas : 20 a 40ºC

Psicrofílicas : < 20ºC

 Otras consideraciones

La mayoría de las bacterias prefieren un pH neutro (7,0)

Algunas bacterias son capaces de formar esporas bajo condiciones ambientales adversas, las esporas son altamente resistente a condiciones desfavorables, pueden permanecer en estado latente por mucho tiempo.

B : Algas

 Consideraciones diversas

Las algas son los microorganismos eucarióticos más simples que contienen clorofila.

El hábitat más común aguas expuestas al sol, también suelo, rocas y árboles

Clasificación de acuerdo a su color; Verdes, Cafés, Rojas

 Las algas pueden considerarse como el comienzo de la cadena alimenticia acuática, ya que no requieren de otros organismos vivos para obtener alimentos o energía.

 Factores requeridos para el crecimiento de algas

Luz solar, nutrientes principalmente nitrógeno y fósforo.

 Algunos efectos de las algas

Producen compuestos de olor y sabor desagradable, disminuye el potencial del agua como fuente de abastecimiento de agua potable.

Influencian el nivel de oxigeno disuelto.

C : Protozoos

 Consideraciones diversas

Los protozoos son microorganismos eucarióticos con características similares a la de los animales, pueden ser uni o multicelular.

Hábitat más común : Océanos, también lagos, ríos, lagunas, 10 primeros centímetros del suelo y los intestinos de los animales

Ejemplos comunes : amebas, paramecios.

D : Virus

 Consideraciones diversas

Son sumamente pequeños, contienen una porción de material genético (ácido nucleico) protegido por una envoltura.

En casos simples esta constituido por una sola proteína, en casos complejos rodeada por una envoltura adicional constituida por una lipoproteína y en casos más complejos aun tienen enzimas asociadas a ellos.

Generalmente, mientras más complejo es el virus, más fácil resulta inactivarlo.

Todos los virus son parásitos que se reproducen invadiendo células huéspedes y obligando a estas a producir más virus.

Enfermedades transmitidas por el agua

 El agua puede transmitir enfermedades entéricas (intestinales), debido el contacto con desechos humanos o animales.

 Fuente principal de patógenos entéricos : excrementos y otros desechos eliminados por humanos enfermos y sus animales huéspedes

 Variables que afectan la presencia y densidad de los diversos agentes infecciosos en las aguas servidas:

Fuentes que contribuyen a las aguas servidas.

Estado general de salud de la población.

Presencia de portadores de la enfermedad en la población.

Habilidad de los agentes infecciosos para sobrevivir fuera del huésped bajo diversas condiciones ambientales.

 Enfermedades hídricas más importantes producidas por :

a) Bacterias : Shigella, Salmonella y Escherichia.

b) Virus : aquellos relacionados con la Hepatitis y la Gastroenteritis

c) Protozoos : Giardia Lambia, Entamoeba Histolytica.

Determinación de patógenos en el agua

 Consideraciones generales

La presencia de microorganismos se determina indirectamente, por los efectos que producen.

Para asegurar que una muestra de agua este libre de patógenos, se debería realizar una determinación de todos los tipos de gérmenes que podrían estar presentes en la muestra.

Problemas : Tiempo requerido extremadamente largo, personal altamente especializado, obtención tardía de resultados.

Solución : Detección de un organismo indicador (especie única de microorganismos que, cuando esta presente, indica contaminación fecal y la posible presencia de patógenos.

 Requisitos de un organismo indicador real.

Fuente exclusiva, excrementos humanos y de animales, fácilmente detectable y cuantificable, más resistente en el agua que la mayoría de los patógenos, a la vez no demasiado resistente en agua como para producir frecuentes falsas alarmas y repredicción en agua insignificante.

 Interpretación de la presencia o ausencia del organismo indicador en el agua

Presencia : Se supone que el agua potencialmente contiene organismos patógenos.

Ausencia : Se supone que el agua es segura

 Aunque no existe un microorganismo indicador totalmente ideal, las bacterias coliformes satisfacen casi todos los requisitos.

 Características de las bacterias coliformes

Aeróbicas o anaeróbicas facultativas

Bacilos

No formas esporas

Gram negativo (se colorean de rojo a diferencia de los Gram positivos que se colorean de violeta)

Fermentan la lactosa, produciendo CO2E H2

 Especies principales del grupo de bacterias coliformes

Escherichia Coli : Generalmente no patógenas, hábitat el tracto intestinal de humanos y animales de sangre caliente, un tercio (en peso) del excremento humano consiste de células E.Coli.

Aerobacter Aerogénes : Hábitat normal suelo, cereales, plantas, también pueden encontrarse en excrementos de animales

Otros : Escherichia Freundi – Aerobacter Cloaci

Métodos usados para la determinación de los coliformes

Tanto los E.Coli como el A.Aerógenes dan resultados positivos

Clasificación :

– Método de los tubos múltiples

– técnica de la membrana filtrante

 Método delos tubos múltiples (método tradicional)

Procedimiento de un tubo :

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– Esterilización

– Adición de la muestra de agua (entre 0,1 y 100 ml)

– Incubación : T = 35ºC , θ = 48 horas

– Resultado :

Ausencia de gases en tubo invertido, indica que los coliformes no están

presentes.

Presencia de gases en tubo invertido indica la evidencia presuntiva de la

existencia de coliformes.

 Procedimientos en tubos múltiples:

– Serie común : 5 tubos con porciones de 10ml de agua

5 tubos con porciones de 1ml de agua

5 tubos con porciones de 0,1ml de agua

- Resultado de tubos positivos se ingresa a la tabla de probabilidades que entrega el numero más probable de coliformes por 100ml de la muestra original (NMP/100ml)

INDICE NMP

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 Técnica de la membrana filtrante (método más contemporáneo)

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a) Filtración del agua a trabas de una membrana que retiene los microorganismos

b) Adición del caldo de cultivo apropiado para coliformes a la membrana

c) Incubación por 24 horas

d) Conteo de colonias coliformes

CALIDAD QUIMICA DEL AGUA

SUBSTANCIAS INORGANICAS Substancias inorgánicas disueltas en aguas

 En la naturaleza, el agua adquiere una variedad de constituyentes inorgánicos mediante el contacto con el ambiente; contacto con la atmósfera (gases), contacto con la tierra (minerales), y contactos con ambientes contaminados por el hombre.

 En aguas naturales, existen solo siete constituyentes inorgánicos principales que están presentes en consideraciones elevadas.

 Los constituyentes principales son muy importantes porque estabilizan la cantidad química de las aguas naturales.

pH de las aguas naturales : 7 – 9

pH de océanos : 8 – 8,4

Concentración bajísima de metales pesados tóxicos.

Ambiente adecuado para el crecimiento y proliferación de organismos acuáticos.

Fuentes de substancias inorgánicas en aguas naturales

 Fuentes de gases inorgánicos

La lluvia disuelve los gases presentes en la atmósfera

Tipos de gases : Nitrógeno, Oxigeno, Dióxido de carbono y Dióxido de Azufre

Ley de Henry (relaciona la concentración de un gas en un líquido con la presión parcial del gas, cuando el líquido y el gas están en equilibrio)

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Constante de la ley de Henry

Depende del tipo de gas

Depende de la temperatura

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Concentración de saturación de gases en atmósferas normales a 25ºC

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El oxigeno y el nitrógeno disuelto en agua son relativamente poco importante para influenciar la adquisición de sustancias inorgánicas.

El dióxido de carbono es muy importante en la química y calidad del agua.

Forma ácido carbónico : CO2+ H2O → H2CO3 (ácido débil)

pH de lluvia en presencia de CO2 ≈ 5,6

Importancia del dióxido de azufre

Forma ácido sulfuroso : SO2+ H2O → H2SO3 (ácido fuerte)

pH de lluvia en atmósfera altamente contaminadas tan bajo como 3 ; lluvia ácida

 Fuentes de iones inorgánicos

Contacto con la lluvia ligeramente ácida con la tierra

Piedra CaCO3 + H2CO3 → Ca2+ + 2HCO-3 (bicarbonato)

Caliza MgCO3 + H2CO3 → Mg2+ + 2HCO-3

KAlSi3O8 + H2CO3 + 4H2O → HAlSiO4 + 2H4SiO4 + K + HCO-3

Feldespato Caolinita Acido

Resultado final : casi todas las aguas naturales contienen principalmente los cationes Calcio, Magnesio y Sodio y los aniones Bicarbonato, Sulfato y Cloruro.

 Concentraciones típicas de iones inorgánicos en aguas superficiales

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 Además de los niveles naturales de ion inorgánicos, las aguas naturales pueden recibir altas concentraciones de ciertos iones inorgánicos como resultado de actividades industriales, agrícolas y domésticas.

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Efectos de substancias inorgánicas

 Efectos de algunos contaminantes inorgánicos sobre la salud

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 Efectos de las substancias inorgánicas disueltas en la química de las aguas naturales

- Los iones inorgánicos estabilizan el pH

pH de ríos y lagos : 7.5 – 8.5

pH de agua de mar 8.3 (poca variación)

- La estabilización del pH previene las concentraciones elevadas de metales pesados.

- La estabilidad del pH se debe a los equilibrios químicos de los constituyentes principales disueltos (básicamente al equilibrio de las especies del dióxido de carbono)

Equilibrio de especies carbonatadas

Caso 1 : Agua sin contacto con la atmósfera ni con sedimentos

Caso 2 : Agua en contacto con la atmósfera, sin contacto con sedimentos

Caso 3 : Agua en contacto con la atmósfera y sedimentos

 Caso 1 : Agua sin contacto con la atmósfera ni con sedimentos

Sistema:

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Equilibrios químicos involucrados

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– Consideración las relaciones de equilibrio indican que la forma de la especie

carbonatada en el agua depende en gran medida, del pH del agua.

 Caso 2 : Agua en contacto con la atmósfera, sin contacto con sedimentos

Sistema:

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Equilibrios químicos involucrados

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 Alcalinidad

La alcalinidad de un agua es una medida de su capacidad para neutralizar ácidos

Principales iones capaces de neutralizar ácidos : Bicarbonato, Carbonato Hidroxilo

Definición matemática :

[Alcalinidad] = [HCO-3] + 2[CO2-3] + [OH-] – [H+]

Cada mol de CO2-3 neutraliza dos moles de H+

 Caso 3 : Agua en contacto con la atmósfera y sedimentos

Sistema:

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Equilibrios químicos

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Si [Ca2+] [CO2-3] > 10-8,3 , la solución esta sobresaturada con respecto con respecto al carbono de calcio y el exceso precipitará.

Si : Si [Ca2+] [CO2-3] < 10-8,3 , la solución esta subsaturada con respecto al carbonato de calcio y se disolverá más carbonato de calcio si esta disponible.

Efectos de descargar ácidos

1) Neutralización del ácido :

HCO-3 + H+ → H2O + CO2

2) Restauración del equilibrio del HCO-3

CaCO3(s) + H+ → Ca2+ + HCO-3

Efectos de descargar bases

1) Neutralización de la base :

H2CO3 + OH- → H2O + HCO-3

HCO-3 + OH- → H2O + CO2-3

2) Restauración del equilibrio del HCO-3

Ca2+ + CO2-3 → CaCO3(s)

H2CO3 + CO2-3 → 2H CO-3

Solubilidades de los metales

 El pH estable de las aguas naturales es responsable por el hecho que muchos metales se disuelvan solamente en cantidades de trazas.

 Solubilidad de los hidróxidos de metales

Equilibrio del hidróxido de metal

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Medida de sustancias inorgánicas en aguas

 Existen técnicas estandarizadas detalladas en un manual titulado Standard Methods For The Examanation Of Water And Wastewater, publicado por la American Public Health Association.

Fuentes de materia particulada

 Fuentes : Polvo atmosférico removido por lluvias, contacto con la tierra, fibras de plantas, vegetación decayentes, residuos de animales acuáticos, algas, etc.

 La calidad de las aguas superficiales con respecto a sus concentraciones de materia particulada varía tremendamente con el tiempo:

– Después de tormentas : Elevada concentración de arena inorgánica

– Verano : Poca arena en suspensión, gran cantidad de algas y organismos acuáticos.

Efectos de la materia particulada

 Efectos adversos de la metería particulada

– El agua parece sucia (provoca repulsión)

– Reduce la penetración de la luz, disminuye la actividad algal

 La materia particulada adsorbe y concentra una gran variedad de contaminantes en sus superficies:

– Plomo emitido por automóviles

– Bacterias y virus (problema en la desinfección del agua)

– Metales pesados tóxicos.

Medida y clasificación de materia particulada en agua

 Clasificación de los sólidos de acuerdo al tamaño

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 Medida de residuos

– Residuos totales : Evaporación de una muestra de volumen conocido a 103ºC y pesada del residuo, se usa la temperatura de 103ºC para evitar perdidas por salpicaduras que ocurren en una solución que hierve rápidamente, y evitar perdidas de materiales orgánicos que pueden volatilizarse a temperaturas mayores

– Residuos no filtrante (o suspendidos) : Son retenidos por un filtro con tamaño de poro de aproximadamente 1μM = 10-3

Los residuos sedimentables sedimentan en 60 minutos

Residuos filtrante : Pasan a través de un filtro de 1 μM

CALIDAD QUIMICA DEL AGUA, SUBSTANCIAS ORGANICAS

Fuentes de sustancias orgánicas en el agua

 Contaminación orgánica : Natural y debida al hombre

 Contaminación orgánica natural

Escurrimientos que han estado en contacto con vegetación decayente, con excremento de animales o con desechos de la vida acuática.

 Contaminación debida al hombre:

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Efectos de las substancias orgánicas

 Tipos de efectos de las substancias orgánicas

– Algunas son toxicas para los seres humanos y organismos acuáticos (pesticidas)

– Otras producen olores, sabores, colores y espumas

– La mayoría hace disminuir el nivel de oxigeno disuelto es decir, son biodegradables.

 Substancias orgánicas toxicas

1. Pesticidas

Fuentes : Aplicación directa a aguas superficiales para combatir pestes o plagas, descarga de aguas servidas o residuos industriales y escurrimientos en aguas de lluvia o regadío de pesticidas adsorbidos por los suelos.

Ruta de los pesticidas aplicado al suelo : Dado que son prácticamente insolubles en agua, una cantidad muy pequeña de pesticidas es arrastrada, por aguas lluvias, hacia aguas subterráneas o superficiales.

El suelo erosionado arrastra consigo el pesticida depositado en él, pudiendo alcanzar un río o lago.

Los pesticida sufren de acumulación biológica (bioacumulación)

Como son insolubles en agua, se concentran en los tejidos grasos de los organismos.

Debido a su toxicidad y a la magnificación biológica, se ha prohibido el uso (en USA y en Chile) de ciertos pesticidas órgano clorado, tales como el DDT y el DDD.

2. Otras sustancias orgánicas

Efectos: Inmediatos y a largo plazo (cáncer)

Substancias orgánicas no toxicas que deterioran la calidad estética del agua

– Alquil – Vencen – Sulfonato (ABS; detergentes)

no toxico, produce una gruesa capa de espuma

no biodegradable, perdura tiempos largos

en USA, ahora se usan detergentes a base de sulfonatos de alquilos lineales (SAL), que son degradables, en vez de basados en ABS

– Substancias orgánicas causantes de color, sabor y olor

Debido a que los sentidos del gusto y del olfato son extremadamente sensibles, bastan solamente pequeñas concentraciones de compuestos orgánicos aromáticos para producir desagrado.

Fenol : Gusto a remedio

Muchas algas : Gusto barroso o terroso

Alga Synura : Olor a pepino

Alga Anabaena : Olor a chancheria

3. Substancias orgánicas biodegradables

– Estos compuestos son alimentos para las bacterias Quimoorganotróficas y para algunos microorganismos superiores (protozoos)

– Los microorganismos mencionados utilizan los compuestos orgánicos como fuentes de carbono y energía para su desarrollo.

Oxidación aeróbica de la glucosa (objeto obtención de energia)

Reacción :

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ENERGIA

Glucosa Aceptador

De electrones

Formación de tejido celular:

C6H12O6 + ENERGIA → (CH2O)N

Tejido celular

 Sucesión de especies después de una descarga orgánica

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Las bacterias utilizan como alimento el material orgánico descargado

Protozoos y rotiferas se alimentan de bacterias muertas, oxidando parte del material celular bacteriano para obtener requerimientos energéticos.

Crustáceos se alimentan de protozoos y rotiferas.

En cada sucesión de especies, la materia orgánica se oxida a CO2 y H2O para producir energía y por lo tanto, el tamaño de la población de las especies siguientes disminuye debido a que queda menos materia orgánica.

Autopurificación

Productos orgánicos + O2 ———————-→ CO2 + H2O

 Lamentablemente, la concentración de oxigeno disuelto en las aguas superficiales es limitada, en el mejor de los casos, el agua puede estar en equilibrio con la atmósfera y estar saturada de oxigeno.

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Dado que la concentración de saturación del oxigeno es pequeña (10 Mg/L), no se requiere de una gran concentración de substancias orgánicas para consumirlo completamente

 Afortunadamente, existen ciertos mecanismos que le suministran oxigeno al agua

 Re-aeración

Ocurre cuando el contenido de oxigeno disuelto de un curso de agua es menor que la concentración de saturación, en este caso, el oxigeno atmosférico tiende a ingresar al agua de modo de restaurar el equilibrio.

– Déficit de oxigeno disuelto = Concentración de saturación – concentración real de oxigeno disuelto.

– Tasa o velocidad de re-aeración = Función (grado de turbulencia, déficit de oxigeno disuelto)

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 Es fundamental que el oxigeno disuelto no sea totalmente consumido por las substancias orgánicas descargadas a un río, ya que casi todas las formas superiores de vida acuática requieren oxigeno para sobrevivir.

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 Si el contenido de oxigeno cae a cero y el curso se transforma en anaeróbico, mueren todas las formas acuáticas superiores y se desarrollan solamente las bacterias anaeróbicas

 Oxidaciones anaeróbicas (cualitativas)

– C6H12O6 + NO-3 → CO2 + H2O + NH3 + N2 + ENERGIA

– C6H12O6 → 3CH4 + 3CO2 + ENERGIA

Productos finales de la oxidación anaeróbica

- Metano (energía)

- CO2

- Amoniaco

- Acido sulfhídrico

Forma sulfuros metálicos insolubles, generan color negro

Escapa a la atmósfera y genera un olor a huevo podrido

Medida de las substancias orgánicas en el agua

 Determinación de compuestos orgánicos tóxicos, existen métodos analíticos específicos para cada substancia

 Métodos usados para establecer la cantidad total de substancias orgánicas presentes en el agua:

1. Carbono Orgánico Total (COT)

Medición :

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Una vez calibrado el instrumento, el COT se puede determinar en pocos minutos.

Desventajas : El COT no proporciona ninguna información respecto del estado de oxidación o del grado de biodegradabilidad de la materia orgánica, es decir, muestras con idéntico COT pueden ejercer un muy diferente efecto.

Interpretación : el COT es una medida del contenido de carbono y no de la demanda de oxigeno del material orgánico.

2. Demanda Química de Oxigeno (DQO)

– Medida de mayor utilidad que el COT

– Medida indirecta de la concentración de material orgánico en función de la cantidad de oxigeno requerido para oxidarlo completamente en forma química

Medición

– Oxidación de materia orgánica

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 Relación DQO – COT

- DQO/COT alta : Compuestos orgánicos están reducidos (alta energía disponible)

- DQO/COT baja : Compuestos orgánicos están oxidados (baja energía disponible)

Desventaja de la DQO

– En general, en una muestra hay compuestos orgánicos que, aunque son oxidados por el dicromato de potasio no son biodegradables y, por lo tanto, no son oxidados al ser descargados en un río, normalmente la DQO sobreestima el monto de oxigeno que se utilizaría en un río

– Ocasionalmente, lo contrario también ocurre, por ejemplo, algunos alcoholes no son oxidados por el dicromato y si por los microorganismos.

– La DQO, no entrega ninguna información acerca de la tasa a la cual va ha ocurrir la oxidación bioquímica en el curso receptor.

3. Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)

- Simula el proceso bioquímico que ocurre en el curso de agua

- Entrega resultados tanto en la cantidad de material biodegradable como en su tasa de oxidación

Medición:

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 Descripción matemática de la DBO

- Oxidación bioquímica de la materia orgánica sigue una cinética de primer orden → Tasa de oxidación de la materia orgánica es proporcional a la cantidad de materia orgánica que aun queda por oxidar

DC/dT = -KC donde :

 C = Concentración de substancia orgánica presente

 K = Constante de velocidad

 T = Tiempo

- Consideraciones

 Cantidad de oxigeno utilizada en cualquier instante (DBO ejecutada: YT) es una medida de la materia orgánica que ha sido oxidada (C0 – C)

 Cantidad de oxigeno aun necesaria (DBO no ejecutada LT) es una medida del material orgánico presente (C)

Luego:

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 Relación DBO – DQO

- DBO/DQO alta : Gran proporción material biodegradable (O2 disponible)

- DBO/DQO baja : Pequeña proporción material biodegradable (poco O2 )

SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Sistemas de tratamiento de aguas

Fuentes de aguas

Fuentes comunes de aguas:

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 Características de las fuentes típicas de aguas

– Pozos profundos

- Normalmente son la mejor fuente de agua

- Problemas comunes : Fierro, manganeso, y dureza.

- Problemas eventuales : H2S , Cl- , SO2-4 , CO2-3

– Pozos poco profundos

- Cercanos a cursos de aguas superficiales

- Acuíferos de arena actúan como un filtro efectivo en la remoción de materia orgánica y de microorganismo

– Ríos

- Calidad del agua depende del carácter de la hoya, grado de contaminación, estación del año, condiciones climáticas

- Normalmente requiere el tratamiento más extenso y la mayor flexibilidad operacional que ninguna otra fuente.

– Lagos embalses

- Calidad del agua depende del tamaño, profundidad, clima, hoya, grado de eutroficación.

- Fuente de agua mejor que el rió debido a Auto-purificación (reducción de turbiedad, coliformes y color, y eliminación de las variaciones diarias en calidad)

- Existen cambios estaciónales

Hipolimnion : Anaeróbico, altas concentraciones de Fe, Mn, sabor y olor.

Epilimnion : Crecimiento excesivo de algas a comienzos de la primavera y a fines del verano (sabores y olores)

- Normalmente, la mejor calidad del agua se encuentra bajo el

Epilimnion y por encima del fondo (profundidad media)

 Propósito del tratamiento del agua

– Proporcionar agua potable química y bacteriológicamente segura para consumo humano y con una calidad adecuada para los usuarios industriales.

– Usos domésticos : el agua debe estar exenta de sabores y olores desagradables, el agua debe estar suplementada con agentes que mejoran la salud (ej: fluor)

 Selección de procesos para el tratamiento del agua

– Florecimientos de algas en lagos o embalses : interfieren con coagulación y filtración, producen problemas de sabores y olores. Pueden controlarse con algicidas como el sulfato de cobre.

 Pre-tramiento

– Mallas : usadas para pre-tratar aguas superficiales

– Resedimentación : Remueve materia suspendida de aguas de ríos

– Tratamiento químico : Mejora la resedimentación, también se usa para pre-tratar substancias difíciles de remover (olores, sabores, colores) y para reducir el numero de microorganismos.

Substancias químicas comúnmente usadas : Cloro, permanganato de potasio (KMnO4), polielectrolitos y sulfato de aluminio (Al2(SO4)3 entre otras.

– Aeración : Es la primera etapa en la remoción de Fe y Mn en aguas subterráneas, también separa gases disueltos (H2S , CO2)

 Consideraciones importantes

– Los procesos de tratamiento usados en plantas de agua dependen de :

1. Calidad de la fuente

2. Calidad deseada del agua terminada

– Las substancias químicas seleccionadas para el tratamiento dependen de :

1. La efectividad para realizar la reacción deseada

2. Costos

– Quizás la consideración más importante en el diseño de una planta de agua es proporcionar flexibilidad.

1. Posibilidad de cambiar el punto de aplicación de substancias químicas

2.Posibilidad de cambiar substancias químicas

3. Proporcionar espacio para la construcción de unidades adicionales de pre-tratamientos.

 Planta con ablandamiento parcial y remoción de fierro y manganeso

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 Planta convencional con provisiones especiales para el control de sabores y olores

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Tratamiento de lodos producidos en plantas de aguas

 Fuentes principales de lodos

– Lodos provenientes de los sedimentadores

– Agua de lavado de los filtros

 Características de los lodos

– Contienen materia removida del agua cruda y productos químicos agregados durante el tratamiento

– Son relativamente no-putrescibles y tienen un alto contenido mineral.

 Esquema típico del espesamiento de lodos

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 Alternativa de disposición del lodo espeso

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Sistemas de tratamiento de aguas residuales

 Consideraciones generales

– Propósito del tratamiento : Prevenir contaminación en el curso de agua receptor

– Características de la planta dependen en gran medida de :

1. Tipo de sistema de alcantarillada

2. Residuos industriales descargados al alcantarillado

– Grado de tratamiento requerido queda determinado por el uso que se le dar al curso o lago receptor

Residuos industriales

 Métodos posibles de disponer los residuos industriales

– La industria trata el residuo antes de descargarlo a un curso de agua

– Los residuos industriales se descargan directamente al alcantarillado

– Los residuos industriales son pre-tratados por la industria antes de descargarlos al alcantarillado

 Residuos industriales que no deben descargarse al alcantarillado

– Aquellos que crean peligro de explosión o fuego : Gasolinas, desmanchadores, etc.

– Aquellos que disminuyen la capacidad hidráulica : Arena, grava, etc.

– Aquellos peligrosos para la gente, el alcantarillado o el sistema biológico de tratamiento : Iones metálicos tóxicos, petróleo, etc.

 Pre-tratamiento

– Debe practicarse a residuos industriales con características muy diferentes a las aguas servidas.

– Tipos de pre-tratamientos

1. modificación del proceso

Recuperación de subproductos, re-uso del agua, reducción del consumo de agua

2. Segregación de residuos

las aguas de proceso, enfriamiento y servidas deben segregarse porque requieren tratamientos diferentes

3. Equalización

(neutralización) Entrega un agua más estable

4. Reducción de la fuerza del residuo : Posibles reducciones de sólidos orgánicos

o inorgánicos metales pesados, etc.

Infiltración e influjo

 Infiltración : Agua subterránea que entra al alcantarillado debido a condiciones deficientes o roturas.

 Influjo : Agua descargada al alcantarillado que esta contaminada como drenajes, aguas lluvia, aguas de enfriamiento, etc.

 La infiltración y el influjo deben considerarse al momento de diseñar las plantas de tratamiento.

– La infiltración representa el 5% de flujo máximo horario de aguas servidas y el 10% de flujo promedio de aguas servida.

– El influjo idealmente debería recolectarse en colectores de aguas lluvias.

Propósitos del tratamiento de aguas residuales

– Reducción de DBO

– Reducción de sólidos suspendidos

– Reducción de patógenos

 Formas de cumplir los estándares

- Cumplimiento de estándares de DBO y sólidos suspendidos

- Lodos activados y filtros percoladores

- Cumplimiento de estándares de coliformes fecales

- Desinfección con cloro

 Remoción de nitrógeno y fósforo

- 30 a 60% en plantas convencionales

- Para mayor remoción se requiere de tratamiento avanzado

- Es necesaria para retardar la eutroficación de lagos

Selección de procesos usados en plantas de aguas residuales

 Tratamiento convencional de aguas residuales

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 Tratamiento preeliminar

– Posibles procesos preliminares

 Tamizado grueso (barras)

 Tamizado medio (mallas)

 Conminución (trituración)

 Medida del gasto (canaleta Parshall)

 Bombeo

 Remoción de arena

 Pre-aeración

 Flotación

 Floculación

 Tratamiento químico

 Tratamiento primario

– Corresponde a la sedimentación primaria

 Tratamiento secundario

– tipos de procesos

 Lodos activados

 Filtros biológicos

– Lodos activados

ventajas

 Altas remoción de DBO

 Habilidad para tratar aguas residuales con alto contenido orgánico

 Adaptabilidad para uso futuro en conversión de planta a tratamiento avanzada

– Desventajas

 Requiere alto grado de control operacional

 Cargas repentinas pueden desestabilizar el proceso biológico

 Sobrecargas hidráulicas u orgánicas producen la falla del proceso

– Filtros biológicos

ventajas

 Facilidad de operación

 Capacidad para aceptar cargas repentinas y sobrecargas sin causar una falla completa

 Disposición de lodos

– La disposición de lodos es un factor económico importante en el tratamiento.

El costo de construcción de una planta procesadora de lodos es aproximadamente 1/3 del costo de la planta de tratamiento.

 Espesamiento de lodos en una planta de filtros biológicos

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 Espesamiento de lodos en una planta de lodos activados

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 Coloración

– Se practica la desinfección del efluente secundario cuando el curso receptor se usa para recreación o como fuente de agua.

 Remoción de fósforo y nitrógeno

Se practica en el tratamiento avanzado

Autor:

Eduardo Henríquez