Purificacion Del Agua Contaminada

UNIVERSIDAD DE HUÁNUCOE.A.P. INGENIERÍA AMBIENTAL

INTRODUCCION

El agua es el principal componente de la vida en nuestro planeta, es gracias a él que la mayoría de los procesos biológicos se concretan y es nuestro deber el cuidarla.

La contaminación de las aguas naturales tanto por contaminantes químicos como biológicos, es un problema a nivel mundial y sus consecuencias son terribles tanto para los ecosistemas, como para las poblaciones humanas.

La presente se realizó porque es de suma importancia conocer las causas de esta contaminación y, principalmente las formas de solución que se han desarrollado antes estos problemas de contaminación.

Este trabajo consta principalmente de dos partes: en la primera se detallan los aspectos de la contaminación, tanto en aguas superficiales como subterráneas. Y la parte final abarca los diferentes tipos de remediación y tratamiento a las aguas contaminadas y las de uso doméstico.

La purificación del agua contaminada Página 2


OBJETIVOS

Objetivo Principal

Conocer los métodos de purificación y tratamiento del agua contaminada.

Objetivos Secundarios

Conocer las causas de los diferentes tipos de contaminación. Identificar los mecanismos mediante los cuales se tratan las aguas

contaminadas. Identificar los beneficios y las desventajas de las diferentes técnicas de

tratamiento y purificación del agua.



PURIFICACIÓN DEL AGUA CONTAMINADA

1. CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA

La contaminación de aguas subterráneas fue un problema ignorado durante mucho tiempo y fue reconocida como un problema grave a partir de los años 80 a pesar de que se ha dado a partir de los últimos cincuenta años.

La contaminación en este tipo de aguas se da a partir de un líquido que contiene materia disuelta y suspendida que drena de una fuente terrestre. Ese conjunto de drenaje se denomina lixiviado. Las fuentes más comunes de lixiviados son vertederos municipales y los depósitos de residuos industriales; en áreas rurales, los lixiviados provienen de los pesticidas orgánicos y contaminan principalmente los acuíferos superficiales.

Los contaminantes orgánicos típicos en la mayoría de suministros de agua subterránea son disolventes clorados (tricloroeteno, tetracloroeteno), así como los hidrocarburos correspondientes a los componentes de BTX de la gasolina y de otros productos del petróleo (benceno y sus derivados metilados). Las fuentes de estas sustancias químicas incluyen el lixiviado en vertederos de residuos químicos, fuga subterránea de gasolina de tanques de almacenamiento, el lixiviado de vertederos municipales y los vertidos accidentales de compuestos químicos sobre el suelo. Muchas de estas sustancias se degradan rápidamente o permanecen inmovilizadas en el suelo, con lo que el número de compuestos que son suficientemente persistentes y móviles para viajar hacia la capa freática y contaminar el agua subterránea es relativamente pequeño.

Una vez alcanzada la capa freática, los líquidos menos densos que el agua forman una masa que flota en la parte superior del acuífero. Todos los hidrocarburos que tienen una masa molecular pequeña o media pertenecen a este grupo, y en él se incluyen la fracción el BTX de las gasolinas y otros productos del petróleo. Por otro lado los disolventes policlorados (cloruro de metileno, cloroformo, tetracloruro de carbono, etc.) son más densos que el agua, con lo que tienden a hundirse hacia el fondo de los acuíferos. Todos ellos son persistentes en el suelo y poco solubles en el agua.

Estos compuestos de baja solubilidad se disuelven muy lentamente (puede tardar años o siglos) en el agua que pasa sobre la gota, siendo un suministro continuo de contaminantes al agua subterránea. Es así que los penachos de agua contaminada crecen en la dirección de flujo de agua. Debo mencionar que debido a este tipo de contaminación tuvieron que cerrar muchos pozos.

Pese a que en las dos últimas décadas se ha invertido una considerable cantidad en intentar contaminar la contaminación en acuíferos por este tipo de líquidos aceitosos; desgraciadamente no se ha encontrado una “cura” fácil al problema de la contaminación. Habitualmente, el control consiste en diseñar sistemas de bombeo y tratamiento, que bombean el agua contaminada del acuífero, después la tratan para eliminar la contaminación orgánica y la devuelven finalmente limpia al acuífero o algún reservorio acuoso; estos sistemas son deben operar perpetuamente debido a la re-



contaminación de contaminantes con baja solubilidad. Se ha ideado una reciente variante, el cual consiste en rociar una fina niebla de agua subterránea contaminada encima de un terreno agrícola, mediante un aspersor largo y móvil; los COV’s se evaporan y el agua limpia se usa para la irrigación.

Hace algunos años, las grandes empresas de los países desarrollados, se han vuelto responsables en la disposición de los compuestos químicos. Desgraciadamente, las descargas que colectivas que provienen de fuente más pequeñas (municipios, pequeñas industrias y granjas) todavía no están controladas. Sucede lo mismo con el gran número de fosas sépticas.

La gasolina ingresa al suelo a través de las fugas en los tanques subterráneos; antes de 1980, los tanques se hacían de acero, y los que poseen una antigüedad mayor a 15 años, se corroyeron lo suficiente como para permitir el escape del líquido. El componente MTBE es el más soluble de los hidrocarburos, y a menudo está presente en el agua subterránea a concentraciones entre 1 y 50 ppmm. Los bencenos alquilados se degradan por medio de bacterias aeróbicas y, en consecuencia, tienen una baja persistencia. El componente BTX de la gasolina, es más soluble que los hidrocarburos, pero no se degrada fácilmente en el agua subterránea; sin embargo, no es muy tóxico, siendo su principal problema el olor y el sabor que provoca en el agua. A finales de 1997, la EPA divulgó la recomendación de que los niveles de MTBE en agua no deberían exceder los 20-40 ppmm.

La preocupación inorgánica que más preocupa es la del ion nitrato, NO -3, que se

origina a partir de 3 fuentes: fertilizantes, deposición atmosférica y fugas de aguas residuales domésticas de fosas sépticas. En la mayoría de los casos, las formas de nitrógeno se oxidan a nitrato en el suelo, el cual migra hacia el acuífero, se disuelve y se diluye en el agua. Debido a que su eliminación del agua de pozo es muy cara, el agua contaminada con elevados niveles de nitrato no se utiliza, normalmente, para el consumo humano, al menos en los suministros públicos.

La figura muestra el esquema de contaminación en las aguas subterráneas



2. PURIFICACIÓN DEL AGUA DE CONSUMO

La purificación del agua de consumo consiste en una serie de procedimientos que tienen como fin eliminar los contaminantes del agua bruta. Generalmente consta de las siguientes etapas:

La aireación

Se utiliza para eliminar los gases disueltos, como el fétido H2S y los compuestos organosulfurados, los compuestos orgánicos volátiles. Este proceso también da lugar a reacciones que producen CO2 que procede de los compuestos orgánicos más fácilmente oxidables; si es necesario, pueden eliminarse haciendo pasar el agua sobre



carbón activo. Otra ventaja es que la aireación oxida el Fe+2, que es soluble, a Fe+3 que es insoluble y precipita en forma de sólidos.

Fe+3+3HO−¿→ Fe(OH )3(S )¿

Precipitación y sedimentación

Para la eliminación de las partículas suspendidas en forma de coloides se añade al agua sulfato de hierro (III), Fe2(SO4)3, o sulfato de aluminio, Al2(SO4)3; a valores de pH neutros o alcalinos, tanto Fe+3 como el Al+3 forman hidróxidos gelatinosos de Fe(OH)3 y Al(OH)3 que se incorporan físicamente a las partículas coloidales formando precipitados que se eliminan. El agua se aclara una vez se elimina el precipitado. La formación de estas dos sustancias, también consume el hidróxido y resulta en una disminución del pH del agua, ayudando a neutralizar aguas alcalinas. Habitualmente, después de la eliminación de partículas coloidales, el agua es filtrada a través de arena y/o algún otro material granuloso.

Eliminación de dureza

Si el agua procede de zonas que tienen rocas calizas, ésta contendrá niveles significativos de iones de Ca+2 y Mg+2. El calcio puede eliminarse del agua añadiendo ion fosfato. Sin embargo, es más común eliminar el ion calcio por precipitación y filtrado de la sal insoluble CaCO3; el ion carbonato se añade como carbonato de sodio, Na2CO3, o si hay suficiente HCO3

- presente de forma natural en el agua, puede añadirse ion hidróxido para convertir el ion bicarbonato a carbonato:

OH

−¿+HCO3−¿

⏟ion

bicarbonato

→ CO3−2

⏟ion

carbonato

+H 2O¿¿

Ca+2+CO3−2→ CaCO3 (S )

El ion magnesio precipita como hidróxido de magnesio Mg(OH)2 cuando el agua es suficientemente alcalina. Después de la eliminación de los sólidos el pH del agua se ajusta a la neutralidad por medio de burbujeo de dióxido de carbono en el agua.

Desinfección del agua por métodos distintos a la cloración

Para eliminar bacterias y virus nocivos del agua de consumo es necesario llevar a cabo un proceso de purificación utilizando un agente oxidante más poderoso que el oxígeno. A continuación se brindan las técnicas que no comprenden cloración:

Ozonificación: Es comúnmente utilizada en Europa occidental y ciudades de América del Norte. El ozono debe generarse In situ, debido a que su almacenamiento y transporte es imposible por el poco tiempo de vida que posee, mediante una descarga de 20000 voltios en aire seco. El aire cargado de ozono resultante es burbujeado a través del agua, siendo unos 10 minutos suficiente tiempo de contacto. Entre las principales desventajas del ozono podemos mencionar:

Debido a su poco tiempo de vida, no brinda una protección residual en el agua contra futuros contaminantes.

Su reacción con el bromo del agua produce carbonilos, algunos de los cuales son tóxicos.



Reacciona con el ion bromuro en el agua para producir ion bromato BrO -3, que es

un compuesto cancerígeno en ensayos con animales.

Dióxido de cloro (ClO2): Se utilizan en más de 300 pueblos y ciudades de América del Norte y algunos miles de localidades europeas para desinfectar el agua. Las moléculas de ClO2 oxidan a las moléculas orgánicas, extrayendo sus electrones.

ClO2+4 H+¿+5e−¿→Cl−¿+2H

2O ¿

¿ ¿

Debemos destacar que el dióxido de cloro no es un agente clorante y puesto que oxida la materia orgánica disuelta, se forman cantidades mucho menores de compuestos orgánicos tóxicos como subproductos, que el caso de utilizar cloro molecular.

Al igual que el ozono, el dióxido de cloro no puede almacenarse debido a que es explosivo a altas concentraciones, por lo que debe generarse In situ a partir del clorito de sodio:

ClO2−¿⏟

ionclorito

→ClO2⏟dioxidodecloro

+e−¿ ¿¿

Algo del dióxido de cloro formado en estos procesos se convierte a ClO2−¿ ¿

y ClO3−¿ ¿

(clorato); la presencia de estas especies en el agua final ha suscitado cierta preocupación.

La luz ultravioleta: Para este proceso se utilizan potentes lámparas que se sumergen en el flujo de agua, y que contienen vapor de mercurio, cuyos átomos excitados emiten luz UV-C centrada en los 254 nm, habitualmente son suficientes unos 10 segundos. Una de sus principales ventajas es que puede emplearse en pequeñas unidades para pequeñas poblaciones, de manera que sea innecesario un control químico. La luz UV también puede utilizarse para purificar el agua de compuestos orgánicos disueltos, pero a través de un mecanismo distinto.

Su principal desventaja radica en que no es muy efectiva en aguas que contienen hierro disuelto en sustancias húmicas debido a que estas pequeñas partículas de hierro pueden hacer sombra, absorber bacterias, dispersar o absorber la luz, inhibiendo así la acción de la luz UV.

Sistema de membrana: Fue desarrollado en Francia. El agua se bombea bajo presión a través de una membrana fina que tiene poros, los cuales tienen una anchura de alrededor de 1 nm los cuales eliminan las bacterias, virus y la materia orgánica que podría alimentar las bacterias. Estos nanofiltros permiten el paso de moléculas de agua, pero impiden el paso de moléculas bioorganicas. Esta técnica puede ser utilizada también para tratar aguas residuales.

Desinfección del agua por cloración

El agente más común en este proceso es el ácido hipocloroso (HOCl). Este compuesto mata a los microorganismos atravesando fácilmente las membranas de sus células. Además de ser efectivo, es relativamente barato y suministra al agua un potencial de protección residual en caso de añadir un pequeño exceso.



El HOCl tampoco es estable en forma concentrada, por lo que se genera disolviendo cloro molecular gaseoso en agua; para valores de pH moderados, la posición de equilibrio de esta reacción está bastante hacia la derecha y luego se alcanza el equilibrio:

Cl2+H 2O ↔ HOCl+H+¿+Cl−¿¿¿

Si el pH del agua es alto, se produce la ionización del HOCl para dar ion hipoclorito (OCl-) el cual es menos capaz de penetrar en las membranas de las bacterias a causa de su carga eléctrica. Una vez completada la cloración el pH se ajusta hacia valores más altos por medio de la adición de cal. A una escala más pequeña, el almacenaje de Cl2 resulta un inconveniente, además de peligroso; en estos casos el cloro puede producirse por medio de electrólisis de agua salada, o más comúnmente, se genera el ácido hipocloroso a partir del hipoclorito de calcio Ca(OCl)2, o suministrando una disolución acuosa de hipoclorito de sodio NaOCl. En el agua el ion hipoclorito actúa como una base mediante la siguiente reacción:

OCl−¿+H 2O↔ HOCl+OH−¿¿¿

El pH de la reacción debe ser controlado de manera que no sea tan alcalino como para desplazar la reacción hacia la izquierda, ni tan acida como para corroer los materiales de construcción de las piscinas. Habitualmente se mantiene el pH por encima de 7 para impedir el deterioro de los materiales y, principalmente, la conversión de amoniaco disuelto en cloraminas (especialmente el NCl3 que es un poderoso irritante ocular).

NH 3+3HOCl → NCl3+3H 2O

Se debe tener especial cuidado en el pH debido a que el equilibrio HOCl-OCl- se desplaza en favor de ion a pH comprendidos entre 7-9; la acidez se controla mediante la dilución de un ácido (NaHSO4), una base (Na2CO3) o un tampón (NaHCO3). Ademas se debe tener cuidado con la radiación UV-B en las piscinas al aire libre debido a que estos rayos descomponen el ion clorito a ion cloruro:

2ClOUV→2Cl−¿+O2¿

Una desventaja importante en el uso de esta técnica es la formación de algunos compuestos tóxicos debido que no solo se trata de un agente oxidante, sino también de un agente clorante. Por ejemplo pueden formar ácido acético halogenado y, si el agua contiene fenol, puede producir fenoles clorados (que poseen un olor y sabor ofensivos a pesar de no ser tóxicos). Es por ello que algunas comunidades utilizan dióxido de cloro cuando el suministro de agua está temporalmente contaminado por fenoles.

Un problema más grande es la producción de trihalometanos (THM’s) cuya fórmula es CHX3, donde X puede ser cloro para formar así cloroformo1. Actualmente el límite de los THM’s es de 100 ppmm.

1 Se sospecha que el cloroforma da lugar a cáncer de hígado.



El problema de THM del agua clorada puede disminuirse utilizando carbón activo, pero debemos mencionar que la adsorción de los compuestos clorados en el carbón activo es muy difícil y además es proceso es caro.

Además del cloroformo, se han detectado otros agentes clorados mutógenos que se forman durante la cloración. Se ha demostrado el incremento de riesgo de cáncer a la vejiga y al colon en personas que consumen agua clorada. En un estudio reciente se demostró que la exposición al cloroformo por contacto dérmico, y por inhalación de los gases desorbidos del agua caliente durante la ducha o el baño, contribuye aproximadamente igual a la ingestión de los THM’s que la bebida directa del agua.

Debido a estos riesgos algunas comunidades están considerando realizar un cambio, o ya lo han realizado, a la desinfección por ozono o por dióxido de cloro, ya que estos agentes no producen cloroformo, o lo producen en poca cantidad.

En el balance final debemos recordar que la desinfección del agua es extremadamente importante para la desinfección de la salud pública, salvando más vidas -en un factor muy alto- que las afectadas negativamente por este proceso. En ninguna circunstancia debe abandonarse la desinfección efectiva del agua, aduciendo problemas con los subproductos de la cloración.

Una ventaja de la cloración sobre la desinfección por ozono o por UV es el efecto de protección residual que posee este, mediante el cual protege el agua de una posible futura contaminación por bacterias. Si el cloro en el agua purificada por cloración es demasiado alto, puede disminuirse por adición de dióxido de azufre. El cloro residual existe en forma de cloraminas (NH2Cl, NHCl2, NHCl3) que se producen en la reacción con el amoniaco. Estas cloraminas son utilizadas a veces, en lugar del cloro, ozono o dióxido de cloro, como desinfectante principal en la purificación de agua de bebida. Tienen una ventaja sobre el cloro de producir pocas cantidades de THM’s y ácidos haloacéticos.

Un tema de calidad de agua de bebida de preocupación reciente, involucra el patógeno Cryptosporidium. Este parasito mortal, es resistente a los métodos comunes de desinfección tales como la cloración, y es tan pequeño (menos de 5μm de diámetro) que pasa fácilmente a través de los filtros estándar utilizados para separar los precipitados. Entre las soluciones propuestas se encuentran la aplicación de monocloramina (NH2Cl) después de la cloración o de la ozonificación, así como el uso de dispositivos de filtración más fina.



El esquema presenta las etapas de potabilizacion para el agua de consumo.

3. CONTAMINACION DE AGUAS SUPERFICIALES POR FOSFATOS

Las aguas superficiales son muy importantes en la vida del planeta debido a que dan vida a muchos de los procesos que se conocen; además son fuente de hidratación para toda forma de vida exterior en el planeta.

Uno de los casos más famosos de contaminación por fosfatos se dio en el lago Erie, este lago paso a ser casi un pantano a causa del vertimiento prolongado de fosfatos en forma de fertilizantes y detergentes. Felizmente el gobierno de EE.UU puso fin a este problema al prohibir el vertido de estos compuestos sobre el lago, lográndose una recuperación del lago.

El problema de la contaminación por fosfatos se explica por los nutrientes que ingresan estas aguas. Ya que habitualmente hay exceso de otros nutrientes disueltos en lagos, el ion fosfato suele operar como limitante del crecimiento de algas. Cuando la gran masa de algas, en último término, muere y empieza a descomponerse por oxidación, el agua agota el oxígeno disuelto, quedando afectada negativamente la vida de los peces. El agua del lago, también se torna fétida, de color verde y viscosa, y las masas de peces muertos y hierbas acuáticas podridas se acumulan en las playas. Una solución para este problema de contaminación es la construcción de plantas de tratamiento.



En un principio una de las fuentes mayores de fosfato como contaminante eran los detergentes. Los iones polifosfato se añaden a los detergentes como “formadores”, los cuales forman complejos solubles con los iones Ca+2 y Mg+2 (que disminuían el potencial de lavado), permitiendo a las moléculas y a los iones de detergente operar como agentes limpiadores. Otro pape del formador es hacer algo alcalina el agua de lavado, lo cual es necesario para ayudar a eliminar la suciedad de ciertos tejidos. En concreto, se añaden grandes cantidades de trifosfato de sodio (TPS) como formador. Este ion es una base débil en disolución acuosa y, por tanto, procura el ambiente alcalino requerido para un lavado efectivo.

Desgraciadamente cuando un agua de lavado que contiene TPS entra en un curso de agua después de ser vertida, el exceso de polifosfato reacciona con el agua (aunque lentamente) y se transforma en el ion fosfato (a veces denominado ortofosfato):

P3O10−5⏟

iontripolifosfato

+2H2O →3PO4−3⏟

ionfosfato

+4H+¿¿

Debido a los problemas ocasionados por los fosfatos, ahora se utilizan solo escasamente como formadores en detergentes.

En Canadá y en partes de Europa, el TPS ha sido reemplazado por el nitriloacetato de sodio (NTA). El NTA no se utiliza como formador en los EE.UU a casusa de la problemática asociada a su lenta velocidad de degradación y su tendencia a disolver metales pesados en los suministros de agua.

Se utilizan también otros formadores que incluyen el citrato de sodio, carbonato de sodio y silicato de sodio. Actualmente se están utilizando zaolitas, que son aluminosilicatos minerales que en presencia de ion calcio, intercambian su ion Na+ por Ca+2, pero no por Mg+2. Una desventaja de es que debido a que son insolubles, su utilización aumenta el lodo de las aguas residuales.

El ion fosfato puede eliminarse por medio de la adición de suficiente calcio, en forma de hidróxido de calcio, de manera que se forman precipitados de fosfatos de calcio insolubles que pueden eliminarse fácilmente.

Algunos técnicos creen que la solución ambiental correcta es utilizar formadores en base a fosfatos y luego remediar estas aguas en las plantas de tratamiento.

Geográficamente, las fuentes de ion fosfato son puntuales y no puntuales. Las fuentes puntuales involucran lugares específicos como ciudades y factorías; mientras que las fuentes no puntuales abarcan a las granjas y lugares que suministran cantidades mucho menores de contaminantes. Sin embargo debido al gran número de granjas implicadas, las fuentes no puntuales pueden generar mayores cantidades de contaminantes que las fuentes puntuales.

4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

La mayoría de los municipios tratan las aguas residuales recogidas de los domicilios, mediante una red de alcantarillado, antes de ser vertidos en una fuente de agua natural.



El principal componente de un agua residual es la materia orgánica; este componente es muy variable en cuanto a tamaño y puede encontrarse en unidades macroscópicas, como para ser retenidas en rejas, hasta partículas microscópicas que forman coloides.

El tratamiento de las aguas residuales consta de tres etapas:

Tratamiento primario: las partículas mayores se eliminan haciendo que el agua fluya a través de pantallas y vaya lentamente a parar a un estanque. Se forma un lodo de partículas insolubles en el fondo del estanque, mientras un líquido grasa se forma en la parte superior, como capa menos densa que el agua, siendo extraída mecánicamente. En esta etapa se elimina alrededor de un 30% de la demanda biológica de oxigeno del agua residual. El lodo que se forma en esta etapa puede digerirse anaeróbicamente en un proceso que tarda varias semanas en completarse; el lodo que queda, es a veces incinerado o botado en vertederos; y en algunos casos se dispersan en terrenos agrícolas que tienen poco fertilizante. Se debe tener especial cuidado con los lodos porque suelen contener metales pesados y otras sustancias tóxicas.

Tratamiento secundario: en esta etapa, la mayoría de materia orgánica suspendida, así como la disuelta en el agua, se oxida biológicamente por medio de ciertos microorganismos a dióxido de carbono y agua, o bien es convertida a lodo adicional, el cual puede eliminarse fácilmente del agua. Las reacciones de oxidación biológica de tratamiento secundario, reducen el DBO del agua contaminada a menos de 100 ppm, que es un 10% de la concentración original en el agua no tratada. Después de la dilución del agua tratada, utilizando un gran volumen de agua natural, la vida acuática puede ya desarrollarse. Muchos municipios toman el agua producida de este tratamiento y la desinfectan por cloración o por radiación UV, antes de bombearlas hacia el curso del agua; sin embargo, existen investigaciones que llegaron a la conclusión de que la cloración del fluente antes de su vertido, produce algunos compuestos mutanógenos.

Tratamiento terciario: pocos municipios emplean el tratamiento terciario. En esta etapa se eliminan compuestos químicos específicos del agua parcialmente purificada antes de la desinfección final. Esta etapa puede constar de:

Reducción del DBO mediante la precipitación de los coloides utilizando sales de aluminio.



Eliminación de los compuestos orgánicos disueltos y algunos metales pesados por adsorción sobre carbón activo.

Eliminación del fosfato por precipitación de su sal de calcio. Eliminación de los metales pesados por adición de iones hidróxido o sulfuro a la

forma insoluble: hidróxido o sulfuro de metal. Eliminación del hierro por aireación con elevado pH para oxidarlo a su estado

insoluble Fe+3.

La descomposición de sustancias orgánicas y biológicas durante la etapa secundaria, produce muchas sales inorgánicas, las cuales se pueden eliminar mediante el uso de las técnicas que se presentan a continuación:

Osmosis inversa: en esencia, el agua es forzada bajo presión a pasar a través de una membrana que los iones no pueden atravesar. Esta membrana semipermeable constituida de materia orgánica polimérica, como el acetato de celulosa o triacetato de celulosa posee poros de alrededor de 2μm. El líquido del otro lado de la membrana es agua pura; y por el otro lado, la solución contaminada se va haciendo cada vez más concentrada en la sal y finalmente se descarta. Esta técnica es utilizada en Israel y en otros lugares para producir agua de consumo a partir de agua de mar.

Electrodiálisis: en esta técnica de purificación se disponen en forma vertical y alternativamente célula eléctrica, una serie de membranas: unas permeables solo a pequeños cationes y las otras permeables a pequeños aniones. La técnica consiste en pasar una corriente eléctrica continua a través del agua; de manea que los aniones migren hacia el ánodo y los cationes, hacia el cátodo; haciendo que el líquido en las zonas alternas se encuentre más concentrado o menos concentrado (purificado). El líquido purificado se devuelve al medio ambiente y el líquido concentrado se usa dispone como salmuera.

Intercambio iónico: esta técnica consiste en cambiar los iones presentes en el agua por otros iones más adecuados para el fin (OH- Y H+). Los intercambiadores iónicos son resinas que contienen los iones OH- y H+ que reemplazaran a los iones presentes inicialmente en el agua. Puede utilizarse para eliminar sales, incluyendo la de los metales pesados de las aguas residuales.



En algunas aguas residuales es necesaria la eliminación de amoniaco NH3. Esto puede llevarse a cabo amentado el pH alrededor de 11 para convertir la mayor parte del ion amonio a su forma molecular, amoniaco, seguido de un burbujeo de aire a través del agua, con el fin de arrastrar el amoniaco disuelto. Este proceso es caro ya que es muy intensivo energéticamente.

El ion amonio puede eliminarse por intercambio iónico, utilizando ciertas resinas cuyos sitios de intercambio estén inicialmente poblados por iones de calcio o sodio.

También existe el proceso oxidación con ayuda de ciertos microorganismos. Los primeros (bacterias nitrificantes) oxidan todo el nitrógeno a ion nitrato. Luego, otras bacterias desnitrifican los iones nitrato a nitrógeno molecular; a veces es necesario añadir metanol para que pueda ser oxidado:

5CH 3OH+6NO3−¿+6H

+¿ bacteria→

5CO2+3N 2+13 H 2O ¿¿

Existen casos en el que el agua tratada es de suficiente calidad como para agua de consumo; otras veces esta agua se vierte en ríos donde aguas abajo se colecta agua para el tratamiento para consumo como agua de bebida.

Una alternativa a las plantas de tratamiento de aguas residuales es el tratamiento biológico en zonas pantanosas artificiales que contienen plantas como juncos, cañas y macis. La descontaminación del agua se da por medio de las bacterias y microbio que viven entre las raíces de las plantas y rizomas. Existen lugares donde se emplea esta técnica como sustituyente de los tratamientos secundario y terciario. La planta utiliza los contaminantes para su crecimiento, y aumenta el pH que sirve para destruir algunos microrganismos nocivos. Las ventajas de este tipo de tratamiento son que no generan grandes cantidades de lodos, no precisa de la adición de compuestos químicos sintéticos ni entrada de energía comercial. Uno de los principales problemas que presenta esta técnica es la vegetación en composición que aumenta en los lagos, aumentando así las DBO; este problema se controla con una constante limpieza de esta materia muerta.

Muchas comunidades utilizan fosas sépticas para descomponer el agua residual Si bien es cierto, los lodos del fondo se licuan con el tiempo y se purifica en algo el agua; este proceso es muy lento, además se debe precisar que dicha agua se encuentra contaminada con nitritos debido a que el nitrógeno no se descompone.

La imagen muestra el esquema de humedales artificiales



5. TRATAMIENTO DE CIANUROS Y METALES EN AGUAS RESIDUALES

El ion cianuro CN- se enlaza fuertemente a muchos metales, especialmente con los de la serie de transición. Si bien es utilizado en la industria minera para la extracción del oro y otros minerales; desgraciadamente, es muy venenoso para la vida animal debido a que se enlaza con los iones metálicos del cuerpo.

El cianuro es un contaminante muy estable y además es un importante contaminante del agua, y debe ser destruido en lugar de ser simplemente vertido en un sistema hidrosférico.

Una forma de destruir el ion cianuro es oxidar el carbono al estado +4, en forma de CO2 o bicarbonato. Esto puede conseguirse disolviendo oxígeno molecular a altas presiones y temperaturas.

2CN−¿+O2+4H 2O→2HCO3−¿+2NH 3¿ ¿

También se pueden utilizar oxidantes fuertes como el cloro gaseoso o el ClO -, que además de oxidar el carbono, oxida al nitrógeno a su forma molecular:

2CN−¿+5CL2+8OH−¿→2CO2+N2+10Cl

−¿+4 H20¿¿ ¿

Otros agentes incluyen al peróxido de hidrógeno y/o oxígeno, ambos con una sal de cobre añadidos como catalizador. El proceso puede llevarse a cao electrónicamente para elevadas concentraciones de cianuro; para las bajas concentraciones que quedan, se puede oxidar mediante ClO-.



Los metales de transición contaminantes pueden eliminarse utilizando técnicas de precipitación como las de reducción, formándose solidos insolubles. También se encuentra la precipitación de sulfuros o hidróxidos; sin embargo se debe tener cuidado con la precipitación con hidróxidos debido a que un lodo voluminoso que debe ser dispuesto de forma apropiada. Finalmente podemos encontrar a las deposiciones por medio de reducción electrolítica que deposita a los metales en el cátodo del sistema.

6. TECNICAS MODERNAS DE PURIFICACION DE AGUAS RESIDUALES Y DE AIRE

Están diseñadas para la eliminación de compuestos organoclorados persistentes y difíciles de oxidar.

Destrucción de compuestos orgánicos volátiles: los efluentes que presentan este tipo de contaminantes, se tratan en dos etapas:

Los COV’s son eliminados por medio de un arrastre por aire “air stripping”. Se pasa aire a contracorriente por agua que está fluyendo, de manera que arrastre los materiales volátiles.

La segunda parte busca destruir estos COV’s y para ello se emplea la oxidación catalítica pasando aire calentado a 300-500°C durante un corto tiempo sobre platino, dependiendo de las características del compuesto, se puede demorar más. Los costos energéticos son altos en este proceso. Además la salida de aire posee HCl que debe ser eliminado por un lavado con un álcali antes de verter el gas a la atmósfera. Recientemente se han descubierto catalizadores de uranio que promueve la oxidación eficiente de los compuestos organoclorados sin envenenar al catalizador.

La eliminación de los COV’s de las emisiones gaseosas se logran mediante la oxidación catalítica con intercambiadores de calor primario, que recupera y reutiliza el calor de la combustión de COV’s con el fin de calentar los gases que entran a la temperatura de operación. Este proceso reduce en un 95% los COV’s en las emisiones.

También se puede utilizar la adsorción sobre carbón activo para la eliminación de COV’s a bajas concentraciones de flujos líquidos. Esta técnica también es empleada para compuestos orgánicos no volátiles. Estos adsorbedores pueden regenerarse por medio de tratamiento con vapor o por medio de otros tratamientos térmicos. También existen adsorbedores sintéticos que pueden hidrofóbicos o hidrofílicos; los del tipo hidrofóbico son utilizados en procesos de extracción por vapor en un suelo. La principal desventaja radica en los costos.

Procesos avanzados de oxidación de purificación del agua: Estos métodos están orientados a la eliminación de compuestos clorados persistentes. El objetivo de estos procesos es el de mineralizar a los contaminantes, es decir, convertirlos completamente en CO2, H2O y ácidos minerales como HCl.

Una de las características de los PAO’s es que a temperatura ambiente. En base al objetivo de estos procesos, es indispensable la formación de iones OH- debido a que son oxidantes muy fuertes. La generación de los iones hidroxilo se da generalmente



mediante un proceso caro ya que involucra el uso de luz UV capaz de ionizar las moléculas de H2O2 previamente añadidas a las soluciones para producir iones OH-:

H 2O2UV→2OH−¿¿

También se puede producir OH- a partir de la disociación del ozono de la siguiente manera:

O3UV→

O2+OO+H 2OUV→

H 2O2→2OH−¿¿

Es importante mencionar que existe una tercera forma de obtener OH- sin necesidad de luz UV, esto se da por medio de la combinación de peróxido de hidrogeno con ozono mediante la siguiente reacción global:

H 2O2+O3→2OH−¿+3O2¿

Este método “ozono/H2O2” es más barato y fácil de adaptar a los sistemas existentes de tratamiento de agua que cualquier otro sistema PAO.

Debemos mencionar que es importante conocer que los mayores riesgos de este tipo de técnicas son la generación de subproductos tóxicos. Por ejemplo, en los tratamientos ozono/peróxido y peróxido/UV de una gran agua subterránea contaminada con tricloroeteno y percloroeteno, se forman los ácidos intermedios tricloroacético y dicloroacético con un rendimiento de 1%.

Procesos fotocatalíticos: Este tipo de procesos involucran la radiación UV que actúa como fotocatalizador en forma de pequeñas partículas que permaneces suspendidas en una disolución. El proceso se inicia con la carga eléctrica de las partículas del metal, en este caso TiO2, a causa de la irradiación UV; esto produce electrones en la banda de conducción y un hueco de energía positiva “h+”.

Los huecos de energía reaccionan con los iones hidróxido enlazados a la superficie o con moléculas de agua, produciendo radicales hidroxilo que servirán para la primera etapa de degradación en los compuestos. En esta tecnología se utiliza regularmente el TiO2 debido a las propiedades que posee el óxido para poder reaccionar con el peróxido.

Los sistemas TiO2 son menos caros que los descritos previamente. Un problema con estos sistemas es que debido a que presentan dificultad en la separación de los compuestos producidos, así pues estos sistemas no pueden utilizarse para tratar grandes cantidades de agua residual.

Pese a lo mencionado anteriormente, se debe resaltar la eficiencia de este sistema a nivel macro, ya que está probado que sirven de purificador de los ambientes del hogar. Para este fin se colocan baldosas y planchas de óxido de titanio, y después del calentamiento por los rayos solares se pudo advertir que muchos de los compuestos fueron eliminados. En fin, los fotocatalizadores son materiales silenciosos, discretos y purificadores. Últimamente se está experimentando con Fe+2.

Degradación reductiva de compuestos con cloro: Se utiliza en los casos en los que la oxidación de los compuestos es demasiado lenta y a veces no es efectiva. Esta



técnica consiste en hacer reducir a los compuestos clorados; de manera que se liberen del halógeno durante la reducción.

En primer lugar se crea el anión que más adelante donará sus electrones, se ha trabajado con el CO2

- ; luego realiza la reacción en donde el anión donará sus electrones y como consecuencia, el receptor se desacera del haluro.

También se ha adaptado este proceso a la deshalogenación electroquímica para iniciar la descomposición de disoluciones diluidas de hidrocarburos clorados en aguas residuales.

RCl+H+¿+2e−¿→ RH+Cl−¿¿¿ ¿

Desgraciadamente el agua compite por los electrones y, consecuentemente la formación de hidrogeno gas disminuye la eficiencia de la reacción.

Otros procesos avanzados de oxidación: podemos citar:

Oxidación química directa: La propuesta menciona que la oxidación de sustancias que se encuentren en lugares donde no puede suministrarse luz intensa como para poder oxidar los compuestos, deben ser oxidados utilizando cualquiera de los oxidantes más fuertes conocidos.

Plasmas fríos: la energía eléctrica se utiliza para crear grandes cantidades de electrones libres que reaccionan con el oxígeno molecular para introducir átomos de oxigeno excitado que producirán radicales hidroxilo que iniciaran el proceso de descomposición de los compuestos. La ventaja radica en que no es necesario calentar todo el gas donde está contenido el contaminante. Los plasmas fríos se han utilizados para tratar óxidos de azufre y nitrógenos en gases de escape.

Oxidación catalítica con ozono: utiliza carbón activo especial en reactores de lecho frio. La reacción del contaminante con ozono tiene lugar en la superficie del catalizador. Puesto que el proceso no depende de los radicales hidroxilos, supera algunas de las dificultades asociadas con el uso de los OH-.

7. REMEDIACIÓN IN SITU DE AGUAS SUBTERRÁNEAS QUE CONTIENEN COMPUESTOS ORGANOCLORADOS

El proyecto que se desarrolló en la universidad de Waterloo para la remediación de aguas subterráneas consistió en construir una pared subterránea de material permeable (mayor parte arena gruesa) en medio de la trayectoria del agua: esta se limpia como consecuencia del paso por la pared sin necesidad de bombearla hacia la superficie.

El ingrediente que se coloca en la pared es hierro metálico en forma de pequeños trozos. La manera de actuar del hierro es oxidándose de manera que done sus electrones hacia un compuesto halogenado que se desacera del halógeno para aceptar el electrón.

Los ensayos realizados muestran un panorama optimista con esta nueva técnica y se espera que en el futuro pueda reemplazar a los métodos de bombeo y tratamiento.



Muy recientemente se ha descubierto que el recubrimiento de los trozos de hierro con níquel incrementa la velocidad de la degradación de los compuestos orgánicos en un factor de 10.

La biorremediación ha estado estudiando la manera de degradar y eliminar los compuestos clorados mediante el uso de microorganismos. De esta manera se descubrió que la biodegradación de cloroetenos en condiciones aerobias es menos eficiente a medida que la extensión de la cloración aumenta. No obstante, en condiciones anaeróbicas, la biodegradación procede más rápidamente.

RESUMEN

La contaminación de aguas subterráneas es uno de los más difíciles de tratar. Esta se produce por la filtración de lixiviados de los diversos desechos que se producen y no se disponen adecuadamente. Entre sus principales contaminantes se encuentran los derivados de compuestos orgánicos.

La purificación de agua para consumo consta de cuatro etapas. En la primera etapa se deja que el agua se oreé y mediante esta aireación se producen los primeros precipitados. Seguidamente se precipitan los coloides restantes mediante sales de aluminio y hierro. A continuación se precipitan los iones Ca+2 y Mg+2 mediante el agregado de fosfatos o de carbonatos. Finalmente se realiza la desinfección, que puede ser por métodos clorados y no clorados.

La contaminación por fosfatos en las aguas causa, principalmente, eutrofización. La fuente principal de este contaminante son los detergentes. Actualmente se están desarrollando técnicas de precipitados con carbonatos para la eliminación de fosfatos en el agua a través de plantas de tratamiento.

El tratamiento de aguas residuales se da a través de plantas de tratamiento constan de etapas de tratamiento primario, secundario y terciario. A lo largo de este tratamiento se precipita la materia orgánica, se oxidan los coloides y finalmente se desinfecta mediante los diferentes métodos.

Los cianuros son eliminados mediante la oxidación con iones OH-; por otro lado, los metales se precipitan mediante sulfuros o hidróxidos.

También existen otros métodos de purificación mediante la reducción de los agentes unidos a los átomos de los contaminantes. Además se utilizan microorganismos que son capaces de degradar las fosas sépticas y algunos contaminantes.



CONCLUSIONES

Los principales métodos para el tratamiento de aguas son la purificación, ozonificación, oxidaciones, tratamiento UV, remediación, etc.

Las causas de la contaminación, en el caso de los fosfatos, son los detergentes. En el caso de las aguas subterráneas, son los lixiviados.

Un problema común en los métodos de purificación son los compuestos derivados dañinos; además muchos de estos métodos son caros.

El mecanismo común para el tratamiento de aguas es la oxidación. Un tratamiento alterno para aguas residuales es el tratamiento alterno en zonas

pantanosas artificiales.


Purificacion Del Agua Contaminada

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