Contaminantes del agua residual

Las aguas residuales, por lo regular, tienen composiciones altamente complejas y normalmente se necesita modificar su composicin para ajustarlas a un uso en particular. En consecuencia, se requiere una variedad de procesos de tratamiento para separar los diversos contaminantes que con seguridad se encontrarn.

Los contaminantes pueden estar presentes como:

1. Slidos suspendidos flotantes o grandes: arenas, trapos y papel entre otros.

2. Slidos suspendidos pequeos y coloidales: molculas orgnicas grandes, partculas de suelo y microorganismos entre otros.

3. Slidos disueltos: compuestos orgnicos y sales inorgnicas entre otros.

4. Gases disueltos: Sulfuro de Hidrgeno, entre otros.

5. Lquidos no mezclables: grasas y aceites.

El tamao de cada partcula determina el cambio de un grupo a otro; este cambio depende de sus caractersticas fsicas tales como el peso especfico del material y la divisin entre grupos es de cualquier manera indistinta. En ciertos casos puede ser necesario agregar sustancias para mejorar las caractersticas del agua, por ejemplo, cloro para desinfectar el agua u oxgeno para estabilizar biolgicamente la materia orgnica.

Desinfeccin de aguas residuales

La desinfeccin del agua significa la extraccin, desactivacin o eliminacin de los microorganismos patgenos que existen en el agua. La destruccin y/o desactivacin de los microorganismos supone el final de la reproduccin y crecimiento de esto microorganismos. Si estos microorganismos no son eliminados el agua no es potable y es susceptible de causar enfermedades. Elagua potableno puede contener estos microorganismos.

La desinfeccin se logra mediante desinfectantesqumicosy/o fsicos. Estos agentes tambin extraencontaminantes orgnicosdel agua, que son nutrientes o cobijo para los microorganismos. Los desinfectantes no solo deben matar a los microorganismos sino que deben adems tener un efecto residual, que significa que se mantienen como agentes activos en el agua despus de la desinfeccin para prevenir el crecimiento de los microorganismos en las tuberas provocando la re contaminacin del agua.

DESINFECCIN CON PERXIDO DE HIDROGENO

PERXIDO DE HIDRGENO.El perxido de hidrgeno es considerado un producto qumico limpio por no dejar elementos y residuos persistentes en el medio ambiente despus de su uso. Esa caracterstica deriva de lo mismo estar continuamente sometido a reaccin espontnea de auto-descomposicin:

H2O2 H2O + O2 La capacidad oxidante y no contaminante del perxido de hidrgeno es de reconocida utilidad en la pre-oxidacin control de algas, precipitacin de hierro y manganeso, y para la oxidacin de varios tipos de sustancias (orgnicos e inorgnicos) disueltas. El perxido de hidrgeno no contiene metales pesados en su composicin. Tambin es aplicado para evitar en la fuente la formacin de olores desagradables de sulfuro de hidrgeno (H2S).

El Perxido de hidrgeno es extensamente usado gracias a sus muy buenas caractersticas. De hecho H2O2 es un oxidante seguro, eficaz, de gran alcance y verstil.

La tabla debajo recoge la escala potencial de oxidacin, el perxido de hidrgeno tiene ms alcance que el cloro o el dixido de cloro por ejemplo. Adems con catlisis, el perxido de hidrgeno se puede convertir en radical del oxhidrilo que es el segundo oxidante ms fuerte despus del flor. (Ver tabla 1)

Tabla 1.

El perxido de hidrgeno (conocido tambin como agua oxigenada) es un lquido incoloro a temperatura ambiente con sabor amargo. Pequeas cantidades de perxido de hidrgeno gaseoso ocurren en el aire. El perxido de hidrgeno es inestable y se descompone rpidamente a oxgeno y agua con liberacin de calor. Aunque no es inflamable, es un agente oxidante potente que puede causar combustin espontnea cuando entra en contacto con materia orgnica.

Los usos principales de H2O2 son numerosos, por ejemplo el control del olor, el control de la corrosin, el retiro de DBO/DQO, la oxidacin orgnica, la oxidacin de metales, la oxidacin de la toxicidad y la desinfeccin. Adems el perxido de hidrgeno puede ser combinado con diversos procesos para mejorar los resultados: floculacin/precipitacin, flotacin de aire, biotratamiento, filtracin, adsorcin del carbn, depuradores del aire e incineracin.

El agente contaminador ms difcil a oxidar puede requerir H2O2 ser activados con los catalizadores tales como hierro, cobre, manganeso u otros compuestos del metal de transicin.

PREOXIDACION

La pre-oxidacin es un proceso mediante el cual se introduce en el agua un agente qumico oxidante que reacciona con la materia orgnica e inorgnica que contiene sta y que es susceptible de eliminacin o modificacin mediante la oxidacin. Los reactivos ms empleados suelen ser el cloro (Cl2) y sus derivados, principalmente el hipoclorito sdico (NaClO).

Adems, se suele utilizar tambin el ozono (O3), el permanganato potsico (KMnO4) y el perxido de hidrgeno (H2O2).La pre-oxidacin facilita tratamientos posteriores e interrumpe desarrollos bacteriolgicos tanto en conducciones como en equipos.

1) Efectos de la pre-oxidacin2) Inconvenientes de la pre-oxidacin

DESINFECCION

La desinfeccin del agua tiene por finalidad la destruccin o inactivacin de los microoorganismos perjudiciales, patgenos o simplemente molestos que no han sido eliminados en las fases previas del tratamiento del agua.

La desinfeccin no implica necesariamente la destruccin de todos los organismos vivos (proceso denominado esterilizacin).

Los factores principales que influyen en la eficacia del proceso de desinfeccin son los siguientes:

1) Tipo y concentracin de los microorganismos que deben destruirse2) Tipo y concentracin del desinfectante y tiempo de contacto3) Caractersticas fsico - qumicas del agua a tratarACCIN DEL PERXIDO DE HIDROGENO FRENTE A EFLUENTES ORGNICOS.

Materia orgnica puede ser eliminada por oxidacin simple y/o avanzada:

CxHyOz+ w H2O2 a CO2 + b H2O

2CHO+ 3H2O2 2CO2 + 4 H2O

Tratamiento de Efluentes Conteniendo Arsnico.

HAsO2 + H2O2 H3AsO4 2 Fe2+ + H2O2 + 2 H+ 2 Fe3+ + 2 H2O .

Tratamiento de Efluentes Conteniendo Bromato.

Adems de no oxidar el bromuro a forma txica de bromato, es capaz de revertir por reduccin el bromato que eventualmente podra ser formado por otros pre-oxidantes de vuelta a forma no txica de bromuro, de acuerdo con la siguiente reaccin:

BrO3- + 3 H2O2 Br- + 3 H2O + 3 O2

Tratamiento de Efluentes Conteniendo Cloro.

Aguas residuales o purgas de agua tratada con cloro o hipoclorito necesitan ser tratadas antes de su desecho en el medio ambiente en el riesgo de sobrepasar el muy bajo umbral (CANTIDAD MNIMA PERMITIDA)de cloro activo en las aguas de ros para la clase 1 y 2 (0,01 mg / L)

Reduccin con perxido de hidrgenoClO- + H2O2 Cl- + H2O + O2

La accin del perxido de hidrgeno en las cloraminas es muy lenta en temperatura ambiente y puede ser acelerada en la presencia de un lcali a aproximadamente 50 C.

R-NHCl + H2O2 + OH- R-NH2 + Cl- + H2O + O2

Tratamiento de Efluentes Conteniendo Sulfuros

La generacin de olores ofensivos en efluentes, aguas residuales domsticas y otras instalaciones de tratamiento de aguas residuales se debe principalmente a la accin de bacterias reductoras, que actan anaerbicamente sobre sulfatos presentes en el medio. Los sulfuros constituyen una amenaza al medio ambiente, porque son venenosos para la vida acutica en general.

El perxido de hidrgeno promueve la oxidacin parcial de sulfuros a compuestos intermediarios , que no emiten malo olor y que pueden ser tratados con aireacin, de manera eficiente y a bajo costo.

En medio cido o neutro la principal reaccin de oxidacin de sulfuro de hidrgeno ocurre como sigue:

H2S + H2O2 S(s) + 2 H2O

donde gran parte del sulfuro se convierte en azufre elemental. El resto consiste en diferentes compuestos solubles de azufre, que de acuerdo con su estructura puede ser oxidados posteriormente.

En reacciones en medio alcalino, la oxidacin se produce de acuerdo con la siguiente ecuacin:

S2- + 4 H2O2 SO2- + 4 H2OCOMO ACTUA.

El perxido de hidrogeno se descompone en un tomo de oxgeno y una molcula de agua, gracias a la accin de una enzima que se encuentra en los organismos vivos que se llama Catalasa. Esta enzima lo que hace en la naturaleza es neutralizar las molculas de H2O2 para que no causen toxicidad. Este tomo de oxgeno liberado es extremadamente reactivo y se adhiere o ataca una molcula orgnica cercana oxidndola.

Reaccin donde media la catalasa

Mecanismo de accinSu mecanismo de accin consiste en la oxidacin de los grupos sulfhidrilo y los dobles enlaces de los enzimas de las bacterias, provocando una modificacin conformacional de las protenas que forman dichos enzimas, con la perdida de su funcin, y por lo tanto, la muerte celular. A nivel de virus puede trasladar esta capacidad de desnaturalizacin de las protenas actuando sobre las de la capsides(es una estructura proteica formada por una serie de monmeros llamados capsmeros. En el interior de esta cpside se encuentra siempre el material gentico del virus. Cada capsmero puede estar constituido por una o varias protenas distintas), para que posteriormente pueda actuar sobre el material gentico del virus. Las paredes celulares o de las cpsides permite el acceso al interior de estos organismos, para que el perxido siga su poder oxidante frente a otras estructuras como el ADN, que otras molculas alteren el funcionamiento normal de estas clulas o que, incluso, la accin mecnica de la entrada de agua a travs de la membrana celular provoque la muerte de las bacterias.

APLICACIN DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES CON PERXIDO DE HIDROGENODISEO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

En el diseo de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) busca combinar eficiencia y economa de los procesos de tratamiento mediante procesos que requieren de muy poca energa elctrica, bajos costos operacionales, operacin, facilidad en la operacin y el mantenimiento y alta eficiencia del proceso, debido a que utiliza un proceso anaerobio basado en un sistema Imhoff modificado y un proceso aerobio mediante un filtro o percolador biolgico. Este sistema es una de las mejores alternativas para los municipios colombianos, ya que est en concordancia con la realidad econmica de la regin, debido a que no requiere altos costos de operacin y adems permite utilizar operadores con bajo grado de escolaridad, debido a su gran facilidad en la operacin.

La PTAR proyectada utilizar materiales propios de la regin tales como arenas y material petreo (gravillas, gravas, piedras), entre otros. As mismo se utilizar la tecnologa santandereana implementa por ingenieros de La Universidad Industrial de Santander, ya que se utilizaran un Ariete Hidrulico y una Turbina. El ariete hidrulico tiene como funcin retornar el 80% del agua al tanque al tanque de aireacin. La Turbina tiene como funcin generar el aire rico en oxigeno con el fin de facilitar las condiciones para crear bacterias aerobias.

ETAPAS DEL PROCESO DE TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUALEl tratamiento del agua se ha dividido en cuatro etapas:

Tratamiento Primario: Consiste bsicamente en una etapa preliminar como lo es la medicin del caudal y posteriormente se procede a retirar materiales flotantes o pesados que comnmente vienen en las aguas residuales y que disminuyen la eficiencia del tratamiento tales como plsticos, papeles, arenas y dems slidos no orgnicos, que solo ocasionan daos al proceso. Los residuos que realmente interesan para el proceso son los de tipo orgnico (heces fecales, residuos de alimentos, etc). Estos son:a) Medicin de caudal (Canaleta Parshall)b) Desarenadoc) CribadoTratamiento Secundario: Consiste en la biodegradacin de la materia orgnica a travs de la combinacin de procesos anaerobios y aerobios para que se generen las bacterias responsables de realizar la descomposicin y asimilacin de los nutrientes provenientes del agua residual y consecuentemente la reduccin de la contaminacin (medida como DBO y DQO). Estos son:a) Tanque imhoff modificado (Proceso Anaerobio)b) Tanque de aireacinc) Filtro percolador aerobio (con recirculacin)Tratamiento Terciario: Consiste en acondicionar el agua para las condiciones ideales para que se desarrolle la vida acutica superior (peces, tortugas, ranas, etc) y pueda ser aprovechada por el hombre para sus cultivos, ganadera, recreacin, aseo, alimentacin y dems usos del hogar.a) Desinfeccin con Perxido de Hidrgeno (H2O2)b) Aireacin final (en graderas)Tratamiento de lodos: Consiste en acondicionar la recepcin, filtrado, secado y acondicionamiento de los lodos con el fin de evitar que stos contaminen de nuevo el agua depurada o la fuente hdrica en forma directa o indirecta. A travs de este tratamiento se hace posible el aprovechamiento de los lodos para la agricultura. Estos son:c) Lecho de secadod) Recirculacin de lixiviados (al desarenador)

e) CompostajeFigura 1. Diagrama de Procesos de Tratamiento del agua en la PTAR

1. CLCULOS HIDRULICOS, DIMENSIONES Y CARACTERSTICAS OPERACIONALESDatos preliminares: Poblacin Servida: 1500 habitantes Tiempo de Retencin Total del agua en el proceso anaerobio = 36 horas Tiempo de Retencin Total en el tanque imhoff = 12 horas Tiempo de retencin total en los tanques auxiliares al imhoff = 12 horas por cada tanque Factor de Biodegradabilidad de la Materia orgnica en el sistema anaerobio = 0.6 Caudal: Q = 3.10 Lts/seg = 11,16 m3/h El valor de la Carga Orgnica fue de 63,04 Kg de DBO /da, valor obtenido a partir del monitoreo y anlisis de laboratorio, al multiplicar el caudal por la DBO5.2. DESINFECCIN CON PERXIDO DE HIDROGENOUna vez el agua ha pasado por el filtro percolador, se espera una reduccin de la Demanda Biolgica de Oxgeno (DBO) del 80% cumpliendo as con la legislacin ambiental (Decreto 1594 de 1984), y una reduccin de la Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) del 60%, lo cual no alcanza a cumplir con la legislacin, razn por la cual habr que utilizar un oxidante qumico para reducir an ms los niveles DQO y consecuentemente los de DBO para poder alcanzar una eficiencia superior al 90% en ambos casos. Los oxidantes qumicos pueden romper molculas de difcil oxidacin natural tales como carbn, CO2, fenoles de origen orgnico y clulas de los microorganismos (hongos, bacterias, virus, etc) produciendo su desnaturalizacin y por ende la desinfeccin del agua.Los procesos de oxidacin qumica para tratar aguas contaminadas incluyen el uso de sustancias tales como hipoclorito de sodio, perxido de hidrgeno, permanganato de potasio, cloro y xido de cloro, compuestos de Yodo, y amonios cuaternarios entre otros. Adicionalmente, la oxidacin puede ser mejorada empleando la radiacin ultravioleta (luz directa del sol) en unin con cualquiera de estas sustancias, excepto el permanganato.Algunas de estos compuestos qumicos presentan sin embargo desventajas, por ejemplo el cloro forma compuestos organoclorados, el permanganato de potasio y el reactivo de Fenton no son totalmente efectivos y/o generan productos secundarios indeseables durante la oxidacin, por ello se ha seleccionado el perxido de hidrgeno, como compuesto oxidante para las aguas residuales, ya que no genera ningn residual txico sobre las aguas tratadas, entre otras ventajas ambientales.Sin embargo existen otros mtodos de oxidacin bastante eficientes los cuales tampoco genera efectos txicos sobre las aguas ni el ambiente, esto son el ozono y la radiacin ultravioleta, pero el problema es de tipo econmico, ya que los generadores de ozono, al igual que los generadores de radiacin UV son muy costosos y adems consumen energa en forma permanente, razn por la cual no se tom esta alternativa para la PTAR.3.1 Ventajas de los Perxidos frente a otros oxidantes qumicosLos perxidos actan como oxidantes y han sido ampliamente utilizados desde hace ms de 50 aos en la industria farmacutica, alimentaria, en el mbito hospitalario (quirfanos, instrumental, etc), agricultura, depuracin de aguas residuales, industria de envasado y embotellado de bebidas y potabilizacin de aguas, entre otros.Los perxidos tienen una comprobada actividad desinfectante frente a todo tipo de microorganismos tales como: Bacterias, virus, protozoos, coccidios, algas, hongos y esporas.Sus principales ventajas son: Mayor espectro de accin que los otros desinfectantes utilizados Eficaces en condiciones difciles: materia orgnica, pH del agua, etc. Eficaces a dosis muy bajas Accin desinfectante inmediata Altamente biodegradables Sus productos de descomposicin son: agua y oxgeno Eliminacin de Biofilm en las instalaciones Disolucin en agua fcil, rpida y homognea Actan como desodorizantes Facilidad de medicin y de control No forman espumas Actan en un amplio rango de temperaturas Larga estabilidad en el envase (3 aos) Inodoros a las dosis de uso recomendadasCompatibles con un elevado nmero de materiales: aluminio, cobre, acero, PVC.

El Perxido de Hidrgeno es uno de los desinfectantes ms utilizados, acta provocando la prdida de la funcin de las protenas bacterianas, adems ataca la membrana celular, el ADN y otros componentes teniendo todo ello como consecuencia la muerte celular. El perxido de hidrgeno es un producto de alta seguridad de uso, aunque a altas dosis es irritante. Cuando es almacenado no se producen prdidas debido a su buena estabilidad. Sus productos de descomposicin son vapor de agua y oxgeno, por lo que es un producto altamente biodegradable que no deja residuos de ninguna clase.Otro peroxido de igual importancia al H2O2 es el cido Peractico, el cual es un desinfectante que acta desnaturalizando las protenas de la membrana plasmtica y provoca la ruptura de la pared celular. No se le conocen efectos carcinognicos, ni mutagnicos, aunque es irritante utilizado a altas dosis. Es biodegradable y no se le reconoce impacto ambiental, ya que se descompone en vapor de agua, anhdrico carbnico y oxgeno.Tabla 1. Evaluacin de los Perxidos frente a otros oxidantes qumicosTipo de accinPerxidosCompuestosbasados en CloroCompuestosbasados enIodoAmonios cuaternarios

Corrosivo de metalesNoNoNoNo

Deterioras plsticos y cauchosNoNoNoNo

Accin detergenteSNoSS

Eficacia contra materia orgnicaSModeradaModeradaNo

Buena accin antibacterialSModeradaSModerada

Buena accin antiviralSSSNo

Residuos persistentesNoSiBajaS

Rapidez de la accinRpidaRpidaRpidaModerada

Agua tratada Indicada paraBaosSNoSNo

TxicoNoSAlgunosNo

IrritanteNoSAlgunosNo

Buena accin antiviralSSSNo

Fuente: Drs. Alexander & Murihead, Revista W ater and W aste, England, 1990

Una vez el agua halla realizado el recorrido por el filtro percolador, se espera una eficiencia de remocin del 65%, por lo cual la carga de DBO5 ser de 22.06 en Kg de DBO5/da, luego el agua pasa por el sistema de aireacin y filtro percolador, con lo cual la eficiencia esperada es del 85% dando una DBO5 residual de 9.45 Kg de DBO5/da, y con las graderas de aireacin se espera llegar al 90% de eficiencia, para una DBO5 final de 3.15 Kg de DBO5/da. Para eliminar la DBO5 restante se debe realizar la oxidacin final con H2O2, con lo cual se espera reducir la contaminacin completamente, dejando el agua apta para la vida. En el siguiente cuadro se muestra el anlisis realizado a la secuencia del proceso y la eficiencia esperada en cada unidad del tratamiento, antes de aplicar el H2O2.

Tabla 2. Evaluacin de eficiencias esperadas en cada etapa del proceso

Carga DBOinicialen Kg de DBO5/daCarga DBOa la salida del Imhoff(60% eficiencia)en Kg de DBO5/daCarga DBO a la salida del Filtro percolador (85% eficiencia)en Kg de DBO5/daCarga DBO despus de la aireacin final (90% eficiencia)en Kg de DBO5/da

63,0422.069,453,15

Costos por oxidacin de 3,15 Kg de DBO5/da

Para destruir un Kg de DBO5, se requiere 2 Kg de H2O2 (grado comercial, 50% de pureza), con lo cual se espera eliminar completamente la DQO y DBO. En el siguiente cuadro se analizan los costos por uso del oxidante qumico por da y mensualmente, teniendo como base que un Kilogramo de H2O2 (liquido, presentacin por garrafas de 72 kilos), tiene un costo promedio de $3.000.

Consumo de H2O2/da(Kg)Consumo de H2O2/mes(Kg)Costo/da($)Costo mes($)

6,30189,12$18.912$ 567.351

Con lo cual se obtiene que el costo por oxidacin de la materia orgnica restante es de dieciocho mil novecientos doce pesos ($18.912) al da y quinientos sesenta y siete mil trescientos cincuenta y un mil pesos ($ 567.351) mensuales.

MEDIDAS DE PROTECCINEs de hacer notar que la cantidad y tipos de unidades de cada Planta har que el operario tome menores o mayores precauciones, pero indiscutiblemente se debe tener presente el riesgo de accidentes o contaminaciones es el mismo, ya que estamos en presencia de lquidos altamente spticos, tanques, escaleras, etc.Por lo tanto vale recordar y tomar en cuenta lo dicho en cuanto a:1. Obligatoriamente utilizar la vestimenta y equipos de proteccin personal.2. Si se est lastimando, y si es posible, cubrir la lastimadura antes de trabajar.Bajo ningn concepto FUMAR cuando se operen barros digeridos. Aunque estamos al aire libre, existen desprendimientos de gases explosivos, sobre todo en tuberas.

CONCLUCIONES

El H2O2 en tratamiento de aguas residuales suele ser de gran ayuda y facilidad para la poblacin y para el ambiente en general, esto no quiere decir que el H2O2 no es el nico medio para poder hacer tratamiento de aguas residuales entre uno de estos qumicos tenemos al hipoclorito de sodio, perxido de hidrgeno, permanganato de potasio, cloro y xido de cloro, compuestos de Yodo, y amonios cuaternarios entre otros. El tratamiento del agua se ha dividido en cuatro etapas la primera consiste bsicamente en una etapa preliminar como lo es la medicin del caudal y posteriormente se procede a retirar materiales flotantes o pesados que comnmente vienen en las aguas residuales y que disminuyen la eficiencia del tratamiento tales como plsticos, papeles, arenas. La segunda Consiste en la biodegradacin de la materia orgnica a travs de la combinacin de procesos anaerobios y aerobios la tercera Consiste en acondicionar el agua para las condiciones ideales para que se desarrolle la vida acutica superior , y para concluir es el tratamientos de lodos.Los perxidos actan como oxidantes y han sido ampliamente utilizados desde hace ms de 50 aos en la industria farmacutica, alimentaria, en el mbito hospitalario agricultura, depuracin de aguas residuales, industria de envasado y embotellado de bebidas y potabilizacin de aguas, entre otros.

Los perxidos tienen una comprobada actividad desinfectante frente a todo tipo de microorganismos tales como: Bacterias, virus, protozoos, coccidios, algas, hongos y esporas.

El Perxido de Hidrgeno es uno de los desinfectantes ms utilizados, acta provocando la prdida de la funcin de las protenas bacterianas, adems ataca la membrana celular, el ADN y otros componentes teniendo todo ello como consecuencia la muerte celular. El perxido de hidrgeno es un producto de alta seguridad de uso, aunque a altas dosis es irritante