OTROS MÉTODOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESMétodos avanzados de tratamiento de aguas contaminadas.

Serie de procesos químicos y físicos especializados, que se utilizan para disminuir la cantidad de contaminantes específicos que quedan todavía en el agua después de los tratamientos primario y secundario. Estos tratamientos avanzados dependen del tipo de contaminantes que contenga el agua. Son procedimientos que pocas veces se utilizan debido a que son muy costosos, pues la construcción de una planta de éstas cuesta el doble que una de tratamiento secundario y el cuádruple su operación.

Entre éstos métodos se encuentran la ósmosis inversa, el intercambio iónico o el de la electrodiálisis que se utilizan para la desmineralización de las aguas y eliminar los iones orgánicos, y el de adsorción con carbono activado que se utiliza para eliminarle al agua los compuestos orgánicos. Cabe señalar que todos estos métodos no se utilizan con mucha frecuencia, aunque sean complementarios para el tratamiento secundario de las aguas de desecho.

Ósmosis Inversa(emma y cynthia)Ósmosis inversa es el proceso físico a través del cual se hace pasar el agua por una membrana semipermeable al objeto de filtrar contaminantes como: pequeñas partículas, metales pesados, exceso de sales, sustancias tóxicas, microorganismos, virus, protozoarios, insecticidas, etc.

Las depuradoras de agua por ósmosis inversa eliminan hasta el 95% de impurezas, sólidos en suspensión , bacterias, virus, etc., presentes en el agua, los cuales son separados y quedan retenidos. Este método permite disponer de agua pura y fresca, de una calidad extraordinaria, para beber y cocinar. Su sistema de filtros de agua y membrana consigue eliminar los niveles de metales y sales, como el plomo y el sodio, así como los nitratos, tan perjudiciales para la salud. Además, detiene las partículas disueltas en el agua y controla la química causante de los olores y sabores, como el cloro.

La propia presión de la red doméstica permite que el agua pase a través de la membrana osmótica rechazando los contaminantes. El resultado final del proceso es la obtención de un agua depurada, pura, cristalina y de altísima calidad, baja en sales, de igual o mejor calidad que la mejor de las aguas embotelladas.

¿Es mejor beber agua de ósmosis que agua mineral?

Todo lo que comemos, respiramos o sentimos influye en nuestra salud global. También lo que bebemos y, más en concreto, la cantidad y calidad del agua que ingerimos ya que este elemento cumple funciones vitales en nuestro organismo. Por ejemplo, el agua es fundamental en la eliminación de los residuos, en la reparación de los tejidos y en las secreciones gástricas además de intervenir en el mantenimiento de una adecuada temperatura corporal, entre otras muchas funciones vitales . Por tanto, su calidad puede llegar a determinar nuestro buen o mal estado de salud.

La cloración no parece ser el método más saludable de los procedimientos de desinfeccion y depuración del agua si se tiene en cuenta que el cloro es venenoso, destruye la vitamina E, altera la flora intestinal, puede irritar el estómago y hace que se formen los Trihalometanos en el agua, causantes de cáncer.

Las impurezas admisibles en el agua de consumo están reguladas por el Real Decreto 140/2003 de 7 de febrero por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano. Y en él se incluye un listado de los diferentes elementos físicos y químicos de las aguas potables y las cantidades admisibles de cada uno de ellos que corresponden a un agua de una "calidad deseable". Entre esos elementos se citan cloruros, sulfatos, calcio, magnesio, sodio, potasio, aluminio, residuo seco y oxígeno disuelto

estableciéndose además los niveles idóneos de pH, conductividad y dureza. La reglamentación también enumera los valores máximos de "las sustancias no deseables" que debe contener el agua de consumo y que son, entre otras, nitratos, amonio, hierro, cobre, fósforo, flúor o bario. A ellas se añaden en el Anexo D del citado decreto "las sustancias tóxicas" y la concentración máxima admisible en el agua de consumo (50 microgramos por litro de agua) y que son arsénico, cianuro, cromo y níquel. Es decir, ¡la propia ley las considera sustancias tóxicas pero admisibles en cierta cantidad!

En suma, hay que beber agua lo más pura posible. Lo que, por una parte, se consigue ingiriendo el agua biológica de las frutas y verduras -destilada naturalmente- y, por otra, utilizando medios mecánicos de depuración. Es decir, mediante equipos que eliminen el máximo posible de impurezas y elementos patógenos.

Mediante nuestros equipos de Ósmosis inversa depuramos el agua y eliminamos todos estos elementos y compuestos nocivos para la salud en un 95 - 99%, para posteriormente remineralizar ese agua y dotarla de aquellos minerales y nutrientes necesarios para nuestro organismo, en su justa medida. El resultado de este proceso es un agua pura y equilibrada, de óptimas condiciones para ser consumida, aportando grandes beneficios para nuestra salud desde el primer día que comience a tomarla.

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El proceso de ósmosis inversaEn el proceso de ósmosis inversa se requiere de una membrana semipermeable (cuando están en contacto con la solución, permite el paso de pequeñas moléculas de disolvente y bloquea el paso de moléculas o iones de mayor tamaño como el soluto) que solamente permita el paso del agua. Cuando una solución acuosa (por ejemplo, agua con iones minerales) se separa del agua mediante una membrana semipermeable, el agua fluye hacia la solución y debido  a esto la concentración de iones en solución disminuye. Este es el fenómeno de la ósmosis y a la presión necesaria para evitar que se presente el fenómeno de la ósmosis se le llama presión osmótica de la solución. Sin embargo, este proceso puede invertirse mediante la aplicación de una presión sobre la solución con lo cual el agua es forzada a fluir de la solución hacia la otra parte del sistema (el agua dulce) provocando así la concentración de los iones. A este fenómeno se le conoce con el nombre de ósmosis inversa.

El fenómeno de la ósmosis inversa es útil para la desmineralización del agua y para la eliminación de materia orgánica y nutrientes disueltos en el agua. La ósmosis inversa puede llegar a lograr una desmineralización del 90 %  con una pérdida de aproximadamente el 25 % del agua de alimentación en forma de salmuera. Se le considera como uno de los métodos de tratamiento terciario más prometedor para el tratamiento del agua contaminada.

La isla de Malta que se localiza en el mar Mediterráneo, está formada principalmente por piedra caliza y por eso existe poca agua dulce subterránea. Parte del agua para consumo en la isla se obtiene por el método de desalinización por ósmosis inversa reduciendo la salinidad del agua de 36000 ppm a menos de 500 ppm (límite aceptable para el agua potable). La planta desalinizadora produce 5.3 millones de galones de agua desalinizada por día.

Eliminación de los nutrientes ( cleses y sharol)

El método más común de tratamiento de aguas negras para la eliminación de los iones fosfato se basa en la adición de compuestos químicos que forman precipitados sólidos con los fosfatos. Mediante el proceso de floculación se hace que los precipitados de los fosfatos se sedimenten y luego son eliminados por medio del proceso de filtración. También para eliminar los fosfatos del agua se está investigando su eliminación mediante el tratamiento biológico de intercambio selectivo de iones.

El nitrógeno orgánico de las aguas negras es transformado en ion amonio por bacterias y a su vez el ion amonio es transformado por otras bacterias en el ion nitrato. Es más difícil eliminar los nutrientes nitrogenados que los fosfatos de las aguas contaminadas. Un método utilizado para eliminar los nutriente nitrogenados del agua es mediante bacterias desnitrificantes que convierten el ion nitrato en nitrógeno gaseoso. En este método de biodesnitrificación se hace pasar lentamente al agua a través de una columna que contiene a las bacterias y el nitrógeno producido se libera a la atmósfera.

Otro método para eliminar el ion amonio consiste en hacerlo reaccionar con un hidróxido para producir amoníaco y agua, luego se hace burbujear aire para separar al amoníaco en forma de gas. También se están probando otros métodos para eliminar el ion amonio como el uso de la electrólisis y el intercambio iónico del ion amonio y de los nitratos.

Adsorción con carbono activado diana y gisela

Este método se utiliza para eliminar materia orgánica disuelta en el agua y consiste en hacer pasar por columnas rellenas de carbono granular activado al agua. Como el carbono es muy poroso y tiene una gran superficie de contacto los contaminantes orgánicos se adhieren en la superficie del carbono y además sirve para eliminar los sólidos en suspensión. Aprovechando la propiedad de adsorción del carbono se eliminan los compuestos orgánicos

residuales y la mayoría de los sólidos en suspensión del agua. El carbono se puede regenerar para reutilizarse mediante un horno para quemar el material orgánico adsorbido.

Intercambio iónico franchesca y ximena

Para eliminar el exceso de iones inorgánicos positivos y negativos se utiliza el método de intercambio iónico, el cual se basa en el mismo principio que el método del intercambio por  tratamiento con permanganato de potasio. Cuando el sabor es debido al clorofenol se elimina al filtrar el agua a través de carbón activado. El cloro detiene el crecimiento de las algas, también lo hacen el permanganato de potasio y el sulfato de cobre.  Si los conductos se ensucian deben limpiarse y los lechos filtrantes se deben volver a lavar para eliminar las acumulaciones de mucílagos y mejorar la velocidad de caudal. 

Esterilización del agua

La eliminación completa de las bacterias del agua solamente puede lograrse mediante el proceso de esterilización. La principal sustancia que se utiliza para la esterilización del agua es el cloro y se ha utilizado durante años. Para su utilización es necesario tener presente: la dosificación exacta, una buena distribución y el tiempo suficiente en contacto para que la esterilización  sea eficaz (alrededor de 30 minutos). Si no se emplea la cantidad adecuada puede ocurrir que cuando es insuficiente la esterilización no es completa y si se agrega en exceso la esterilización es buena pero le altera el sabor.

El método de la electrodiálisis mili y charitoEste método aprovecha la propiedad que tienen los iones en solución al aplicarles un potencial eléctrico, los iones positivos se desplazan hacia el electrodo negativo (cátodo) y los iones negativos se desplazan hacia el electrodo positivo (ánodo). El método de desmineralización del agua por electrodiálisis utiliza una celda eléctrica en la que se coloca un tipo especial de membranas dializantes selectivas frente a los electrodos. La membrana permeable a los cationes permite el paso de los iones positivos y la membrana permeable a los aniones permite el paso a los iones negativos. Al aplicar el potencial eléctrico los iones fluyen hacia la celda de cada uno de los electrodos de acuerdo a su carga eléctrica y a la del electrodo de donde pasan a formar parte de la sal muera (agua que contiene los aniones y cationes separados en el proceso) y el agua purificada (contiene menor cantidad de iones) se conduce al recipiente de almacenamiento o conducida al sitio donde se utilizará. Con el método de electrodiálisis se logra una desmineralización del agua de un 35 % con una pérdida de un 16 % del agua alimentada en forma de sal muera de desecho.

Eliminación de sustancias coloidales mediante coagulantes

GLADIS Y SUSANA

La filtración por medio de arena separa solamente las partículas de gran tamaño pero no puede eliminar arcilla finamente dividida, sílice, materia orgánica, bacterias y esporas de algas. Este tipo de impurezas coloidales se eliminan coagulándolas primeramente y luego mediante filtración del agua. Los coagulantes generalmente utilizados son el hidróxido alumínico y a veces el hidróxido férrico.

Cuando el agua es neutra al agregar el sulfato alumínico se hidroliza formando hidróxido alumínico coloidal y una cantidad equivalente de ácido sulfúrico, de acuerdo a la ecuación química:

Al2(SO4)3 + 6 H2O <===> 2 Al (OH)3 + 3 H2SO4

Si el agua no tiene la suficiente alcalinidad, para que la hidrólisis pueda continuar hasta completarse, debe agregarse un hidróxido para neutralizar el ácido sulfúrico formado. En las aguas alcalinas ocurre la reacción entre el sulfato alumínico y el carbonato ácido de calcio de acuerdo a la ecuación química:

Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 <===> 2 Al (OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

Para las aguas que contienen poca o ninguna alcalinidad natural, se utiliza un álcali como el hidróxido de calcio o el carbonato sódico, aunque se usa preferentemente el carbonato de sodio debido a que no aumenta la dureza del agua. La reacción se representa mediante la ecuación química:

Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O <===> 2 Al (OH)3 + 3 Na2SO4 + 3 CO2

El aluminato sódico (NaAl O2) puede emplearse como fuente de hidróxido alumínico para aguas ácidas, y se utiliza con mucha frecuencia junto con el sulfato alumínico. La alcalinidad del aluminato de sodio  se neutraliza con el sulfato alumínico, por lo que se precipita hidróxido de aluminio por dos fuentes: la del aluminato de sodio con agua produce hidróxido de sodio y el hidróxido de aluminio, y a partir del sulfato alumínico que con el aluminato de sodio y el agua produce hidróxido de aluminio y sulfato de sodio, de acuerdo a las ecuaciones químicas:

1) NaAl O2 + 2 H2O  <===>  NaOH + Al (OH)3

2) Al 2(SO4)3 + 6 NaAl O2 + 12 H2O <===> 8 Al (OH)3 + 3 Na2SO4

El precipitado floculante de hidróxido alumínico producido elimina la materia coloidal por varios procesos combinados: 1.- Por inclusión sencilla, 2.- Por adsorción del coloide por el hidróxido alumínico, y 3.- Por neutralización de las micelas coloidales positivas mediante el hidróxido alumínico coloidal negativo que se produce.

La adición de coagulante puede hacerse en las instalaciones de filtración por gravedad mediante un simple mecanismo de distribución, y para las instalaciones de presión se utilizan generalmente bombas de inyección. Es fundamental el mezclado homogéneo de los reactivos con el agua y que se sedimente la mayor cantidad posible de sólidos antes que el agua pase a los filtros ya que esto facilita y acelera el proceso de filtración.

Tratamiento al amoníaco-cloro cesar y darwing

El sabor del agua se debe principalmente al contenido de materia orgánica y al cloro, otras veces puede ser por fenol que proviene de afluentes de las industrias. Este tratamiento del agua es adecuado cuando se trató con cloro y están presentes trazas de impurezas que producen sabor al agua. Se agrega el amoníaco gaseoso y la reacción entre el amoníaco y el cloro produce la dicloramina (NHCl2), que probablemente, la dicloramina no tenga propiedades esterilizantes pero al descomponerse libera cloro que sí es bactericida. La adición del amoníaco estabiliza al cloro por lo que su acción es más prolongada y esto es importante para cuando el agua es almacenada después de ser tratada.    El grado de contaminación de las aguas residuales y la eficacia del proceso de esterilización se determina mediante una prueba bacteriológica para el Bacillus coli.  Cuanto menor sea la cantidad de agua en la cual se pueda encontrar la bacteria, mayor es el grado de contaminación de esa agua. El proceso de esterilización es más eficaz cuanto mayor sea el volumen de agua tratada que hay que utilizar para encontrar al Bacillus coli.   El cloro, el hipoclorito de sodio y la mezcla amoníaco-cloro se utilizan mucho para la desinfección del agua de las albercas. 

Para la esterilización de las aguas también se utiliza al ozono y a las radiaciones ultravioleta. La radiación de las lámparas de cuarzo-mercurio a presión elevada y con un tiempo de contacto de 1.75 segundos se ha logrado una destrucción eficaz del Bacillus coli y del Bacillus typhosus.

Tratamiento con exceso de cal

Este tratamiento se utiliza para realizar un reblandecimiento parcial unido a una disminución sustancial del número de bacterias, por ejemplo, hay aguas crudas de una dureza de alrededor de 45 partes/100,000 y que contienen Bacillus coli detectable en un centímetro cúbico de agua. Primero se almacena 8 o 9 días el agua y luego se trata con hidróxido de calcio y sulfato alumínico (la dosificación se hace con un exceso de cal que asciende a  partes de hidróxido de calcio en 100,000 partes). Una vez que se ha depositado el sedimento, el exceso de hidróxido de calcio se elimina tratándolo con bióxido de carbono con lo que se forma el carbonato de calcio que precipita y se elimina por medio de filtración rápida. Se representa mediante la ecuación química:

Ca(OH)2 + CO2 --------> CaCO3 + H2O

Como resultado de este tratamiento la dureza del agua se reduce a 10 partes/100 000 y no se ha encontrado en muestras de 100 centímetros cúbicos de agua al Bacillus coli.

Ablandamiento del agua por la cal sodada (adrian y yovanna)

    La dureza permanente que es debida a sulfatos de calcio y de magnesio solubles no puede eliminarse por ebullición del agua.

Este es el método químico más importante para el ablandamiento del agua. En este proceso las sales solubles se transforman químicamente en compuestos insolubles, que son en parte precipitados y en parte filtrados. Generalmente es necesario agregar los reactivos, uno para eliminar la dureza temporal provocada por el carbonato ácido de calcio y a las sales de magnesio, y el otro reactivo, para eliminar la dureza permanente originada por el sulfato de calcio. En el proceso de la cal sodada se agrega al agua una suspensión lechosa de cal (hidróxido de calcio) en cantidad necesaria  junto con una cantidad de solución de carbonato sódico y se precipita el carbonato de calcio formado, de acuerdo a la ecuación química:

 2Ca(OH)2 +  Mg(HCO3)2 <===>  2 CaCO3 + Mg (OH)2 + 2 H2O

    La reacción entre el hidróxido de calcio y el bicarbonato de magnesio produce el carbonato de magnesio que precipita y se representa mediante la ecuación química:

2 Ca(OH)2(aq) +  Mg(HCO3)2(aq)  <===>  2 MgCO3(S) +  CaCO3 + 2 H2O(L)

La reacción entre el sulfato de magnesio y el hidróxido de calcio produce el sulfato de calcio que precipita y el hidróxido de magnesio que genera dureza permanente, se representa mediante la ecuación química:

MgSO4 + Ca(OH)2 <====>  Mg(OH)2  +  CaSO4

A pequeña escala, los bicarbonatos solubles pueden eliminarse agregando amoníaco o hidróxido de sodio, de acuerdo a las ecuaciones químicas: 

Ca(HCO3)2(aq) +  2 NH4OH(aq) <===>  CaCO3(S) + (NH4)2CO3(aq) + 2 H2O(L)

Ca(HCO3)2(aq) +  2 NaOH(aq) <===>  CaCO3(S) + Na2CO3(aq) + 2 H2O(L)

Puede observarse que el hidróxido de calcio elimina los bicarbonatos solubles de calcio y de magnesio completamente, pero la dureza originada por el bicarbonato de magnesio produce un equivalente de sulfato de calcio.

La dureza permanente del agua debida a la presencia del sulfato de calcio se elimina con la adición de carbonato de sodio y la reacción que ocurre entre el sulfato de sodio y el carbonato de sodio produce el carbonato de calcio que precipita y el sulfato de sodio. Agregando un exceso de carbonato de sodio del necesario teóricamente, se logra la

eliminación más rápida y de manera más completa la dureza permanente del agua. Se representa mediante la ecuación química:

CaSO4 + Na2CO3  <====>  CaCO3 + Na2SO4

Para eliminar la dureza temporal y la permanente se puede utilizar jabón. La dureza generada por el carbonato de magnesio no puede eliminarse por calentamiento debido a que no precipita completamente porque es ligeramente soluble.

Modificaciones al proceso de la cal sodada

La eficacia del proceso de la cal sodada puede mejorarse de manera considerable si se agrega una pequeña cantidad de aluminato sódico. Al entrar en solución el aluminato de sodio se hidroliza produciendo hidróxido de sodio e hidróxido alumínico coloidal.

NaAl O2 + 2 H2O  <===>  NaOH + Al (OH)3

A medida que reacciona y se consume el hidróxido de sodio (producido por la hidrólisis del aluminato de sodio) y eliminar el bicarbonato de calcio y las sales de magnesio sigue ocurriendo la hidrólisis del aluminato de sodio.

Al observar las reacciones que ocurren como consecuencia de la hidrólisis del aluminato de sodio se puede dar cuenta de la utilidad del uso del aluminato de sodio al ablandar el agua y acelerar el proceso de precipitación, haciendo más eficiente y rápida la eliminación del hidróxido de magnesio.

Como el hidróxido de sodio elimina un equivalente de la dureza temporal generada por el bicarbonato de calcio o un equivalente de bicarbonato de magnesio el empleo del aluminato de sodio permite reducir la cantidad requerida de hidróxido de calcio.

Luego el hidróxido de sodio formado reacciona eliminando la dureza generada por el bicarbonato de calcio de acuerdo a la ecuación química:

 Ca(HCO3)2(aq) +  2 NaOH(aq) <===>  CaCO3(S) + Na2CO3(aq) + 2 H2O(L)  

Ablandamiento del agua con carbonato bárico y cal

 Esta modificación al proceso de la cal sodada se utiliza tanto para ablandar el agua  como para reducir la cantidad de sólidos disueltos. En este proceso la dureza temporal y las sales de magnesio se eliminan por la acción de la cal.

La reacción entre el carbonato de bario y el sulfato de calcio produce el carbonato de calcio y el  sulfato de bario los cuales son insolubles y precipitan, según la ecuación química:

BaCO3 + CaSO4 -------> CaCO3 + BaSO4

Cuando se utiliza el carbonato de sodio pasa a la solución un equivalente de sulfato de sodio correspondiente al sulfato de calcio eliminado.

Ablandamiento del agua por zeolitas AIDA Y PAMELA

Este método sirve para eliminar dureza del agua y los constituyentes formadores de incrustaciones pero no reduce la cantidad total de sólidos disueltos, puesto que se forman carbonato y sulfato de sodio equivalentes a las sales productoras de dureza eliminadas. La palabra zeolita se aplica a un grupo de minerales que son esencialmente silicatos hidratados de aluminio, calcio, sodio, potasio o hierro. Las zeolitas que se utilizan para el ablandamiento de aguas son las de silicatos de aluminio y sodio, tanto naturales (natrolita y analcina) como sintéticas que tienen la propiedad de poder cambiar sus bases.  Los iones aluminio y potasio sustituyen al ion silicio. El ion aluminio toma el lugar del ion silicio en el centro de un tetraedro del ion silicato y el ion potasio (que es monovalente) se coloca en algún lugar cercano en un orificio de la estructura cristalina. La natrolita, Na2(Al2Si3O10)2.H2O, y las zeolitas sintéticas se caracterizan por tener una estructura porosa a través de la cual puede pasar la molécula de agua con relativa facilidad. La zeolita natural  se obtiene a partir de la glauconita que es un silicato amorfo hidratado de fierro y potasio que casi siempre contiene calcio y magnesio. Las zeolitas naturales no son muy reactivas comúnmente pero son más estables que las sintéticas.

Cuando el agua que contiene disueltas las sales de calcio o de magnesio pasa lentamente a través de un lecho de zeolita  de sodio insoluble triturada, los iones de calcio y de magnesio en solución tienden a ser atraídos por el mineral, y los iones potasio o sodio se desprenden de la zeolita y se intercambian por el ion calcio o el ion magnesio. A este proceso se le conoce como intercambio iónico. De esta manera la zeolita de sodio se convierte, gradualmente, en una zeolita insoluble de calcio y magnesio, mientras que el agua contiene los iones sodio en cantidad equivalente a los iones de calcio y magnesio que han sido eliminados. Entre las resinas de intercambio iónico está la polimerización fenol-formaldehído en la que el ácido fenolsulfónico sustituye parte del fenol. El polímero resultante contiene grupos ácido sulfónico (SO3H1- ) a lo largo  de la cadena y puede actuar como resina de intercambio iónico. Utilizándola junto con una resina que intercambie iones OH - por iones negativos tales como los cloruros, carbonatos y bromuros se pueden eliminar sales del agua. El intercambiador de iones H+ elimina a los iones como los de sodio, potasio, magnesio, calcio, fierro y libera iones hidrógeno en el agua, mientras que el otro elimina los iones como cloruros, sulfatos y carbonatos.

Las resinas sintéticas del tipo fenol-formaldehído pueden absorber cationes de las soluciones acuosas diluidas y tener propiedades cambiadoras de hidróxidos. Las resinas más eficaces de este tipo se preparan condensando fenoles polihídricos, tales como el resorcinol, pirogalol, ácido tánico , ácido gálico con formaldehído. Su actividad se incrementa calentando el fenol con sulfato de sodio acuoso durante varias horas antes de la condensación. Las resinas sintéticas básicas preparadas a partir de la m-fenilendiamina y compuestos similares pueden absorber aniones como el ion cloruro después de activarlas por

tratamiento con álcalis. Con el empleo consecutivo de estos dos tipos de resinas puede eliminarse del agua tanto los radicales alcalinos como los ácidos e incluso el agua de mar puede purificarse casi como si fuera agua destilada.

La zeocarb es una sustancia de este tipo y se obtiene tratando carbón o lignito con ácido sulfúrico fumante, ácido clorosulfónico o anhídrido sulfúrico. Presenta propiedades como las de las zeolitas de intercambio normal de álcalis, y el ion hidrógeno de la resina puede intercambiarse por otros cationes, de tal manera que los sólidos totales se pueden eliminar del agua. La regeneración de estas sustancias y de las resinas sintéticas se completa por tratamiento con salmuera y ácido sulfúrico.

La zeolita inactiva puede  regenerarse lavando el lecho con una solución concentrada de cloruro de sodio. De esta manera la zeolita puede volverse a utilizar para eliminar los iones de calcio y magnesio. La zeolita puede utilizarse casi indefinidamente alternando el uso y la regeneración con la solución de cloruro de sodio y el lavado. Siempre hay que reponer una cierta cantidad de zeolita ya que se desintegra cierta cantidad, especialmente si se utiliza agua caliente o si se deja que la zeolita se agote demasiado antes de la regeneración.

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TRATAMIENTO 1º, 2º Y 3ºComo la concentración de materia orgánica en las aguas de desecho puede ser muy alta, la mayor parte de las grandes industrias se la eliminan mediante el cultivo de bacterias (areobias y anaerobias) en grandes estanques llamados facultativos. Sin embargo, existe materia orgánica que no se comen las bacterias y se le llama material refractario, el cual es eliminado mediante carbón activado que tiene la propiedad de adsorber muchos de los materiales refractarios a los sistemas biológicos. Para eliminar contaminantes orgánicos y algunos sólidos en suspensión se usa carbón activado porque es muy poroso y tiene una gran superficie de contacto a la cual se adhieren y son eliminados.

Algunos sistemas de digestión biológica utilizan el carbón activado en polvo para concentrar la fuente de alimento de las bacterias para que conviertan de manera más eficiente a la materia orgánica en biomasa o hasta en bióxido de carbono. Cuando los niveles de pureza del agua son aceptables entre 10 y 20 mg de material orgánico/L de agua como Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), es suficiente la instalación de filtros de carbón activado con flujo descendente. Pero si se requiere de un mayor grado de pureza entonces es conveniente la instalación del proceso a contracorriente con un tiempo de residencia de 20 minutos. Como el carbón activado es capaz de adsorber muchos compuestos orgánicos que no son biodegradables, resulta muy útil en el tratamiento de aguas de desecho de refinerías y de algunas industrias. También, en países desarrollados, lo utilizan en las plantas de tratamiento de aguas de desecho a pequeña escala, como en centros comerciales, unidades habitacionales o pequeñas poblaciones.

El carbón activado que se utiliza en el tratamiento de aguas de desecho puede ser

regenerado térmicamente con la pérdida de alrededor del 5 %. Cada kilogramo de carbón activado puede adsorber entre 200 y 400 g de materia orgánica antes de requerir ser regenerado. En países subdesarrollados los ecosistemas naturales y los ecosistemas planeados para purificar las aguas de desecho, son los más baratos y adecuados, pero estos sistemas requieren de campos  Análisis del agua El desarrollo de los métodos analíticos para medir la clase y cantidad de las sustancias disueltas en el agua ha avanzado paralelamente a los adelantos en la química analítica y tales métodos son modificaciones de las técnicas y procedimientos que se utilizan para otros propósitos. Además de las consideraciones de precisión, exactitud, facilidad para la toma de muestras y rapidez de respuesta y costos de los métodos que influyen en la selección de los métodos analíticos que se utilizan en los laboratorios. Los diferentes métodos analíticos se basan en los procedimientos de gravimetría y volumetría clásicos: el calcio se determina por la precipitación del oxalato de calcio, seguido de la calcinación y la cuantificación del peso del óxido de calcio formado; el magnesio por la precipitación del fosfato de amonio y magnesio, seguido de la calcinación y determinación del pirofosfato de magnesio; el bario por la formación del sulfato de bario; el potasio por la formación del cloroplatinato de potasio, seguido de la cuantificación del platino metálico después de la reducción con hidrógeno; el sodio se cuantifica indirectamente, por la diferencia entre las sumas de todos los cationes como sulfatos y la suma del magnesio, calcio y potasio calculados como sulfatos.

El análisis de las aguas negras es necesario para cuantificar la cantidad de impurezas y determinar sus efectos, por eso se utilizan diferentes métodos para conocer las características, composición y condición de las aguas negras. Estos ensayos incluyen el examen físico, determinación de la cantidad de sólidos, de la cantidad de materia orgánica para determinar la demanda de oxígeno. Además, de observación al microscopio y análisis químicos y bacteriológicos.

El análisis de sólidos o de residuos proporciona el tipo de sólidos, la dureza del agua y el estado de los sólidos, cuantifica la cantidad de sustancias disueltas y en suspensión. La calcinación separa a los componentes volátiles de los no volátiles o de la ceniza inorgánica. La cuantificación de los sólidos en suspensión sirve para determinar las características de producción de sedimentos del agua negra. La cuantificación de la materia orgánica sirve para averiguar las necesidades de oxígeno de las aguas negras. El agua negra se calienta en presencia de un agente oxidante como el dicromato de potasio. Este ensayo es de uso limitado. El ensayo para determinar el consumo de oxígeno utiliza permanganato de potasio como agente oxidante. El resultado es un índice de la cantidad de materia orgánica fácilmente oxidable. Los datos expresan, aproximadamente, el porcentaje de oxígeno disponible en el agua. Los ensayos para determinar la cantidad de nitrógeno incluyen al amoníaco, nitrógeno orgánico, nitritos y nitratos. Los ensayos bacteriológicos se utilizan principalmente para determinar la presencia de los

microorganismos del grupo coliforme, se realizan en las corrientes de las aguas ya tratadas con cloro para valorar la eficacia del proceso de cloración. Cuando las aguas estaban contaminadas por heces fecales las determinaciones incluyen a microorganismos del grupo Salmonella o del grupo disentérico.

Las aguas negras (luis y jose)

La naturaleza procesa la contaminación que produce mediante procesos cíclicos (geoquímicos), pero actualmente le resultan insuficientes para procesar tanto la contaminación que es generada por las actividades del hombre como la propia. En todos los grandes centros urbanos del planeta Tierra se generan grandes cantidades de aguas negras como consecuencia del desarrollo de las actividades humanas, por lo que las principales fuentes de aguas negras son la industria, la ganadería, la agricultura y las actividades domésticas que se incrementan con el crecimiento de la población humana. Por otra parte, en la mayoría de los países los sistemas de aguas negras domésticas es el mismo para recibir las aguas pluviales lo cual provoca mayores problemas de contaminación porque acelera la distribución de aguas negras a lugares no previstos para ello

Las aguas negras son generadas por las actividades humanas y sólo en países desarrollados son tratadas parte de ellas, para eliminarles los componentes considerados peligrosos y para reducir la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) antes de ser arrojados a los conductos de aguas negras. Sin embargo, en casi todos los países todavía las industrias arrojan las aguas de desecho a los desagües sin ningún tratamiento previo y en la mayoría de los países subdesarrollados son pocas las industrias que le dan algún tratamiento antes de ser desechadas, lo que a nivel global hace que el problema de la generación de las aguas negras aumente a medida que crece la población, la  industria y las demás actividades humanas. Los contamiantes biodegradables de las aguas negras pueden ser degradados mediante procesos naturales o en sistemas de tratamientos hechos por el hombre, en los que acelera el proceso de descomposición de la materia orgánica con microorganismos.  Se le llama tratamiento primario de aguas negras al proceso que se usa para eliminar los sólidos de las aguas contaminadas; secundario, al que se usa para reducir la cantidad de materia orgánica por la acción de bacterias (disminuir la demanda bioquímica de oxígeno) y terciario, al proceso que se usa para eliminar los productos químicos como fosfatos, nitratos, plaguicidas, sales, materia orgánica persistente, entre otros.

Entre las disciplinas que participan en los proceso de tratamientos de aguas contaminadas se encuentran: ingenierías y ciencias exactas (ingeniería química, ingeniería civil, ingeniería mecánica y eléctrica, química y física), ciencias de la vida (biología , biología marina, microbiología, bacteriología), ciencias de la tierra (geología, hidrología, oceanografía) y, ciencias sociales y económicas (leyes, sociología, ciencias políticas, relaciones públicas, economía y administración).

Tratamiento primario de las aguas negras

Entre las operaciones que se utilizan en los tratamientos primarios de aguas contaminadas están: la filtración, la sedimentación, la flotación, la separación de aceites y la neutralización. El tratamiento primario de las aguas negras es un proceso mecánico que utiliza cribas para separar los desechos de mayor tamaño como palos, piedras y trapos. Las aguas negras de las alcantarillas llegan a la cámara de dispersión en donde se encuentran las cribas, de donde pasan las aguas negras al tanque de sedimentación, de donde los sedimentos pasan a un tanque digestor y luego al lecho secador, para luego ser utilizados como fertilizante en las tierras de cultivo o a un relleno sanitario o son arrojados al mar. Del tanque de sedimentación el agua es conducida a un tanque de desinfección con cloro (para matarle las bacterias) y una vez que cumpla con los límites de depuración sea arrojada a un lago, u n río o al mar.

Otra manera de hacer el tratamiento primario a las aguas negras conocidas también como aguas crudas de albañal, consiste en hacerla pasar a través de una criba de barras para separar los objetos de mayor tamaño. Algunas plantas de tratamiento de aguas negras tienen trituradores para los objetos grandes con el objeto de que no obstruyan esta etapa del tratamiento. Luego pasan las aguas a un tanque de sedimentación donde fluye lentamente para que sedimenten las piedras, arena y otros objetos pesados. De éste tanque las aguas negras pasan a otro grande llamado de asentamiento, en donde se sedimentan los sólidos en suspensión (quedan como lodos en el fondo del tanque) y, los aceites y las grasas flotan en forma de nata o espuma.

Después de este proceso, en algunos casos, el agua que queda entre el lodo y la nata se escurre o libera al ambiente o se le da un tratamiento con cloro (proceso de cloración) para matarle las bacterias antes de ser arrojadas al ambiente o se hace pasar al tratamiento secundario. El tratamiento primario de las aguas negras elimina alrededor del 60 % de los sólidos en suspensión y el 35 % de los materiales orgánicos (35 % de la demanda bioquímica de oxígeno).  Solamente en los países desarrollados se trata cerca del 30 % de las aguas negras domésticas mediante el tratamiento primario y cerca del 60 % se somete al tratamiento secundario ya que éste cuesta aproximadamente el doble de lo que cuesta el tratamiento primario.

Tratamiento secundario de las aguas negras ( jose Aquino y gina)

Entre las operaciones que se utilizan en el tratamiento secundario de las aguas contaminadas están: el proceso de lodos activados, la aireación u oxidación total, filtración por goteo y el tratamiento anaeróbico.

El tratamiento secundario de aguas negras es un proceso biológico que utiliza bacterias aerobias como un primer paso para remover hasta cerca del 90 % de los desechos biodegradables que requieren oxígeno. Después de la sedimentación, el agua pasa a un tanque de aereación en donde se lleva a cabo el proceso de degradación de la materia

orgánica y posteriormente pasa a un segundo tanque de sedimentación, de ahí al tanque de desinfección por cloro y después se descarga para su reutilización.

El tratamiento secundario más común para el tratamiento de aguas negras es el de los lodos activados. Las aguas negras que provienen del tratamiento primario pasan a un tanque de  aireación en donde se hace burbujear aire o en algunos casos oxígeno, desde el fondo del tanque para favorecer el rápido crecimiento de las bacterias y otros microorganismos. Las bacteria utilizan el oxígeno para descomponer los desechos orgánicos de las aguas negras. Los sólidos en suspensión y las bacterias forman una especie de lodo conocido como lodo activado, el cual se deja sedimentar y luego es llevado a un tanque digestor aeróbico para que sea degradado. Finalmente el lodo activado es utilizado como fertilizante en los campos de cultivo, incinerado, llevado a un relleno sanitario o arrojado al mar. Otras plantas de tratamiento de aguas negras utilizan un dispositivo llamado filtro percolador en lugar del proceso de lodos activados. En este método, las aguas negras a las que les han sido eliminados los sólidos grandes, son rociadas sobre un lecho de piedras de aproximadamente 1.80 metros de profundidad. A medida que el agua se filtra entre las piedras entra en contacto con las bacterias que descomponen a los contaminantes orgánicos. A su vez, las bacterias son consumidas por otros organismos presentes en el filtro. Del tanque de aireación o del filtro percolador se hace pasar el agua a otro tanque para que sedimenten los lodos activados. El lodo sedimentado en este tanque se pasa de nuevo al tanque de aireación mezclándolo con las aguas negras que se están recibiendo o se separa, se trata y luego se tira o se entierra.

Una planta de tratamiento de aguas negras produce grandes cantidades de lodos que se necesitan eliminar como desechos sólidos. El proceso de eliminación de sólidos de las aguas negras no consiste en quitarlos y tirarlos, sino que se requiere tratarlos antes de tirarlos y su eliminación es muy complicada y costosa.

Algunas plantas de tratamiento de aguas negras utilizan filtros trompa, en donde las bacterias aerobias llevan a cabo el proceso de degradación de la materia orgánica cuando las aguas escurren a través de un lecho grande lleno de piedra triturada cubierta de bacterias aerobias y de protozoarios.

Como los tratamientos primario y secundario de aguas negras no eliminan a los nitratos ni a los fosfatos, éstos contribuyen a acelerar el proceso de eutroficación de los lagos, de las corrientes fluviales de movimiento lento y de las aguas costeras.

Como los tratamientos primario y secundario de las aguas negras no eliminan productos químicos persistentes como los plaguicidas, ni los radioisótopos de vida media grande, los ambientalistas los consideran insuficientes, limitados e imperfectos, por lo que exigen que se debe hacer un mejor tratamiento de las aguas negras y de los desechos industriales, así como evitar una sobrecarga.

Entre el tratamiento primario y secundario de las aguas negras eliminan cerca del 90 % de los sólidos en suspensión y cerca del 90 % de la materia orgánica (90 % de la demanda bioquímica de oxígeno). Una parte de los sólidos eliminados en este tratamiento se utiliza

para la elaboración de fertilizantes pero la mayor parte de ellos se usa de relleno de terrenos o se tira al mar.

En Estados Unidos, el tratamiento primario y el secundario combinados deben ser utilizados en todas las comunidades que cuenten con plantas de tratamiento de aguas de desecho. Sin embargo, este procedimiento deja todavía en el agua tratada entre un 3 y un 5 % en peso de los desechos que requieren oxígeno, 3 % de los sólidos en suspensión, 50 % del nitrógeno (principalmente en forma de nitrato), 70 % del fósforo (principalmente en forma de fosfatos) y 30 % de la mayoría de los compuestos de metales tóxicos y de productos químicos orgánicos.

Tratamiento terciario de las aguas negras (margarita y gaudi)

Entre las operaciones que se utilizan en el tratamiento terciario de aguas contaminadas están: la microfiltración, la coagulación y precipitación, la adsorción por carbón activado, el intercambio iónico, la ósmosis inversa, la electrodiálisis, la remoción de  nutrientes, la cloración y la ozonización.

A cualquier tratamiento de las aguas negras que se realiza después de la etapa secundaria se le llama tratamiento terciario y en este, se busca eliminar los contaminantes orgánicos, los nutrientes como los iones fosfato y nitrato o cualquier exceso de sales minerales. En el tratamiento terciario de aguas negras de desecho se pretende que sea lo más pura posible antes de ser arrojadas al medio ambiente. Dentro del tratamiento de las aguas de desecho para la eliminarles los nutrientes están la precipitación, la sedimentación y la filtración. Actualmente se aplican muy pocos tratamientos terciarios a las aguas negras domésticas.

Proceso de cloración

El método de cloración es el más utilizado, pero como el cloro reacciona con la materia orgánica en las aguas de desecho y en el agua superficial produce pequeñas cantidades de hidrocarburos cancerígenos. Otros desinfectantes como el ozono, el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) y luz ultravioleta empiezan a ser empleados en algunos lugares, pero son más costosos que el de cloración.

El proceso más utilizado para la desinfección del agua es la cloración porque se puede aplicar a grandes cantidades de agua y es relativamente barato. El cloro proporciona al agua sabor desagradable en concentraciones mayores de 0.2 ppm aunque elimina otros sabores y olores desagradables que le proporcionan diferentes materiales que se  encuentran en el agua. Aunque el cloro elemental o en forma atómica se puede usar para la desinfección del agua, son más utilizados algunos de los compuestos de cloro como el ácido hipocloroso, el hipoclorito de sodio, el hipoclorito de calcio y el peróxido de cloro.

Algunas de las reacciones químicas que ocurren entre compuestos de cloro y el agua se representan en las ecuaciones químicas siguientes:

  Hidrólisis del cloro:  Cl2  +  2 H2O -----> HCl  +  H3O1+  +  Cl1-

  Disociación del ácido hipocloroso:  HClO  + H2O ----> H3O1+  +  ClO1- 

 Acidificación del hipoclorito de sodio: NaClO  +  H1+ ---->  Na1+  +  HClO 

El cloro puede formar con el amoníaco las cloraminas que también tienen acción desinfectante. El peróxido de cloro también es capaz de oxidar a los fenoles.       El cloro tiene una acción tóxica sobre los microorganismos y actúa como oxidante sobre la materia orgánica no degradada y sobre algunos minerales. El cloro no esteriliza porque aunque destruye microorganismos patógenos no lo hace con los saprofitos.      El tratamiento biológico puede resumirse en el siguiente diagrama: