1. DESINFECCIÓN CON OZONO

Algunos de los productos que utilizan actualmente los países para la desinfección de agua son el CLORO y el OZONO. En general, ambos elementos realizan la misma misión, tratamiento del agua por oxidación química.

Desde hace mucho tiempo se viene intentando la destrucción de los gérmenes patógenos por oxidación basándose en reacción química. Normalmente constituye la etapa final de otros tratamientos: almacenaje, filtración, floculación, decantación, etc.En esta última etapa de tratamiento por oxidación, se han venido utilizando como reactivos el cloro y sus derivados, el bromo, yodo, ozono, permanganato potásio e incluso el agua oxigenada lo cual originan malos olores y sabores los cuales permanecen después del tratamiento en el agua pudiendo resultar nocivos para la salud.El ozono, dado que es el mayor oxidante conocido después del flúor, es más rápido en su actuación siendo inodoro e insípido y no se le conocen derivados que puedan ser perjudiciales para la salud. El OZONO es el oxidante más potente que puede producirse industrialmente de forma económica

Las razones para que se haya divulgado y generalizado el uso del cloro frente al del ozono han sido: Precio, era más barata en principio.

De forma general, podríamos decir que las ventajas del OZONO son:

Eliminación del color, olor y sabor del agua. Reducción de la turbiedad, contenido en sólidos en suspensión y las demandas

químicas y biológicas del oxígeno. El ozono es un producto desinfectante, no solo elimina las bacterias patógenas,

sino que, además, inactiva los virus y otros microorganismos que no son sensibles a la desinfección con cloro.

1.1. OZONO EN ALIMENTOS

a)carnes y pescado

Tal vez sean los productos más perecederos.

Para su conservación y almacenaje se requiere el frío y la congelación; pero no basta con esto. Los gérmenes y mohos que habitan en las superficies y que han sido paralizados mediante el frío de las cámaras frigoríficas vuelven a recobrar su vigor, una vez han salido de éstas.

El ozono destruye estos agentes dañinos, garantizando una asepsia total en la carne. Es conveniente la ozonización desde el primer proceso que experimenta la carne, ya desde el troceado, transporte, congelación y conservación, hasta el momento de su consumo. Con el ozono se obtiene además un mejor aspecto y presentación de las mercancías, al impedir la formación de mohos y la putrefacción.

b)Huevos

Se alteran por putrefacción bacteriana y por hongos, proceso que se retarda mediante almacenamiento a baja temperatura.

Mientras los huevos permanecen almacenados, los mohos pueden desarrollar dentro del huevo, entre la cáscara del huevo y la membrana, una pequeña bolsa de aire, si la humedad relativa no está convenientemente controlada.

El ozono, una vez más viene a resolver este problema impidiendo dicho desarrollo y prolongando el período de almacenaje sin presentar disminución alguna en calidad y aspecto.

c)Frutas y Verduras

Es uno de los tipos de alimentos más delicados a la hora de la conservación y almacenaje, y es por ello por lo que merece ser objeto de especial atención y mayores cuidados.

Hay variedades de frutas que entran en putrefacción en poco tiempo.Contienen un porcentaje de agua alrededor de un 90%, lo que hace que el ambiente de las dependencias de almacenamiento tenga una elevada humedad relativa. Esta proporciona el medio más adecuado para el desarrollo de colonias de gérmenes, así como un clima más favorable para las Fermentaciones.

El ozono no solamente preserva la fruta de la formación de mohos y colonias de bacterias, sino que mantiene los locales sin las desinfecciones que éstos requieren entre dos remesas consecutivas

Las siguientes ventajas del almacenamiento con ozono de las manzanas con respecto al almacenamiento habitual son:

La velocidad de maduración es la mitad para una temperatura dada. Se evita la degradación debida a las bajas temperaturas porque pueden

emplearse temperaturas de unos 4,5 grados centígrados, que están por encima del límite necesario para que las frutas sufran tal modificación.

La consistencia de las frutas prácticamente no cambia durante mucho tiempo. Las larvas de la mariposa ARGYROTAENIA CITRANA, que se alimentan de la

superficie de la fruta, se destruyen.

2. CARACTERÍSTICAS DEL OZONO.

El ozono es producido a partir del oxigeno puro y vuelve al oxigeno puro; este desaparece sin dejar rastro en cuanto ha sido usado una vez. Cuando el ozono desinfecta o descompone bacterias o contaminantes daninos, no hay generalmente subproductos, a diferencia de muchos agentes desinfectantes.Las principales propiedades fisicoquimicas del ozono se muestran en la tabla1Tiene un olor ocre caracteristico asociado generalmente a las chispas y a las tormentas electricas. El olor es generalmente perceptible por la nariz humana en concentraciones entre 0.02 y 0.05 ppm. El ozono es altamente corrosivo y toxico. El ozono es poco soluble en agua, debido a esto es capaz de oxidar gran cantidad de compuestos orgánicos e inorgánicos en el agua. [4].

Porque el ozono es un gas inestable, puede haber peligro de explosión a altas temperaturas en presencia de materiales tales como hidrogeno, hierro, cobre y cromo. En la práctica, se han provocado ocasionalmente incendios dentro de los generadores de ozono, pero a excepción de experimentos bajo condiciones extremas, se sabe que no existen informes de explosiones.

Tabla 1 características del ozono

3. TANQUES DE CONTACTO.

Para que el ozono haga su trabajo de desinfección y oxidación, debe entrar en contacto con el agua y absorberse de la manera más eficiente posible.Generalmente, esto se realiza a través de difusores de burbujas finas ubicados en cámaras con deflectores o en un contacto de tipo turbina. Los difusores de cámara con deflectores parecen ser los más comunes. El número de cámaras, su geometria, los sistemas difusores y su operación varían de una planta a otra y dependen de la experiencia de los ingenieros de diseño.

La Figura 1 muestra el diseño característico para un contacto de cámara con deflectores.Un contacto de ozono típico generalmente tiene varios compartimientos en serie con difusores de burbuja en el fondo. En el primer compartimiento, el agua fluye hacia abajo en sentido contrario al de las burbujas, que ascienden, y en el segundo compartimiento el agua fluye hacia arriba. Las cámaras se 15 cubren para prevenir el escape de ozono y aumentar la presión parcial del ozono en el contacto. Las cámaras adicionales garantizan el tiempo de contacto entre el ozono y el agua. Cada una de las cámaras tiene puntos de muestreo para que se pueda determinar la concentración de ozono en cada cámara. Esto es necesario para calcular la concentración del producto y tiempo de retención a fin de conseguir el valor CT requerido. La ultima cámara todavía debe tener una concentración de ozono de 0.1 ppm.

Figura 1 : camara con deflectores

4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL OZONO.

4.1. Ventajas del Ozono.Algunas de las ventajas del uso del ozono en agua son:

Mata los microorganismos más efectivamente que el cloro. Oxida hierro y manganeso, lo cual permite remover color. Es uno de los químicos desinfectantes más eficientes, requiere un tiempo de

contacto relativamente corto. No genera THMs. Protege contra la infeccion del envase y tapon en el agua embotellada. Mantiene un ambiente esteril en el cuarto de llenado. Es un producto natural (oxigeno activado). Desinfeccion sin dejar sabores desagradables permanentes en el agua. No existe riesgo de sobre-dosificacion. No produce subproductos halogenados, excepto en agua con alta concentracion de bromo. No requiere de manejo de productos quimicos. Bajo costo de operacion.

4.2. Desventajas del Ozono.

Se forman subproductos, principalmente por bromato y bromo substituido, así como en presencia de bromatos, aldehidos y cetonas.

La generación de ozono requiere de una alta cantidad de energía y debe ser generado en el lugar donde se va a aplicar.

Ozono es altamente corrosivo y toxico. La cantidad de ozono disminuye rápidamente con pH alto y a altas

temperaturas. Sabor/olor residual temporal. Olor en el área de trabajo. Produce material biodegradable que debe ser controlado. 2.5 Aplicaciones del Ozono.

5. DESINFECCION DE AGUA POR MEDIO DE LUZ ULTRAVIOLETA

La luz ultravioleta (UV) es una alternativa de desinfección al uso del cloro y ozono en muchas aplicaciones de tratamiento de aguas potables y residuales. UV provee desinfección efectiva sin producción de subproductos de desinfección problemáticos. Se presenta información sobre el mecanismo de aplicación de UV para desinfección de agua potable. Se discuten las ventajas y desventajas de la técnica con miras a su comparación con la desinfección química. Se indica información práctica acerca del diseño del sistema UV, su operación y mantenimiento así como costos de capital, operación y mantenimiento para un rango de estrategias de desinfección.

5.1. Cómo funciona la desinfección

“Microorganismo” es un término amplio que incluye varios grupos de gérmenes patógenos. Difieren en forma y ciclo de vida, pero son semejantes por su pequeño tamaño y simple estructura relativa. Los cinco grupos principales son virus, bacterias, hongos, algas y protozoarios. Observando una célula básica de bacteria, nos interesa la pared de la célula, la membrana citoplasmática y el ácido nucleico.

El blanco principal de la desinfección mediante la luz ultravioleta es el material genético—el ácido nucleico. Los microbios son destruidos por la radiación ultravioleta cuando la luz penetra a través de la célula y es absorbida por el ácido nucleico. La absorción de la luz ultravioleta por el ácido nucleico provoca una reordenación de la información genética, lo que interfiere con la capacidad reproductora de la célula. Por consiguiente, los microorganismos son inactivados por la luz UV como resultado del daño fotoquímico que sostiene el ácido nucleico.

La alta energía asociada a la corta longitud de onda (240 – 280 nm)

Figura 1

5.2. Dosificación de luz UV

La siguiente fórmula muestra la manera de calcular la dosificación de luz UV:

Dosificación = Intensidad × Tiempo de Retención

Donde: Dosificación, intensidad medida en microwatt-segundos por centímetro

cuadrado (μWs/cm2). El tiempo es medido en segundos (s). NOTA: 1,000 μWs/cm2 = 1 mWs/ cm2 = 1mJ/cm2 (mWs = miliwattsegundos; mJ = milijoules)

5.3. Factores que afectan la desinfección eficaz con UV

• Calidad del agua• Transmisión de luz UV• Sólidos en suspendidos• Nivel de orgánicos disueltos• Dureza total• Condición de la lámpara• Limpieza del tubo de cuarzo• Tiempo de uso de la lámpara• Tratamiento del agua antes de aplicar luz UV• Flujo• Diseño del reactor

Estos factores están relacionados principalmente con la exposición de los contaminantes en el agua y la transmisión eficiente de luz UV para una activación adecuada. Los problemas incluyen el sombreado (cuando los contaminantes pequeños son ofuscados por otros contaminantes presentes en el agua), incrustación o decoloración del tubo de cuarzo, intensidad de la lámpara y flujos no adecuados.

5.4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

a. VENTAJAS:

La desinfección con luz UV es eficaz para la desactivación de la mayoría de los víruses, esporas y quistes.

La desinfección con luz UV es más un proceso físico que una desinfección química, lo cual elimina la necesidad de generar, manejar, transportar, o almacenar productos químicos tóxicos, peligrosos o corrosivo.

No existe ningún efecto residual que pueda afectar a los seres humanos o cualquier organismo acuático.

La desinfección con luz UV es de uso fácil para los operadores. La desinfección con luz UV tiene un período de contacto más corto en

comparación con otros desinfectantes (aproximadamente de 20 a 30 segundos con la utilización de las lámparas de baja presión). El equipo de desinfección con luz UV requiere menos espacio que otros

métodos.

b. DESVENTAJAS

La baja dosificación puede no desactivar efectivamente algunos víruses, esporas y quistes.

Algunas veces los organismos pueden reparar o invertir los efectos destructivos de la radiación UV mediante un “mecanismo de reparación”, también conocido como foto reactivación. o, en ausencia de radiación, como “reparación en oscuro”.

Un programa de mantenimiento preventivo es necesario para controlar la acumulación de sólidos en la parte externa de los tubos de luz.

La turbidez y los sólidos suspendidos totales (SST) en el agua residual hacen que la desinfección con luz UV sea ineficaz. El uso de la desinfección con lámparas UV de baja presión no es tan efectivo en el caso de efluentes secundarios con niveles de SST mayores a 30 mg/L.

La desinfección con luz UV no es tan económica como la desinfección con cloro, pero los costos son competitivos cuando la cloración requiere de cloración y se cumple con los códigos de prevención de incendios.

5.5. Tasas de Inactivación

La Tabla 1 presenta un sumario de inactivación UV observada usando lámparas de baja presión con patógenos viral, bacteriana y protozoarios así como grupos de indicadores microbianos. Las tasas de inactivación microbiana varían dependiendo de la especie microbiana, la población microbiana y la longitud de onda de la luz UV. En general, las bacterias son menos resistentes a UV a 254nm que los virus, los cuales a su vez pueden ser menos resistentes que las esporas de bacterias. Mientras que quistes y oquistes de protozoarios son considerados como los patógenos microbianos más resistentes a UV a 254nm, hay alguna evidencia que los quistes son más susceptibles a ser inactivados por luz UV poli cromática de lámparas de mediana presión (Bukhari et al, 1998). En general, bacterias gran positivas son más resistentes que las gran negativas. La temperatura de agua y pH tienen poco o ningún impacto en la tasa de inactivación de microbios por UV (USEPA, 1996). Los efectos del pH observado con la inactivación del virus bacteriano MS-2 han sido atribuidos a aglutinación de microorganismos inducida por el pH (Malley et al, 1995) en vez de a la variación en la tasa de daño del DNA causado por UV.

La Tabla 1 indica que salvo contadas excepciones, la dosis de inactivación de bacterias patogénicas son muy similares a las dosis requeridas para la desinfección de grupos de indicadores fecales tales como coliformes fecales. Esto no sorprende dado que el mecanismo subyacente de desinfección UV es el mismo

Tabla 1. Dosis UV en MWs/cm2 necesaria para inactivar una población microbiana por 1 Log (90%) y 2 Log (99%).

6. TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS

AGUA: Es el compuesto más abundante y más ampliamente extendido. En estado sólido, en forma de hielo o nieve, cubre las regiones más frías de la tierra; en estado líquido, lagos, ríos, y océanos, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre. Está presente en el aire en forma de vapor de agua. Hay agua en toda materia viva, constituyendo el 65% del cuerpo humano. Todos los alimentos contienen agua.Debido a su gran abundancia y a que su ebullición se efectúa a temperaturas convenientes, puede ser convertida en vapor, resulta un medio ideal para la generación de la fuerza.

CONSTITUYENTES DEL AGUAEl agua es el fluido de trabajo de los sistemas de vapor y una de las sustancias naturales más abundantes; sin embargo, nunca se encuentra en estado puro, adecuado para la alimentación directa de una caldera. Por lo común en estado natural, el agua se encuentra turbia, con materias sólidas en suspensión fina.Incluso cuando está clara, el agua natural contiene soluciones de sales y ácidos que dañan con rapidez el acero y los metales a base de cobre de los sistemas de vapor.Según los elementos que la acompañan, podríamos considerar las mismas en dos grandes grupos: "Elementos Disueltos" y "Elementos en Suspensión", esto lo constituyen los minerales finamente divididos, como las arcillas y los restos de organismos vegetales o animales; y la cantidad de sustancias suspendidas, que son mayor en aguas turbulentas que en aguas quietas y de poco movimiento.Es importante destacar que es necesario añadir a las descritas, los residuos que las industrias lanzan a los recursos fluviales procedentes de distintos procesos de producción.Constituyen los elementos disueltos en el agua, las sustancias orgánicas, los gases disueltos, las sales minerales y la sílice, aunque ésta también suele aparecer como elemento en suspensión en forma de finísimas partículas o coloides.Las aguas pueden considerarse según la composición de sales minerales presentes, en:

Aguas duras:Importante presencia de compuestos de calcio y magnesio, poco solubles, principales responsables de la formación de depósitos e incrustaciones.

Aguas Blandas:Su composición principal está dada por sales minerales de gran solubilidad.

Aguas Neutras:Componen su formación una alta concentración de sulfatos y cloruros que no aportan al agua tendencias ácidas o alcalinas, o sea que no alteran sensiblemente el valor de pH.Aguas Alcalinas:Las forman las que tienen importantes cantidades de carbonatos y bicarbonatos de calcio, magnesio y sodio, las que proporcionan al agua reacción alcalina elevando en consecuencia el valor del pH presente.Los gases disueltos en el agua, provienen de la atmósfera, de desprendimientos gaseosos de determinados subsuelos, y en algunas aguas superficiales de la respiración de organismos animales y vegetales. Los gases disueltos que suelen encontrarse son él oxigeno, nitrógeno, anhídrido carbónico presente procede de la atmósfera arrastrado y lavado por la lluvia, de la respiración de los organismos vivientes, de la descomposición anaeróbica delos hidratos de carbono y de la disolución de los carbonatos del suelo por acción de los ácidos, también puede aparecer como descomposición de los bicarbonatos cuando se modifica el equilibrio del agua que las contenga.

El gas carbónico se disuelve en el agua, en parte en forma de gas y en parte reaccionando con el agua para dar ácido carbónico de naturaleza débil que se disocia como ión bicarbonato y ión hidrógeno, el que confiere al agua carácter ácido.

Problemas derivados de la utilización del agua en calderasLos problemas más frecuentes presentados en calderas pueden dividirse en dos grandes grupos:

Problemas de corrosión Problemas de incrustación

Aunque menos frecuente, suelen presentarse ocasionalmente:Problemas de ensuciamiento y/o contaminación.

PROBLEMAS DE CORROSIÓN:Para que esta aparezca, es necesario que exista presencia de agua en forma líquida, el vapor seco con presencia de oxígeno, no es corrosivo, pero los condensados formados en un sistema de esta naturaleza son muy corrosivos.En las líneas de vapor y condensado, se produce el ataque corrosivo más intenso en las zonas donde se acumula agua condensada. La corrosión que produce el oxígeno, suele ser severa, debido a la entrada de aire al sistema, a bajo valor de pH, el bióxido de carbono abarca por si mismo los metales del sistema y acelera la velocidad de la corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra presente en el oxígeno.El oxígeno disuelto ataca las tuberías de acero al carbono formando montículos o tubérculos, bajo los cuales se encuentra una cavidad o celda de corrosión activa: esto suele tener una coloración negra, formada por un óxido ferrosoférrico hidratado.Una forma de corrosión que suele presentarse con cierta frecuencia en calderas, corresponde a una reacción de este tipo:

3 Fe + 4 H2O ----------> Fe3O4 + 4 H2

Esta reacción se debe a la acción del metal sobre calentado con el vapor.Otra forma frecuente de corrosión, suele ser por una reacción electroquímica, en la que una corriente circula debido a una diferencia de potencial existente en la superficie metálica.Los metales se disuelven en el área de más bajo potencial, para dar iones y liberar electrones de acuerdo a la siguiente ecuación:

En el ánodo Feº - 2 e- ---------------> Fe++

En el cátodo O2 + 2 H2O + 4 e- ----------> 4 HOLos iones HO-

(oxidrilos) formados en el cátodo migran hacia el ánodo donde completan la reacción con la formación de hidróxido ferroso que precipita de la siguiente forma:

Fe ++ + 2 OH- ----------> (HO)2 Fe

Si la concentración de hidróxido ferroso es elevada, precipitará como flóculos blancos.El hidróxido ferroso reacciona con el oxígeno adicional contenido en el agua según las siguientes reacciones:4 (HO)2 Fe + O2 ---------- 2 H2O + 4 (HO)2 Fe2 (HO)2 Fe + HO- ----------> (HO)3 Fe + e(HO)3 Fe ----------> HOOFe + H2O2 (HO)3 Fe ----------> O3Fe2 . 3 H2O

PROBLEMAS DE INCRUSTACIÓN

La formación de incrustaciones en el interior de las calderas suelen verse con mayor frecuencia que lo estimado conveniente.El origen de las mismas está dado por las sales presentes en las aguas de aporte a los generadores de vapor, las incrustaciones formadas son inconvenientes debido a que poseen una conductividad térmica muy baja y se forman con mucha rapidez en los puntos de mayor transferencia de temperatura.Por esto, las calderas incrustadas requieren un mayor gradiente térmico entre el agua y la pared metálica que las calderas con las paredes limpias.Otro tema importante que debe ser considerado, es la falla de los tubos ocasionados por sobrecalentamientos debido a la presencia de depósitos, lo que dada su naturaleza, aíslan el metal del agua que los rodea pudiendo así sobrevenir desgarros o rupturas en los tubos de la unidad con los perjuicios que ello ocasiona.Las sustancias formadoras de incrustaciones son principalmente el carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, sulfato de calcio y sílice, esto se debe a la baja solubilidad que presentan estas sales y algunas de ellas como es el caso del sulfato de calcio, decrece con el aumento de la temperatura. Estas incrustaciones forman depósitos duros muy adherentes, difíciles de remover, algunas de las causas más frecuentes de este fenómeno son las siguientes:

Excesiva concentración de sales en el interior de la unidad. El vapor o condensado tienen algún tipo de contaminación. Transporte de productos de corrosión a zonas favorables para su precipitación. Aplicación inapropiada de productos químicos.

ENSUCIAMIENTO POR CONTAMINACIÓN

Se consideran en este rubro como contaminante, distintas grasas, aceites y algunos hidrocarburos, ya que este tipo de contaminación son las más frecuentes vistas en la industria.Dependiendo de la cantidad y característica de los contaminantes existentes en el agua de aporte a caldera, la misma generará en su interior depósitos, formación de espuma con su consecuente arrastre de agua concentrada de caldera a la línea de vapor y condensado, siendo la misma causante de la formación de incrustaciones y depósitos en la sección post-caldera.La formación de espuma, suele ocurrir por dos mecanismos, uno de ellos es el aumento del tenor de sólidos disueltos en el interior de la unidad, los que sobrepasan los límites aceptados de trabajo, la presencia de algunos tipos de grasas y/o aceites (como ácidos orgánicos) producen una saponificación de las mismas dada la alcalinidad, temperatura y presión existentes en el interior de la caldera.

OBJETIVOS DEL ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA

Evitar la acumulación de incrustación y depósitos en la caldera. Eliminar los gases disueltos en el agua. Proteger la caldera contra la corrosión. Eliminar el acarreo y retardo (vapor). Mantener la eficiencia más alta posible de la caldera. Disminuir la cantidad de tiempo de paralización de la caldera para

limpieza.

TRATAMIENTO PARA AGUA DE CALDERASCon relación al tratamiento de agua para calderas, se ha estudiado ampliamente en el desarrollo de compuestos inorgánicos tales como: fosfatos, sulfitos, aminas, etc., sin embargo todos estos compuestos se comportan exclusivamente como preventivos, esto significa que cuando una caldera ya se encuentra incrustada, estos productos evitarán que dicha incrustación continúe creciendo, pero la incrustación formada no sufrirá disminución alguna (al contrario, tiende a aumentar cuando existen errores en la dosificación) por tanto la desincrustación se deberá realizar manualmente o por medio de recirculación de ácidos teniendo este último los riesgos correspondientes y en ambas opciones se tendrá que parar el funcionamiento del equipo.

La forma más frecuente de expresar la concentración de impurezas es la que relaciona las partes en peso del elemento por millón de partes de agua (ppm) un grano por galón es igual a 17.1 ppm.

Los sólidos productores de espuma en grandes concentraciones dentro del agua de la caldera contribuyen a que esta sea portadora de partículas contaminantes y por ende contaminan el vapor.

Debido a que el agua de la naturaleza no es apropiada para las calderas, es necesario realizar los siguientes tratamientos:

• Separación de los elementos nocivos del agua.• Conversión de las impurezas residuales en formas inocuas.• Remoción sistemática por medio de purgas de los concentrados del

agua de la caldera.

La razón fundamental del tratamiento de las aguas de alimentación y de la caldera es evitar los depósitos de lodos e incrustaciones, que dan lugar a la corrosión de las superficies internas.

La presencia de condiciones ácidas o gases disueltos dan lugar a la corrosión. La corrosión y los depósitos sólidos están estrechamente relacionados. Esto es

debido a que las grandes concentraciones de sólidos a altas temperaturas, crean depósitos y a su vez la corrosión.

Algunas reacciones químicas presentan un ataque ínter granular en el metal, que se vuelve quebradizo hasta que sobreviene la fractura.

El tratamiento más apropiado económicamente justificado, para una planta determinada, depende de las características del agua disponible, en la cantidad de reposición y el diseño de su generador de vapor y sus accesorios.

7. ABSORCIÓN DE CLORO RESIDUAL CON CARBÓN ACTIVADO

Uno de los usos más extendidos del carbón activado, es para la remoción del cloro residual en las aguas potables. La posible reacción entre el carbón y el cloro es:

C(s) + 2H2O(l) +Cl(2) _ CO2(g) + 4HCl(l)

Además de remover el cloro residual que el agua pueda contener, el carbón también adsorbe otras impurezas del agua y le comunica mejores propiedades organolépticas al agua, por lo que su uso es muy difundido.

La razón de remover el cloro, es que este desinfectante es necesario que se encuentre presente en cantidades de 0.5 a 1.5 ppm para evitar que se desarrollen microorganismos en el agua que se empleará posteriormente. Cuando el agua se va a consumir o a emplear en una siguiente etapa, una vez cumplida su función, el cloro debe removerse, pues este desinfectante le comunica sabor al agua que puede ser desagradable para algunos consumidores, o puede interferir en el uso que posteriormente se da a al agua.

Por ejemplo: es indispensable que el agua tenga cloro residual en el rango apropiado cuando sale de una potabilizadora que surte agua a la ciudad. El cloro residual no permite que se desarrollen bacterias o microorganismos que pueden estar presentes en las tuberías que conducen el agua desde la planta hasta los diferentes lugares de consumo, y de esta manera el agua de que dispone el consumidor es completamente segura. Si se va a consumir el agua para beber, el cloro ya no tiene ninguna función, por lo que es deseable remover el cloro residual, lo cual se puede hacer pasando antes el agua por un filtro de carbón.De manera similar, por ejemplo en la industria de elaboración de bebidas (refrescos, cerveza, vinos, jugos, lácteos, agua purificada, etc.), la remoción del cloro residual no solo es conveniente sino indispensable, ya que el carbón activado no solo remueve sabores y compuestos indeseables, sino que el cloro químicamente es muy activo y puede reaccionar con aditivos del producto, deteriorando la calidad de éstos

8. TRATAMIENTOS PRIMARIO SEGUNDARIO Y TERCIARIO DE AGUAS RESIDUALES

El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes en el agua efluente del uso humano.

La tesis fundamental para el control de la polución por aguas residuales ha sido tratar las aguas residuales en plantas de tratamiento que hagan parte del proceso de remoción de los contaminantes y dejar que la naturaleza lo complete en el cuerpo receptor. Para ello, el nivel de tratamiento requerido es función de la capacidad de auto purificación natural del cuerpo receptor. A la vez, la capacidad de auto purificación natural es función, principalmente, del caudal del cuerpo receptor, de su contenido en oxígeno, y de su "habilidad" para reoxigenarse.1 Por lo tanto el objetivo del tratamiento de las aguas residuales es producir efluente reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición o reutilización. Es muy común llamarlo depuración de aguas residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas potables.

8.1. Etapas del tratamiento

8.1.1. Tratamiento primario

El tratamiento primario es para reducir aceites, grasas, arenas y sólidos gruesos. Este paso está enteramente hecho con maquinaria, de ahí que se conoce también como tratamiento mecánico.

a. Remoción de sólidos o Cribado

La remoción de los sólidos habitualmente se realiza mediante el cribado. Los sólidos que se remueven son de gran tamaño, por ejemplo, botellas, palos, bolsas, balones, llantas, etc. Con esto se evita tener problemas en la planta de tratamiento de aguas, ya que si no se remueven estos sólidos pueden llegar a tapar tuberías o dañar algún equipo.

b. Remoción de arena.

Esta etapa (también conocida como escaneo o maceración) típicamente incluye un canal de arena donde la velocidad de las aguas residuales es cuidadosamente controlada para permitir que la arena y las piedras de ésta tomen partículas, pero todavía se mantiene la mayoría del material orgánico con el flujo. Este equipo es llamado colector de arena. La arena y las piedras necesitan ser quitadas a tiempo en el proceso para prevenir daño en las bombas y otros equipos en las etapas restantes del tratamiento. Algunas veces hay baños de arena (clasificador de la arena) seguido por un transportador que transporta la arena a un contenedor para la deposición. El contenido del colector de arena podría ser alimentado en el incinerador en un procesamiento de planta de fangos, pero en muchos casos la arena es enviada a un terraplén.

c. Investigación y maceración.

El líquido libre de abrasivos es pasado a través de pantallas arregladas o rotatorias para eliminar material flotante y materia grande como trapos; y partículas pequeñas como chícharos y maíz. Los escaneos son recolectados y podrán ser regresados a la planta de tratamiento de fangos o podrán ser dispuestos al exterior hacia campos o incineración. En la maceración, los sólidos son cortados en partículas pequeñas a través del uso de cuchillos rotatorios montados en un cilindro revolvente, es utilizado en plantas que pueden procesar esta basura en partículas. Los maceradores son, sin embargo, más caros de mantener y menos fiables que las pantallas físicas.

d. Sedimentación

Muchas plantas tienen una etapa de sedimentación donde el agua residual se pasa a través de grandes tanques circulares o rectangulares. Estos tanques son comúnmente llamados clarificadores primarios o tanques de sedimentación primarios. Los tanques son lo suficientemente grandes, tal que los sólidos fecales pueden situarse y el material flotante como la grasa y plásticos pueden levantarse hacia la superficie y desnatarse. El propósito principal de la etapa primaria es producir un líquido homogéneo capaz de ser tratado biológicamente y unos fangos o lodos que pueden ser tratados separadamente. Los tanques primarios de asentamiento se equipan generalmente con raspadores conducidos mecánicamente que llevan continuamente los fangos recogidos hacia una tolva en la base del tanque donde, mediante una bomba, se pueden llevar hacia otras etapas del tratamiento.

8.1.2. Tratamiento secundario

El tratamiento secundario está diseñado para degradar sustancialmente el contenido biológico del agua residual, el cual deriva los desechos orgánicos provenientes de residuos humanos, residuos de alimentos, jabones y detergentes. La mayoría de las plantas municipales utilizan procesos biológicos aeróbicos para este fin.

a. Desbaste

Consiste habitualmente en la retención de los sólidos gruesos del agua residual mediante una reja, manual o autolimpiable, o un tamiz, habitualmente de menor paso o luz de malla. Esta operación no solo reduce la carga contaminante del agua a la entrada, sino que permite preservar los equipos como conducciones, bombas y válvulas, frente a los depósitos y obstrucciones provocados por los sólidos, que habitualmente pueden ser muy fibrosos: tejidos, papeles, etc.

b. Fangos Activados o Lodos Activados

Las plantas de fangos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para usar oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica. También puede atrapar partículas de material

c. Camas filtrantes (camas de oxidación)

En plantas más viejas y plantas receptoras de cargas variables, se utilizan camas filtrantes de goteo, en las que el licor de las aguas residuales es rociado en la superficie de una profunda cama compuesta de coque (carbón), piedra caliza o fabricada especialmente de medios plásticos. Tales medios deben tener altas superficies para soportar las bio películas que se forman. El licor es distribuido mediante unos brazos perforados rotativos que irradian de un pivote central. El licor distribuido gotea en la cama y es recogido en drenes en la base. Estos drenes también proporcionan un recurso de aire que se infiltra hacia arriba de la cama, manteniendo un medio aerobio. Las películas biológicas de bacterias, protozoarios y hongos se forman en la superficie del medio y se comen o reducen los contenidos orgánicos. Esta biopelícula es alimentada a menudo por insectos y gusanos.

d. Placas rotativas y espirales.

En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento lento que son parcialmente sumergidas en un licor. Se crea un flóculo biótico que proporciona el substrato requerido.

e. Reactor biológico de cama móvil

El reactor biológico de cama móvil (MBBR, por sus siglas en inglés) asume la adición de medios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios activos para que se adjunte la biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema de crecimiento. Las ventajas de los sistemas de crecimiento adjunto son:

1) Mantener una alta densidad de población de biomasa

2) Incrementar la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la concentración del licor mezclado de sólidos (MLSS)

3) Eliminar el costo de operación de la línea de retorno de fangos activos (RAS).

f. Filtros aireados biológicos

Filtros aireados (o anóxicos) biológicos (BAF) combinan la filtración con reducción biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación. BAF incluye usualmente un reactor lleno de medios de un filtro. Los medios están en la suspensión o apoyados por una capa en el pie del filtro. El propósito doble de este medio es soportar altamente la biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos del filtro. La reducción del carbón y la conversión del amoniaco ocurre en medio aerobio y alguna vez alcanzado en un solo reactor mientras la conversión del nitrato ocurre en una manera anóxica. BAF es también operado en flujo alto o flujo bajo dependiendo del diseño especificado por el fabricante.

g. Reactores biológicos de membrana

Reactores biológicos de membrana MBR es un sistema con una barrera de membrana semipermeable o en conjunto con un proceso de fangos. Esta tecnología garantiza la remoción de todos los contaminantes suspendidos y sólidos disueltos. La limitación de los sistemas MBR es directamente proporcional a la eficaz reducción de nutrientes del proceso de fangos activos. El coste de construcción y operación de MBR es usualmente más alto que el de un tratamiento de aguas residuales convencional de esta clase de filtros.

8.1.3. TRATAMIENTO TERCIARIO

El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor (mar, río, lago, campo, etc.) Más de un proceso terciario del tratamiento puede ser usado en una planta de tratamiento. Si la desinfección se practica siempre en el proceso final, es siempre llamada pulir el efluente.

a. Filtración

La filtración de arena retiene gran parte de los residuos de materia suspendida. El carbón activado sobrante de la filtración retiene las toxinas residuales.

b. Lagunaje

Artículo principal: Lagunaje

Esquema de una depuradora por lagunaje.

El tratamiento de lagunas proporciona sedimentación y mejora biológica adicional por almacenaje en charcos o lagunas artificiales.nota 1 Se trata de una imitación de los procesos de autodepuración que un río o un lago somete las aguas residuales de

forma natural. Estas lagunas son altamente aerobias y se da a menudo la colonización por macrofitos nativos, especialmente cañas. Los invertebrados de alimentación del filtro pequeño tales como Daphnia y especies de Rotifera ayudan eficazmente al tratamiento reteniendo partículas finas.

El sistema de lagunaje es barato y fácil de mantener pero presenta los inconvenientes de necesitar gran cantidad de espacio y de ser poco capaz para depurar las aguas de grandes núcleos.

c. Humedales artificiales

Los humedales artificiales incluyen camas de caña o una serie de métodos similares que proporcionan un alto grado de mejora biológica aerobia y pueden utilizarse a menudo en lugar del tratamiento secundario para las poblaciones pequeñas, también para la fitorremediación.

Un ejemplo es una pequeña cama de cañas (o camas de lámina) utilizada para limpiar el drenaje del lugar de los elefantes en el parque zoológico de Chester en Inglaterra.

d. Remoción de nutrientes

Las aguas residuales pueden contener también altos niveles de los nutrientes nitrógeno y fósforo. Eso en ciertas formas puede ser tóxico para peces e invertebrados en concentraciones muy bajas (por ejemplo amoníaco) o puede crear condiciones insanas en el ambiente de recepción (por ejemplo: mala hierba o crecimiento de algas). Las algas pueden producir toxinas, y su muerte y consumo por bacterias (decaimiento) pueden agotar el oxígeno en el agua y asfixiar peces y otra vida acuática. Cuando se recibe una descarga de los ríos a los lagos o a los mares bajos, los nutrientes agregados pueden causar pérdidas entrópicas severas perdiendo muchos peces sensibles a la contaminación en el agua. La retirada del nitrógeno o del fósforo de las aguas residuales se puede alcanzar mediante la precipitación química o biológica.

La remoción del nitrógeno se efectúa con la oxidación biológica del nitrógeno del amoníaco a nitrato (nitrificación que implica nitrificar bacterias tales como Nitrobacter y Nitrosomonus), y entonces mediante la reducción, el nitrato se convierte en nitrógeno gaseoso (desnitrificación), que se envía a la atmósfera. Estas conversiones requieren condiciones cuidadosamente controladas para permitir la formación adecuada de comunidades biológicas. Los filtros de arena, las lagunas y las camas de lámina se pueden utilizar para reducir el nitrógeno. Algunas veces, la conversión del amoniaco tóxico en nitrato solamente se hace como tratamiento terciario.

La oxidación anaeróbica se define como aquella en que la descomposición se ejecuta en ausencia de oxígeno disuelto y se usa el oxígeno de compuestos orgánicos, nitratos y nitritos, los sulfatos y el CO2, como aceptador de electrones. En el proceso conocido como desnitrificación, los nitratos y nitritos son usados por las bacterias facultativas, en condiciones anóxicas, condiciones intermedias, con formación de CO2, agua y nitrógeno gaseoso como productos finales.2

La retirada del fósforo se puede efectuar biológicamente en un proceso llamado retiro biológico realzado del fósforo. En este proceso, bacterias específicas llamadas organismos acumuladores de polifosfato, se enriquecen y acumulan selectivamente grandes cantidades de fósforo dentro de sus células. Cuando la biomasa enriquecida en estas bacterias se separa del agua tratada, los biosólidos bacterianos tienen un alto valor del fertilizante. La retirada del fósforo se puede alcanzar también, generalmente

por la precipitación química con las sales del hierro (por ejemplo: cloruro férrico) o del aluminio (por ejemplo: alumbre). El fango químico que resulta, sin embargo, es difícil de operar, y el uso de productos químicos en el proceso del tratamiento es costoso. Aunque esto hace la operación difícil y a menudo sucia, la eliminación química del fósforo requiere una huella significativamente más pequeña del equipo que la de retiro biológico y es más fácil de operar.

e. Desinfección

El propósito de la desinfección en el tratamiento de las aguas residuales es reducir substancialmente el número de organismos vivos en el agua que se descargará nuevamente dentro del ambiente. La efectividad de la desinfección depende de la calidad del agua que es tratada (por ejemplo: turbiedad, pH, etc.), del tipo de desinfección que es utilizada, de la dosis de desinfectante (concentración y tiempo), y de otras variables ambientales. El agua turbia será tratada con menor éxito puesto que la materia sólida puede blindar organismos, especialmente de la luz ultravioleta o si los tiempos del contacto son bajos. Generalmente, tiempos de contacto cortos, dosis bajas y altos flujos influyen en contra de una desinfección eficaz. Los métodos comunes de desinfección incluyen el ozono, la clorina, o la luz UV. La Cloramina, que se utiliza para el agua potable, no se utiliza en el tratamiento de aguas residuales debido a su persistencia.

La desinfección con cloro sigue siendo la forma más común de desinfección de las aguas residuales en Norteamérica debido a su bajo historial de costo y del largo plazo de la eficacia. Una desventaja es que la desinfección con cloro del material orgánico residual puede generar compuestos orgánicamente clorados que pueden ser carcinógenos o dañinos al ambiente. La clorina o las "cloraminas" residuales puede también ser capaces de tratar el material con cloro orgánico en el ambiente acuático natural. Además, porque la clorina residual es tóxica para especies acuáticas, el efluente tratado debe ser químicamente desclorinado, agregándose complejidad y costo del tratamiento.

La luz ultravioleta (UV) se está convirtiendo en el medio más común de la desinfección en el Reino Unido debido a las preocupaciones por los impactos de la clorina en el tratamiento de aguas residuales y en la clorinación orgánica en aguas receptoras. La radiación UV se utiliza para dañar la estructura genética de las bacterias, virus, y otros patógenos, haciéndolos incapaces de la reproducción. Las desventajas dominantes de la desinfección UV son la necesidad del mantenimiento y del reemplazo frecuentes de la lámpara y la necesidad de un efluente altamente tratado para asegurarse de que los microorganismos objetivo no están blindados de la radiación UV (es decir, cualquier sólido presente en el efluente tratado puede proteger microorganismos contra la luz UV).

El ozono (O3) se genera al pasar oxígeno (O2) por un potencial de alto voltaje, lo que añade un tercer átomo de oxígeno y forma O3. El ozono es muy inestable y reactivo y oxida la mayoría del material orgánico con que entra en contacto, de tal manera que destruye muchos microorganismos causantes de enfermedades. El ozono se considera más seguro que la clorina porque, mientras que la clorina tiene que ser almacenada en el sitio (altamente venenoso en caso de un lanzamiento accidental), el ozono es colocado según lo necesitado. La ozonización también produce menos subproductos que la desinfección con cloro. Una desventaja de la desinfección del ozono es el alto costo del equipo de la generación del ozono, y que la cualificación de los operadores deben ser elevada.

9. BIBLIOGRAFÍA

9.1. Libros Unidad Temática Nº 6 Ingeniería Sanitaria- UTN – FRRO Docente: Ing. Jorge A. Orellana.

Análisis Y Mejora Del Tratamiento De Agua Para La Prevención De Incrustaciones En Las Calderas Utilizadas En La Planta De Emulsión De La Mina Carbones Del Cerrejón Llc - Dania Vanessa Escobar Mendoza

Guía tratamientos avanzados de aguas residuales urbanas Alberto del Villar García Grupo E1 de Economía Ambiental de la Universidad de Alcalá

9.2. Paginas

https://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_de_aguas_residuales