Definición del Agua. Características Propiedades físicas del agua. Estructura del agua. Hielo. Contaminación del agua. Fuentes y tipos de contaminantes. Purificación del agua. Eliminación de materias en suspensión. Desinfección. Supresión de sabor. Ablandamiento del agua. Desalinización. Operaciones unitarias en el tratamiento de agua. Tecnologías especializadas para tratamiento de agua. Usos del agua.
El agua es uno de los tantos recursos naturales renovables que nos proporciona la naturaleza y la usamos todos los días en forma individual, en la vida cotidiana en nuestra familia y en la sociedad, para nuestro consumo, aseo, uso doméstico e industrial. El agua forma parte de la vida misma, pues todos los seres vivos tienen en su composición, un alto contenido de agua. Al observar un mapamundi , se puede apreciar la presencia de agua de mares y océanos, todo en color azul, y comparando con la existencia de tierra firme, se observa que es más agua que tierra, es decir, la mayor parte de la superficie de la Tierra está cubierta por el agua, 70% (360 millones de Km2) y sólo el 30% son tierras emergidas (150 millones de Km2). Pero este recurso es limitado, ya que sólo el 3% de toda el agua del mundo es dulce, el restante 97% es agua salada que no sirve para beber ni para la agricultura.
Reservados todos los derechos de autor.
El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida.
El agua cubre el 71 % de la superficie de la corteza terrestre. Se localiza principalmente en los océanos, donde se concentra el 96,5 % del agua total, los glaciares y casquetes polares poseen el 1,74 %, los depósitos subterráneos (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72 % y el restante 0,04 % se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos.
El término agua generalmente se refiere a la sustancia en su estado líquido, aunque la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en su forma gaseosa denominada vapor.
El agua es un elemento común del sistema solar, hecho confirmado en descubrimientos recientes. Puede encontrarse, principalmente, en forma de hielo; de hecho, es el material base de los cometas y el vapor que compone sus colas.
Desde el punto de vista físico, el agua circula constantemente en un ciclo de evaporación o transpiración (evapotranspiración), precipitación y desplazamiento hacia el mar. Los vientos transportan tanto vapor de agua como el que se vierte en los mares mediante su curso sobre la tierra, en una cantidad aproximada de 45 000 km³ al año.
En tierra firme, la evaporación y transpiración contribuyen con 74 000 km³ anuales a causar precipitaciones de 119 000 km³ cada año. El agua en la naturaleza se encuentra en sus tres estados: líquido fundamentalmente en los océanos, sólido (hielo en los glaciares, icebergs y casquetes polares), así como nieve en las zonas frías) y vapor (invisible) en el aire.
Veremos algunas características del agua sobre todo en estado líquido que es importante conocer para explicar lo que ocurre en la contaminación y descontaminación del agua. Entre otras, el agua pura tiene las siguientes características:
Incolora, inodora e insípida. Densidad: 1 g/cm3 a 4ºC Punto de fusión: 0ºC Punto de ebullición: 100 ºC. Constante dieléctrica: 78,3 pH = 7 Conductividad eléctrica muy baja y Resistividad muy alta. El agua líquida es incolora, inodora e insípida. En realidad, el agua se considera incolora, pero analizada con un espectrofotómetro se observa una ligera coloración verde azulada. Aunque el azul del mar se debe a reflejos del cielo también contribuye esta propiedad del agua.
El resto de propiedades se pueden comprender a partir de dos de las características de la molécula de agua. Una es como vimos en el post inicial de este blog tiene un carácter dipolar y otra propiedad es la disociación de las moléculas de agua en protones (H+) e hidroxilos (OH- ).
Tanto el punto de fusión como el punto de ebullición son anómalos con respecto a los hidruros de la misma serie del oxígeno debido a su carácter dipolar más acusado que permite que se produzcan enlaces con puentes de hidrógeno. Debido a esto el agua presenta unos puntos de fusión y ebullición más altos que el resto de la serie y se presenta en la tierra en los tres estados (sólido, líquido y vapor).
Las propiedades fisicoquímicas más notables del agua son: El agua es líquida en condiciones normales de presión y temperatura. El color del agua varía según su estado: como líquido, puede parecer incolora en pequeñas cantidades, aunque en el espectrógrafo se prueba que tiene un ligero tono azul verdoso. El hielo también tiende al azul, y en estado gaseoso (vapor de agua) es incolora. El agua bloquea sólo ligeramente la radiación solar UV fuerte, permitiendo que las plantas acuáticas absorban su energía.
Ya que el oxígeno tiene una electronegatividad superior a la del hidrógeno, el agua es una molécula polar. El oxígeno tiene una ligera carga negativa, mientras que los átomos de hidrógenos tienen una carga ligeramente positiva del que resulta un fuerte momento dipolar eléctrico. La interacción entre los diferentes dipolos eléctricos de una molécula causa una atracción en red que explica el elevado índice de tensión superficial del agua. La fuerza de interacción de la tensión superficial del agua es la fuerza de van der Waals entre moléculas de agua.
La aparente elasticidad causada por la tensión superficial explica la formación de ondas capilares. A presión constante, el índice de tensión superficial del agua disminuye al aumentar su temperatura. También tiene un alto valor adhesivo gracias a su Otra fuerza muy importante que naturaleza polar. refuerza la unión entre moléculas de agua es el enlace por puente de La capilaridad se refiere a la hidrógeno. tendencia del agua a moverse por un tubo estrecho en contra de la El punto de ebullición del agua (y fuerza de la gravedad. Esta de cualquier otro líquido) está propiedad es aprovechada por directamente relacionado con la todas las plantas vasculares, como presión atmosférica. los árboles. Por ejemplo, en la cima del Everest, el agua hierve a unos 68º C, mientras que al nivel del mar este valor sube hasta 100º. Del mismo modo, el agua cercana a fuentes geotérmicas puede alcanzar temperaturas de cientos de grados centígrados y seguir siendo líquida. Su temperatura crítica es de 373,85 °C (647,14 K), su valor específico de fusión es de 0,334 kJ/g y su índice específico de vaporización es de 2,23kJ/g.
El agua es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado como el disolvente universal, y afecta a muchos tipos de sustancias distintas. Las sustancias que se mezclan y se disuelven bien en agua como las sales, azúcares, ácidos, álcalis y algunos gases (como el oxígeno o el dióxido de carbono, mediante carbonación) son llamadas hidrófilas, mientras que las que no combinan bien con el agua como lípidos y grasas se denominan sustancias hidrófobas. Todos los componentes principales de las células de proteínas, ADN y polisacáridos se disuelven en agua. Puede formar un azeótropo con muchos otros disolventes. El agua es miscible con muchos líquidos, como el etanol, y en cualquier proporción, formando un líquido homogéneo. Por otra parte, los aceites son inmiscibles con el agua, y forman capas de variable densidad sobre la superficie del agua. Como cualquier gas, el vapor de agua es miscible completamente con el aire.
El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente baja, pero ese valor se incrementa significativamente con la disolución de una pequeña cantidad de material iónico, como el cloruro de sodio. El agua tiene el segundo índice más alto de capacidad calorífica específica sólo por detrás del amoníaco, así como una elevada entalpía de vaporización (40,65 kJ mol-1); ambos factores se deben al enlace de hidrógeno entre moléculas. Estas dos inusuales propiedades son las que hacen que el agua "modere" las temperaturas terrestres, reconduciendo grandes variaciones de energía.
La molécula de agua es polar, con dos zonas débilmente negativas y dos zonas débilmente positivas; en consecuencia, entre sus moléculas se forman enlaces débiles. La molécula de agua (H2O) puede ser representada de varias maneras distintas. Una de ellas es el modelo compacto y otra el modelo de esferas. En el modelo compacto, el átomo de oxígeno está representado por la esfera roja y los átomos de hidrógeno por las esferas azules. A raíz de su sencillez, este modelo a menudo se utiliza como un símbolo conveniente de la molécula de agua. El modelo de esferas y varillas remarca que los átomos están unidos por enlaces covalentes; también da cierta indicación de la geometría de la molécula. Una descripción más precisa de la forma de la molécula la proporciona el modelo orbital.
Como se ve en este modelo, el modelo orbital, desde el núcleo de oxígeno de una molécula de agua se ramifican cuatro orbitales constituyendo un tetraedro hipotético. Dos de los orbitales están formados por los electrones compartidos que enlazan los átomos de hidrógeno al átomo de oxígeno. Debido a la fuerte atracción que ejerce el núcleo del oxígeno hacia los electrones, los electrones que intervienen en los enlaces covalentes pasan más tiempo alrededor del núcleo de oxígeno que el que pasan alrededor de los núcleos de hidrógeno. En consecuencia, la región que se encuentra cerca de cada núcleo de hidrógeno es una zona débilmente positiva.
Además, el átomo de oxígeno tiene cuatro electrones adicionales en su nivel energético exterior. Estos electrones, que no están implicados en el enlace covalente con el hidrógeno, están apareados en dos orbitales. Cada uno de estos orbitales es una zona débilmente negativa. Así, la molécula de agua, desde el punto de vista de la polaridad, tiene cuatro "vértices", dos "vértices'' cargados positivamente y otros dos cargados negativamente. Como resultado de estas zonas positivas y negativas, cada molécula de agua puede formar puentes de hidrógeno (representadas por líneas de puntos) con otras cuatro moléculas de agua. En condiciones normales de presión y temperatura, los puentes de hidrógeno se rompen y vuelven a formarse continuamente, siguiendo un patrón variable. Por esa causa, el agua es un líquido.
Estos enlaces, en los que se une un átomo de hidrógeno con carga positiva débil que forma parte de una molécula, con un átomo de oxígeno que posee carga negativa débil y que pertenece a otra molécula, se conocen como puentes de hidrógeno. Cada molécula de agua puede formar puentes de hidrógeno con otras cuatro moléculas de agua. Aunque los enlaces individuales son débiles y se rompen continuamente, la fuerza total de los enlaces que mantienen a las moléculas juntas es muy grande.
El hielo se presenta en 12 estructuras o fases cristalinas diferentes. A las presiones habituales en el medio terrestre (en el entorno de la presión atmosférica), la fase estable suele denotarse como fase I según la terminología de Tamman.
Dicha fase I presenta dos variantes relacionadas entre sí: el hielo hexagonal, denotado Ih, y el hielo cúbico, Ic. El hielo hexagonal es la fase más común, y la mejor conocida: su estructura hexagonal puede verse reflejada en los cristales de hielo, que siempre tienen una base hexagonal. El hielo cúbico Ic se obtiene por deposición de vapor de agua a temperaturas inferiores a −130 °C, por lo que no es tan común; aún así, a unos -38 °C y 200MPa de presión, situación esperable en los casquetes polares, ambas estructuras están en equilibrio termodinámico.
El hielo Ih presenta una estructura hexagonal en la que cada átomo de oxígeno de una molécula de agua tiene otros cuatro átomos de hidrógeno como sus vecinos más próximos, situados en los vértices de un tetraedro regular cuyo centro es el átomo de oxígeno de interés.
Esta unidad tetraédrica es común a todas las demás fases del hielo, y se debe al hecho de que el ángulo entre átomos de hidrógeno en la molécula de agua libre H-O-H es de 104,52º, en vez de 90º. El ángulo tetraédrico entre O-O-O es de 109,47º. Para temperaturas de interés terrestre, la distancia entre átomos de oxígeno O-O es de 0,276 nm y entre O-H de 0,0985 nm. La unión entre átomos intramoleculares es de enlaces covalentes simples y por tanto muy estables, mientras que la unión intermolecular se produce por enlaces de puente hidrógeno relativamente débiles, lo cual explica la relativamente baja temperatura de fusión del hielo.
Los parámetros de red más relevantes son el lado hexagonal a=0,451 nm, y la altura del prisma hexagonal c=0,7357 nm. Estos valores pueden varia ligeramente con la temperatura, pero la relación entre ambos, c/a=1,628, permanece prácticamente estable y muy cercano al valor óptimo de c/a=1,633, teorizado para esferas sólidas en contacto formando la misma estructura hexagonal. La estabilidad del parámetro c/a explica el hecho de que la expansión térmica del hielo se produzca de manera isotrópica. Por su parte, el hecho de que el hielo Ih tenga una estructura hexagonal explica la anisotropía usualmente observada en sus propiedades mecánicas: el módulo de Young.
La presencia de impurezas en la red es práula, salvo para algunas sustancias puntuales como el fluoruro de amonio, NH4F. Los defectos cristalinos pueden ser cuatro: vacantes, intersticiales, iónicos o de Bjerrum, los dos últimos siendo exclusivos del hielo y estando relacionados con la rotación de hidrógenos de una molécula de agua en la red.
La estructura del hielo II es romboidal. Este hielo se forma a unos 238K para presiones de 283 atmósferas, y su densidad es de 1193 kg/m³ por ser una estructura mucho más compacta. El hielo III es tetragonal, y aparece a unos 246K y 276 atm, siendo su densidad de 1166 kg/m³.
El hielo V es monoclínico, aparreciendo a 237,5K y 480 atm, con una densidad de 1267 kg/m³. El hielo VI es tetragonal, y aparece a 237,5K para 777atm, con una densidad de 1360 kg/m³. Todas estas fases son esencialmente frágiles, aunque presentan gran tendencia a la fluencia en el tiempo (creep) y cierto comportamiento viscoelástico.
Aunque inicialmente se creía que eran fases nanocristalinas, aparte de las fases cristalinas arriba mentadas, el hielo puede aparecer en dos fases amorfas (vítreas): el hielo amorfo de baja densidad (940 kg/m³ a −196 °C y 1atm) y el hielo amorfo de alta densidad (1170 kg/m³, mismas condiciones). La formación del hielo amorfo es complicada, y se relaciona con el tiempo de solidificación dado al agua; puede formarse por condensación de vapor por debajo de −160 °C, por colapso de la estructura Ih bajo elevada presión por debajo de −196 °C. En todo caso, salvo en ciertas situaciones muy concretas, no son fases comunes en la Tierra.
Los humanos llevamos mucho tiempo depositando nuestros residuos y basuras en la atmósfera, en la tierra y en el agua. Esta forma de actuar hace que los residuos no se traten adecuadamente y causen contaminación. La contaminación del agua afecta a las precipitaciones, a las aguas superficiales, a las subterráneas y como consecuencia degrada los ecosistemas naturales.
El crecimiento de la población y la expansión de sus actividades económicas están presionando negativamente a los ecosistemas de las aguas costeras, los ríos, los lagos, los humedales y los acuíferos.
Ejemplos son la construcción a lo largo de la costa de nuevos puertos y zonas urbanas, la alteración de los sistemas fluviales para la navegación y para embalses de almacenamiento de agua, el drenaje de humedales para aumentar la superficie agrícola, la sobreexplotación de los fondos pesqueros, las múltiples fuentes de contaminación provenientes de la agricultura, la industria, el turismo y las aguas residuales de los hogares. Un dato significativo de esta presión es que mientras la población desde 1900 se ha multiplicado por cuatro, la extracción de agua se ha multiplicado por seis. La calidad de las masas naturales de agua se está reduciendo debido al aumento de la contaminación y a los factores mencionados.
El agua pura es un recurso renovable, sin embargo puede llegar a estar tan contaminada por las actividades humanas, que ya no sea útil, sino más bien nociva. ¿Qué contamina el agua? Agentes patógenos.- Bacterias, virus, protozoarios, parásitos que entran al agua provenientes de desechos orgánicos. Desechos que requieren oxígeno.- Los desechos orgánicos pueden ser descompuestos por bacterias que usan oxígeno para biodegradarlos. Si hay poblaciones grandes de estas bacterias, pueden agotar el oxígeno del agua, matando así las formas de vida acuáticas.
Sustancias químicas inorgánicas. Ácidos, compuestos de metales tóxicos (Mercurio, Plomo), envenenan el agua. Los nutrientes vegetales pueden ocasionar el crecimiento excesivo de plantas acuáticas que después mueren y se descomponen, agotando el oxígeno del agua y de este modo causan la muerte de las especies marinas (zona muerta).
Sustancias químicas orgánicas. Petróleo, plásticos, plaguicidas, detergentes que amenazan la vida.
Sedimentos o materia suspendida.- Partículas insolubles de suelo que enturbian el agua, y que son la mayor fuente de contaminación. Sustancias radiactivas que pueden causar defectos congénitos y cáncer. Calor. Ingresos de agua caliente que disminuyen el contenido de oxígeno y hace a los organismos acuáticos muy vulnerables.
Fuentes Puntuales Puntuales
Y
No
Las fuentes puntuales descargan contaminantes en localizaciones específicas a través de tuberías y alcantarillas. Ej. : Fábricas, plantas de tratamiento de aguas negras, minas, pozos petroleros, etc. Las fuentes no puntuales son grandes áreas de terreno que descargan contaminantes al agua sobre una región extensa. Ej. : Vertimiento de sustancias químicas, tierras de cultivo, lotes para pastar ganado, construcciones, tanques sépticos. Contaminación De Ríos Y Lagos Las corrientes fluviales debido a que fluyen se recuperan rápidamente del exceso de calor y los desechos degradables. Esto funciona mientras no haya sobrecarga de los contaminantes, o su flujo no sea reducido por sequía, represado, etc.
Contaminación Orgánica. En los lagos, rebalses, estuarios y mares, con frecuencia la dilución es menos efectiva que en las corrientes porque tienen escasa fluencia, lo cual hace a los lagos más vulnerables a la contaminación por nutrientes vegetales (nitratos y fosfatos) (eutroficación). Contaminación Térmica De Corrientes Fluviales Y Lagos El método más usado para enfriar las plantas de vapor termoeléctricas consiste en tirar agua fría desde un cuerpo cercano de agua superficial, hacerlo pasar a través de los condensadores de la planta y devolverla calentada al mismo cuerpo de agua. Las temperaturas elevadas disminuyen el oxígeno disuelto en el agua. Los peces adaptados a una temperatura particular pueden morir por choque térmico (cambio drástico de temperatura del agua). La contrapartida de la contaminación térmica es el enriquecimiento térmico, es decir, el uso de agua caliente para producir estaciones más larga de pesca comercial, y reducción de las cubiertas de hielo en las áreas frías, calentar edificios, etc.
Contaminación Del Océano El océano es actualmente el "basurero del mundo", lo cual traerá efectos negativos en el futuro. La mayoría de las áreas costeras del mundo están contaminadas debido sobre todo a las descargas de aguas negras, sustancias químicas, basura, desechos radiactivos, petróleo y sedimentos. Los mares más contaminados son los de Bangladesh, India, Pakistán, Indonesia, Malasia, Tailandia y Filipinas. Delfines, leones marinos y tortugas de mar, mueren cuando ingieren o quedan atrapados por tazas, bolsas, sogas y otras formas de basura plástica arrojadas al mar. Contaminación Con Petróleo Los accidentes de los buquetanques, los escapes en el mar (petróleo que escapa desde un agujero perforado en el fondo marino), y petróleo de desecho arrojado en tierra firme que termina en corrientes fluviales que desembocan en el mar.
Contaminación Del Agua Freática Y Su Control El agua freática o subterránea es una fuente vital de agua para beber y para el riego agrícola. Sin embargo es fácil de agotar porque se renueva muy lentamente. Cuando el agua freática llega a contaminarse no puede depurarse por sí misma, como el agua superficial tiende a hacerlo, debido a que los flujos de agua freática son lentos. También hay pocas bacterias degradadoras, porque no hay mucho oxígeno. Debido a que el agua freática no es visible hay poca conciencia de ella.
Fuentes De Contaminación Del Agua Subterránea Escapes o fugas de sustancias químicas desde tanques de almacenamiento subterráneo. Infiltración de sustancias químicas orgánicas y compuestos tóxicos desde rellenos sanitarios, tiraderos abandonados de desechos peligrosos y desde lagunas para almacenamiento de desechos industriales localizados por arriba o cerca de los acuíferos. Infiltración accidental en los acuíferos desde los pozos utilizados para inyección de gran parte de los desechos peligrosos profundamente bajo tierra.
La Asamblea General de la ONU estableció en el año 2000 ocho objetivos para el futuro (Objetivos de Desarrollo del Milenio). Entre ellos estaba el que los países se esforzasen en invertir la tendencia de pérdida de recursos medioambientales, pues se reconocía la necesidad de preservar los ecosistemas, esenciales para mantener la biodiversidad y el bienestar humano, pues de ellos depende la obtención de agua potable y alimentos.
Para ello además de políticas de desarrollo sostenible, se precisan sistemas de depuración que mejoren la calidad de los vertidos generados por la actividad humana. La depuración del agua es el conjunto de tratamientos de tipo físico, químico o biológico que mejoran la calidad de las aguas o que eliminan o reducen la contaminación. Hay dos tipos de tratamientos: los que se aplican para obtener agua de calidad apta para el consumo humano y los que reducen la contaminación del agua en los vertidos a la naturaleza después de su uso.
Las impurezas suspendidas y disueltas en el agua natural impiden que ésta sea adecuada para numerosos fines. Los materiales indeseables, orgánicos e inorgánicos, se extraen por métodos de criba y sedimentación que eliminan los materiales suspendidos. Otro método es el tratamiento con ciertos compuestos, como el carbón activado, que eliminan los sabores y olores desagradables. También se puede purificar el agua por filtración, o por cloración o irradiación que matan los microorganismos infecciosos. En la ventilación o saturación de agua con aire, se hace entrar el agua en contacto con el aire de forma que se produzca la máxima difusión; esto se lleva a cabo normalmente en fuentes, esparciendo agua en el aire. La ventilación elimina los olores y sabores producidos por la descomposición de la materia orgánica, al igual que los desechos industriales como los fenoles, y gases volátiles como el cloro.
También convierte los compuestos de hierro y manganeso disueltos en óxidos hidratados insolubles que luego pueden ser extraídos con facilidad. La dureza de las aguas naturales es producida sobre todo por las sales de calcio y magnesio, y en menor proporción por el hierro, el aluminio y otros metales. La que se debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se denomina dureza temporal y puede eliminarse por ebullición, que al mismo tiempo esteriliza el agua. La dureza residual se conoce como dureza no carbónica o permanente. Las aguas que poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato de sodio y cal, o filtrándolas a través de ceolitas naturales o artificiales que absorben los iones metálicos que producen la dureza, y liberan iones sodio en el agua. Los detergentes contienen ciertos agentes separadores que inactivan las sustancias causantes de la dureza del agua
Eliminación suspensión.
de
materias
en
A efectos del tratamiento, la gran división es entre materia en suspensión y materia disuelta. La materia en suspensión se separa por tratamientos físicoquímicos, variantes de la sedimentación y filtración. En el caso de la materia suspendida sólida se trata de separaciones sólido - líquido por gravedad o medios filtrantes y, en el caso de la materia aceitosa, se emplea la separación L-L, habitualmente por flotación.
La materia disuelta puede ser orgánica, en cuyo caso el método más extendido es su insolubilización como material celular (y se convierte en un caso de separación S-L) o inorgánica, en cuyo caso se deben emplear caros tratamientos físicoquímicos como la ósmosis inversa.
Los diferentes métodos de tratamiento atienden al tipo de contaminación: para la materia en suspensión, tanto orgánica como inorgánica, se emplea la sedimentación y la filtración en todas sus variantes. Para la materia disuelta se emplean los tratamientos biológicos (a veces la oxidación química) si es orgánica, o los métodos de membranas, como la ósmosis, si es inorgánica.
Desinfección (aguas residuales). Las aguas servidas tratadas normalmente contienen microorganismos patógenos que sobreviven a las etapas anteriores de tratamiento. Las cantidades de microorganismos van de 10.000 a 100.000 coliformes totales y 1.000 a 10.000 coliformes fecales por 100 ml de agua, como también se aíslan algunos virus y huevos de parásitos. Por tal razón es necesario proceder a la desinfección del agua. Esta desinfección es especialmente importante si estas aguas van a ser descargadas a aguas de uso recreacional, aguas donde se cultivan mariscos o aguas que pudieran usarse como fuente de agua para consumo humano. Los métodos de desinfección de las aguas servidas son principalmente la cloración y la ozonización, pero también se ha usado la bromación y la radiación ultravioleta.
El más usado es la cloración por ser barata, fácilmente disponible y muy efectiva. Sin embargo, como el cloro es tóxico para la vida acuática el agua tratada con este elemento debe ser sometida a decloración antes de disponerla a cursos de agua natural. Desde el punto de vista de la salud pública se encuentra aceptable un agua servida que contiene menos de 1.000 coliformes totales por 100 ml y con una DBO inferior a 50 mg/L. La estructura que se usa para efectuar la cloración es la cámara de contacto. Consiste en una serie de canales interconectados por los cuales fluye el agua servida tratada de manera que ésta esté al menos 20 minutos en contacto con el cloro, tiempo necesario para dar muerte a los microorganismos patógenos.
Desinfección del agua potable. La desinfección del agua para uso humano tiene por finalidad la eliminación de los microorganismos patógenos contenidos en el agua que no han sido eliminados en las fases iniciales del tratamiento del agua. La desinfección del agua es necesaria como uno de los últimos pasos en la planta de tratamiento de agua potable, para prevenir que esta sea dañina para nuestra salud. Muchas veces, tratándose de agua de manantiales naturales o de pozo, la desinfección es el único tratamiento que se le da al agua para obtener agua potable. Los procesos físicos más utilizados para la desinfección del agua son: Generación de ácido hipocloroso mediante proceso de hidrólisis (sin aditivos) Luz ultravioleta Fotocatálisis Radiación electrónica Rayos gamma Sonido Calor
La desinfección puede hacerse por medios químicos o físicos. Los compuestos químicos más utilizados para la desinfección del agua son: Hipoclorito de sodio (NaClO), Ácido hipocloroso (HClO), Clorito de sodio (NaClO2). El cloro es uno de los elementos más comunes para la desinfección del agua. El cloro se puede aplicar para la desactivación de la actividad de la gran mayoría de los microorganismos, y es relativamente barato. Dióxido de cloro (ClO2) Ozono (O3) Halógenos: Yodo Metales: cobre (Cu2+), plata (Ag+) Permanganato (KMnO4) Jabones y detergentes Sales de amonio Peróxido de hidrógeno
Ablandamiento del agua. Cuando el agua contiene una cantidad significativa de calcio y magnesio, es llamada agua dura. El agua dura que se conoce para bloquear los tubos y evitar la disolución de jabón y detergentes. El ablandamiento del agua es una técnica que mejora la eliminación de los iones que el agua hará que sea difícil, la mayoría de los casos en los iones de calcio y magnesio.
Otro proceso para la eliminación de la dureza del agua es la descalcificación de ésta mediante resinas de intercambio iónico.
Durante el ablandamiento también puede eliminar los iones de hierro. La mejor manera de ablandar el agua y "uso de la unidad de descalcificación de agua y conectarla directamente a la fuente de agua. La dureza puede ser eliminada utilizando el carbonato de sodio (o de potasio) y cal. Estas sustancias causan la precipitación del Ca como carbonato y del Mg como hidróxido.
La dureza se puede determinar fácilmente mediante reactivos. La dureza también se puede percibir por el sabor del agua.
Lo más habitual es utilizar resinas de intercambio catiónico que intercambian los iones calcio y magnesio presentes en el agua por iones sodio u otras que los intercambian por iones hidrógeno.
Es conveniente saber si el agua es agua dura, ya que la dureza puede provocar depósitos o incrustaciones de carbonatos en conducciones de lavadoras, calentadores, y calderas o en las planchas.
Supresión de sabores. Generalmente, los sabores y olores desagradables de las aguas naturales, se deben a la presencia de cantidades muy pequeñas de líquidos segregados por algas microscópicas, especialmente por actinomicetos (Streptomices, Nocardia, Micromonospora, etc.), que se desarrollan en las aguas de superficie o en el fondo de los lagos y de los ríos, cuando se reúnen ciertas condiciones de temperatura y de composición química del agua. Este fenómeno está relacionado frecuentemente con el estado de contaminación del agua, la vida agrícola (corrientes de agua de lluvia después del abono de terreno, campañas azucareras. etc.) y las estaciones del año.
La eliminación de sabores y olores se obtiene por: Aeración, para eliminar especialmente el sulfuro de hidrógeno; utilizando un oxidante enérgico. El ozono tiene una gran eficacia. Sin embargo, puede suceder que el mal sabor sea debido a la presencia de varias sustancias al mismo tiempo; en ese caso, puede preverse un tratamiento en dos fases, por ejemplo, con carbón activo en polvo (simultáneo a la floculación-decantación) seguido de un afinado con ozono después de la filtración. A veces son necesarios los dos productos para conseguir una desodorizaci6n total.
Desalinización del agua Para satisfacer las crecientes demandas de agua dulce, especialmente en las áreas desérticas y semidesérticas, se han llevado a cabo numerosas investigaciones con el fin de conseguir métodos eficaces para eliminar la sal del agua del mar y de las aguas salobres. Se han desarrollado varios procesos para producir agua dulce a bajo costo. Tres de los procesos incluyen la evaporación seguida de la condensación del vapor resultante, y se conocen como: evaporación de múltiple efecto, destilación por compresión de vapor y evaporación súbita. En este último método, que es el más utilizado, se calienta el agua del mar y se introduce por medio de una bomba en tanques de baja presión, donde el agua se evapora bruscamente. Al condensarse el vapor se obtiene el agua pura. La congelación es un método alternativo que se basa en los diferentes puntos de congelación del agua dulce y del agua salada.
.
Los cristales de hielo se separan del agua salobre, se lavan para extraerles la sal y se derriten, convirtiéndose en agua dulce. En otro proceso, llamado ósmosis inversa, se emplea presión para hacer pasar el agua dulce a través de una fina membrana que impide el paso de minerales. La ósmosis inversa sigue desarrollándose de forma intensiva. La electrodiálisis se utiliza para desalinizar aguas salobres. Cuando la sal se disuelve en agua, se separa en iones positivos y negativos, que se extraen pasando una corriente eléctrica a través de membranas aniónicas y catiónicas Un problema importante en los proyectos de desalinización son los costos para producir agua dulce. La mayoría de los expertos confían en obtener mejoras sustanciales para purificar agua ligeramente salobre, que contiene entre 1.000 y 4.500 partes de minerales por millón, en comparación a las 35.000 partes por millón del agua del mar. Puesto que el agua resulta potable si contiene menos de 500 partes de sal por millón, desalinizar el agua salobre es comparativamente más barato que desalinizar el agua del mar.
Operaciones unitarias tratamiento de agua.
en
el
Las operaciones unitarias son un conjunto de procedimientos físicos, químicos y biológicos que se aplican para el tratamiento de líquidos, sólidos y gases. Los principales procesos de tratamiento para las aguas residuales son los físicos, químicos y biológicos. • Procesos Físicos: Se basan en las propiedades físicas que incluyen la separación de sólidos sedimentables presentes en las aguas residuales y su estabilización, la remoción de partículas flotantes, la retención de partículas de gran tamaño, desechos sólidos (basura), Etc.
• Procesos Químicos: Consisten en la separación o transformación de las sustancias sedimentables, flotantes y disueltas mediante el uso de sustancias químicas. Un sistema utilizado en este proceso, es el uso de algún desinfectante para eliminar elementos patógenos existentes en el agua. • Procesos Biológicos: Para estos procesos se utiliza la actividad de ciertos microorganismos para la oxidación y mineralización de sustancias orgánicas presentes en las aguas residuales
Diferentes sistemas tratamientos del agua: Es importante, dada la escasez, la investigación e inversión en diferentes tipos de tratamientos del agua, pues es un bien al que todos tenemos derecho. Este artículo nos habla sobre algunos de los tratamientos de agua más comunes No solo el agua para el consumo humano ha de ser tratada sino también el agua usada para los animales e incluso para el regadía. La utilización de depuradoras consigue convertir las aguas residuales en aguas que pueden ser utilizadas para regar los cultivos.
Son muchos los tratamientos del agua que existen y algunos los podemos aplicar directamente en nuestros hogares. Vamos a conocer algunos de estos tratamientos del agua.
de
Osmosis inversa: la ósmosis inversa esta basada en la aplicación de una presión sobre una disolución concentrada para que la misma pase a través de unas membranas. Al efectuarse ese proceso la mayor parte de las sales disueltas quedan retenidas y conseguiremos un agua con una menor concentración salina. Filtros de carbón activado: se hace pasar el agua a través de un filtro con carbón activado, en bloque o granular. Es uno de los sistemas de tratamientos de agua muy eficientes para eliminar el cloro, mal olor y sabor del agua y también puede eliminar sólidos pesados.
Agua tratada con ozono: la calidad de la desinfección con ozono es mejor que la conseguida con el cloro, debido al gran poder oxidante del ozono. Con el ozono se consigue eliminar virus, bacterias y microorganismos que son resistentes al cloro. Además actúa con gran rapidez por lo que en pocos segundos se pueden realizar tratamientos muy efectivos
Descalcificadores: Son equipos, que mediante un proceso de intercambio de iones, reducen la dureza del agua, rebajando los niveles de calcio y magnesio a niveles óptimos para el consumo. Desalinizadoras: una de las alternativas para suplir la falta de agua, que en algunos lugares representa un gran problema, son las plantas desalinizadoras. Convierten el agua del mar en agua que puede ser usada para el consumo.
Agua destilada: es una tipo de agua de elevada pureza pues mediante la destilación se le ha eliminado las impurezas y los iones por este motivo algunas de sus propiedades son diferentes del las del agua de consumo.
Estaciones depuradoras: en las estaciones depuradoras son tratadas aguas residuales procedentes de las ciudades y de la escorrentía de zonas urbanizadas. En estas plantas el agua es tratada, depurada, mediante diferentes tipos de procedimientos. La finalidad es recuperar estas aguas residuales para el consumo, cuando menos, como aguas de regadío. Sistemas ecológicos para depurar el agua: existen algunos sistemas de tratamiento de agua que permiten la depuración del agua de una forma mucho más ecológica: Plantas para depurar el agua: un joven extremeño ha puesto en marcha un sistema de depuración mediante plantas macrofitas. Estas plantas tienen en sus raíces unas bacterias que absorben y se nutren de las cargas contaminantes y de la materia orgánica que hay en el agua, depurándola.
El uso que se hace del agua va en aumento en relación con la cantidad de agua disponible. Uso doméstico. Comprende el consumo de agua en nuestra alimentación, en la limpieza de nuestras viviendas, en el lavado de ropa, la higiene y el aseo personal. Uso público. En la limpieza de las calles de ciudades y pueblos, en las fuentes públicas, ornamentación, riego de parques y jardines, otros usos de interés comunitario, etc.. Uso en agricultura y ganadería. En agricultura, para el riego de los campos. En ganadería, como parte de la alimentación de los animales y en la limpieza de los establos y otras instalaciones dedicadas a la cría de ganado.
Uso como vía de comunicación. Desde muy antiguo, el hombre aprendió a construir embarcaciones que le permitieron navegar por las aguas de mares, ríos y lagos. En nuestro tiempo, utilizamos enormes barcos para transportar las cargas más pesadas que no pueden ser transportadas por otros medios.
Uso en la industria. En las fábricas, en el proceso de fabricación de productos, en los talleres, en la construcción…
Uso el en deporte y ocio. En los ríos, en el mar, en las piscinas y lagos, en la montaña… practicamos un gran número de deportes: vela, submarinismo, winsurf, natación, esquí acuático, waterpolo, piragüismo, ráfting, esquí, patinaje sobre hielo, jockey…Además pasamos parte de nuestro tiempo libre disfrutando del agua en las piscinas, en la playa, en los parques acuáticos … o, simplemente, contemplando y sintiendo la belleza del agua en los ríos, las cascadas, los arroyos, las olas del mar, las montañas nevadas…
Uso como fuente de energía. Aprovechamos el agua para producir energía eléctrica (en centrales hidroeléctricas situadas en los embalses de agua).En algunos lugares se aprovecha la fuerza de la corriente de agua de los ríos para mover máquinas (molinos de agua, aserraderos…