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El Agua




Enviado por ehenriquez1



    1. Contaminación del
      agua
    2. Propiedades físicas
      del agua
    3. Calidad biológica del
      agua
    4. Calidad 
      química  del  agua
    5. Calidad
      química del agua, substancias
      orgánicas
    6. Sistemas de tratamiento de aguas
      residuales

    El agua es un componente de nuestra naturaleza que
    ha estado
    presente en la Tierra
    desde hace más de 3.000 millones de años, ocupando
    tres cuartas partes de la superficie del planeta. Su naturaleza
    se compone de tres átomos, dos de oxígeno
    que unidos entre si forman una molécula de agua,
    H2O, la unidad mínima en que ésta se
    puede encontrar. La forma en que estas moléculas se unen
    entre sí determinará la forma en que encontramos
    el agua en
    nuestro entorno; como líquidos, en lluvias, ríos,
    océanos, camanchaca, etc., como sólidos en
    témpanos y nieves o como gas en las
    nubes.

    Para ver el gráfico seleccione la
    opción ¨Descargar trabajo¨
    del menú superior

    Gran parte del agua de nuestro planeta, alrededor del
    98%, corresponde a agua salada que se encuentra en mares y
    océanos, el agua dulce que poseemos en un 69% corresponde
    a agua atrapada en glaciares y nieves eternas, un 30% está
    constituida por aguas subterráneas y una cantidad no
    superior al 0,7% se encuentra en forma de ríos y
    lagos.  

    CONTAMINACION DEL AGUA  

    Contaminación
    bacterelógica y viral

    Fuentes : Aguas contaminadas con
    bacterias y
    virus
    causantes de enfermedades, las que
    provienen de la materia
    fecal.

    Tratamiento :

          
    Filtración, remueve la mayor parte de las bacterias y
    virus patógenos

          
    Cloración del agua tratada, destruye los
    patógenos remanentes

    Control de la calidad
    bacteriológico y viral

          
    Detección de la calidad bacteriológica (Grupos
    coliformes) que habitan en el intestino de los animales de
    sangre
    caliente.

           Presencia
    de coliformes se mira como evidencia de contaminación fecal, aunque el grupo
    coliforme mismo no es dañino.

    Productos químicos tóxicos
    peligrosos

           Productos
    sintéticos de la industria
    química;
    pesticidas, herbicidas, insecticidas, etc.

           Bifenilos
    policlorados (BPC)

    Usados como medio de intercambio calórico en
    plantas
    generadoras.

    Muy resistentes al ataque químico o microbiano
    ( Acumulación en el ambiente)

           Metales pesados
    tóxicos

    Mercurio, cadmio, plomo (gasolinas)

    Se han desconocido, en muchas ocasiones, como
    actúan estos materiales
    cuando son descargados en la atmósfera.

    Trihalometanos (THM) planta de tratamiento

    Material orgánico ——cloro—— THM
    (potencialmente cancerigeno)

          
    Contaminantes orgánicos

    Los contaminantes orgánicos son diferentes a
    los contaminantes anterior porque no son tóxicos en si
    mismos.

    Efectos de la descarga orgánica en un
    río.

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    OD = Oxigeno
    Disuelto

    Material orgánico : Soluble; Suspendido
    (sólidos orgánicos)

    Fuentes principales de material orgánico :
    Descargas domesticas e industriales

    Remoción del material orgánico en
    plantas de tratamientos

    Sedimentación primaria : Remoción del
    60% de sólidos orgánicos, sin remoción del
    material orgánico soluble.

    Coloración del efluente secundario :
    Destrucción de organismos patógenos (problema
    formación de THM) 

    Eutroficación

          
    Eutroficación : Crecimiento excesivo y molesto de algas
    en lagos, lagunas, tranques, etc.

           Problemas de
    la eutroficación:

    Empeoramiento del uso recreacional del
    agua.

    Problemas para usar dicha agua como fuente de
    abastecimiento de agua
    potable.

    La competencia por
    el consumo de
    OD, provoca la muerte
    masiva de peces.

    Perdida gradual de actividades como la pesca y los
    deportes
    acuáticos.

          
    ¿Qué causa la eutroficación?

    Los efluentes líquidos de tierra
    agrícolas y urbanas y los residuos domésticos e
    industriales ricos en nutrientes (nitrógeno y
    fósforo). La materia orgánica también
    contribuye.

           Fuentes de
    nitrógeno : Principales aguas residuales y
    fertilizantes, algunas algas microscópicas

          
    Principales fuentes de fósforo : Residuos humanos,
    detergentes y suelos
    erosionados de tierras agrícolas.

          
    Tratamiento más efectivo contra la
    eutroficación

    Planta de aguas residuales : Remoción de
    fósforo

    Control de la erosión
    en la agricultura 

    Contaminación
    térmica

           Causa
    principal de contaminación térmica

    Uso del agua para condensar el vapor producido por las
    turbinas de vapor, generadoras de electricidad.

           Efectos
    adversos

    Muerte por exposición a elevadas temperaturas de
    vida acuática contenida en agua de
    enfriamiento.

    Aumento en las tasas de metabolismos, mayor consumo de
    alimento y de oxigeno disuelto.

    OD disminuye al aumentar la temperatura.

    Peces pueden sufrir de embolia resultante del
    desprendimiento de burbujas de nitrógeno en los vasos
    sanguíneos.

           Métodos
    de control

    Distribución uniforme la carga de calor en un
    gran volumen de
    agua.

    Usar Torres de Enfriamiento:

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    Contaminación debida al
    petróleo

           Fuentes
    de contaminación

    Accidentes en procesos de
    extracción y transporte

    Filtraciones naturales desde la tierra al
    océano

           Efectos
    adversos

    Daño a zonas costeras, componentes de bajo
    punto de ebullición extremadamente tóxico para la
    vida marina.

    El petróleo puede destruir lugares de
    alimentación y ser directamente
    tóxico.

    Sustancias radioactivas

           Fuentes :
    procesamiento del uranio, laboratorios y plantas de
    energía nuclear

           Efectos :
    Altamente peligrosos 

    PROPIEDADES FISICAS DEL AGUA
     

    Propiedades misceláneas del
    agua

           Viscosidad
    relativamente baja, fluye con facilidad

          
    Incopresible, relaciones presión
    densidad no son
    importantes

           Disuelve
    muchas y variadas sustancias

     
               
    Dependencia de la solubilidad con la temperatura

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           Las
    relaciones bioquímicas requieren de agua para su
    ocurrencia (no requieren de aire), el agua
    es rica en vida, el aire es pobre en organismos vivientes.
       

    Propiedades térmicas del
    agua

           El
    comportamiento térmico del agua es
    único en varios aspectos, debiéndose esto
    principalmente a que las asociaciones intermoleculares que
    forma el agua son inusualmente fuertes.

           El agua
    tiene elevados puntos de ebullición y de fusión
    para ser una sustancia de peso molécula tan
    bajo.

           El agua
    tiene una de las más altas capacidades
    caloríficas, lo que la transforma en un sumífero
    de calor, consecuentemente, grandes masas de aguas tienen un
    efecto regulador de la temperatura ambiente.

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    superior 

           El agua
    tiene un calor de vaporización alto (539 Cal/g a
    100ºC)

    Calor requerido para aumentar 1 g a 100ºC = 100
    Calorías

    Calor requerido para evaporar 1 g = 539
    Calorías  

          Comportamiento de una
    masa de aire al enfriarse

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    a→b : Enfriamiento sin
    condensación

    b→c : Condensación de una cierta cantidad
    de vapor de agua.

    Al condensarse, el vapor de agua entrega una gran
    cantidad de calor.

    Esta entrega de calor disminuye el enfriamiento del aire
    en el punto de rocío, el

    aire es muy resistente a disminuciones de
    temperatura. 

           El calor
    de difusión del agua (79,71 Cal/g a 0ºC) es una
    cifra común para sustancias similares.

           La
    conductividad térmica del agua (capacidad para conducir
    calor) supera a la de todas las otras sustancias liquidas
    naturales, exceptuando el mercurio.

          
    Estratificación térmica en un lago
    (condición inicial : Temp.. uniforme a
    4ºC)

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    1 : Capa superficial : Epilimnion; Temperatura
    relativamente alta.

    2 : Capa de transición : Mesolimnion o
    termoclina; alto ∆T/∆Z = 0,75ºC

    3 : Capa inferior : Hipolimnion; Temperatura
    relativamente baja.

    Hipolimnion y Epilimnion están totalmente
    separados por deferencias de densidades.

    Hay poca transferencia de materia disuelta a
    través de la Termoclina.

    El lago esta esencialmente separado en dos cuerpos de
    agua relativamenteindependientes, por ende la calidad del agua
    en las 2 secciones es diferente.

            
    Circulación en un lago estratificado inducidas por el
    viento

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           Otra
    causa de la estratificación : Aguas salinas es
    más densa que el agua dulce.

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           Efectos
    de la temperatura en la viscosidad

    Aumenta al disminuir la temperatura :
    YoºC / Y30ºC = 2 (dos
    veces)

    Esto afecta la velocidad de
    sedimentación de las partículas.

    v = Velocidad

    luego Flujos Laminares :

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    Efecto, aguas frías retienen sedimentos por
    periodos más largos que cursos de agua más
    calientes 

    CALIDAD BIOLOGICA DEL AGUA

    Microorganismos y
    enfermedades

    Consideraciones diversas

           Los
    microorganismos son especies vivientes de tamaños
    diminutos

           No se
    consideran como plantas ni como animales. Sino más
    bien se los califica en un tercer reino llamado
    Protista.

          
    Microorganismos de tamaño promedio

    Tamaño : 10-6m =
    1μm

    Peso < 10-12g

           Los
    microorganismos varían en tamaño, forma,
    habilidad para usar diferentes sustancias como fuentes de
    alimentos,
    métodos de reproducción y complejidad.

          Clasificación
    de microorganismos en grupos:

          
    Bacterias

          
    Virus

          
    Algas

          
    Protozoos

    Los anteriores importantes en la calidad del
    agua

          
    Rickettsias

          
    Hongos

          Células
    microbianas (a excepción de los virus)

    a)      Eucarióticas :
    Poseen un núcleo verdadero (una estructura
    envuelta en una membrana que contiene un material
    hereditario)

    b)      Procarióticas
    : Carecen de un núcleo verdadero o bien
    definido.

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    A : Bacterias

          
    Microorganismos procarióticos

          
    Clasificación según su forma :

    Cocos : Forma esférica

    Bacilos : Forma cilíndrica

    Espirilos : forma de espiral

          
    Componentes celulares de las bacterias

    Componentes fijos : Membrana celular, Ribosomas y
    región nuclear

    Componentes variables :
    Flagelos (apéndices como cabellos que permiten el
    desplazamiento)

          
    Clasificación de bacterias según sus fuentes de
    energía y carbono

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    superior    

          Clasificación
    de bacterias según sus necesidades de
    oxigeno

    a)      Bacterias
    aeróbicas

    Requieren oxigeno libre para metabolizar sus
    alimentos

    Metabolismos : Alimento + O2 →
    Material celular + CO2 + H2O

    b)      Bacterias
    anaeróbicas

    El oxigeno es un toxico, su metabolismo
    es:

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    c)      Bacterias
    anaeróbicas facultativas

    Oxidan la materia orgánica (alimento) en
    presencia o ausencia de oxigeno libre

          
    Clasificación de bacterias según la temperatura
    de operación

    Termofílicas : 40  a 
    80ºC

    Mesofílicas : 20  a 
    40ºC

    Psicrofílicas : < 20ºC

           Otras
    consideraciones

    La mayoría de las bacterias prefieren un
    pH neutro
    (7,0)

    Algunas bacterias son capaces de formar esporas bajo
    condiciones ambientales adversas, las esporas son altamente
    resistente a condiciones desfavorables, pueden permanecer en
    estado latente por mucho tiempo.

    B : Algas

          
    Consideraciones diversas

    Las algas son los microorganismos eucarióticos
    más simples que contienen clorofila.

    El hábitat más común aguas
    expuestas al sol, también suelo, rocas y
    árboles

    Clasificación de acuerdo a su color; Verdes,
    Cafés, Rojas

           Las algas
    pueden considerarse como el comienzo de la cadena
    alimenticia acuática, ya que no requieren de otros
    organismos vivos para obtener alimentos o
    energía.

           Factores
    requeridos para el crecimiento de algas

    Luz solar, nutrientes principalmente nitrógeno
    y fósforo.

           Algunos
    efectos de las algas

    Producen compuestos de olor y sabor desagradable,
    disminuye el potencial del agua como fuente de abastecimiento
    de agua potable.

    Influencian el nivel de oxigeno
    disuelto. 

    C : Protozoos

          
    Consideraciones diversas

    Los protozoos
    son microorganismos eucarióticos con
    características similares a la de los animales, pueden
    ser uni o multicelular.

    Hábitat más común :
    Océanos, también lagos, ríos, lagunas, 10
    primeros centímetros del suelo y los intestinos de los
    animales

    Ejemplos comunes : amebas,
    paramecios. 

    D : Virus

          
    Consideraciones diversas

    Son sumamente pequeños, contienen una
    porción de material genético (ácido
    nucleico) protegido por una envoltura.

    En casos simples esta constituido por una sola
    proteína, en casos complejos rodeada por una envoltura
    adicional constituida por una lipoproteína y en casos
    más complejos aun tienen enzimas
    asociadas a ellos.

    Generalmente, mientras más complejo es el
    virus, más fácil resulta inactivarlo.

    Todos los virus son parásitos que se reproducen
    invadiendo células huéspedes y obligando a estas
    a producir más virus. 

    Enfermedades transmitidas por el
    agua

           El agua
    puede transmitir enfermedades entéricas (intestinales),
    debido el contacto con desechos humanos o animales.

           Fuente
    principal de patógenos entéricos : excrementos y
    otros desechos eliminados por humanos enfermos y sus animales
    huéspedes

           Variables
    que afectan la presencia y densidad de los diversos agentes
    infecciosos en las aguas servidas:

    Fuentes que contribuyen a las aguas
    servidas.

    Estado general de salud de la población.

    Presencia de portadores de la enfermedad en la
    población.

    Habilidad de los agentes infecciosos para sobrevivir
    fuera del huésped bajo diversas condiciones
    ambientales.

          
    Enfermedades hídricas más importantes producidas
    por :

    a)      Bacterias :
    Shigella, Salmonella y Escherichia.

    b)      Virus : aquellos
    relacionados con la Hepatitis y
    la Gastroenteritis

    c)      Protozoos : Giardia
    Lambia, Entamoeba Histolytica. 

    Determinación de
    patógenos en el agua

          
    Consideraciones generales

    La presencia de microorganismos se determina
    indirectamente, por los efectos que producen.

    Para asegurar que una muestra de agua
    este libre de patógenos, se debería realizar una
    determinación de todos los tipos de gérmenes que
    podrían estar presentes en la muestra.

    Problemas : Tiempo requerido extremadamente largo,
    personal
    altamente especializado, obtención tardía de
    resultados.

    Solución : Detección de un organismo
    indicador (especie única de microorganismos que, cuando
    esta presente, indica contaminación fecal y la posible
    presencia de patógenos.

          
    Requisitos de un organismo indicador real.

    Fuente exclusiva, excrementos humanos y de animales,
    fácilmente detectable y cuantificable, más
    resistente en el agua que la mayoría de los
    patógenos, a la vez no demasiado resistente en agua como
    para producir frecuentes falsas alarmas y repredicción
    en agua insignificante.

           Interpretación de la presencia o ausencia
    del organismo indicador en el agua

    Presencia : Se supone que el agua potencialmente
    contiene organismos patógenos.

    Ausencia : Se supone que el agua es segura

           Aunque no
    existe un microorganismo indicador totalmente ideal, las
    bacterias coliformes satisfacen casi todos los
    requisitos.

          
    Características de las bacterias coliformes

    Aeróbicas o anaeróbicas
    facultativas

    Bacilos

    No formas esporas

    Gram negativo (se colorean de rojo a diferencia de los
    Gram positivos que se colorean de violeta)

    Fermentan la lactosa, produciendo CO2E
    H2

           Especies
    principales del grupo de bacterias coliformes

    Escherichia Coli : Generalmente no patógenas,
    hábitat el tracto intestinal de humanos y animales de
    sangre caliente, un tercio (en peso) del excremento humano
    consiste de células E.Coli.

    Aerobacter Aerogénes : Hábitat normal
    suelo, cereales, plantas, también pueden encontrarse en
    excrementos de animales

    Otros : Escherichia Freundi – Aerobacter
    Cloaci 

    Métodos usados para la
    determinación de los coliformes

    Tanto los E.Coli como el A.Aerógenes dan
    resultados positivos

    Clasificación :

    Método
    de los tubos múltiples

    – técnica de la membrana
    filtrante 

          
    Método delos tubos múltiples (método
    tradicional)

    Procedimiento de un tubo :

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    – Esterilización

    – Adición de la muestra de agua (entre 0,1 y
    100 ml)

    – Incubación : T = 35ºC , θ = 48
    horas

    – Resultado :

    Ausencia de gases en
    tubo invertido, indica que los coliformes no
    están

    presentes.

    Presencia de gases en tubo invertido indica
    la evidencia presuntiva de la

    existencia de coliformes.

          
    Procedimientos en tubos
    múltiples:

    – Serie común : 5 tubos con porciones de 10ml
    de agua

    5 tubos con porciones de 1ml de agua

    5 tubos con porciones de 0,1ml de agua

    -        
    Resultado de tubos positivos se ingresa a la tabla de
    probabilidades que entrega el numero más probable de
    coliformes por 100ml de la muestra original
    (NMP/100ml) 

    INDICE NMP

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            
    Técnica de la membrana filtrante (método más
    contemporáneo)

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    a)      Filtración del
    agua a trabas de una membrana que retiene los
    microorganismos

    b)      Adición del
    caldo de cultivo apropiado para coliformes a la
    membrana

    c)      Incubación por
    24 horas

    d)      Conteo de colonias
    coliformes 

    CALIDAD  QUIMICA  DEL 
    AGUA

    SUBSTANCIAS INORGANICAS
    Substancias inorgánicas disueltas en aguas

           En la
    naturaleza, el agua adquiere una variedad de constituyentes
    inorgánicos mediante el contacto con el ambiente;
    contacto con la atmósfera (gases), contacto con la
    tierra (minerales), y
    contactos con ambientes contaminados por el
    hombre.

           En aguas
    naturales, existen solo siete constituyentes inorgánicos
    principales que están presentes en consideraciones
    elevadas.

           Los
    constituyentes principales son muy importantes porque
    estabilizan la cantidad química de las aguas
    naturales.

    pH de las aguas naturales : 7 – 9

    pH de océanos : 8 – 8,4

    Concentración bajísima de metales
    pesados tóxicos.

    Ambiente adecuado para el crecimiento y
    proliferación de organismos
    acuáticos. 

    Fuentes de substancias
    inorgánicas en aguas naturales

           Fuentes
    de gases inorgánicos

    La lluvia disuelve los gases presentes en la
    atmósfera

    Tipos de gases : Nitrógeno, Oxigeno,
    Dióxido de carbono y
    Dióxido de Azufre

      Ley de Henry
    (relaciona la concentración de un gas en un
    líquido con la presión parcial del gas, cuando el
    líquido y el gas están en equilibrio)

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    Constante de la ley de Henry

    Depende del tipo de gas

    Depende de la temperatura

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    Concentración de saturación de gases
    en atmósferas normales a 25ºC

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     El oxigeno y el nitrógeno disuelto en
    agua son relativamente poco importante para influenciar la
    adquisición de sustancias inorgánicas.

    El dióxido de carbono es muy importante en la
    química y calidad del agua.

    Forma ácido carbónico : CO2+
    H2O → H2CO3 (ácido
    débil)

    pH de lluvia en presencia de CO2 ≈
    5,6

    Importancia del dióxido de
    azufre

    Forma ácido sulfuroso : SO2+
    H2O → H2SO3 (ácido
    fuerte)

    pH de lluvia en atmósfera altamente
    contaminadas tan bajo como 3 ; lluvia ácida

           Fuentes
    de iones inorgánicos

    Contacto con la lluvia ligeramente ácida con
    la tierra

    Piedra CaCO3 +
    H2CO3 → Ca2+ +
    2HCO-3 (bicarbonato)

    Caliza MgCO3 +
    H2CO3 → Mg2+ +
    2HCO-3

    KAlSi3O8 +
    H2CO3 + 4H2O →
    HAlSiO4 + 2H4SiO4 + K +
    HCO-3

    Feldespato Caolinita Acido

    Resultado final : casi todas las aguas naturales
    contienen principalmente los cationes Calcio, Magnesio y
    Sodio y los aniones Bicarbonato, Sulfato y
    Cloruro.

     
           Concentraciones
    típicas de iones inorgánicos en aguas
    superficiales

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          
    Además de los niveles naturales de ion
    inorgánicos, las aguas naturales pueden recibir altas
    concentraciones de ciertos iones inorgánicos como
    resultado de actividades industriales, agrícolas y
    domésticas.

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    Efectos de substancias
    inorgánicas

           Efectos
    de algunos contaminantes inorgánicos sobre la
    salud

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            
    Efectos de las substancias inorgánicas disueltas en la
    química de las aguas naturales

    -       Los iones
    inorgánicos estabilizan el pH

    pH de ríos y lagos : 7.5 – 8.5

    pH de agua de mar 8.3 (poca
    variación)

    -       La
    estabilización del pH previene las concentraciones
    elevadas de metales pesados.

    -       La estabilidad
    del pH se debe a los equilibrios químicos de los
    constituyentes principales disueltos (básicamente al
    equilibrio de las especies del dióxido de
    carbono) 

      Equilibrio de especies
    carbonatadas

    Caso 1 : Agua sin contacto con la atmósfera ni
    con sedimentos

    Caso 2 : Agua en contacto con la atmósfera, sin
    contacto con sedimentos

    Caso 3 : Agua en contacto con la atmósfera y
    sedimentos 

           Caso 1 :
    Agua sin contacto con la atmósfera ni con
    sedimentos

    Sistema:

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       Equilibrios químicos
    involucrados

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         – Consideración las
    relaciones de equilibrio indican que la forma de la
    especie

            carbonatada
    en el agua depende en gran medida, del pH del
    agua. 

           Caso 2 :
    Agua en contacto con la atmósfera, sin contacto con
    sedimentos

    Sistema:

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    Equilibrios químicos
    involucrados

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          
    Alcalinidad

    La alcalinidad de un agua es una medida de su
    capacidad para neutralizar ácidos

    Principales iones capaces de neutralizar ácidos
    : Bicarbonato, Carbonato Hidroxilo

    Definición matemática :

    [Alcalinidad] = [HCO-3] +
    2[CO2-3] + [OH-] –
    [H+]

    Cada mol de CO2-3 neutraliza dos
    moles de H+ 

           Caso 3
    : Agua en contacto con la atmósfera y sedimentos
     

    Sistema:

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       Equilibrios
    químicos

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    Si [Ca2+] [CO2-3]
    > 10-8,3 , la solución esta sobresaturada
    con respecto con respecto al carbono de calcio y el exceso
    precipitará.

    Si : Si [Ca2+]
    [CO2-3] < 10-8,3 , la
    solución esta subsaturada con respecto al carbonato de
    calcio y se disolverá más carbonato de calcio si
    esta disponible.

    Efectos de descargar ácidos

    1) Neutralización del ácido :

    HCO-3 + H+ →
    H2O + CO2

    2) Restauración del equilibrio del
    HCO-3

    CaCO3(s) + H+ →
    Ca2+ + HCO-3

    Efectos de descargar bases

    1) Neutralización de la base :

    H2CO3 + OH- →
    H2O + HCO-3

    HCO-3 + OH- →
    H2O + CO2-3

    2) Restauración del equilibrio del
    HCO-3

    Ca2+ + CO2-3 →
    CaCO3(s)

    H2CO3 +
    CO2-3 → 2H
    CO-3

    Solubilidades de los
    metales

           El pH
    estable de las aguas naturales es responsable por el hecho que
    muchos metales se disuelvan solamente en cantidades de
    trazas.

          
    Solubilidad de los hidróxidos de metales

    Equilibrio del hidróxido de metal

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    Medida de sustancias
    inorgánicas en aguas

           Existen
    técnicas estandarizadas detalladas en un
    manual titulado
    Standard Methods For The Examanation Of Water And Wastewater,
    publicado por la American Public Health Association.

    Fuentes de materia particulada

           Fuentes :
    Polvo atmosférico removido por lluvias, contacto con la
    tierra, fibras de plantas, vegetación decayentes, residuos de
    animales acuáticos, algas, etc.

           La
    calidad de las aguas superficiales con respecto a sus
    concentraciones de materia particulada varía
    tremendamente con el tiempo:

    – Después de tormentas : Elevada
    concentración de arena inorgánica

    – Verano : Poca arena en suspensión, gran
    cantidad de algas y organismos acuáticos.

           Efectos de la materia
    particulada

           Efectos
    adversos de la metería particulada

    – El agua parece sucia (provoca
    repulsión)

    – Reduce la penetración de la luz, disminuye
    la actividad algal

           La
    materia particulada adsorbe y concentra una gran variedad de
    contaminantes en sus superficies:

    – Plomo emitido por automóviles

    – Bacterias y virus (problema en la
    desinfección del agua)

    – Metales pesados tóxicos.

       Medida y
    clasificación de materia particulada en
    agua

          
    Clasificación de los sólidos de acuerdo al
    tamaño

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           Medida de
    residuos

    – Residuos totales : Evaporación de una muestra
    de volumen conocido a 103ºC y pesada del residuo, se usa
    la temperatura de 103ºC para evitar perdidas por
    salpicaduras que ocurren en una solución que hierve
    rápidamente, y evitar perdidas de materiales
    orgánicos que pueden volatilizarse a temperaturas
    mayores

    – Residuos no filtrante (o suspendidos) : Son
    retenidos por un filtro con tamaño de poro de
    aproximadamente 1μM = 10-3

    Los residuos sedimentables sedimentan en 60
    minutos

    Residuos filtrante : Pasan a través de un filtro
    de 1 μM    

    CALIDAD QUIMICA DEL AGUA, SUBSTANCIAS
    ORGANICAS

    Fuentes de sustancias orgánicas
    en el agua

          
    Contaminación orgánica : Natural y debida al
    hombre

          
    Contaminación orgánica natural

    Escurrimientos que han estado en contacto con
    vegetación decayente, con excremento de animales o con
    desechos de la vida acuática.

          
    Contaminación debida al hombre:

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    superior 

    Efectos de las substancias
    orgánicas

           Tipos
    de efectos de las substancias orgánicas

    – Algunas son toxicas para los seres humanos y
    organismos acuáticos (pesticidas)

    – Otras producen olores, sabores, colores y
    espumas

    – La mayoría hace disminuir el nivel de oxigeno
    disuelto es decir, son biodegradables.

          
    Substancias orgánicas toxicas

    1.     
    Pesticidas

    Fuentes : Aplicación directa a aguas
    superficiales para combatir pestes o plagas, descarga de aguas
    servidas o residuos industriales y escurrimientos en aguas de
    lluvia o regadío de pesticidas adsorbidos por los
    suelos.

    Ruta de los pesticidas aplicado al suelo : Dado que
    son prácticamente insolubles en agua, una cantidad muy
    pequeña de pesticidas es arrastrada, por aguas lluvias,
    hacia aguas subterráneas o superficiales.

    El suelo erosionado arrastra consigo el pesticida
    depositado en él, pudiendo alcanzar un río o
    lago.

    Los pesticida sufren de acumulación
    biológica (bioacumulación)

    Como son insolubles en agua, se concentran en los
    tejidos grasos
    de los organismos.

    Debido a su toxicidad y a la magnificación
    biológica, se ha prohibido el uso (en USA y en Chile) de
    ciertos pesticidas órgano  clorado, tales como el
    DDT y el DDD.

    2.      Otras sustancias
    orgánicas

    Efectos: Inmediatos y a largo plazo
    (cáncer)

    Substancias orgánicas no toxicas que deterioran
    la calidad estética del agua

    – Alquil – Vencen – Sulfonato (ABS;
    detergentes)

    no toxico, produce una gruesa capa de
    espuma

    no biodegradable, perdura tiempos largos

    en USA, ahora se usan detergentes a base de sulfonatos
    de alquilos lineales (SAL), que son degradables, en vez de
    basados en ABS

    – Substancias orgánicas causantes de color,
    sabor y olor

    Debido a que los sentidos
    del gusto y del olfato son extremadamente sensibles, bastan
    solamente pequeñas concentraciones de compuestos
    orgánicos aromáticos para producir
    desagrado.

    Fenol : Gusto a remedio

    Muchas algas : Gusto barroso o terroso

    Alga Synura : Olor a pepino

    Alga Anabaena : Olor a chancheria

    3.      Substancias
    orgánicas biodegradables

    – Estos compuestos son alimentos para las bacterias
    Quimoorganotróficas y para algunos microorganismos
    superiores (protozoos)

    – Los microorganismos mencionados utilizan los
    compuestos orgánicos como fuentes de carbono y
    energía para su desarrollo.

    Oxidación aeróbica de la glucosa
    (objeto obtención de energia)

    Reacción :

    C6H12O6 +
    6O2 → 6CO2 + 6H2O +
    ENERGIA

    Glucosa Aceptador

    De electrones

    Formación de tejido celular:

    C6H12O6 + ENERGIA
    → (CH2O)N

    Tejido celular

          
    Sucesión de especies después de una descarga
    orgánica

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    Las bacterias utilizan como alimento el material
    orgánico descargado

    Protozoos y rotiferas se alimentan de bacterias
    muertas, oxidando parte del material celular bacteriano para
    obtener requerimientos energéticos.

    Crustáceos se alimentan de protozoos y
    rotiferas.

    En cada sucesión de especies, la materia
    orgánica se oxida a CO2 y H2O para
    producir energía y por lo tanto, el tamaño de la
    población de las especies siguientes disminuye debido a
    que queda menos materia
    orgánica. 

    Autopurificación

    Productos orgánicos + O2
    ———————-→ CO2 +
    H2O

          
    Lamentablemente, la concentración de oxigeno disuelto en
    las aguas superficiales es limitada, en el mejor de los casos,
    el agua puede estar en equilibrio con la atmósfera y
    estar saturada de oxigeno.

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    Dado que la concentración de saturación
    del oxigeno es pequeña (10 Mg/L), no se requiere de una
    gran concentración de substancias orgánicas para
    consumirlo completamente

          
    Afortunadamente, existen ciertos mecanismos que le suministran
    oxigeno al agua

          
    Re-aeración

    Ocurre cuando el contenido de oxigeno disuelto de un
    curso de agua es menor que la concentración de
    saturación, en este caso, el oxigeno atmosférico
    tiende a ingresar al agua de modo de restaurar el
    equilibrio.

    – Déficit de oxigeno disuelto =
    Concentración de saturación –
    concentración real de oxigeno disuelto.

    – Tasa o velocidad de re-aeración = Función
    (grado de turbulencia, déficit de oxigeno
    disuelto)

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           Es
    fundamental que el oxigeno disuelto no sea totalmente consumido
    por las substancias orgánicas descargadas a un
    río, ya que casi todas las formas superiores de vida
    acuática requieren oxigeno para sobrevivir.

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           Si el
    contenido de oxigeno cae a cero y el curso se transforma en
    anaeróbico, mueren todas las formas acuáticas
    superiores y se desarrollan solamente las bacterias
    anaeróbicas

          
    Oxidaciones anaeróbicas (cualitativas)

    – C6H12O6 +
    NO-3 → CO2 +
    H2O + NH3 + N2 +
    ENERGIA

    – C6H12O6 →
    3CH4 + 3CO2 + ENERGIA

    Productos finales de la oxidación
    anaeróbica

    -        
    Metano
    (energía)

    -        
    CO2

    -        
    Amoniaco

    -        
    Acido sulfhídrico

    Forma sulfuros metálicos insolubles, generan
    color negro

    Escapa a la atmósfera y genera un olor a
    huevo podrido 

    Medida de las substancias
    orgánicas en el agua

          
    Determinación de compuestos orgánicos
    tóxicos, existen métodos analíticos
    específicos para cada substancia

          
    Métodos usados para establecer la cantidad total de
    substancias orgánicas presentes en el agua:

      1.      Carbono
    Orgánico Total (COT)

    Medición :

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    Una vez calibrado el instrumento, el COT se puede
    determinar en pocos minutos.

    Desventajas : El COT no proporciona ninguna información respecto del estado de
    oxidación o del grado de biodegradabilidad de la materia
    orgánica, es decir, muestras con idéntico COT
    pueden ejercer un muy diferente efecto.

    Interpretación : el COT es una medida del
    contenido de carbono y no de la demanda de
    oxigeno del material orgánico.

    2.      Demanda
    Química de Oxigeno (DQO)

    – Medida de mayor utilidad que el
    COT

    – Medida indirecta de la concentración de
    material orgánico en función de la cantidad de
    oxigeno requerido para oxidarlo completamente en forma
    química

    Medición

    – Oxidación de materia
    orgánica

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          
    Relación DQO – COT

    -        
    DQO/COT alta : Compuestos orgánicos están
    reducidos (alta energía disponible)

    -        
    DQO/COT baja : Compuestos orgánicos están
    oxidados (baja energía disponible)

    Desventaja de la DQO

    – En general, en una muestra hay compuestos
    orgánicos que, aunque son oxidados por el dicromato de
    potasio no son biodegradables y, por lo tanto, no son oxidados
    al ser descargados en un río, normalmente la DQO
    sobreestima el monto de oxigeno que se utilizaría en un
    río

    – Ocasionalmente, lo contrario también ocurre,
    por ejemplo, algunos alcoholes no
    son oxidados por el dicromato y si por los
    microorganismos.

    – La DQO, no entrega ninguna información acerca
    de la tasa a la cual va ha ocurrir la oxidación bioquímica en el curso
    receptor. 

    3.      Demanda
    Bioquímica de Oxigeno (DBO)

    -        
    Simula el proceso
    bioquímico que ocurre en el curso de agua

    -        
    Entrega resultados tanto en la cantidad de material
    biodegradable como en su tasa de oxidación

    Medición:

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    superior 

           Descripción matemática de la
    DBO

    -        
    Oxidación bioquímica de la materia
    orgánica sigue una cinética de primer orden
    → Tasa de oxidación de la materia orgánica
    es proporcional a la cantidad de materia orgánica que
    aun queda por oxidar

    DC/dT = -KC donde :

            C
    = Concentración de substancia orgánica
    presente

            K
    = Constante de velocidad

            T
    = Tiempo

    -        
    Consideraciones

           
    Cantidad de oxigeno utilizada en cualquier instante (DBO
    ejecutada: YT) es una medida de la materia
    orgánica que ha sido oxidada (C0 –
    C)

           
    Cantidad de oxigeno aun necesaria (DBO no ejecutada
    LT) es una medida del material orgánico
    presente (C)

    Luego:

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          
    Relación DBO – DQO

    -        
    DBO/DQO alta : Gran proporción material biodegradable
    (O2 disponible)

    -        
    DBO/DQO baja : Pequeña proporción material
    biodegradable (poco O2
     

    SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
     

    Sistemas de tratamiento de
    aguas

    Fuentes de aguas

    Fuentes comunes de aguas:

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          
    Características de las fuentes típicas de
    aguas

    – Pozos profundos

    -        
    Normalmente son la mejor fuente de agua

    -        
    Problemas comunes : Fierro, manganeso, y dureza.

    -        
    Problemas eventuales : H2S , Cl- ,
    SO2-4 ,
    CO2-3

    – Pozos poco profundos

    -        
    Cercanos a cursos de aguas superficiales

    -        
    Acuíferos de arena actúan como un filtro efectivo
    en la remoción de materia orgánica y de
    microorganismo

    – Ríos

    -        
    Calidad del agua depende del carácter de la hoya, grado de
    contaminación, estación del año,
    condiciones climáticas

    -        
    Normalmente requiere el tratamiento más extenso y la
    mayor flexibilidad operacional que ninguna otra
    fuente.

    – Lagos embalses

    -        
    Calidad del agua depende del tamaño, profundidad,
    clima, hoya,
    grado de eutroficación.

    -        
    Fuente de agua mejor que el rió debido a
    Auto-purificación (reducción de turbiedad,
    coliformes y color, y eliminación de las variaciones
    diarias en calidad)

    -        
    Existen cambios estaciónales

    Hipolimnion : Anaeróbico, altas
    concentraciones de Fe, Mn, sabor y olor.

    Epilimnion : Crecimiento excesivo de algas a
    comienzos de la primavera y a fines del verano (sabores y
    olores)

    -        
    Normalmente, la mejor calidad del agua se encuentra bajo
    el

    Epilimnion y por encima del fondo (profundidad
    media) 

          
    Propósito del tratamiento del agua

    – Proporcionar agua potable química y
    bacteriológicamente segura para consumo humano y con una
    calidad adecuada para los usuarios industriales.

    – Usos domésticos : el agua debe estar exenta
    de sabores y olores desagradables, el agua debe estar
    suplementada con agentes que mejoran la salud (ej:
    fluor) 

          
    Selección de procesos para el tratamiento
    del agua

    – Florecimientos de algas en lagos o embalses :
    interfieren con coagulación y filtración,
    producen problemas de sabores y olores. Pueden controlarse con
    algicidas como el sulfato de cobre.

          
    Pre-tramiento

    – Mallas : usadas para pre-tratar aguas
    superficiales

    – Resedimentación : Remueve materia suspendida
    de aguas de ríos

    – Tratamiento químico : Mejora la
    resedimentación, también se usa para pre-tratar
    substancias difíciles de remover (olores, sabores,
    colores) y para reducir el numero de
    microorganismos.

    Substancias químicas comúnmente usadas :
    Cloro, permanganato de potasio (KMnO4),
    polielectrolitos y sulfato de aluminio
    (Al2(SO4)3 entre
    otras.

    – Aeración : Es la primera etapa en la
    remoción de Fe y Mn en aguas subterráneas,
    también separa gases disueltos (H2S ,
    CO2) 

          
    Consideraciones importantes

    – Los procesos de tratamiento usados en plantas de
    agua dependen de :

    1.      Calidad de la
    fuente

    2.      Calidad deseada del
    agua terminada

    – Las substancias químicas seleccionadas para el
    tratamiento dependen de :

    1.      La efectividad para
    realizar la reacción deseada

    2.      Costos

    – Quizás la consideración más
    importante en el diseño
    de una planta de agua es proporcionar flexibilidad.

    1. Posibilidad de cambiar el punto de aplicación
    de substancias químicas

    2.Posibilidad de cambiar substancias
    químicas

    3. Proporcionar espacio para la construcción de unidades adicionales
    de pre-tratamientos. 

           Planta
    con ablandamiento parcial y remoción de fierro y
    manganeso

     Para ver el
    gráfico seleccione la opción "Descargar" del
    menú superior

           Planta
    convencional con provisiones especiales para el control de
    sabores y olores

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      Tratamiento de lodos producidos en plantas de
    aguas

           Fuentes
    principales de lodos

    – Lodos provenientes de los sedimentadores

    – Agua de lavado de los filtros

          
    Características de los lodos

    – Contienen materia removida del agua cruda y
    productos químicos agregados durante el
    tratamiento

    – Son relativamente no-putrescibles y tienen un alto
    contenido mineral.

           Esquema
    típico del espesamiento de lodos

    Para ver el gráfico seleccione la
    opción "Descargar" del menú
    superior 

          
    Alternativa de disposición del lodo
    espeso

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    Sistemas de tratamiento de aguas
    residuales

          
    Consideraciones generales

    – Propósito del tratamiento : Prevenir
    contaminación en el curso de agua receptor

    – Características de la planta dependen en gran
    medida de :

    1. Tipo de sistema de
    alcantarillada

    2. Residuos industriales descargados al
    alcantarillado

    – Grado de tratamiento requerido queda determinado por
    el uso que se le dar al curso o lago receptor

    Residuos industriales

          
    Métodos posibles de disponer los residuos
    industriales

    – La industria trata el residuo antes de descargarlo a
    un curso de agua

    – Los residuos industriales se descargan directamente
    al alcantarillado

    – Los residuos industriales son pre-tratados por
    la industria antes de descargarlos al
    alcantarillado 

           Residuos
    industriales que no deben descargarse al
    alcantarillado

    – Aquellos que crean peligro de explosión o
    fuego : Gasolinas, desmanchadores, etc.

    – Aquellos que disminuyen la capacidad
    hidráulica : Arena, grava, etc.

    – Aquellos peligrosos para la gente, el alcantarillado
    o el sistema biológico de tratamiento : Iones
    metálicos tóxicos, petróleo, etc. 

          
    Pre-tratamiento

    – Debe practicarse a residuos industriales con
    características muy diferentes a las aguas
    servidas.

    – Tipos de pre-tratamientos

    1. modificación del proceso

    Recuperación de subproductos, re-uso del agua,
    reducción del consumo de agua

    2. Segregación de residuos

    las aguas de proceso, enfriamiento y servidas deben
    segregarse porque requieren  tratamientos
    diferentes

    3. Equalización

    (neutralización) Entrega un agua más
    estable

    4. Reducción de la fuerza del
    residuo : Posibles reducciones de sólidos
    orgánicos

    o inorgánicos metales pesados, etc.

    Infiltración e
    influjo

          
    Infiltración : Agua subterránea que entra al
    alcantarillado debido a condiciones deficientes o
    roturas.

           Influjo :
    Agua descargada al alcantarillado que esta contaminada como
    drenajes, aguas lluvia, aguas de enfriamiento, etc.

           La
    infiltración y el influjo deben considerarse al momento
    de diseñar las plantas de tratamiento.

    – La infiltración representa el 5% de flujo
    máximo horario de aguas servidas y el 10% de flujo
    promedio de aguas servida.

    – El influjo idealmente debería recolectarse en
    colectores de aguas lluvias. 

    Propósitos del tratamiento de
    aguas residuales

    – Reducción de DBO

    – Reducción de sólidos
    suspendidos

    – Reducción de patógenos

           Formas de
    cumplir los estándares

    -        
    Cumplimiento de estándares de DBO y sólidos
    suspendidos

    -        
    Lodos activados y filtros percoladores

    -        
    Cumplimiento de estándares de coliformes
    fecales

    -        
    Desinfección con cloro

          
    Remoción de nitrógeno y fósforo

    -         30
    a 60% en plantas convencionales

    -        
    Para mayor remoción se requiere de tratamiento
    avanzado

    -         Es
    necesaria para retardar la eutroficación de
    lagos 

    Selección de procesos usados en
    plantas de aguas residuales

          
    Tratamiento convencional de aguas residuales

    Para ver el gráfico seleccione la
    opción "Descargar" del menú superior

            
    Tratamiento preeliminar

    – Posibles procesos preliminares

           
    Tamizado grueso (barras)

           
    Tamizado medio (mallas)

           
    Conminución (trituración)

           
    Medida del gasto (canaleta Parshall)

           
    Bombeo

           
    Remoción de arena

           
    Pre-aeración

           
    Flotación

           
    Floculación

           
    Tratamiento químico

          
    Tratamiento primario

    – Corresponde a la sedimentación
    primaria

          
    Tratamiento secundario

    – tipos de procesos

           
    Lodos activados

           
    Filtros biológicos

    – Lodos activados

    ventajas

           
    Altas remoción de DBO

           
    Habilidad para tratar aguas residuales con alto contenido
    orgánico

           
    Adaptabilidad para uso futuro en conversión de planta a
    tratamiento avanzada

    – Desventajas

           
    Requiere alto grado de control operacional

           
    Cargas repentinas pueden desestabilizar el proceso
    biológico

           
    Sobrecargas hidráulicas u orgánicas producen la
    falla del proceso

    – Filtros biológicos

    ventajas

           
    Facilidad de operación

           
    Capacidad para aceptar cargas repentinas y sobrecargas sin
    causar una falla completa

          
    Disposición de lodos

    – La disposición de lodos es un factor
    económico importante en el tratamiento.

    El costo de
    construcción de una planta procesadora de lodos es
    aproximadamente 1/3 del costo de la planta de
    tratamiento.

          
    Espesamiento de lodos en una planta de filtros
    biológicos

    Para ver el gráfico seleccione la
    opción "Descargar" del menú superior

          
    Espesamiento de lodos en una planta de lodos
    activados

    Para ver el gráfico seleccione la
    opción "Descargar" del menú
    superior 

          
    Coloración

    – Se practica la desinfección del efluente
    secundario cuando el curso receptor se usa para recreación o como fuente de
    agua.

          
    Remoción de fósforo y
    nitrógeno

    • Se practica en el tratamiento avanzado

     

     

    Autor:

    Eduardo Henríquez

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