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Agua Propiedades físicas y químicas parte 2 - Monografía



 
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TIPOS DE CONTAMINANTES



Actualmente, la contaminación de los cauces naturales tiene su origen entres fuentes:
- vertidos urbanos
- vertidos industriales
- contaminación difusa (lluvias, lixiviados, etc.)


Clasificación de los contaminante



Las sustancias contaminantes que pueden aparecer en un agua residual son muchas y diversas.

Contaminantes orgánicos



Son compuestos cuya estructura química está compuesta fundamentalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Son los contaminantes mayoritarios en vertidos urbanos y vetados generados en la industria agroalimentaria.
Los compuestos orgánicos que pueden aparecer en las aguas residuales son:

a)    proteínas:

proceden fundamentalmente de excretas humanas o de desechos de productos alimentarios. Son biodegradables, bastante inestables y responsables de malos olores.

b)    Carbohidratos:

incluimos en este grupo azúcares, almidones y fibras celulósicas. Proceden, al igual que las proteínas, de excretas y desperdicios.

c)    Aceites y grasas

: altamente estables, inmiscibles con el agua, proceden de desperdicios alimentarios en su mayoría, a excepción de los aceites minerales que proceden de otras actividades.

d)    Otros:

incluiremos varios tipos de compuestos, como los tensioactivos, fenoles, organoclorados y organofosforados, etc. Su origen es muy variable y presentan elevada toxicidad.

Contaminantes inorgánicos



Son de origen mineral y de naturaleza variada: sales, óxidos, ácidos y bases inorgánicos, metales, etc.
Aparecen en cualquier tipo de agua residual, aunque son más abundantes en los vertidos generados por la industrial
Los componentes inorgánicos de las aguas residuales estarán en función del material contaminante así como de la propia naturaleza de la fuente contaminante.


Contaminantes habituales en las aguas residuales



Arenas



Entendemos como tales una serie de particular de tamaño apreciable y que en su mayoría son de naturaleza mineral, aunque pueden llevar adherida materia orgánica. Las arenas enturbian las masas de agua cuando están en movimiento, o bien forman depósitos de lodos si encuentran condiciones adecuadas para sedimentar.

Grasas y aceites



Son todas aquellas sustancias de naturaleza lipídica, que al ser inmiscibles con el agua, van a permanecer en la superficie dando lugar a la aparición de natas y espumas. Estas natas y espumas entorpecen cualquier tipo de tratamiento físico o químico, por lo que deben eliminarse en los primeros pasos del tratamiento de un agua residual.

Residuos con requerimiento de oxígeno



Son compuestos tanto orgánicos como inorgánicos que sufren fácilmente y de forma natural procesos de oxidación, que se van a llevar a cabo con un consumo de oxígenos del medio. Estas oxidaciones van a realizarse bien por vía química o bien por vía biológica.

Nitrógeno y fósforo



Tienen un papel fundamental en el deterioro de las masas acuáticas. Su presencia en las aguas residuales es debida a los detergentes y fertilizantes, principalmente. El nitrógeno orgánico también es aportado a las aguas residuales a través de las excretas humanas.

Agentes patógenos



Son organismos que pueden ir en mayor o menor cantidad en las aguas residuales y que son capaces de producir o transmitir enfermedades.

Otros contaminantes específicos



Incluimos sustancias de naturaleza muy diversa que provienen de aportes muy concretos: metales pesados, fenoles, petróleo, pesticidas, etc.

CONSECUENCIAS QUE ACARREAN LOS VERTIDOS



Aparición de fangos y flotantes.



Existen en las aguas residuales sólidos en suspensión de gran tamaño que cuando llegan a los cauces naturales pueden dar lugar a la aparición de sedimentos de fango en el fondo de dichos cauces, alterando seriamente la vida acuática a este nivel, ya que dificultará la transmisión de gases y nutrientes hacia los organismos que viven en el fondo.
Por otra parte, ciertos sólidos, dadas sus características, pueden acumularse en las orillas formando capas de flotantes que resultan desagradables a la vista y además, pueden acumular otro tipo de contaminantes que pueden llevar a efectos más graves.

Agotamiento del contenido en oxígeno



Los organismos acuáticos precisan del oxígeno disuelto en el agua para poder vivir. Cuando se vierten en las masas de agua residuos que se oxidan fácilmente, bien por vía químico o por vía biológica, se producirá la oxidación con el consiguiente consumo de oxígeno en el  medio.
Si el consumo de oxígeno es excesivo, se alcanzarán niveles por debajo del os necesario para que se desarrolle la vida acuática, dándose una muerte masiva de seres vivos.
Además, se desprenden malos olores como consecuencia de la aparición de procesos bioquímicos anaerobios, que dan lugar a la formación de compuestos volátiles y gases.

Daño a la salud pública.



Los vertidos de efluentes residuales a cauces públicos, pueden fomentar la propagación de virus y bacterias patógenos para el hombre.

Eutrofización



Un aporte elevado de nitrógeno y fósforo en los sistemas acuáticos propicia un desarrollo masivo de los consumidores primarios de estos nutrientes; zoo y fitoplanton y plantas superiores. Estas poblaciones acaban  superando la capacidad del ecosistema acuático, pudiendo llegar a desaparecer la masa de agua.


Otros efectos.



Pueden ser muy variados y van a ser consecuencia de contaminantes muy específicos, como valores de pH por encima o por debajo de los límites tolerables, presencia de tóxicos que afecta directamente a los seres vivos, etc.

Agua potable



Se entiende por agua potable no un agua pura, sino un agua que es incapaz de dañar la salud.
El agua potable se produce a partir del agua contaminada que proviene de aguas superficiales (lagos, arroyos, lagunas, ríos, mares, océanos y glaciares), subterráneas (pozos profundos) y atmosféricas (lluvias). Esta producción es cara y compleja.
Las condiciones físicas del agua para ser considerada como potable son las siguientes: debe ser insípida, inodora e incolora, y con una turbiedad menor a 5 según la unidad nefelométrica.
Mientras que el contenido máximo de sustancias químicas que debe tener es el siguiente:


VER CUADRO EN LA PAGINA SIGUIENTE



SUSTANCIA              EXPRESADO COMO           LIMITE  MAXIMO mg/1



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También el agua debe cumplir con ciertos requisistos radioactivos para ser considerada como potable:


ELEMENTOS RADIACTIVOS                                  LIMITE MAXIMO pCi/1



Estroncio 90                                                                                   10,00

Radium 226                                                                                    3,00

Actividad Beta total                                                                      1.000
(excluyendo Sr-90, RA-226 y otros emisores alfa)

Actividad Beta total                                                                       50,00
(incluyendo Sr-90, corregida para el K-40 y otros
radioemisores naturales)

Actividad Alfa total                                                                     15,00
(incluyendo RA-226 y otros emisores alfa)

Además el agua para ser potable no debe tener microorganismos de origen fecal

Tratamiento de aguas residuales urbanas (ARU) e industriales (ARI).



Dependerá de la biodegradabilidad de las aguas a tratar:
- ARU. Tratamiento biológico, en particular el método de fangos activos.
- ARI. Tratamiento físico-químico. Mediante reacciones químicas. Las aguas tienen también contaminación industrial.
El seleccionar un método u otro depende de la relación:

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En la depuración de aguas urbanas se distinguen 4 etapas:
1.    Pretratamientos Þ desbaste Þ eliminar sólidos en suspensión.
2.    Tratamientos primarios Þ decantación.
3.    Tratamientos secundarios Þ depuración de las aguas. Tiene lugar en el reactor biológico.
4.    Tratamientos terciarios Þ tratamiento afino del agua (llevar el agua a unas características) Þ cloración.

Diagrama general del tratamiento de aguas:


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Si quisieramos instalar una depuradora de aguas devemos estudiar el caudal de agua, para ello hay que saber la cantidad de población, por tanto, hay que hacer una proyección de la población dentro de 15-25 años. Y una vez echo esto, a través de unas tablas podemos conocer el consumo de agua por habitante (D) Þ litros/habitante/día.

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El caudal de aguas residuales:

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Esta fórmula nos indicaria que el 80% del agua consumida se convierte en agua residual.
Otro factor importante es la tasa pluviométrica (frecuencia y cantidad de lluvias) a la hora de colocar una depuradora, ya que esta se nos puede inundar, pues cuando llueve todas esta agua van a parar a la depuradora. Para evitar esto se coloca un aliviadero a la entrada de la depuradora (se hace un agujero en el colector de entrada a una cierta altura con lo que esta agua salen fuera sin depurar).

El caudal que se produce en una depuradora no es constante, hay una variación:
- Diaria:

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lo que nos interesa en pasar a un caudal constante (para las estacionales es bastante difícil).

- Estacional: se debe a la actividad que tenga la población en cuestión (si es turística las aguas residuales son mayores en verano).

Explicación de las operaciones:



A.    Desbaste:

elimina todos los sólidos gruesos que llegan a la depuradora. Protege a la depuradora. Hay varios métodos:

- Rejas:

hay dos sistemas,  automático o manual.
Hay que controlar la velocidad del flujo y el tratamiento de los residuos. La velocidad está tabulada y los niveles no deben ser muy grandes.

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estos sólidos van a parar al tratamiento de basuras (basureros).

- Tamices:

pueden ser fijos o giratorios. Permite recoger sólidos más pequeños.
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B.    Desarenado:

eliminar las arenas (la definición de arena es aquel sólido cuya velocidad de sedimentación es mayor que la de la materia orgánica) de las aguas residuales. Suelen ser minerales y se han de retirar para evitar la abrasión de las piezas móviles de la depuradora. Se trata de reducir la velocidad del flujo de forma que le de tiempo a las partículas a sedimentar, esto se consigue normalmente aumentando la superficie del canal:

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La profundidad no afectará a que podamos sacar más o menos arena. El rendimiento del desarenador es directamente proporcional a la sección.
Se puede inyectar aire para separar las grasas de las arenas, para poner las grasas en la superficie y la arena en el fondo.

C.    Cámaras de mezcla y homogeneización de caudales:

las primeras se pueden situar en cualquier parte de la depuradora. En ellas se mezclan los reactivos químicos. Pueden ser rápidas (t = 1 y 5 segundos) o decantadores (10 a 30 minutos por la lentitud de las reacciones).
Los homogeneizadores de caudales hacen que el caudal que llega a algún sitio sea constante. Con ello mejoramos el rendimiento del proceso.

D.    Decantación primaria:

tanto la coagulación como la floculación son los responsables de eliminar la materia coloidal. El 80 % de la DQO es materia coloidal. Un coloide es una partícula muy pequeña que tiene carga superficial que no es nula, normalmente en aguas residuales es negativa. Estas partículas se repelen unas con otras y es imposible que sedimenten. Por tanto para eliminarlas hay que neutralizar su carga superficial (coagulación), para ello se utilizan sales de hierro y de aluminio (Fe3+ y Al3+) porque tienen mucha carga y son pequeñas. A su alrededor se colocan los iones positivos. Al ser muy pequeñas la velocidad de sedimentación es pequeña (tardan mucho en sedimentar), para aumentarla utilizamos la floculación que no es más que añadir polielectrolitos (plásticos solubles en agua) que enlazan coloides, al ser más grande aumentan la velocidad de sedimentación.
Si la dosis de coagulantes es poca hay mucha turbidez, a medida que añadimos más coagulante disminuimos la turbidez. Una vez alcanzado el valor óptimo aunque añadamos más no hacemos nada.
En cuanto a la dosis de floculantes, si añadimos una gran cantidad puede ocurrir que no se formen las cadenas de coloides. Además el exceso de polielectrolitos afecta negativamente a los procesos aerobios que ocurren dentro del reactor biológico.
El decantador elimina los coloides una vez coagulados y floculados. Hay varios tipos:
- Rectangular
- Circular

E.    Filtración:

es una etapa muy importante para la obtención de agua potable. Puede tener lugar de dos formas:
1)    Filtración discontinua:
- Filtración.
- Lavado de filtro.

2)    Filtración continua:

se puede filtrar y lavar el filtro simultáneamente. Pueden ser de puente móvil o de flujo ascendente.
Para el diseño de un filtro se tienen en cuenta dos factores:
- La calidad del agua tras la filtración.
- La pérdida de presión a lo largo del filtro.
A medida que pasa el agua residual por el filtro se nos van tapando los agujeros del filtro, por tanto hay que meter el agua cada vez a más presión. Pero la bomba tiene un límite de presión, cuando se llega a este el nivel de agua aumenta. Por ello se inyecta por debajo agua limpia con lo que los sólidos que tapan los agujeros se ponen en suspensión y estos se envían a la cabecera:

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Dependiendo del tamaño del grano tendremos una calidad u otra del agua de salida. A menor tamaño del grano mayor calidad y más asiduidad de limpieza. Para evitar esto se colocan materiales en el lecho más grandes pero con menor densidad, con lo que la profundidad del lecho aumenta.
Para pequeñas instalaciones industriales los filtros son presurizados con lo que se aumentan los ciclos entre limpieza y limpieza (los filtros a presión supone reducir mucho el tamaño de la instalación pero resultan caros de mantener y son complicados de limpiar).

Con todo esto se pueden diseñar las depuradoras físico-químicas:

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