tesis quimica
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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA TEXTIL
TESINA
En relación al cuadro temático
Química del agua
TEXTIL
PRESENTA
ASESORES: ING. IRENE MONROY FERIA
DICIEMBRE 2012
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INDICE
NATURALEZA Y PROPIEDADES DEL AGUA5
TIPOS DE AGUA
TIPOS DE IMPUREZAS
PARAMETROS ORGANICOS
PARAMETROS INORGANICOS
CALIDAD DEL AGUA EN LA INDUSTRIA TEXTIL
UNIDAD 2
TIPOS DE IMPUREZAS Y SU INFLUENCIA EN LOS PROCESOS TEXTILES
TURBIDEZ
COLOR
FIERRO
MANGANESO
ALCALINIDAD
DUREZA DEL AGUA
GRADOS DE DUREZA
AGENTES SECUESTRANTES
QUELATOS
POLIFOSFATOS
UNIDAD 3
TIPOS DE TRATAMIENTOS
TRATAMIENTO FISICO-QUIMICO
TRATAMIENTO BIOLOGICO Y MICROBIAL
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ETAPAS DEL TRATAMIENTO
TRATAMIENTO PRIMARIO
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO TERCIARIO
TRATAMIENTO DE LOS FANGOS
DIGESTION ANAEROBICA
DIGESTION AEROBICA
COMPOSTA O ABONAMIENTO
DE POLIMERIZACION TERMAL
DEPOSICION DE FANGOS
IMPACTO AMBIENTAL
UNIDAD 4
INTRODUCCION
CLASIFICACION
TENSOACTIVOS ANIONICOS
TENSOACTIVOS CATIONICOS
TENSOACTIVOS NO IONICOS
TENSOACTIVOS ANFOTERICO
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EL OBJETIVO DE ESTE TRABAJO ES PRESENTAR LA MATERIA DE UNA FORMA CLARA Y CONSISA PARA
QUE SE PUEDA ENTENDER DE UNA MANERA MEJOR ES DECIR QUE AL ESTUDIAR EN ESTE ARTICULO TODOS PODAMOS COMPRENDER MEJOR ESTA MATERIA YA
QUE A DECIR VERDAD EN ESTA MATERIA SE INTEGRAN OTRAS MATERIAS TALES COMO LO QUE ES LA
GESTION AMBIENTAL, SEGURIDAD E HIGIENE ENTRE OTRAS MATERIAS EN LA CUAL ESTA LLEVA UNA
RELACION BILATERAL DE MANERA DIRECTA
CABE MENCIONARSE QUE MI AMBICION FUE EL DE MENCIONAR DE MANERA CONJUNTA TODO LO QUE ES
LA UNIDAD TEMATICA
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NATURALEZA Y PROPIEDADES DEL AGUA
El agua pura no tiene olor, sabor, ni color, es decir, es inodora, insípida e incolora. Su importancia reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que suceden
en la naturaleza, no solo en organismos vivos sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en laboratorios y en la
industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua.
El agua, uno de los elementos más comunes de nuestro planeta, es una sustancia relativamente simple pero muy
flexible. Una molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Esta estructura
molecular tan simple le da al agua una serie de propiedades químicas y físicas únicas que la sitúan en la importante posición que ocupa para que la Tierra sea un
lugar habitable. Los elementos básicos, hidrógeno y oxígeno, están unidos de manera que producen una
fuerza de atracción entre las moléculas de agua, lo que se conoce como enlaces de hidrógeno. La propiedad más
conocida de este tipo de enlace es la flexibilidad, que permite que el agua adopte tres formas muy diferentes —
sólida, líquida y gaseosa— según la temperatura y la presión del aire a la que esté expuesta. Dentro de estas
tres formas, el agua se presenta en una abundante variedad de maneras.
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MOLÉCULA DE AGUA.
Una molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El extremo de la molécula
con los átomos de hidrógeno tiene carga eléctrica positiva, mientras que el otro polo tiene carga negativa.
Esto provoca una atracción eléctrica entre las moléculas conocida como enlace de hidrógeno.
Las propiedades más notables del agua son:1. El agua es la única sustancia que podemos encontrar en la Tierra de forma natural como gas (vapor de agua),
líquido o sólido (hielo).
2. La densidad es la medida que nos dice cómo de compacta es una sustancia. Se define como la unidad de masa dividida por el volumen que ocupa. Normalmente los sólidos suelen ser la forma más densa de cualquier sustancia, después los líquidos y después los gases.
Normalmente la densidad disminuye con el aumento de temperatura. Sin embargo el agua pura es una excepción
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a todo esto ya que alcanza su mayor densidad cuando se encuentra a 4ºC. Cuando el agua se convierte en hielo los
puentes de hidrógeno le dan una estructura perfecta y ordenada que hace que sea menos denso que el agua
líquida a bajas temperaturas y por eso el hielo flota sobre el agua.
3. El agua tiene un calor específico muy alto, lo que significa que se necesita mucha energía para aumentar
su temperatura. Como la superficie de la Tierra está cubierta en un 71% por agua la energía que viene del Sol sólo produce cambios muy pequeños en la temperatura
del planeta. El agua evita que la temperatura sea demasiado alta o demasiado baja y permite que pueda haber vida sobre la Tierra. El calor se almacena en el agua durante el verano y se libera durante el invierno.
Los océanos actúan como moderadores del clima reduciendo las diferencias de temperatura durante las
estaciones.
4. El agua también tiene un alto calor latente de evaporación, esto significa que hace falta mucha energía
para evaporar el agua líquida.
5. Muchas sustancias se disuelven en agua fácilmente, así se permite el transporte de oxígeno, de dióxido de carbono, nutrientes y se hacen posibles los procesos
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biológicos.
6. Muchas sustancias se disuelven en agua fácilmente y son estabilizadas por los puentes de hidrógeno, así se
permite el transporte de oxígeno, de dióxido de carbono, nutrientes y se hacen posibles los procesos biológicos.
7. Otra fuerza muy importante que refuerza la unión entre moléculas de agua es el enlace por puente de hidrógeno
Tipos de agua
* Potables: Son las aguas que son aptas para el consumo humano. Se consideran aptas aquellas aguas que no tienen materias disueltas perjudiciales para la salud
( substancias en suspensión o microorganismos)* No potables: Son aquellas aguas que no son aptas para
el consumo humano.
Dentro de las agua potables tenemos:
- Según la cantidad de minerales que tengan disueltos:
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* Duras : son las que tienen muchos minerales como el calcio y el magnesio. Esta agua se caracteriza porque
produce muy poca espuma cuando se junta con el jabón. Otra de las características de las aguas duras son la
cantidad de residuos que dejan en el vaso cuando el agua se evapora o en los cacharros después de hervirla. Estos
mismos residuos se incrustan en los lavavajillas o lavadoras y las estropean más que las aguas blandas.
Las aguas duras suelen proceden de fuentes subterráneas en las que el agua ha tenido que atravesar
diferentes capas de minerales. La disolución y arrastre de estos minerales es lo que le proporciona la dureza.
* Blandas: Son las que tienen muy pocos minerales. Producen mucha espuma cuando se les mezcla con el jabón. Las aguas de pozo o aquellas que proceden de aguas superficiales suelen ser aguas blandas. El agua más blanda es el agua destilada que no posee ningún mineral. El agua destilada no es apta para el consumo
humano.
- Según la procedencia de las aguas:
* Aguas superficiales: Son las proceden de los ríos, los lagos, los pantanos o el mar. Estas aguas, para que
resulten potables, deben someterse a un tratamiento que elimina los elementos no deseados, tanto las partículas en suspensión como los microorganismos patógenos.
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Estas partículas son fundamentalmente arcillas que el río arrastra y restos de plantas o animales que flotan en ella.
A todo ello hay que sumar los vertidos que realizan las fabricas y las poblaciones. Para eliminar las impurezas físicas se utilizan fundamentalmente procedimientos de
decantación que las hacen precipitar al fondo. Las bacterias son eliminadas por procedimientos químicos o
biológicos.
El aumento de la población ha obligado a reutilizar el agua de los ríos, sobre la que se vierten gran cantidad de
contaminantes, Para ello se ha tenido que instalar grandes plantas potabilizadoras con la finalidad de
convertir estas aguas no potables en aguas aptas para el consumo humano. Igualmente se han tenido que instalar en algunos lugares con pocos recursos hídricos plantas
desalinizadoras que potabilizan el agua del mar. Con todo ello se obtiene la llamada " agua de grifo" que resulta apta para el consumo humano, aunque la calidad y las características de la misma resulten poco apetecibles.
( Más información sobre la contaminación del agua en el listado superior)
* Aguas subterráneas: Son aquellas que proceden de un manantial que surge del interior de la tierra o la que se
obtiene de los pozos. Estas aguas presentan normalmente un grado de contaminación inferior a las superficiales, pero, en la mayoría de los casos, deben tener un tratamiento previo antes de ser aptas para el
consumo humana. El agua de los pozos se utiliza para el
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sumistro de aguas potables. El agua de manantial puede suministrarse a través de la red de agua potable o
utilizarse para embotellarse.
Las aguas embotelladas, según sus características y proceso de embotellamiento. pueden ser diversas:
* Aguas de manantial: Suelen ser aguas potables procedentes de una fuente ( A veces de la misma red de
distribución de aguas) que ha sido sometidas a un proceso de potabilización y filtrado especial para
hacerlas aptas para el consumo y proporcionarles mejor sabor y eliminarles posibles olores. Muchas veces se le
suele añadir anhídrido carbónico.
* Aguas minerales: Se consideran aguas minerales aquellas que proceden de un manantial subterráneo
protegido y, a diferencia de otro tipo de aguas, presentan una riqueza constante de minerales no inferior a 250
partes por millón, siendo estos minerales de procedencia natural y no añadida. El embotellamiento debe producirse
en su lugar de origen y el agua debe estar libre de microbios patógenos sin que se le aplique ningún
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Parámetros organicos
LOS PARAMETROS ORGANICOS DEL AGUA
Materia orgánica biodegradable:
Demanda Bioquímica de Oxígeno
(DBO5)
DBO5 es la cantidad de oxígeno disuelto requerido por los microorganismos para
la oxidación aerobia de la materia orgánica biodegradable presente en el agua.
Se mide a los cinco días. Su valor da idea de la calidad del agua desde el punto
de vista de la materia orgánica presente y permite prever cuanto oxígeno será
necesario para la depuración de esas aguas e ir comprobando cual está siendo la
eficacia del tratamiento depurador en una planta.
Materiales oxidables: Demanda
Química de Oxígeno (DQO)
Es la cantidad de oxígeno que se necesita para oxidar los materiales contenidos
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en el agua con un oxidante químico (normalmente dicromato potásico en medio
ácido). Se determina en tres horas y, en la mayoría de los casos, guarda una
buena relación con la DBO por lo que es de gran utilidad al no necesitar los cinco
días de la DBO. Sin embargo la DQO no diferencia entre materia biodegradable y
el resto y no suministra información sobre la velocidad de degradación en
condiciones naturales.
Nitrógeno total
Varios compuestos de nitrógeno son nutrientes esenciales. Su presencia en las
aguas en exceso es causa de eutrofización.
El nitrógeno se presenta en muy diferentes formas químicas en las aguas
naturales y contaminadas. En los análisis habituales se suele determinar el NTK
(nitrógeno total Kendahl) que incluye el nitrógeno orgánico y el amoniacal. El
contenido en nitratos y nitritos se da por separado.
Fósforo total
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El fósforo, como el nitrógenos, es nutriente esencial para la vida. Su exceso en el
agua provoca eutrofización.
El fósforo total incluye distintos compuestos como diversos ortofosfatos,
polifosfatos y fósforo orgánico. La determinación se hace convirtiendo todos ellos
en ortofosfatos que son los que se determinan por análisis químico.
Aniones:
cloruros
nitratos
nitritos
fosfatos
cianuros
fluoruros
indican salinidad
indican contaminación agrícola
indican actividad bacteriólogica
indican detergentes y fertilizantes
indican acción bacteriológica anaerobia (aguas negras, etc.)
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indican contaminación de origen industrial
en algunos casos se añaden al agua para la prevención de las caries, aunque es
una práctica muy discutida.
Cationes:
sodio
calcio y magnesio
amonio
metales pesados
indica salinidad
están relacionados con la dureza del agua
contaminación con fertilizantes y heces
de efectos muy nocivos; se bioacumulan en la cadena trófica; (se estudian con
detalle en el capítulo correspondiente)
Compuestos orgánicos
Los aceites y grasas procedentes de restos de alimentos o de procesos
industriales (automóviles, lubricantes, etc.) son difíciles de metabolizar por las
bacterias y flotan formando películas en el agua que dañan a los seres vivos.
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Los fenoles pueden estar en el agua como resultado de contaminación industrial y
cuando reaccionan con el cloro que se añade como desinfectante forman
clorofenoles que son un serio problema porque dan al agua muy mal olor y sabor.
La contaminación con pesticidas, petróleo y otros hidrocarburos se estudia con
detalle en los capítulos correspondientes.
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Parámetros inorgánicos
LA CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS
DEFINICIÓN DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA
La acción y el efecto de introducir materias, o formas de energía, o inducir condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial
de su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica.
TIPOS DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA
La contaminación del agua puede estar producida por:
Compuestos minerales: pueden ser sustancias tóxicas como los metales pesados(plomo, mercurio, etc),
nitratos, nitritos. Otros elementos afectan a las propiedades organolépticas (olor, color y sabor) del agua
que son el cobre, el hierro, etc. Otros producen el desarrollo de las algas y la eutrofización (disminución de
la cantidad de O2 disuelto en el agua) como el fósforo.
Compuestos orgánicos (fenoles, hidrocarburos, detergentes, etc) Producen también eutrofización del
agua debido a una disminución de la concentración de oxigeno, ya que permite el desarrollo de los seres vivos y
éstos consumen O2.
La contaminación microbiológica se produce principalmente por la presencia de fenoles, bacterias,
virus, protozoos, algas unicelulares
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La contaminación térmica provoca una disminución de la solubilidad del oxigeno en el agua
TIPOS DE AGUA EN FUNCIÓN DEL ORIGEN DE SU CONTAMINACIÓN
1. Aguas residuales urbanas: aguas fecales, aguas de fregado, agua de cocina. Los principales contaminantes
de éstas son la materia orgánica y microorganismos. Estas aguas suelen vertirse a ríos o al mar tras una
pequeña depuración
2. Aguas residuales industriales: contienen casi todos los tipos de contaminantes (minerales, orgánicas, térmicos por las aguas de refrigeración). Estas aguas se vierten a
ríos u mares tras una depuración parcial.
3. Aguas residuales ganaderas: el tipo de contaminantes va a ser materia orgánica y microorganismos. Pueden
contaminar pozos y aguas subterráneas cercanas.
4. Aguas residuales agrícolas: los contaminantes que contienen son materia orgánica (fertilizantes, pesticidas).
Pueden contaminar aguas subterráneas, ríos, mares, embalses, etc.
5. Mareas negras. La causa de éstas es el vertido de petróleo debido a perdidas directas de hidrocarburos
(solo un 9%), siendo las fuentes de contaminación marina por petróleo más importantes las constituidas por las
operaciones de limpieza y lastrado de las plantas petrolíferas. Los efectos que produce son:
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- Impide la entrada de la luz que provoca la disminución de la fotosíntesis y por tanto una disminución de la concentración de oxigeno, y con ello la alexia de los
seres vivos.
- Efectos directos: intoxicación e impregnación de plumas que produce la muerte de aves por frío.
El petróleo sufre una serie de procesos desde su vertido al mar que facilitan su limpieza natural. Los
hidrocarburos más ligeros (el metano, el propano) se evaporan. Se puede producir un depósito de petróleo en el fondo marino. El petróleo puede sufrir una oxidación bacteriana. Y del petróleo que queda en superficie una parte es arrastrado a las costas y otra es absorbida por
diversos organismos.
Para limpiar artificialmente las manchas se pueden rodear con flotadores o con sustancias gelificantes para aislar la zona, se puede eliminar el petróleo superficial
mediante la combustión o añadiendo bacterias descomponedoras de petróleo.
CALIDAD DEL AGUA
Para determinar la calidad de un agua es necesario analizar los parámetros:
· Parámetros físicos:
- Características organolépticas (olor, color y sabor)
- Temperatura (la temperatura óptima es de 8-15ºC)
- Conductividad (gracias a las sales)
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- Turbidez
· Parámetros químicos: incluyen a los orgánicos, los inorgánicos y los gases.
- Parámetros orgánicos: miden la cantidad de materia orgánica que hay en el agua. A > cantidad de materia
orgánica en el agua < calidad del agua.
DBO (demanda bioquímica del O2): Mide el oxígeno disuelto utilizado por los microorganismos en la oxidación bioquímica de la materia. El periodo de
incubación tras el cual se realiza la medición suele ser de 5 días, comparándose el valor obtenido con el original presente en la muestra. Se determina así la cantidad
aproximada de oxígeno utilizado que se requerirá para degradar biológicamente la materia orgánica.
DQO (demanda química de oxígeno): Mide el oxígeno disuelto requerido para oxidar la materia mediante un agente químico. Mide la cantidad de materia orgánica
total (la biodegradable y la no biodegradable)
- Parámetros inorgánicos: los más usuales son el pH y la concentración de sales.
- Gases: los gases presentes habitualmente en las aguas naturales son el nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono, que son gases comunes en a atmósfera, mientras que en las aguas residuales hay sulfuro de hidrógeno, metano y
amoniaco, que procede de la descomposición de la materia orgánica. Por otro lado, en las aguas
desinfectadas se puede encontrar cloro y ozono.
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· Parámetros microbiológicos:
Este control es exclusivo para aguas de uso humano. Se basan en medir la presencia de microorganismos como
son bacterias coliformes que producen la contaminación fecal y los microorganismos patógenos que producen
cólera
· Además de estos parámetros existen organismos bioindicadores que nos pueden informar sobre la calidad
del agua. Éstos son larvas de algunos insectos, moluscos..., que no pueden vivir en aguas contaminadas.
Medidas para combatir la contaminación de acuiferos
! Medidas preventivas:
- Protección de la zona.
- Observación periódicamente del vertedero (para evitar fugas), hacer análisis continuos del agua del acuífero.
! Medidas correctoras:
- Subvencionar la depuración de aguas residuales
- Desalinación del agua de un acuífero contaminado.
EUTROFIZACIÓN DE LOS MEDIOS ACUÁTICOS
La eutrofización es provocada por el aumento de la cantidad de nutrientes (nitratos y fosfatos
principalmente), aumenta así la cantidad de fitoplancton, lo que provoca la pérdida de transparencia del agua (que disminuye la fotosíntesis por la falta de luz) y aumenta la
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descomposición de la materia orgánica. Todo esto a su vez, hace que disminuya la concentración de oxígeno.
Esta disminución de oxígeno va a provocar la muerte de organismos aerobios. Si no hay oxígeno aumenta las
fermentaciones y como resultado se desprenden gases tóxicos y malolientes como CH4, NH3, SH2, etc.
Los factores que aceleran el proceso de eutrofización son: el vertido de detergentes, residuos alimenticios y
fertilizantes
Las medidas para prevenir la eutrofización son:
- Utilizar detergentes sin fosfatos
- Eliminar el nitrógeno y el fósforo en las EDAR (estación depuradora de aguas residuales)
- Inyectar oxígeno en esta agua de forma artificial.
DEPURACIÓN DE LAS AGUAS
Autodepuración de las aguas
El agua presenta como una de sus propiedades más importantes la de poder regenerar el equilibrio de sus
elementos físicos, químicos y biológicos cuando la contaminación no es excesiva. Los contaminantes sufren
un proceso de dilución que constituye el principal mecanismo de autodepuración de las aguas.
Por otro lado, la digestión biológica de la materia orgánica desempeña un papel muy importante en la
autodepuración de las aguas, llevándose a cabo fundamentalmente por bacterias.
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Se produce también una decantación de los materiales más pesados.
Depuración artificial del agua
Se lleva a cabo en la EDAR o en fosas sépticas.
EDAR
Pretratamiento: va pasando por las rejas y tamices para su desbaste, con el fin de eliminar los sólidos más
gruesos. Viene seguido por un cierto ajuste de pH y desengrasado.
Tratamiento primario: elimina materia flotante y en suspensión, así como arena y sedimentos, mediante
desarenadores desengrasandores y mediante decantadores. La decantación física se puede acelerar
con la adicción de coagulantes. Se neutraliza también el pH, importante para el tratamiento siguiente.
Tratamiento secundario: consiste en el tratamiento biológico del agua residual para la coagulación y la
eliminación de la materia orgánica mediante la formación de flóculos microorganismos. Dichos procesos se
subdividen a su vez, dependiendo del sistema de cultivo utilizado, en procesos con cultivo en suspensión y en
procesos con cultivo fijo.
Tratamiento terciario: elimina los contaminantes, como minerales disueltos, metales pesados. El tratamiento
terciario incluye una serie de procesos como la ósmosis inversa, utilizada fundamentalmente para desalinizar, la
precipitación química de nutrientes y metales pesados, la
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desinfección de microorganismos mediante ozono, cloro o luz ultravioleta, y la centrifugación donde se separan
las partículas según su densidad debido a la fuerza centrífuga.
FOSAS SÉPTICAS
En pequeños municipios las aguas residuales urbanas se pueden tratar mediante una serie de procesos
alternativos a las EDAR convencionales, basados en la digestión microbiológica aerobia y anaerobia de materia
orgánica, que tienen lugar en las fosas sépticas.
Éstas se utilizan principalmente para el tratamiento de aguas residuales de comunidades de 200 habitantes,
viviendas individuales. En una fosa séptica de dos cámaras, la primera sirve para sedimentación, digestión y
almacenamiento de fango, mientras que la segunda se usa par sedimentación y almacenamiento en caso de
desbordamiento de la primera.
GESTIÓN DE LOS PRODUCTOS FINALES DE LA DEPURACIÓN
Destino final de las aguas depuradas
El vertido de aguas residuales tratadas a cauces públicos o zonas litorales debe someterse a tratamientos
dependiendo de las condiciones del medio receptor, de las características del agua residual y del caudal de
caudal total a verter.
En el caso de que el vertido se realice en el mar, se deberá hacer uso de un emisario submarino que no es
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otra cosa que un conducto que transporta el efluente a verter a la superficie distancia, mar adentro, y a la suficiente profundidad como para que el efecto del
vertido, en la superficie y en la costa, sea mínimo. Como las aguas residuales son menos densas que las del mar,
ascienden forzando la mezcla entre ambas.
La reutilización de las aguas residuales cobra cada vez mayor importancia debido a la escasez de agua
Los requisitos higiénicos-sanitarios obligan a plantear tratamientos terciarios. Las aguas tratadas suelen
reutilizarse para agricultura, láminas de agua, parques y jardines, recarga de acuíferos e industrias, siendo normal
en estas últimas la reutilización en un circuito cerrado.
Destino final de los lodos de depuración
- Incineración: de esta manera se reduce al máximo el volumen del fango, se destruyen los patógenos y
compuestos tóxicos y es posible la recuperación de energía. Por el contrario, los costes son elevados, y las
emisiones gaseosas y cenizas producen efectos negativos sobre el medio ambiente.
- Vertedero controlado instalado en una zona impermeable: consiste en un depósito en tierra, en
huecos naturales o creados artificialmente, procediendo posteriormente a la cubrición de los mismos, impidiendo
así la entrada de oxígeno, de forma que aparece una fermentación anaerobia de la materia orgánica. Los
vertederos han de incorporar un sistema de recogida de
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lixiviados. Es conveniente que estén próximos a las EDAR y alejados de los centros urbanos
- Reutilización de los lodos en agricultura: los lodos contienen entre un 40 y un 80% de materia orgánica. Por otro lado, contienen nitrógeno y fósforo. Se recomendará
la reutilización a agrícola de los fangos cuando contengan excesivas concentraciones de metales
pesados, de sustancias ácidas o básicas, de materia orgánica, de sustancias biocidas, de patógenos, de
nitrógeno o de fósforo.
Calidad del agua en la industria textil
La industria textil se ha caracterizado por ser una de las actividades más contaminantes, debido a los residuos que genera y los altos
consumos de agua, energía y reactivos químicos. Los documentos de esta sección estudian medidas tomadas y estrategias propuestas
para reducir el impacto ambiental de esta actividad.
La industria textil utiliza el agua muy intensivamente. El agua se usa para limpiar la materia prima y para muchos
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pasos de limpieza con agua durante toda la producción. El agua residual producida tiene que ser limpiada de
grasas, aceites, colores y otros productos químicos, que son usados durante las diversas etapas de la producción.
El proceso de limpieza depende del tipo de agua residual (no todas las plantas aplican los mismos procesos de
producción) y de la cantidad de agua usada. Asimismo, no todas las plantas utilizan los mismos procesos
químicos, especialmente empresas con un estándar especial (ambiental) intentan limpiar el agua usada en
todos los procesos de producción. Por tanto los conceptos de tratamiento del agua pueden diferir unos de
otros.
Es bastante difícil definir un estándar de calidad general para el reciclaje del agua de la industria textil debido a
los diferentes requerimientos de cada fibra
(seda, algodón, poliéster, etc.), a los diferentes procesos textiles (por
ejemplo fregado, teñido, lavado, etc.) y a las diferentes calidades
requeridas para la tela final.
Parece ser que la filtración de membrana sería la opción más adecuada
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comparada con otras técnicas de tratamiento de
aguas residuales debido a la calidad constante del
efluente, que es parcialmente o casi
completamente ablandado y liberado de la coloración y
de los agentes tenso activos o de superficie [1].
tipos de impurezas y su influencia en los procesos textiles
Se introduce el tema con una descripción cualitativa de los contaminantes
de las aguas residuales de la industria textil, y cómo los posteriores procesos
depuración son influenciados por la naturaleza de estos contaminantes.
Las ventajas e inconvenientes de los tratamientos biológicos, fisico -
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químicos o una combinación de ambos , cuando se aplican a las aguas
residuales de la industria textil, son comentados a través de los resultados
obtenidos en los ensayos realizados en planta piloto y a escala real sobre aguas
residuales de baja, media y alta carga procedentes de tres industrias textil -
algodoneras.
Turbidez del agua
Características organolépticas, turbidez y materias en suspensión, temperatura y conductividad. • salinidad y
dureza, ph, acidez y alcalinidad, oxígeno disuelto, medidores de materia orgánica DBO, DQO, medidores de
materia inorgánica: cationes, aniones, metales.
•individuales. • hongos, algas.
radiación α y β, elementosBacterias, virus,
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Este parámetro afecta un número importante de procesos que definen la calidad del agua: a) La velocidad de las
reacciones químicas y bioquímicas se incrementa considerablemente con el aumento de la temperatura. b) La solubilidad de gases decrece y la solubilidad mineral aumenta con la temperatura. c) Las tasas de crecimiento
y respiración de organismos acuáticos aumentan o disminuyen con la temperatura. d) Las descargas de agua caliente aumentan la temperatura de las aguas residuales
de las corrientes donde se vierten.
•
Afecta el paso de la luz a través del agua, cuando es de difícil degradación pone en riesgo la vida acuática obstruyendo su desarrollo. Algunos compuestos
utilizados en la industria textil son tóxicos para la vida en el agua.
•
Es un indicativo de las aguas residuales domésticas. Cuando son frescas, el color es grisáceo; a medida que
los compuestos orgánicos son desdoblados por las bacterias y las condiciones ambientales se tornan
anaerobias, el color cambia a negro.
• El color debido a la materia en suspensión se conoce como color "aparente". El color "verdadero" es causado por sustancias disueltas de tipo vegetal. Muchas aguas
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residuales industriales son altamente coloreadas e imparten color a las aguas en las que se descargan,
destacan las aguas residuales industriales provenientes de las industrias textil, de pulpa y papel y de colorantes orgánicos. • La remoción del color verdadero es difícil.
Color aparente y color verdadero
•
•
La determinación del color se hace por medios colorimétricos utilizando soluciones estándar arbitrarias
a partir de cloroplatinato
Color
¿De que color es el agua? Es una pregunta que muchos niños realizan y la respuesta que siempre reciben es "no
tiene color" o "es transparente", pero ¿es del todo correcta esta afirmación?
El agua tiene color pero no es algo que el ojo humano pueda apreciar en pequeñas cantidades. Para darnos cuenta del color del agua debemos observarla en un lugar donde halla un gran volumen de agua. Puede
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hacerse de forma científica, pero el ojo humano en las condiciones correctas también puede ver el color
intrínseco del agua.
El color del agua es azul, azul claro o turquesa dependiendo de diferentes factores. Algunos sostienen que el color del agua se debe al reflejo del cielo, en una
superficie de grandes dimensiones como el mar. ¿Pero si el cielo se encuentra cubierto por nubes, porque vemos
el mismo color un poco mas oscuro?. La verdad es que el reflejo de la luz contribuye con la apariencia del agua,
pero solo cuando la superficie esta quieta.
La intensidad del color causado por el reflejo se debe (mayormente) al angulo en que se observe, que en
términos científicos se denomina angulo de incidencia. En pocas palabras es el numero de grados de distancia que nos separan cuando miramos al objeto en angulo
recto. A mayor ángulo, mas azul se verá el agua debido al reflejo. Esto se debe a que la reflexibilidad del agua es
mayor cuando mayor es el angulo de incidencia.
Obviamente lo que el agua contenga jugará un papel determinante en el color que percibimos en ella. En la siguiente foto se muestra un estanques de sal (EEUU) llenos de algas rosadas. Y debido a la presencia (en
cantidades enormes) de la microalga Dunaliella salina es que apreciamos este estanque color rosa. Entonces
podemos asegurar que a menudo lo que el agua contenga determinara el color que vemos?
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La luz del sol contiene todos los colores del espectro. El agua absorbe todos los colores pero algunos mas que
otros. Esto se aprecia solamente en grandes volúmenes. La prueba de ello es tan simple como tomar una taza con agua de mar, la veremos transparente. Si arrojamos dicha
agua nuevamente al mar se fundirá con el resto de incontables moléculas de H2O y se tornará (a nuestros
ojos) de nuevo el color azul.
El agua no absorbe bien el color azul, esta luz es transmitida a través del agua y es por ello que la vemos
de este color, porque no se absorbe. Este mismo principio se aplica al cielo.
A mas profundidad mas pronunciado es el azul. Este color puede ser observado también en la nieve y en los
glaciares.
Fierro y manganeso en el agua
FIERRO Y MANGANESO COMO CONTAMINANTES DEL AGUA POTABLE
10.0 TRATAMIENTO PARA FIERRO Y MANGANESO
El fierro y el manganeso, al igual que la dureza, no causan problemas de toxicidad ni tampoco causan
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daños a la salud al nivel en que se encuentran en las aguas de suministro convencionales, sin embargo,
cuando los niveles de concentración de estos elementos se encuentran por arriba de cierto valor límite,
causan problemas en el uso del agua. Cuando la concentración de fierro es mayor a 0.3 ppm y la de
manganeso mayor a 0.05 ppm, se presentan problemas en el uso y manejo del agua.
Casi siempre, si la concentración de fierro es alta, también lo será la concentración del manganeso, ya que
ambos metales provienen de la disolución por contacto del agua con yacimientos minerales que contienen
estos dos elementos, que se presentan en forma conjunta en la zona geológica de donde proviene el agua.
El problema con estos metales es que inicialmente están disueltos, pero una vez que el agua es extraída del
pozo o del acuífero donde se encuentra, y se pone en contacto con el oxígeno los metales se oxidan y
forman precipitados de hidróxido de fierro y de manganeso.
Si el agua se emplea directamente, sin ningún tratamiento previo, la precipitación de Fe y Mn ocurre en
circunstancias indeseables que hacen objetable el agua. Por ejemplo si el agua se emplea en uso
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doméstico, al estar en contacto con el aire y con otros oxidantes, como por ejemplo cloro, ocurre la
precipitación y el precipitado formado se adhiere a la superficie de partes cromadas, como pueden ser las
llaves y accesorios de cocina y de baño, dejando las piezas cubiertas con un desagradable tinte negro
azulado.
En el agua que se emplea para lavar ropa, además del detergente se agregan otros aditivos para mejorar la
calidad del lavado, entre los que casi siempre se encuentra algún compuesto clorado.
El cloro que se encuentra en estos compuestos provoca la precipitación del Fe y Mn, y el precipitado se
deposita sobre las fibras de tela de la ropa de lavado, la cual se mancha con un tinte azul oscuro, semejante
al que queda cuando la ropa se lava junto con prendas de mezclilla, que en las telas blancas provoca el
manchado de éstas.
Figura 1: Problemas de calidad de agua por exceso de fierro en el agua potable
Otro problema que causa la presencia de Fe y Mn, es que éstos son nutrientes para un tipo especial de
bacteria que crece y se desarrolla a través de un proceso de metabolismo que implica el oxígeno, el fierro
35
y el manganeso. Estas bacterias forman grandes conglomerados de materia orgánica, de color negro-
rojizo
por la presencia del hidróxido de fierro Fe(OH)3 y del dióxido de manganeso MnO2, los cuales
Ingeniería de Tratamiento y Acondicionamiento de Aguas
Fierro y manganeso como contaminantes 10-2 del agua potable
eventualmente se desprenden y aparecen en el agua como partículas de lama, que además de perjudicar la
apariencia del agua a la vista, le comunican olores y sabores sumamente desagradables.
Esta precipitación que irremediablemente se produce una vez que el agua es puesta en contacto con el aire,
y el crecimiento de bacterias del fierro, no permiten que el agua se emplee sin un tratamiento previo en la
industria de: elaboración de bebidas como: cerveza, jugos, refrescos, etc.
Lavanderías y Tintorerías; Industria de Alimentos; Industria Cerámica; Hoteles; Hospitales; Restaurantes,
etc, también conocen las desagradables consecuencias de las aguas con altas concentraciones de fierro y
manganeso.
10.1 MÉTODOS DE CONTROL DEL FIERRO Y EL MANGANESO
36
10.1.1 TRATAMIENTO CON FOSFATOS: Si la concentración de fierro es menor a 0.1 ppm y la de
manganeso es igual o mayor a 0.3 ppm, puede darse un tratamiento con fosfatos, el cual es un proceso
simple y de bajo costo.
Esto implica la adición de fosfatos preferentemente en la forma de metafosfato de sodio. El efecto del
polifosfato es prevenir la precipitación del óxido de manganeso por algunos días, lo cual da tiempo a que
el agua se utilice y se deseche sin causar problemas en su tránsito por el sistema o en su empleo.
Además de fosfatos, se debe agregar cloro para prevenir el crecimiento de las bacterias del fierro, que
proliferan si no se da un tratamiento de desinfección.
Para evaluar el tratamiento, se deben efectuar pruebas de laboratorio, y si es posible pruebas piloto para
determinar si el tratamiento es efectivo y la dosis de fosfato y de cloro mas adecuada para evitar la
precipitación y el crecimiento bacteriano.
10.1.2 TRATAMIENTO CON RESINAS INTERCAMBIADORAS DE IONES: Como se mencionó en
el
capítulo relativo al tratamiento con resinas intercambiadoras, éstas tienen preferencia por los
cationes y
37
existe un orden de selectividad. El fierro y el manganeso son adsorbidos preferentemente sobre otros
cationes como calcio, magnesio, sodio, potasio, etc., por lo que si el agua se hace pasar sobre un lecho de
resinas intercambiadoras de iones en ciclo sódico, el Fe y el Mn serán removidos con una alta eficiencia
debido a su alta selectividad. Esto implica que a la salida del filtro de resinas el agua no contiene
cantidades apreciables de Fe y Mn ya que estos iones son removidos muy eficientemente por su posición
en la tabla de orden de selectividad.
Si el fierro está en el estado de oxidación Fe(II), la reacción es reversible y en la etapa de
regeneración de la resina, el Fe y el Mn son desplazados del sitio activo y aparecen con la
salmuera de regeneración que se desecha. Si el fierro está en estado férrico ó Fe(III), el fierro se
adhiere a la superficie activa de la resina y no es posible desprender éste ión con el tratamiento
convencional de regeneración de la resina y la resina se inactiva, se arruina y debe reemplazarse.
Para que no ocurra esto, el fierro deberá mantenerse en el estado ferroso o Fe(II), evitando que el
oxigeno se ponga en contacto con el agua ya que este provoca la oxidación de Fe(II) a Fe(III).
38
Este proceso, sumamente efectivo en la remoción de Fe y Mn, implica el riesgo de producir daños
irreversibles en la resina, la cual tiene un alto costo de reposición, por lo que solo deberá emplearse en
circunstancias y con cuidados muy especiales.
10.1.3 OXIDACIÓN POR AIREACIÓN: Una forma de remover fierro y manganeso es por aireación. La
aireación provoca la oxidación del Fe+2, el cual es una forma soluble del fierro a Fe+3 el cual precipita
como hidróxido.
La oxidación del fierro es altamente dependiente del pH y del tiempo de aireación. A mayor valor de pH y
mayor tiempo de aireación, mayor es el porcentaje de oxidación. Si el pH es menor de 7.0 es conveniente
adicionar cal o alguna otra sustancia alcalina para incrementar el valor a pH de 7.5-8.5.
El recipiente de reacción, donde se agrega la cal y se suministra aire al agua, deberá tener un volumen
adecuado para que el tiempo de retención sea de 20 a 30 minutos. La aireación se produce por medio de:
inyección de aire a través de difusores, aireadores superficiales, aireación en torres y en columnas
empacadas. También, es conveniente adicionar cloro para evitar el desarrollo y proliferación de bacterias
39
y microorganismos.
La oxidación por aire es efectiva para el fierro pero no para el manganeso, el cual requiere de oxidantes
mas efectivos, por lo que si el agua contiene grandes cantidades de manganeso, la oxidación con aire no es
efectiva.
aire
Cl2
O3
KMnO4
Fe(OH)3 y MnO2
Agua
Procesada
Oxidación y aireación y precipitación de fierro y manganeso antes del
uso del agua. El oxidante: aire, ozono o manganeso forma precipitados de
Fe(OH)3 y MnO los cuales son removidos eficientemente por filtración en
medios granulares.
10.1.4 OXIDACIÓN POR CLORO: El cloro sí es un oxidante mas fuerte que el oxigeno del aire, por lo
40
que en contacto con el fierro y el manganeso, oxida éstos a hidróxido férrico Fe(OH)3 y dióxido de
manganeso MnO2 insolubles.
Para esto, se agrega cloro o algún compuesto clorado hasta tener un residual de 5 a 10 ppm de cloro libre.
El precipitado formado se retiene en un filtro de grava y arena o en un filtro prensa y el agua filtrada se
trata para remover el cloro residual por la adición de algún compuesto que reaccione con el cloro presente
como es el dióxido de azufre SO2, el bisulfito de sodio NaHSO3, o el sulfito de sodio Na2SO3.
Entre los reductores mas empleados está el bisulfito de sodio por su bajo precio y porque es fácil de
conseguir. Uno de los problemas de este tratamiento es que el bisulfito de sodio también reacciona con el
oxígeno disuelto, por lo que si después de su uso el agua se vierte a un lago o estanque, consumirá parte
del oxigeno disuelto y si hay vida acuática puede verse afectada por la carencia de oxigeno.
Además del problema de neutralización del cloro residual, si el agua tiene grandes cantidades de material
orgánico en suspensión hay la tendencia a la formación de trihalometanos (THM), los cuales sí son un
riesgo potencial a la salud, por lo que si este es el caso, no es conveniente oxidar Fe y Mn por cloración, a
41
menos que previamente se trate el agua para remover la materia orgánica presente.
10.1.5 OXIDACIÓN POR OZONO: El ozono es un compuesto oxidante sumamente efectivo. Su
potencial de oxidación es mayor que el del cloro, por lo que es un agente desinfectante más poderoso.
Por estas mismas razones, el ozono puede ser empleado para oxidar el fierro y el manganeso y así
precipitar éstos. Además de ser mas efectivo que el cloro en la oxidación de los metales, se tiene la ventaja
de que el ozono no forma trihalometanos, lo cual sí ocurre cuando el cloro se emplea con el mismo fin.
Como ya se sabe, el ozono debe generarse en el punto de consumo, ya que es sumamente inestable y
corrosivo y el costo de inversión de equipos de este tipo, es sumamente alto, y ésta es la principal
desventaja en el uso de este agente.
10.1.6 OXIDACIÓN CON PERMAGANATO: Si el manganeso se encuentra en un estado de oxidación
Mn(VII) como es el caso del manganeso en el ión permanganato, éste tiene un alto potencial de oxidación
y puede oxidar fierro y manganeso a óxidos insolubles.
Para llevar a efecto este proceso de oxidación, al agua se le agrega una dosis de permanganato de potasioKMnO4
42
Alcanilidad
La alcalinidad del agua es la medida de su capacidad para neutralizar ácidos. También se utiliza el término
capacidad de neutralización de ácidos (CNA), y representa la suma de las bases que pueden ser
valoradas. Esta alcalinidad de las agua naturales de debe principalmente a las sales de ácidos débiles, aunque las
bases débiles o fuertes también puede contribuir.
Los bicarbonatos son los compuestos que más contribuyen a la alcalinidad, puesto que se forman en
cantidades considerables por la acción del CO2 sobre la materia básica del suelo como podemos ver en la reacción: Otras sales como boratos, silicatos y
fosfatos también pueden contribuir.
Además de estas sales se puede considerar ácidos orgánicos que son resistentes a la oxidación biológica
como es el caso del ácido húmico que forman sales que se adicionan a la alcalinidad.
Las agua naturales pueden ser alcalinas por cantidades apreciables de hidróxido y carbonatos, esto sucede
mucho en agua superficiales con algas. Estas toman el CO2 que está en forma libre y lo combinan de tal forma que el pH puede aumentar a 9 y 10 debido a la siguiente
reacción:
43
Causas que propician la alcanilidad
Aunque muchos compuestos pueden contribuir a la alcalinidad del agua natural, la mayor parte es causada por tres grandes grupos que se clasifican por sus altos
valores de pH, las otras especies son despreciables.Estos tres grupos son:
Calculada las concentraciones de estas especies en el agua podemos conocer el grado de alcalinidad de la
misma.
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Etiquetas:alcalinidad,bicarbonatos,carbonatos,concentraciones,hidróxidos
1.3 Importancia de la alcalinidad
La alcalinidad del agua se debe entonces principalmente a sales de ácidos débiles y bases fuertes y, estas
sustancias actúan como amortiguadoras para resistir la caída de pH resultante a la adición de ácidos. Este
concepto se utiliza mucho en la práctica del tratamiento
44
de aguas residuales.
Internacionalmente es aceptada una alcalinidad mínima de 20 mg de CaCO3/L para mantener la vida acuática. Cuando tiene alcalinidades inferiores se vuelve muy
sensible a la contaminación, ya que no posee la capacidad de oponerse a las modificaciones que generan
disminuciones de pH (Acidificación).
Se han propuesto clasificaciones de las aguas según su capacidad amortiguadora (alcalinidad), lo que permite
manejar descriptores categóricos sencillos a ser utilizados en el analisis de calidad de agua.
Clasificación de los cuerpos de agua según su alcalinidad total:
En resumen podríamos decir que las concentraciones de estas especies (hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos) producen en el agua un efecto tampón ya que absorben protones manteniendo el pH a un valor estable. Esto es muy importante en los seres vivos y en determinados
medios como el flujo sanguíneo.
45
También es conveniente destacar que las agua con alcalinidades elevadas no son necesariamente
perjudiciales para el consumo humano, como por ejemplo las aguas carbonatas conocida también como
soda.
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Etiquetas:alcalinidad,amortiguadora,importancia alcalinidad,mínimo aceptable
2.1 Metodología de análisis
La alcalinidad se determina por la valoración de la muestra de agua con una solución previamente
normalizada de un ácido fuerte (en nuestro caso HCl), mediante dos puntos sucesivos de equivalencia,
observados a través de:-medios potenciométricos
-indicadores ácido-base adecuados (Nuestro caso)
Para muestras con pH inicial superior a 8,3 la valoración se va a llevar a cabo en dos fases:
-1ª fase Añadimos unas gotas de fenolftaleína a la muestra y
empezamos a valorar, cuando el pH baje a 8,3 el indicador pasará de violeta a incoloro. Anotamos el
volumen consumido del acido.
46
-2ª fase
Después de que vire la fenolftaleína añadimos unas gotas del indicador anaranjado de metilo y en el momento en
que el pH baje a 4,4 el indicador pasará de color naranja a rojo (Si se observa que el indicador vira de una manera excesivamente gradual difícil de identificar con el ojo
humano podemos calentar la muestra para aumentar la vistosidad del cambio de color). Anotamos el volumen
consumido del acido. Este método, es aplicable para la
determinación de la alcalinidad de carbonatos y bicarbonatos, en aguas naturales, domésticas,
industriales y residuales. La medición de la alcalinidad, sirve para fijar parámetros del tratamiento químico del
agua, así como ayudarnos al control de la corrosión y la incruptación en los sistemas que utilizan agua como
materia prima o en su proceso.
Publicado porH. Vazquez Medina y M.B. Manzano Balseraen17:36 1 comentario:
Etiquetas:alcalinidad,fenolftaleina,metodologia alcalinidad,valoración alcalinidad
2.2 Reacciones y cálculos
Las reacciones que se producen durante la valoración se dividen en dos parte, establecidas por los dos puntos de
equivalencia (P.E.) presentes en la valoración.
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Si graficamos el volumen del ácido consumido frente
al pH podemos observar con mayor claridad el proceso de la valoración.
El primer punto de inflexión o punto de equivalencia
nos representara las concentraciones que había presentes tanto de los hidróxidos (OH- ) como de
Carbonatos ( CO32-) en la muestra de agua y el segundo punto nos representara las concentraciones de
bicarbonatos que había presentes en la misma (Cabe destacar que para ello hay que restar los bicarbonatos
formados por la transformación de carbonatos a bicarbonatos producida hasta el primer punto de
inflexión) . Aplicando la idea de que el volumen del ácido por concentración del ácido va a ser igual al volumen de la base por la concentración de la base (VaCa=VbCb) en estos puntos de equivalencia podemos así obtener sus respectivas concentraciones para hallar la alcalinidad.
Resolviendo esto nos quedarían entonces las siguientes ecuaciones para el cálculo de la alcalinidad para los
sucesivos casos posibles:
Variables de las ecuaciones para el método de cálculo:-a = mL de la alícuota de la solución problema.
-X= mL de la lectura de la bureta en el punto de viraje de la fenolftaleína
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-Z = mL de la lectura de la bureta en el punto de viraje del anaranjado de metilo
-N = normalidad del ácido
1º caso:Si X < ½ Z la aportación en la alcalinidad de los
hidróxidos es despreciables:
2º caso:
Si X > ½ Z la aportación en la alcalinidad de los bicarbonatos es despreciables: 3º caso:
Si X = ½ Z la aportación en la alcalinidad de los hidróxidos y bicarbonatos es despreciables y para el
cálculo de las carbonatos utilizamos cualesquiera de las dos expresiones utilizadas para su cálculo en los casos
anteriores.
Finalmente para el cálculo de la alcalinidad total sumamos las concentraciones de las especies obtenidas que va a ser igual al volumen del ácido consumido hasta el segundo punto de equivalencia (Z) por su normalidad
dividido entre el volumen de la muestra de agua problema.
49
El número 1000 que encontramos en las ecuaciones no es más que un factor de conversión para obtener
nuestros resultados en mili moles que posteriormente es conveniente pasar a mg de CaCO3/L que es la unidad en
la que se expresa comúnmente la alcalinidad.
Podemos ver como evoluciona las concentraciones de estas especies con respecto al pH en el siguiente gráfico:
Dureza del agua
Dureza del agua
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En química, se denomina dureza del agua a la concentración de compuestos minerales de cationes
polivalentes (principalmente divalentes y específicamente los alcalinotérreos) que hay en una determinada cantidad
de agua, en particular sales de magnesio y calcio. Son éstas las causantes de la dureza del agua y el grado de dureza es directamente proporcional a la concentración
de sales de esos metales alcalinotérreos.
Se expresa normalmente como cantidad equivalente de carbonato de calcio (aunque propiamente esta sal no se
encuentre en el agua) y se calcula, genéricamente, a partir de la suma de las concentraciones de calcio y
50
magnésio existentes (miligramos) por cada litro de agua; que puede ser expresado en concentraciones de CaCO3.
Es decir:
Dureza (mg/l de CaCO3) = 2,50 [Ca++] + 4,16 [Mg++]. Donde:
[Ca++]: Concentración de ion Ca++ expresado en mg/l.
[Mg++]: Concentración de ion Mg++ expresado en mg/l.
Los coeficientes se obtienen de las proporciones entre la masa molecular del CaCO3 y las masas atómicas
respectivas: 100/40 (para el Ca++); y 100/24 (para el [Mg++]).
Tipos de dureza
Agua hirviendo.
En la dureza total del agua podemos hacer una distinción entre dureza temporal (o de carbonatos) y dureza
permanente (o de no-carbonatos) generalmente de sulfatos y cloruros.
51
Dureza temporal
La dureza temporal se produce a partir de la disolución de carbonatos en forma de hidrógenocarbonatos
(bicarbonatos) y puede ser eliminada al hervir el agua o por la adición del hidróxido de calcio (Ca(OH)2).
El carbonato de calcio es menos soluble en agua caliente que en agua fría, así que hervir (que contribuye a la
formación de carbonato) se precipitará el bicarbonato de calcio fuera de la solución, dejando el agua menos dura.
Los carbonatos pueden precipitar cuando la concentración de ácido carbónico disminuye, con lo que
la dureza temporal disminuye, y si el ácido carbónico aumenta puede aumentar la solubilidad de fuentes de
carbonatos, como piedras calizas, con lo que la dureza temporal aumenta. Todo esto está en relación con el pH
de equilibrio de la calcita y con la alcalinidad de los carbonatos. Este proceso de disolución y precipitación
es el que provoca las formaciones de estalagmitas y estalactitas.
Dureza permanente
Esta dureza no puede ser eliminada al hervir el agua, es usualmente causada por la presencia de sulfatos y/o
cloruros de calcio y de magnesio en el agua, sales que son más solubles mientras sube la temperatura hasta
cierta temperatura luego la solubilidad disminuye conforme aumenta la temperatura.
52
Medidas de la dureza del agua
Las medidas de dureza o grado hidrotimétrico del agua son:
mg CaCO3/l o ppm de CaCO3
Miligramos de carbonato cálcico (CaCO3) en un litro de agua; esto es equivalente a ppm de CaCO3.
Grado alemán (Deutsche Härte, °dH)
Equivale a 17,9 mg CaCO3/l de agua.
Grado americano
Equivale a 17,2 mg CaCO3/l de agua.
Grado francés (°fH)
Equivale a 10,0 mg CaCO3/l de agua.
Grado inglés (°eH) o grado Clark
Equivale a 14,3 mg CaCO3/l de agua.
La forma más común de medida de la dureza de las aguas es por titulación con EDTA. Este agente
complejante permite valorar conjuntament el Ca y el Mg.
Clasificación de la dureza del agua
Tipos de agua mg/l °fH ºdH ºeH
Agua blanda ≤17 ≤1.7 ≤0.95 ≤1.19
Agua levemente dura ≤60 ≤6.0 ≤3.35 ≤4.20
Agua moderadamente dura ≤120 ≤12.0 ≤6.70 ≤8.39
53
Agua dura ≤180 ≤18.0 ≤10.05 ≤12.59
Agua muy dura >180 >18.0 >10.05 >12.59
Eliminación de la dureza
Las operaciones de eliminación de dureza se denominan ablandamiento de aguas. 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. Otro proceso para la eliminación de la dureza del agua es la descalcificación de ésta mediante resinas de intercambio iónico. 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.
La dureza se puede determinar fácilmente mediante reactivos. La dureza también se puede percibir por el
sabor del agua. 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.Si ya se han formado, se pueden eliminar con algunos productos antical existentes en el mercado, aunque un
método muy válido para conseguir disolver los carbonatos es aplicar un ácido débil (acético, cítrico, etc.)
en los depósitos.
Problemas de salud
54
Algunos estudios han demostrado que hay una débil relación inversa entre la dureza del agua y las
enfermedades cardiovasculares en los varones, por encima del nivel de 170 mg de carbonato de calcio por litro en el agua. La organización mundial de la salud ha revisado las evidencias y concluyó que los datos eran
inadecuados para permitir una recomendación acerca de un nivel de dureza.
Una revisión posterior por František Kožíšek, M.D., Ph.D. Instituto nacional de la salud pública, República Checa da
una buena descripción del asunto, e inversamente a la OMS, da algunas recomendaciones para los niveles
máximos y mínimos de calcio (40-80 mg/l) y magnesio (20-30 mg/l) en agua potable, y de una dureza total
expresada como la suma de las concentraciones del calcio y del magnesio de 2-4 mmol/L.
Grados de dureza
Grados de dureza
El agua es dura en aquellas regiones en cuyo subsuelo se encuentra calcio y yeso: es blanda en las montañas
primitivas conformadas de rocas de granito, gneis y esquisto. El agua lluvia es blanda.
La dureza del agua se mide en grados. Las sales disueltas de calcio y de magnesio se reducen a la
cantidad equivalente de CaOUn grado alemán de dureza
55
significa: 1 gramo de CaO disuelto en 100 l de agua. Las concentraciones de calcio y magnésio existentes
(miligramos) por cada litro de agua; puede ser expresado en concentraciones de CaCO3.
Es decir:
Dureza (mg/l de CaCO3) = 2,50 [Ca++] + 4,16 [Mg++] Donde:
• [Ca++]: Concentración de ion Ca++ expresado en mg/l.
• [Mg++]: Concentración de ion Mg++ expresado en mg/l.
Los coeficientes se obtienen de las proporciones entre la masa molecular del CaCO3 y las masas moleculares
respectivas: 100/40 (para el Ca++); y 100/24 (para el [Mg++]).
Agentes secuestrantes del agua
¿Que son y que estructura tienen los agentes secuestrantes para detergentes?
Uno de los mas usados es:EDTA (o AEDT) es el acrónimo del ácido
etilendiaminotetraacético. Puede coordinar a metales de transición de forma reversible. Puede coordinar por
cuatro posiciones acetato y dos amino, lo que lo convierte en un ligando hexadentado, y el más importante de los ligandos quelatos. Se utiliza en algunos medios de cultivo unido al hierro, para liberar éste lentamente en el
medio, y también en algunos análisis cuantitativos.
56
Debido a su estructura, puede complejar completamente un metal que tenga una estructura de coordinación
octaédrica. Su fórmula química es C10H16N2O8.La Quelatación se define como la formación de complejos
solubles de iones metálicos en presencia de agentes químicos que normalmente producirían precipitados en
soluciones acuosas. El mismo término se utiliza para describir la solubilización en agua de precipitados de iones metálicos. Los dos procesos son idénticos en el sentido de que el mismo equilibrio se alcanza para el
mismo conjunto dado de componentes. Los compuestos capaces de ligar iones metálicos de tal manera que ellos
no exhiban sus reacciones normales en presencia de agentes precipitantes se conocen como agentes
secuestradores o secuestrantes. El término secuestración se ha extendido en los últimos años para
incluir aquellos sistemas en los cuales el agente secuestrante se usa para enmascarar la actividad
química o biológica de un ion metálico en reacciones diferentes a los procesos de precipitación. Es importante
enfatizar que la reacción de secuestración es frecuentemente parte de un proceso global en el cual se
ha encontrado deseable incrementar o inhibir una reacción influenciada por un ion metálico, la cual tiene
lugar independientemente de la reacción de coordinación, o para alterar la influencia de un ion
metálico sobre la estabilidad de un producto o componente. Por ejemplo la presencia de un agente
secuestrante en una solución de un jabón de sodio en agua dura liga los iones Calcio y Magnesio de tal manera
57
que la acción del detergente procede mas eficientemente. La adición de un agente secuestrante a una solución de
acido ascórbico estabiliza la vitamina contra la oxidación combinándose con las impurezas de los iones metálicos presentes, las cuales catalizan la degradación oxidativa.
La secuestración pertenece al campo de la química de coordinación. Para entender los mecanismos
involucrados en la ligazón de un ion metálico por un agente secuestrante (formación de quelatos metálicos),
es necesario considerar los fundamentos de la formación de complejos metálicos en solución. La evaluación de este proceso esta asociada con el equilibrio iónico de soluciones acuosas tanto de electrolitos fuertes como
débiles.
Los agentes secuestrantes disponibles comercialmente se clasifican en general como orgánicos o inorgánicos.
Los polifosfatos condensados son los agentes secuestrantes inorgánicos mas ampliamente usados. De los agentes secuestrantes orgánicos, dos grupos son de
importancia económica. Ellos son los ácidos Amino-Policarboxílicos tales como el acido
Etilendiaminotetraacético (EDTA), y los ácidos hidroxi-carboxílicos tales como el ácido Glucónico, el ácido
Cítrico y el ácido Tartárico. La Lignina y sus derivados, el acido Lignosulfónico, debido a sus grupos hidroxi-
fenólicos ha sido sugerido en solución como agente secuestrante para Calcio y el Magnesio en sistemas que contienen jabón. También se ha introducido una nueva
58
clase de agentes secuestrantes solubles en aceite u oleosolubles.
ESTABILIDAD DE LOS QUELATOS
La fuerza de la ligazón entre los iones metálicos y los ligandos ha sido objeto de extensas investigaciones. Las propiedades de los metales tales como número atómico, potencial de ionización, radio iónico, y orbitales-d, han sido usadas para explicar la formación de los quelatos
metálicos. También se ha establecido experimentalmente que el orden de estabilidad de los quelatos de los
diversos metales es aproximadamente igual para un gran número de agentes acomplejantes y quelatantes.
Para la serie de los metales alcalinotérreos el orden de estabilidad de los quelatos de EDTA es:
Ba<Sr<Mg<Ca
El Magnesio ocupa una posición algo variable, ya que, con algunos agentes quelantes, forma complejos mas
estables que el calcio, aunque para los acidos aminopolicarboxílicos, los quelatos de Calcio son
usualmente mas estables.
La estabilidad de algunos de los quelatos de los iones de los metales bivalentes de transición sigue el siguiente
orden:
59
Mn< Fe< Cd< Zn< Co< Ni< Cu
El orden de estabilidad tiene una importante consecuencia en el uso de los agentes secuestrantes en sistemas donde dos o mas iones metálicos pueden estar presentes. El equilibrio que gobierna la actividad de dos
o mas iones metálicos frente al ligando es complejo. Factores tales como las constantes de estabilidad de los
quelatos metálicos, las concentraciones de los iones metálicos y de los ligandos, la naturaleza y la
concentrración de los electrolitos no competitivos presentes en la solución, el pH, la solubilidad de los
hidróxidos metálicos, y otras variables afectan la distribución de la fracción quelatada y no quelatada de
los iones metálicos. Para muchas aplicaciones, los ácidos amino-policarboxílicos deben ser clasificados
como reactivos no específicos. Sin embargo es posible mediante un adecuado control de las condiciones experimentales, confinar la acción de un agente
secuestrante a un número limitado de iones metálicos, y en algunos casos a un ion simple.
Dos iones metálicos pueden ser separados mediante el uso de agentes secuestrantes si el pH se ajusta al punto donde un hidróxido metálico se precipita de la solución. Por ejemplo en soluciones ácidas de Titanio (IV) y Hierro (III) que contienen EDTA, la adición de Amoníaco hasta
pH 4 precipitará el Hidróxido de Titanio, dejando el Hierro en solución como complejo EDTA.
60
Pfeiffer y Schmitz demostraron que las estabilidades de los quelatos metálicos de EDTA se afectan
marcadamente por la presencia de otros iones metálicos bivalentes. Asípor ejemplo, la sal disódica del quelato de
Cobre-EDTA es estable en solución alcalina, pero la adición de iones calcio o zinc producirán un precipitado de hidróxido de cobre. La adición de fosfato amónico u oxalato de sodio a una solución de Zinc-Calcio-EDTA
precipitará fosfato amónico de zinc u oxalato de calcio. La disminución de la estabilidad de los quelatos
metálicos en presencia de sales bivalentes puede ser atribuida al efecto de estos electrolitos sobre la fuerza iónica de la solución o por la formación de complejos
bimetálicos de EDTA.
ACIDOS AMINO POLICARBOXILICOS
La tendencia de los aminoácidos naturales a combinarse con los iones metálicos ha sido activamente estudiada por muchos años pero ninguno de estos compuestos
forma quelatos estables con el Magnesio o con los metales alcalino-terreos. El descubrimiento de que el
ácido NitriloTriAcético (NTA) y el Etilendinitrilotetraacético (EDTA), ambos con un
estructura alfa-amino, podían combinarse con el Calcio y el Magnesio para formar complejos altamente estables en
el rango de pH de 7 a 12 enfocó la atención de muchos investigadores a esta clase de compuestos. Las primeras
aplicaciones de estos agentes secuestrantes para sobrepasar los efectos deletéreos de los iones metálicos
61
del agua dura sobre los textiles y los procesos de lavandería llevaron a un reconocimiento limitado de su
utilidad comercial. Las investigaciones de Pfeiffer, Brintzinger y otros sobre las reacciones del acido
NitriloTriacético y el EDTA con los metales contribuyeron grandemente a la clarificación de la composición química y de las propiedades de los quelatos metálicos aislados. El trabajo de Schwarzenbach y colaboradores, dilucidó los aspectos físicos y químicos de las interacciones de los iones metálicos en solución acuosa con los ácidos
Amino-policarboxílicos. Schwarzenbach acuño el término de "Complexones" para esta clase de compuestos. Estos
investigadores tuvieron éxito al correlacionar muchas relaciones importantes entre la estructura de estos
compuestos y la estabilidad de sus complejos metálicos. Los conceptos básicos desarrollados de este trabajo
condujeron al uso extensivo del EDTA en química analítica y suplieron una mas precisa interpretación
química y dirección para las aplicaciones prácticas de los agentes secuestrantes.
De los varios ácidos Amino-Policarboxílicos que se han utilizado como agentes secuestrantes, el EDTA es el que
tiene las mas amplias aplicaciones.
Tipos de tratamientos de agua
62
En ingeniería ambiental el término tratamiento de aguas es el conjunto de operaciones unitarias de tipo físico, químico o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la contaminación o las características no
deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales —llamadas, en el caso de las urbanas, aguas negras—. La finalidad de
estas operaciones es obtener unas aguas con las características adecuadas al uso que se les vaya a dar,
por lo que la combinación y naturaleza exacta de los procesos varía en función tanto de las propiedades de las
aguas de partida como de su destino final.
Debido a que las mayores exigencias en lo referente a la calidad del agua se centran en su aplicación para el consumo humano y animal estos se organizan con
frecuencia en tratamientos de potabilización y tratamientos de depuración de aguas residuales, aunque
ambos comparten muchas operaciones.
Tratamiento de agua potable
Se denomina estación de tratamiento de agua potable (ETAP2) al conjunto de estructuras en las que se trata el
agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano. Existen diferentes tecnologías para potabilizar
el agua, pero todas deben cumplir los mismos principios:
combinación de barreras múltiples (diferentes etapas del proceso de potabilización) para alcanzar
bajas condiciones de riesgo,
63
tratamiento integrado para producir el efecto esperado,
tratamiento por objetivo (cada etapa del tratamiento tiene una meta específica relacionada con algún tipo
de contaminante).
Si no se cuenta con un volumen de almacenamiento de agua potabilizada, la capacidad de la planta debe ser
mayor que la demanda máxima diaria en el periodo de diseño. Además, una planta de tratamiento debe operar continuamente, aún con alguno de sus componentes en mantenimiento; por eso es necesario como mínimo dos
unidades para cada proceso de la planta.
Tratamiento de aguas residuales
Las aguas residuales pueden provenir de actividades industriales o agrícolas y del uso doméstico. Los
tratamientos de aguas industriales son muy variados, según el tipo de contaminación, y pueden incluir precipitación, neutralización, oxidación química y
biológica, reducción, filtración, ósmosis, etc. En el caso de agua urbana, los tratamientos suelen incluir la
siguiente secuencia:
pretratamiento
tratamiento primario
tratamiento secundario
64
tratamiento terciaro
Las depuradoras de aguas domésticas o urbanas se denominan EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales), y su núcleo es el tratamiento biológico o
secundario, ya que el agua residual urbana es fundamentalmente de carácter orgánico —en la hipótesis
que se han los vertidos industriales se tratan aparte—.
Tipos de tratamiento de aguas residuales de origen urbano
Pretratamiento. Busca acondicionar el agua residual para facilitar los tratamientos propiamente dichos, y
preservar la instalación de erosiones y taponamientos. Incluye equipos tales como rejas,
tamices, desarenadores y desengrasadores.
Tratamiento primario o tratamiento físico-químico: busca reducir la materia suspendida por medio de la precipitación o sedimentación, con o sin reactivos, o por medio de diversos tipos de oxidación química —
poco utilizada en la práctica, salvo aplicaciones especiales, por su alto costo.
Tratamiento secundario o tratamiento biológico: se emplea de forma masiva para eliminar la
contaminación orgánica disuelta, la cual es costosa de eliminar por tratamientos físico-químicos. Suele
aplicarse tras los anteriores. Consisten en la oxidación aerobia de la materia orgánica —en sus
65
diversas variantes de fangos activados, lechos de partículas, lagunas de oxidación y otros sistemas— o su eliminación anaerobia en digestores cerrados.
Ambos sistemas producen fangos en mayor o menor medida que, a su vez, deben ser tratados para su
reducción, acondicionamiento y destino final.
Tratamiento terciario, de carácter físico-químico o biológico: desde el punto de vista conceptual no aplica técnicas diferentes que los tratamientos
primarios o secundarios, sino que utiliza técnicas de ambos tipos destinadas a pulir o afinar el vertido
final, mejorando alguna de sus características. Si se emplea intensivamente pueden lograr hacer el agua
de nuevo apta para el abastecimiento de necesidades agrícolas, industriales, e incluso para
potabilización (reciclaje de efluentes).
Tratamiento de aguas residuales por medios biológicos
Este tipo de plantas de tratamiento constan de un biodigestor anaerobio (que como su nombre lo dice
digiere las aguas negras) y un sistema de humedales artificiales que asemejan a la naturaleza para terminar el
proceso de limpieza del agua tal como sucede en el medio natural por medio de plantas como carrizos o alcatraces que son muy eficientes al depurar el agua
después del proceso de digestión biológica. La eficiencia de este sistema para la remoción de coliformes (fase
biodigestor) en función de efecto filtro eliminando
66
microorganismos patógenos por exposición de ambientes adversos, tiene una taza de 80 hasta al 90%, complementándose con la segunda fase (humedales) al
100% de eliminación de bacterias patógenas.
Este sistema tiene grandes ventajas como el costo de construcción y mantenimiento que puede llegar a ser
mucho menor que el de una planta de tratamiento tradicional, también puede ser una atractivo visual de la comunidad donde se encuentre y lo más importante de
todo es que el agua que se obtiene es de una gran calidad que se puede utilizar para regar, cultivos, parques
y jardines.
Tratamiento de los fangos
Los fangos que provienen de la sedimentación primaria se espesan antes de ser enviados al digestor. Los fangos activos que provienen de la sedimentación secundaria se
centrifugan antes de regresar al digestor. Los fangos espesados se descomponen en el digestor gracias a la
acción de microorganismos anaeróbicos*. Esta descomposición desprende dióxido de carbono y
metano, que se almacena antes de ser utilizado como carburante del generador eléctrico. Los fangos restantes vuelven a compactarse y desecarse para ser incinerados.
67
* anaeróbico: un organismo anaeróbico no necesita aire ni oxígeno para funcionar. Por ejemplo, un digestor
permite producir gas anaeróbico.
DISMINUCIÓN DEL VOLUMEN DE LOS FANGOS: ESPESAMIENTO/FLOTACIÓN
La disminución del volumen que ocupan los fangos de una E.D.A.R. es beneficiosa para los siguientes procesos
que tienen que sufrir los fangos ya que permitirá aumentar la capacidad de los tanques y equipos necesarios, disminuirá la cantidad de productos
químicos, y el calor necesario para los digestores.
Existen diferentes sistemas para conseguir esta disminución de volumen:
1. Espesadores por gravedad
Con este tipo de separadores conseguimos separar la fase sólida de la líquida. El funcionamiento es similar al
de los decantadores.
Este tipo de espesadores suelen constar de una cubeta, por lo general cilíndrica fondo cónico. Aparece también un puente móvil donde se sitúan dos brazos con sendas
rasquetas, movidos por un motor que acciona el eje central. La función de estas rasquetas es la de concentrar
los sólidos y conducirlos a la parte central del fondo cónico, y prodecer a su evacuación.
68
El agua entra por la parte central del aparato mediante una campana tranquilizadora, la cual reparte el agua de
manera uniforme. Las partículas en suspensión decantan de forma individual o formando flóculos.
Este tipo de espesadores suelen estar tapado para evitar olores.
La solera del espesador debe tener una pendiente mínima del 10%. Existen otro tipo de recomendaciones para el diseño de espesadores que se resumen en la siguiente
tabla:
Carga de sólid
os (kg/m
2)
Carga hidráuli
ca (m3/m2/
h)
Tiempo de
retención (h)
Concentración fango espesado
(g/l)
Fangos primarios
<130 <1,40 >24 8-10
Fangos activos
<35 <0,45 >24 2-3
Fangos mixto
<70 <0,90 >24 4-7
F. aireación prolongad
a
<35 <0,45 >24 2-3
69
F. estabiliza
ción aerobia
<35 <0,45 >24 2,5-3,5
El sobrenadante de salida del espesador irá a la cabecera de la planta de tratamiento.
2. Espesadores por flotación
En este espesador también se separa la fase sólida de la líquida, pero a diferencia del método anterior, en los
espesadores por flotación los sólidos se concentran en la parte superior. Los fangos en este caso ascienden a una
velocidad superior a la de sedimentación. Esto se consigue mediante la introducción de aire. Estas
pequeñas burbujas de aire arrastran a las partículas sólidas hacia arriba. Los sólidos acumulados en la
superficie del espesador son retirados mediante procesos mecánicos.
Los criterios y recomendaciones en España para el diseño de estos espesadores se indican en la siguiente
tabla:
Carga de
sólidos
(kg/m2)
Carga hidráulic
a (m3/m2/h)
Tiempo de
retención (h)
Fangos activos
<4 <2 >=2
70
Fangos mixtos
<5 <2 >=6
Este tipo de tratamiento se suele aplicar para los lodos biológicos, mientras que para los lodos primarios no se
suele usar.
En este tratamiento hay que tener en cuenta la relación existente entre el aire aportado y los sólidos que tiene el fango. Por lo general esta relación suele estar entre 0,005
y 0,06 kg de aire/kg de fango.
3. Espesamiento por centrifugación
La centrifugación se usa principalmente par ala deshidratación de los lodos, aunque también se utilizan
para concentrar los fangos. El principio en le que se fundamenta es en la sedimentación de las partículas
sólidas del fango gracias a la fuerza centrífuga que se aplica.
El fango se introduce en de forma continua, concentrándose los sólidos en la zona periférica. El lodo es empujado por un tornillo helicoidal hasta el extremo
de la centrífuga.
ESTABILIZACIÓN
La estabilización tiene como objetivos, el reducir los microorganismos patógenos presentes en los fangos de E.D.A.R., eliminar los olores desagradables y eliminar la
capacidad de putrefacción.
71
DIGESTIÓN AEROBIA
Consiste en la degradación biológica de la materia orgánica presente en el agua residual gracias a la actividad microbiológica en condiciones aerobias.
Los fangos en el reactor deben mantenerse en concentraciones cercanas a 25 g/l y la reducción de la
materia volátil debe ser como mínimo del 40%.
El tiempo de retención hidráulico se calcula según la fórmula:
t (días) = volumen reactor (m3)/caudal de entrada (m3/día)
Las recomendaciones para España en este sentido se establecen unos tiempos de retención igual o mayores a 15 días para fangos mixtos a temperaturas superiores a
15 º C y para fangos activos más de 12 días.
La carga de sólidos volátiles por m3de digestor se denomina carga de trabajo y según aumenta la carga de trabajo, disminuye la reducción de sólidos volátiles. En
España se recomiendan cargas iguales o inferiores a 3 kg de sólidos volátiles por m3 de digestor para fangos
mixtos y de 2 kg de sólidos volátiles por m3 de digestor para fangos activos.
En este tipo de digestión hay que tener en cuenta la cantidad de oxígeno que tenemos que suministrar al digestor, ya que la cantidad de oxigeno consumida
determina la cantidad de sólidos volátiles destruidos. Se estima que se necesitan 2 kg de oxígeno por kg de
72
materia volátil destruida más 1,8 kg de oxígeno por cada kg de DBO5 del fango primario.
Este método permite una importante reducción de sólidos volátiles (aunque la digestión anaerobia consigue
una reducción mayor), se consiguen reducidas concentraciones de DBO del sobrenadante obtenido, se
minimizan los problemas de olores en el producto digerido y se obtiene un producto de gran calidad y valor
desde el punto de vista agrícola. El inconveniente que presenta es que es un método muy costoso.
Los factores que afectan a este proceso son:
Tiempo de retención: cuanto mayor sea el tiempo el retención mayor será la reducción de los sólidos
volátiles.
Relación tiempo de retención-reducción de volátiles
Tiempo de retención
1 2 3 4 6 7 8
Reducción de materia volátil (%)
5 10 17 24 29 33 40
Temperatura: El rendimiento en la reducción de los sólidos volátiles disminuye con las bajas
temperaturas. Para minimizar estos efectos se puede aumentar la cantidad de sólidos, aumentando así
también el tiempo de retención y mejorando el rendimiento del sistema. Esto hay que tenerlo en
cuenta a a hora de diseñar la cuba para las peores
73
condiciones de temperatura para un rendimiento de volátiles fijo.
Necesidades de oxígeno y de mezcla:La cantidad de oxigeno que tenemos que suministrar se determina en función de los sólidos volátiles destruidos. Se
estima que la transformación de la materia carbonada a agua y amoniaco requiere 1,42 kg de
oxígeno y la nitrificación necesitado un aporte adicional de 0,56 kg de oxígeno, resultando un total
de 2 kg de oxígeno por kg de materia volátil destruida.
DIGESTIÓN ANAEROBIA
La digestión anaerobia es la degradación de la materia orgánica de los fangos en condiciones de anoxia. Las
reacciones que se producen en esta degradación liberan energía además de liberar al medio metano (CH4), dióxido
de carbono (CO2) y agua (H2O).
Este tipo de digestión trascurre en diferentes fases que se describen a continuación:
1. Fase de hidrolí
En esta etapa se rompen los enlaces de las grandes moléculas gracias a las enzimas que excretan las
bacterias hidrolíticas.
2. Fase Ácida:
En esta fase actúan bacterias facultativas que transforman los compuestos orgánicos presentes en el
74
fango en ácidos orgánicos de bajo peso molecular, esto produce al finalizar esta etapa el pH descienda.
3. Fase Acetogénica:
Esta fase la realizan las bacterias acetogénicas, las cuales sueltan al medio acetatos y CO2.
4. Fase Metanogénica:
Etapa realizada gracias a las bacterias metanogénicas, las cuales forman metano (CH4) y dióxido de carbono
(CO2). Estas bacterias tienen un crecimiento lento provocando que su metabolismo sea limitante en el
proceso del tratamiento de los fangos mediante digestión anaerobia.
Los sistemas de digestión anaerobia se clasifican en: baja carga, alta carga, contacto anaeróbico y por
separación de gases.
En este proceso hay que tener en cuenta una serie de factores tales como el pH, la temperatura (10-60ºC), la
agitación y calentamiento, la alimentación de fango y el tiempo de retención del mismo (el tiempo de retención en España para la digestión primaria, se recomienda que sea igual o superior a 15 días, mientras que para el digestor
secundario debe ser igual o mayor a 5 días) y la producción de gas
El digestor anaerobio suelen tener forma cilíndrica con la parte superior e inferior de forma cónica. La parte
superior se denomina cúpula. Estos digestores presentan un sistema de agitación, mezclado y rompecostras.
75
ESTABILIZACIÓN QUÍMICA
Oxidación con cloro
Es la oxidación química del fango mediante la aplicación de una dosis elevada de cloro. Se realizan en reactores cerrados y necesita un periodo de retención bastante
corto.
Estabilización con cal
Se añade cal al fango en dosis tales para mantener el pH 12 durante el tiempo suficiente como para asegurar la
eliminación o reducción de organismos patógenos presentes en los fangos.
Este tipo de estabilización se suele usar:
- Como sistema complementario de estabilización durante los periodos en que las instalaciones de otros
sistemas (como la digestión o la incineración) están fuera de servicio.
- Como sistema complementario a los procesos de digestión cuando hay una cantidad de fangos mayor a la
cantidad prevista en el diseño de las instalaciones.
- En plantas de pequeño tamaño donde una inversión y la consiguiente explotación de las instalaciones de otro
sistema de estabilización no resulten rentables.
Cantidad de Ca(OH)2 necesaria para mantener el pH por encima de 12 durante 30 minutos
Concentración de Dosis de cal,
76
sólidos (%) Kg Ca(OH)2/ton sólidos secos
Tipo de fango
Intervalo Valor medio
Intervalo Valor medio
Primario 3-6 4,3 60-170 120
Exceso de fango
activado
1-1,5 1,3 210-430 300
Mezcla digerida por vía aerobia
6-7 6,5 140-250 190
Líquido de fosas
sépticas
1-4,5 2,7 90-510 200
ACONDICIONAMIENTO
ACONDICIONAMIENTO QUÍMICO
Se utiliza para la coagulación de la materia sólida a la vez que se libera mucha agua de los fangos.
Los productos más utilizados en el acondicionamiento químico son los polielectrolitos, aunque también se usa
cloruro férrico, cal, sulfato de alúmina, entre otros.
ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO
77
Se trata de un calentamiento de los fangos a una temperatura de 160-210 ºC, produciéndose el cambio de
estructura de los fangos con una gran cantidad de materia orgánica.
DESHIDRATACIÓN
La deshidratación disminuye el contenido de agua de los fangos disminuyendo así el volumen de los lodos para el transporte y la manejabilidad de los mismos. El destino
de los fangos determinará el grado de deshidratación y el método utilizado para este fin.
Con la deshidratación se consigue:
Disminuir los costes de transporte de lo los lodos al disminuir el volumen del fango.
Mejora la manejabilidad de los lodos.
La deshidratación suele ser necesaria antes de la incineración ya que se consigue aumentar el poder
calorífico al disminuir la humedad,.
La deshidratación es necesaria si el fango se destina a compostaje.
Para evitar los olores que puedan derivarse de los lodos se realiza la deshidratación.
La deshidratación es necesaria si el lodo va a ser evacuado a vertedero ya que evitamos la formación
de lixiviados.
78
ERAS DE SECADO
Las eras de secado son capas de materiales drenantes dispuestas de forma vertical en un receptáculo. El fango
se hace pasar sobre estas capas de grava o arena produciéndose el filtrado y la deshidratación de los lodos
por evaporación. Esta evaporación dependerá de las condiciones climáticas de la zona, los días de exposición
de los lodos y las características del lodo.
El material drenante suele estar formado por por capas de 10 cm de arenas sobre una capa de grava de 10-20 cm,
colocando una red de tuberías en la parte inferior para recoger el agua que volverá a ser tratada en la E.D.A.R. La capa de arena debe reponerse cada cierto tiempo ya
que se pierden arenas en el proceso de filtrado y recogida de los lodos.
Este método se utiliza para poblaciones de 20.000 habitantes o inferiores. El inconveniente que presenta este proceso es la gran superficie de terreno que se
requiere.
FILTRO BANDA
Es un sistema de alimentación continua de fango, donde se realiza también un acondicionamiento químico,
generalmente con polielectrolitos.
En los filtro banda primero se produce un drenaje por gravedad y después se hace pasar al fango por una
aplicación mecánica de presión para que se produzca la deshidratación, gracias a la acción de una telas porosas.
79
Es un método barato, ya que no necesita una gran inversión inicial, los costes de mantenimiento y
explotación son bajos y la instalación representa un bajo consumo energético.
FILTRO PRENSA
Los filtros prensa constan de una serie de placas rectangulares verticales dispuestas una detrás de otra sobre un bastidor. Sobre las caras de estas placas se
colocan telas filtrantes, generalmente de tejidos sintéticos. El espacio que queda entre dos placas, en su parte central hueca, es el espesor que adquirirá la torta resultante. Este espesor puede oscilar entre 15-30 mm.
La superficie de los filtros prensa puede ser de hasta 400 m2, y la superficie de las placas de 2 m2. Y suelen estar
formados por más de 100 placas.
El proceso de filtrado varía entre 25 horas, dependiendo de la duración de las diferentes etapas que pasamos a
enumerar a continuación:
Llenado
Filtrado
Descarga
Limpieza
Con este proceso se consigue una estanqueidad del 35-45%, según las características del lodo a tratar.
80
Se utiliza en depuradoras de más de 100.000 habitantes y se necesita personal especializado y cualificado para su
mantenimiento y explotación.
CENTRIFUGADORA
La centrifugadora es un tambor cilindro-cónico de eje horizontal que se fundamenta en la fuerza de
centrifugación para la separación de la fase sólida del agua.
Hay dos tipos de centrifugación en la deshidratación de los lodos. Una de ellas es la centrifugación contra
corriente, donde los sólidos y el líquido circulan en sentido contrario dentro del cilindro. El otro tipo de centrifugación es la equicorriente donde la fracción
sólida y la líquida discurren en el mismo sentido.
SECADO TÉRMICO
Con este sistema se consigue extraer el agua embebida de los fangos gracias a la evaporación de la misma. El
secado térmico puede ser por secado directo o indirecto.
En el primer caso se utilizan gases calientes que se ponen en contacto con el fango a deshidratar , obteniéndose una sequedad de hasta un 90%.
En el secado térmico indirecto el medio calefactor es una pared secadora, similar a un intercambiador de calor,
obteniéndose sequedades menores que por el método anterior, de un 60-70%.
Digestión aerobica
81
Procesos Biológicos Aerobios:
Procesos realizados por diversos grupos de
microorganismos, principalmente bacterias y
protozoos que, en presencia de oxígeno
actúan sobre la materia orgánica disuelta,
transformándola en productos finales inocuos y
materia celular.
La fórmula general del proceso de digestión
aerobia es la siguiente:
Materia Orgánica + O2 + Microorganismos +
nutrientes → CO2 + agua + Materia Orgánica
+ Microorganismos + NH4 + P
Los P.B.A. se dividen en dos grandes grupos:
•Proceso de fangos activados: el cultivo se
mantiene en suspensión.
•Procesos de película fija: los microorganismos
se mantienen adheridos en un material de
soporte.
Ejemplos de sistemas de digestión aerobia :
82
•Humedales
•Fangos Activos
•Biodiscos
•Filtrado por goteo
•Estabilización de lodos
Para que el P.F.A. se desarrolle con la
efectividad suficiente, es preciso que los
microorganismos “depuradores” actúen en una
doble vertiente:
•Estabilizando la materia orgánica
•Facilitando agruparse en unidades que se
denominan “flóculos” y que son susceptibles de
ser separados por decantación(lodos).
DIGESTIÓN AEROBIA DE
LODOS.ESTABILIZACIÓN DE LODOS:
Eliminación de la parte fermentable de los
lodos
En este proceso de digestión se pretende:
•Disminución de materias volátiles
83
•Mineralización de la materia orgánica
•Concentración de lodos
RESPIRACIÓN ENDÓGENA:
El mecanismo en el que los microorganismos
llegan a su propia auto-oxidación
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3
Oxidándose posteriormente el NH3 a NO3
ELIMINACIÓN DE SÓLIDOS:
La mayor parte de los digestores aerobios
funcionan en régimen de mezcla
completa,tomando como base de diseño ña
reducción de S.S.V.
OBJETIVOS DE LA
FERMENTACIÓN AEROBIA
Dar solución a la ingente cantidad de residuos
que hoy en día se generan.
Aprovechar al máximo los recursos que estos
residuos pueden aportan.
84
DEFINICIÓN DE RESIDUO
Materia generada en las actividades de
producción.
Sustancia u objeto del cual se desprende su
poseedor o tiene la obligación de desprenderse
en virtud de las disposiciones nacionales
vigentes.
PLAN NACIONAL DE
RESIDUOS URBANOS
Fomentar el compostaje hasta tratar la mitad
de la materia en el 2006 y avanzar en el
tratamiento anaerobio.
CARACTERÍSTICAS DE LOS
RESIDUOS
Físicas: Tamaño y distribución.
Químicas: Contenido de C, H, O, N, S y
Cenizas.
Biológicas: Biodegradabilidad.
85
PARTES DEL RESIDUO
Fracción Inerte
Fracción biodegradable
Fácilmente biodegradable.
Lentamente degradable.
DIGESTIÓN AEROBIA
www3.uclm.es/profesorado/giq/contenido/dis_procesos/tema6.pdf
composta o abonamiento
El Compost de Aguas Residuales es Tóxico, NO Fertilizante Ecológico: Produce tu propio Compost
Ecológico
Un documental emitido recientemente por “Documentos TV” titulado “Una dieta
de deshechos” (55 min., que también puedes ver en
86
youtube), alerta de que granjeros, ciudadanos y cientí-ficos de EE.UU., Canadá, Francia y Suiza denuncian
muertes, enfermedades y envenenamientos, ocasionados por el compost venenoso, tóxico, procedente de las plantas depuradoras de aguas residuales urbanas.
En el proceso de limpieza del agua que tiramos en las ciudades (al váter, o por el lavabo), se produce un
residuo sólido con el que no se sabe qué hacer. En muchos sitios lo están usando como si fuera fertilizante
ecológico. Pero no lo es, porque desgraciadamente en las aguas residuales no sólo hay residuos orgánicos sino
que pueden tener productos tóxicos, como metales pesados, que acaban en ese compost y que
contaminarán el suelo y los alimentos que se cultiven en ese suelo.
Entre las denuncias de ese documental están la corrupción en la EPA (Agencia de Protección Ambiental del gobierno de EE.UU.), varias muertes que no quieren
investigar, o un campo en el que practicamente desaparecieron las lombrices de tierra al usar ese
compost. Las lombrices son una buena forma de medir la calidad de la tierra. En Suiza se consiguió prohibir el uso
de ese compost tóxico en la agricultura.
Es importante aclarar que el auténtico compost es el mejor abono posible y procede simplemente de la descomposición de materia orgánica. No mata las
lombrices, sino que las alimenta. Si tenemos macetas, un jardín, o un huerto, podemos PRODUCIR COMPOST fácilmente para usarlo como abono. La idea es muy
87
simple: En un lugar, que puede ser una esquina de nuestro huerto o jardín, o hasta en un pequeño macetero,
podemos depositar básicamente restos orgánicos vegetales: hojas secas, cáscaras de frutas y de huevo, etc. Luego, tenemos que esperar a que se convierta en
tierra negra (lo cual puede tardar entre varias semanas y varios meses). La humedad y el calor aceleran el
proceso, por lo que resulta útil humedecer regularmente, y dejar lo más cerca posible de zonas de campo, para que los insectos y bacterias puedan llegar a nuestro compost y descomponerlo rápidamente. El proceso puede atraer
moscas y otros insectos, y producir olores desagradables por lo que hay que elegir un sitio aireado y
suficientemente alejado de la casa (dos metros es suficiente para cantidades no muy grandes). Se puede
hacer también compost más cerca de nuestra casa, en un balcón por ejemplo, pero en ese caso, lo ideal es hacer
poca cantidad y depositar los restos vegetales lentamente, para que la descomposición sea lenta. Con
esto no sólo conseguimos un abono estupendo sino que además, conseguimos producir menos basura en nuestra
casa.
La basura también es comida para las gallinas, como vimos en un artículo reciente de este blog, y tal vez
alguien de nuestro entorno quiera cuidar las gallinas a cambio de nuestra basura…
El gran Empédocles de Agrigento decía que todo estaba compuesto por cuatro elementos: el agua, el fuego, el aire, y la tierra. El ser humano está alterando el estado
88
natural de esos elementos y a eso se llama contaminación. Contaminamos el agua con el aire (lluvia
ácida y dioxinas), y con la tierra (metales pesados, hidrocarburos, y otros tóxicos), contaminamos la tierra con los restos de limpiar nuestra agua ensuciada, y con nuestro contaminado aire, contaminamos el aire con el
fuego, al quemar tanto como quemamos… quemamos la Tierra, y la Vida. Pero también sabemos cuidar, limpiar y
proteger.
INTRODUCCION.
El tratamiento de aguas residuales es un proceso importante para la mejora de la condiciones sanitarias de
una población referente al agua que las personas desechan en su vida cotidiana. En la antigua Grecia el agua utilizada se retiraba mediante sistemas de aguas
residuales, a la vez que el agua de lluvia, los riegos fueron los primeros en tener interés en la calidad del agua. Ellos utilizaban embalses de aireación para la
purificación del agua. En 1806 parís empieza a funcionar la mayor planta de tratamiento de agua. El agua
sedimenta durante 12 horas antes de su filtración. Los filtros consistían en arena y carbón. Particularmente se
aborda la explicación del tratamiento de aguas residuales, pensando en un punto en el cual las personas
no le dan el valor significativo a este procedimiento, el cual atiende a muchas expectativas ambientales,
conduce a la renovación de los diferentes tipos de aguas residuales que conocemos. Las diferentes etapas del
tratamiento nos dan una idea de la manera en que el agua
89
residual es trasformada en agua con gran cantidad de pureza para volver a ser utilizada en las múltiples
aplicaciones que tiene. Todos los procesos de desarrollo conllevan a implicaciones sobre el ambiente y sobre los recursos naturales de los cuales depende o a los cuales
afecta de una u otra forma. La alta demanda hídrica requerida por el crecimiento de las poblaciones urbanas y la contaminación de los cuerpos de agua han llevado a
los investigadores a buscar alternativas de abastecimiento de este recurso, además de la
conservación de las fuentes de agua existentes. Las aguas residuales por razones de seguridad pública y por consideraciones de recreación económica y estética, no pueden desecharse vertiéndolas sin tratamiento en lagos
o corrientes convencionales. El tratamiento da como resultado la eliminación de microorganismos patógenos,
evitando así que estos
microorganismos lleguen a ríos o a otras fuentes de abastecimiento. Específicamente el tratamiento biológico
de las aguas residuales es considerado un tratamiento
secundario ya que este está ligado íntimamente a procesos microbiológicos.
La utilización de agua residual tratada permite solventar los requerimientos de agua potable en las actividades
agrícolas aprovechando los nutrientes que posee para el desarrollo, crecimiento y producción, y además disminuir los costos referidos a la adquisición de fertilizantes. En
segunda instancia, permite la conservación de las fuentes de abastecimiento al no ser necesaria la
90
disposición en estos cuerpos de agua. Las normas de calidad de las aguas están corrientemente basadas en
uno o dos
criterios: calidades de las aguas superficiales o normas de limitación de vertidos. Las normas de calidad de aguas superficiales incluyen el establecimiento de
calidad de agua de los receptores, aguas abajo del punto de descarga, mientras que las normas de limitación de
vertidos establecen la calidad de las aguas residuales en su punto de vertido mismo. Una de las desventajas de las
normas de limitación de vertidos es que no establece controles sobre el total de cargas contaminantes vertidas
en los receptores. Una gran industria, por ejemplo, aunque lleve a cabo el mismo
tratamiento que una pequeña, puede causar mucha mayor contaminación del
receptor. Sin embargo, las normas de limitación de vertidos son mucho mas fáciles de controlar que los de calidad de causes receptores que requieren un análisis
detallado de dichos causes. Los defensores de las normas de limitación de vertidos argumentan que una
gran industria, debido a su gran aportación económica a la comunidad, debe permitírsele una mayor utilización de
la capacidad de asimilación del medio receptor.
JUSTIFICACION
91
En todo el mundo, mas de mil millones de personas no tienen acceso al agua
potable, para este siglo se estima que un 80% de los habitantes urbanos de la tierra puede que nos dispongan
de suministros adecuados de agua potable. Solo una
pequeña cantidad del agua dulce de nuestro planeta (aproximadamente 0.008%) está actualmente disponible
para el consumo urbano. Un 70% de la misma se
destina a la agricultura, un 23% a la industria y solo un 8% al uso domestico.
Al mismo tiempo, la demanda de agua potable está aumentando rápidamente, se espera que el consumo
agrícola de agua aumente un 17% y el industrial un 60% en los próximos años. A medida que el agua potable es
más escasa, hay mayores posibilidades de que se convierta en una fuente de conflictos regionales, como ya
está sucediendo en el oriente. El suministro de agua potable está disminuyendo debido a las fuertes sequías que la mitad de las naciones del mundo experimentan regularmente. Como consecuencia, la población, en
constante aumento, extrae agua de los acuíferos a un ritmo mayor del tiempo que tarda en reponerse por
medios naturales, incluso en países templados como Estados Unidos. En algunas ciudades costeras, como en
Yakarta, Indonesia, o Lima, Perú, el agua del mar se introduce en el interior de los acuíferos para llenar el
vacío, contaminando el agua potable restante. Muchos acuíferos subterráneos sufren contaminación procedente
92
de productos químicos agrícolas y los procedimientos de limpieza son costosos.
La agricultura de regadío, beneficiosa para muchos países que de otro modo no podrían obtener suficientes
cosechas de alimentos, también puede contaminar el suministro de agua si se utiliza en exceso. Al acumularse sales del suelo en las aguas superficiales, éstas resultan
inservibles para futuros usos agrícolas o
domésticos. En nuestro particular caso la justificación es el beneficio al medio ambiente aplicando el rehúso del agua evitando así el deterioro y la sobreexplotación de
los mantos acuíferos.
Agua tratada (agua para uso humano, no para su consumo).
En México existe una industria llamada agua tratada, esta agua es para uso humano pero no para su consumo, se
toma agua de pozos sépticos, de domicilios y se la procesa para uso. Los procesos varían según la zona y
que tan contaminada o sucia este.
El proceso consiste en:
1.-Bombear el agua y sedimentarla en grandes depósitos al aire libre.
2.-Verificar el pH del medio, acidificarlo con ácido sulfúrico, neutralizarlo o alcalinizarlo con sosa cáustica.
3.-En base a los valores de pH obtenidos se utiliza un coagulante o floculante,
93
produciendo depósitos llamados barros o lodos. El coagulante en cuestión es el sulfato de aluminio y los
floculantes son orgánicos y ecológicos, aptos para remover los lodos e incinerarlos.
4.-Los factores que afectan el rehúso de este tipo de aguas de residuos sépticos son los hábitos de cada
población, la composición orgánica (es decir los residuos no siempre tienden a depositarse en el fondo), el diseño de la planta de tratamiento, la ubicación y la calidad de
los compuestos químicos utilizados.
5.-Se busca medir el DBO (demanda bioquímica de oxigeno) y DQO (demanda química de oxigeno) en
suspensión.
6.-Se hace re circular el agua para oxidar el medio, como ser metales.
7.-Al clarificar el agua obtenida por este tratamiento se adiciona cloro al agua, esto ayuda y mucho, los
resultados son, agua desinfectada y clarificada por acción del cloro. De esta forma se obtiene agua de uso
humano aceptable, no para su consumo, pero con muchas impurezas en su composición de dilución. El uso
habitual de este tipo de aguas es, en zonas de riego.
OBJETIVO GENERAL.
Trasmitir la forma en que las aguas residuales pueden volver a reutilizarse, así como los procesos a los que se
somete fisicoquímicamente y bacteriológicamente
94
tomando en cuenta la complejidad entre cada uno, describiendo cada uno de los mismos con una visión a
grandes rasgos lo mas explicita posible, utilizando información clara y precisa con un respaldo teórico
sustentado para que el lector comprenda la forma en que pueden causar beneficios aun cuando se tiene una idea de que es un recurso que ya no se puede reutilizar. Por otra, parte lograr el entendimiento del tratamiento para
despertar nuevas ideas para la creación de nuevos procesos y extender aun mas las diversas formas de
tratar este efluente que fue puro y que el ser humano o la misma naturaleza contamina.
OBJETIVOS PARTICULARES.
1.- Establecer diferencias claras y precisas entre los procesos bacteriológicos y fisicoquímicos para no crear
confusión entre uno y otro que pongan en riesgo el entendimiento del tema.
2.-Desarrolar un esquema metodológico de los pasos a seguir en un tratamiento de aguas residuales y fangos.
3.- Demostrar la forma más sencilla de purificar las aguas residuales para obtener un efluente óptimo para la
reutilización que se le sea destinada.
95
4.-Lograr la comprensión de los términos químicos que se utilizan en el tratamiento de aguas residuales.
RECICLAMIENTO DEL AGUA
TRATADA (DESCRIPCION)
1. Reciclamiento del agua tratada (Descripción).
Las aguas residuales son residuos líquidos provenientes de tocadores, baños, regaderas o duchas, cocinas, etc;
que son desechados a las alcantarillas o cloacas. En muchas áreas, las aguas residuales también incluyen
algunas aguas sucias provenientes de industrias y comercios. La división del agua casera drenada en aguas
grises y aguas negras es más común en el mundo desarrollado, el agua negra es la que procede de
inodoros y orinales y el agua gris, procedente de piletas y
bañeras, puede ser usada en riego de plantas y reciclada en el uso de inodoros, donde se transforma en agua
negra. Muchas aguas residuales también incluyen aguas superficiales procedentes de las lluvias. Las aguas
residuales municipales contienen descargas residenciales, comerciales e industriales, y pueden
incluir el aporte de precipitaciones pluviales cuando se usa tuberías de uso mixto pluvial - residual. Los sistemas
de alcantarillado que trasportan descargas de aguas sucias y aguas de precipitación conjuntamente son llamados sistemas de alcantarillas combinado. La
práctica de construcción de sistemas de alcantarillas
96
combinadas es actualmente menos común en los Estados Unidos y Canadá que en el pasado, y se acepta
menos dentro de las regulaciones del Reino Unido y otros países europeos, así como en otros países como Argentina. Sin embargo, el agua sucia y agua de lluvia
son colectadas y transportadas en sistemas de alcantarillas separadas, llamados alcantarillas sanitarias
y alcantarillas de tormenta de los Estados Unidos, y “alcantarillas fétidas” y “alcantarillas de agua superficial” en Reino Unido, o cloacas y conductos pluviales en otros
países europeos. El agua de lluvia puede arrastrar, a
través de los techos y la superficie de la tierra, varios contaminantes incluyendo partículas del suelo, metales pesados, compuestos orgánicos, basura animal, aceites y grasa. Algunas jurisdicciones requieren que el agua de lluvia reciba algunos niveles de tratamiento antes de ser
descargada al ambiente. Ejemplos de procesos de tratamientos para el agua de lluvia incluyen tanques de
sedimentación, humedales y separadores de vórtice (para remover sólidos gruesos).
12
1.1. Tratamiento físico químico
El tratamiento físico químico puede constituir una única etapa dentro del tratamiento del agua residual o bien
puede interponerse como proceso de depuración complementario entre el pretratamiento y el tratamiento
biológico.
97
1.- remoción de sólidos: Se hacen con rejillas o cribas de limpieza, existen dos tipos de rejillas:
a) Rejillas gruesas.- remueven sólidos de mayor tamaño que pudieran afectar a los demás procesos.
b) Rejillas finas.- fueron desarrolladas para propósito industrial, también han sido utilizadas para mejorar el
efluente secundario de las plantas de tratamiento, con el fin de cumplir con las normas para el tratamiento
terciario.
2.-Remocion de arena:
Para la remoción de arena se requieren desarenadores los cuales tienen las siguientes funciones:
a) previene la abrasión del equipo, depósitos en tuberías y canales y la acumulación
en tanques de proceso.
b) las arenas no tienen potencial de putrefacción y tienen una velocidad de
sedimentación mayor que la de los sólidos orgánicos, las arenas incluyen:
-Partículas de arena.
-Grava.
-Minerales inorgánicos.
-Materiales orgánicos considerados como de difícil degradación o putrefacción como
98
las semillas de frutas, granos, etc.
Las consideraciones para la selección del proceso son:
-La cantidad y las características de las arenas.
-Su potencial impacto adverso en procesos posteriores.
-Los requerimientos de área.
-La eficiencia de remoción.
-El contenido orgánico y los aspectos económicos.
3.- precipitación con o sin ayuda de coagulantes o floculantes.
Función:
a) Reduce los sólidos suspendidos, material flotante.
b) Reduce la carga de DBO (demanda bioquímica de oxigeno) en los procesos
siguientes. Minimizando problemas de operación y consumo de energía.
c) Iguala la calidad y el flujo del agua residual para los siguientes procesos.
Los sólidos pueden estar contenidos en el agua residual: disueltos, flotando o en suspensión. La sedimentación se
emplea para eliminar la fracción de sólidos sedimentables de los sólidos en suspensión (60% de los
sólidos perceptibles a simple vista en agua). Están constituidos por un 75% orgánico y un 25 % inorgánico.
Se expresan en mililitros de sólido por litro de agua,
99
también en ppm. Se da el nombre de sedimentador a la estructura que sirve para reducir la velocidad del agua
para que puedan sedimentar los sólidos. Se tienen 4 tipos de sedimentación:
1. Clarificación clase 1:
Es la sedimentación de una fase diluida con poca o nula tendencia a flocular.
2. Clarificación clase 2: La sedimentación de una suspensión diluida de partículas floculantes.
3. Decantación en bloque: Las partículas sedimentan como una masa y no como partículas discretas, ya que
se encuentran cercas unas de otras.
4. Compresión:
Las partículas entran en contacto unas con otras, la masa compacta ejerce una compresión sobre las capas
inferiores.
4.-Separacion y filtración de sólidos. En el agua residual las partículas más grandes decantan con velocidades
mayores que las partículas más finas. Cuanto mayor sea la profundidad del tanque, mayor es la oportunidad de
contacto entre las partículas, aglomerándose y provocando el crecimiento de las partículas individuales
a mayores tamaños. Por lo tanto para la clarificación
100
clase 2 la eliminación depende de la profundidad del tanque así como de las propiedades del fluido y las
partículas. A los sólidos de baja densidad que flotan más que decantar se les llama espumas. Otros líquidos
insolubles como las grasas y aceites tienden a flotar cuando se reduce la turbulencia del flujo. El
sedimentador debe estar provisto de un sistema que permita recoger y evacuar las espumas, grasas y aceites.
Otra de las funciones de los sedimentadores es la de concentrar los lodos, de manera de que se eliminen con el mayor contenido de sólidos posibles para facilitar el
manejo posterior, tratamiento y disposición.
Tipos de sedimentadores.
Normalmente se tiene dos tipos de sedimentadores primarios:
1.- tanques de sedimentación rectangular: son tanques de 15 a 90 metros de longitud y de 3 a 24 metros de
ancho, las profundidades típicas deben exceder de 2 metros.
2.- tanques de sedimentación circular: los diámetros de estos tanques varían de 3 a
90 metros, con profundidades de 2.4 – 4 metros.
La elección del tipo de sedimentado depende de:
a) El tamaño de la planta de tratamiento.
b) Condiciones del sitio.
c) Experiencia del diseñador.
101
d) Aspectos económicos.
Consideraciones de diseño.
a) Carga superficial. (M3/m2dia)
b) Profundidad.
c) Tiempo de retención hidráulico (horas).
d) Carga sobre el vertedor (m3/m día).
e) Geometría de la superficie.
f) Condiciones del influente o alimentación.
g) Condiciones del efluente o salida.
h) Sistema de recolección o lodo.
i) Sistema de recolección de natas.
j) Cantidades y propiedades del lodo.
1.2. Tratamiento biológico El tratamiento biológico utiliza la materia orgánica biodegradable de las aguas
residuales, como nutrientes de una población bacteriana, a la cual se le proporcionan condiciones controladas para
evitar la presencia de contaminantes. Los procesos de tratamientos biológicos se pueden dividir según el estado
en que se encuentren las bacterias responsables de la degradación. Si la biomasa bacteriana esta sobre
superficies inertes tales como roca, escoria, material cerámico o plástico, se habla de lecho fijo, o puede estar suspendida en el agua a tratar (biomasa suspendida). En
cada una de estas situaciones, la concentración de oxigeno en el agua determina la existencia de bacterias
102
aeróbicas facultativas (pueden adaptarse para crecer y metabolizar tanto en presencia como en ausencia de
oxigeno) o anaeróbicas. Lechos oxidantes o sistemas aeróbicos. Digestión aeróbica de lodos: De acuerdo con
la norma oficial mexicana nom-004-semarnat-2002 “lodos y biosólidos. Especificaciones y límites máximos
permisibles de contaminantes para su
aprovechamiento y disposición final” define lodos: “sólidos con un contenido variable de humedad,
proveniente del desazolve de los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, de las plantas
potabilizadoras y plantas de tratamiento de aguas residuales que no han sido sometidos a procesos de
estabilización. El lodo es un subproducto del tratamiento de las aguas residuales, contiene de un 93 a un 99 % de agua, sólidos y sustancias disueltas del agua residual y que fueron adicionadas o que fueron generadas por un
proceso de tratamiento”.
Lodos primarios: son los generadores durante el tratamiento primario del agua
residual, que remueven sólidos que se sedimentan fácilmente. El tratamiento
primario se relaciona principalmente con sedimentadores primarios.
Lodos secundarios: es también llamado “lodo biológico” el cual es generado por un proceso o tratamiento
biológico del agua. Debido a su bajo contenido de sólidos (0.5
103
– 2.0 %) es más difícil de deshidratar que el lodo primario.
Lodos terciarios: son producidos por sistemas de tratamientos avanzados de tratamientos tales como
precipitación química o filtración. Las características del lodo terciario dependen de los procesos de tratamientos anteriores. De acuerdo a la norma oficial mexicana nom-
004-semarnat-2002 define
estabilización como: “los procesos físicos, químicos o bilógicos a los que se someten los lodos para
acondicionarlos para su aprovechamiento o disposición final para evitar o reducir sus efectos contaminantes al
medio ambiente”. Los principales propósitos de la estabilización son reducir olores, el potencial de
putrefacción, el contenido de organismos patógenos y el volumen de lodo. Post-precipitación: Es la oxigenación de los lodos para obtener una buena mezcla y asegurar
un buen contacto entre el oxigeno, los microorganismos, la materia orgánica y/o alimento.
1.3. Tratamiento químico. Este paso es usualmente combinado con procedimientos para remover sólidos
como la filtración. La combinación de ambas técnicas es referida en los Estados Unidos como un tratamiento
físico-químico. Eliminación del hierro en el agua potable: los métodos para eliminar el exceso de hierro incluyen generalmente transformación del agua clorada en una
disolución generalmente básica utilizando cal apagada; oxidación del hierro mediante el ion hipoclorito y
precipitación del hidróxido férrico de la solución básica. Mientras todo esto ocurre el ion OCI está destruyendo los
104
microorganismos patógenos del agua. Eliminación del oxigeno del agua de las centrales térmicas. Para
transformar el agua en vapor en las centrales térmicas se utilizan calderas a altas temperaturas. Como el oxigeno es un agente oxidante, se necesitan un agente reductor
como la hidracina para eliminarlo. Eliminación de los fosfatos de las aguas residuales domesticas. El
tratamiento de las aguas residuales domesticas incluye la eliminación de los fosfatos. Un método muy simple
consiste en precipitar los fosfatos con cal apagada. Los fosfatos pueden estar presentes de muy diversas formas como el ion hidrogeno fosfato. Eliminación de nitratos de
las aguas residuales domesticas y procedentes de la industria. Se basa en dos procesos combinados de
nitrificación y desnitrificacion que conllevan una producción de fango en forma de biomasa fácilmente
decantable.
1.4. Etapas del tratamiento.
El tratamiento de aguas residuales (o agua residual, domestica, industrial, etc.) incorpora procesos físico químicos y biológicos, los cuales tratan y remueven
contaminantes físicos, químicos y biológicos introducidos por el uso humano cotidiano del agua. El objetivo del tratamiento es producir agua ya limpia (o
fluente tratado) o reutilizable en el ambiente, y un residuo solido o fango también convenientes para los futuros
propósitos o recursos. Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales
comerciales e industriales. Esto puede ser tratado dentro
105
del sitio en el cual es generado (por ejemplo: tanques sépticos u otros medios de depuración) o regido y
llevado mediante tuberías y eventualmente bombas a una planta de tratamiento municipal. Los esfuerzos para
colectar y tratar las aguas residuales domesticas de la descarga están típicamente sujetas a regulaciones y
estándares locales, estatales y federales (regulaciones y controles). Recursos industriales de aguas residuales, a
menudo requieren procesos de tratamiento especializado. Típicamente, el tratamiento de aguas
residuales es alcanzado por la separación física inicial de sólidos de la corriente de aguas domesticas o
industriales, seguida por la conversión progresiva de materia biológica disuelta en una masa biológica solida
usando bacterias adecuadas, generalmente presentes en estas aguas. Una vez que la masa biológica es separada
o removida, el agua tratada puede
experimentar una desinfección adicional mediante procesos físicos y químicos. Este
efluente final puede ser descargado o reintroducidos de vuelta a un cuerpo de agua
natural (corriente, rio o bahía) u otro ambiente (terreno superficial o subsuelo) etc.
Los sólidos biológicos segregados experimentan un tratamiento o neutralización
adicional antes de la descarga o reutilización apropiada.
106
Estos procesos de tratamiento son típicamente referidos a un:
a) Tratamiento primario (asentamiento de sólidos)
b) Tratamiento secundario (tratamiento biológico de sólidos flotantes y
sedimentados).
c) Tratamiento terciario (pasos adicionales como lagunas, micro filtración o
desinfección).
Como se muestra en el esquema de la figura 1.4.
Fig.1.4. Esquema de las Etapas del Tratamiento de Aguas Residuales.
PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO
PRIMARO
TRATAMIENTO
SECUNDARIO
TRATAMIENTO
TERCIARIO
Acondicionamient o de la masa de agua antes de ser tratada (desarenado, desbaste, desengrasado).
Tratamiento físico químico del agua para la reducción de sólidos, materia suspendida y diluida. Tratamiento biológico del agua mediante el uso de bacterias.
107
Tratamiento para la eliminación de componentes específicos y regulación de la calidad.
1.5. Pretratamiento.
Busca acondicionar el agua residual para facilitar los tratamientos propiamente dichos, y preservar la
instalación de erosiones y taponamientos. Con un pretratamiento podemos separar del agua residual tanto
por operaciones físicas como por operaciones mecánicas, la mayor cantidad de materias que tanto por su naturaleza o por su tamaño crearían problemas en los
tratamientos posteriores. Las operaciones de pretratamiento incluidas en una estación depuradora de
aguas residuales dependen de:
a) La procedencia del agua residual.
b) La calidad del agua bruta a tratar.
c) Del tipo de tratamiento posterior a la Estación Depuradora de Aguas Residuales.
d) De la importancia de la instalación.
Calidad del agua: ¿Qué impacto ambiental indicanlos resultados?:Hoja de
información
Oxígeno disuelto
Importancia del oxígeno disuelto: El análisis de oxígeno
disuelto mide la cantidad de
108
oxígeno gaseoso (O) disuelto en una solución acuosa. El oxígeno entra en el agua por difusión del aire
circundante, por aireación (movimiento rápido) y como producto de desecho de la fotosíntesis. Para realizar el análisis de oxígeno disuelto, solamente se deben usar
muestras aleatorias y el análisis se debe hacer de inmediato. En consecuencia, es una prueba de campo
que se debe llevar a cabo en el lugar.
Impacto ambiental: Para que la calidad del agua sea buena, se necesita determinada cantidad de oxígeno
disuelto. El oxígeno es un elemento necesario para todas las formas de vida. Los procesos naturales de
purificación de corrientes de agua requieren niveles de oxígeno adecuados para posibilitar la existencia de
formas de vida aeróbicas. Cuando los niveles de oxígeno disuelto en el agua están por debajo de 5,0 mg/l, la vida
acuática está en peligro.
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)
Importancia de la DBO: La demanda bioquímica de oxígeno es importante porque muestra la cantidad de
materia orgánica presente en el agua. Es la medida que representa la cantidad de oxígeno que se consumiría si las bacterias y los protozoos oxidaran toda la materia orgánica existente en un litro de agua. Si el nivel es
demasiado bajo, los organismos acuáticos quedarían en situación de riesgo.
Nitrato
109
Importancia del nitrato: El nitrógeno es uno de los elementos más abundantes. Aproximadamente el 80% del
aire que respiramos es nitrógeno. Se encuentra en las células de todos los organismos vivos y es uno de los componentes principales de las proteínas. El nitrógeno
inorgánico puede existir en estado libre como gas [N2], o como nitrato [NO3-], nitrito [NO2-] o amoníaco [NH3+]. El nitrógeno orgánico se encuentra en las proteínas, y las
plantas y los animales lo reciclan continuamente.
Impacto ambiental: Los compuestos que contienen nitrógeno actúan como nutrientes en corrientes y ríos.
Las reacciones de nitrato [NO3-] en el agua dulce pueden agotar el oxígeno y, en consecuencia, mueren los
organismos acuáticos que dependen del suministro de oxígeno que haya en la corriente de agua. Las principales
vías de ingreso de nitrógeno en las masas de agua son las aguas residuales locales e industriales, los tanques
sépticos, las descargas de terrenos de engorde, los desechos animales (entre ellos, de aves y pescados) y las
descargas de gases de caños de escapes de automóviles. Las bacterias del agua inmediatamente
convierten los nitritos [NO2-] en nitratos [NO3-].
pH
Importancia del pH: El pH mide el carácter ácido o básico (alcalino)
de una solución. La concentración de la actividad de los iones de hidrógeno [H+] de
110
una solución determina el pH. Esto se expresa matemáticamente de la siguiente manera: pH = - log [H+].
El valor de pH es la potencia negativa a la que se debe elevar 10 para igualar la concentración de iones de
hidrógeno.
Impacto ambiental: Un valor de pH entre 6,0 y 9,0 parece brindar protección para los peces de agua dulce y los
invertebrados que habitan en el fondo. El impacto ambiental más importante del pH tiene relación con los efectos sinergéticos. La sinergia es la combinación de
dos o más sustancias que produce efectos superiores a la suma de dichas sustancias. Este proceso es
importante en las aguas de la superficie. La escorrentía de áreas agrícolas, domésticas e industriales puede
contener hierro, aluminio, amoníaco, mercurio y otros elementos. El pH del agua determinará los efectos
tóxicos de estas sustancias, en caso de que los tengan.
Fosfato
Importancia del fosfato: El fósforo es uno de los elementos claves para el crecimiento de plantas y
animales. El fósforo en forma elemental es muy tóxico. Los fosfatos [PO4---] se forman a partir de este elemento.
La descomposición de pesticidas orgánicos que contienen fosfatos puede liberar fósforo. Los fosfatos pueden encontrarse en forma de solución, partículas,
fragmentos sueltos o en el cuerpo de organismos acuáticos.
111
Impacto ambiental: La lluvia puede arrastrar diferentes cantidades de fosfatos desde los suelos agrícolas hacia
los cursos de agua cercanos. El fosfato estimulará el crecimiento del plancton y de las plantas acuáticas de las que se alimentan los peces. Este crecimiento puede a su vez aumentar la población de peces y mejorar la calidad
general del agua. Sin embargo, si entran cantidades excesivas de fosfato en los cursos de agua, las algas y
plantas acuáticas crecerán excesivamente, obstruirán
el curso y consumirán grandes cantidades de
oxígeno.
Temperatura
Importancia de la temperatura: Las actividades humanas no deben cambiar las temperaturas del agua más allá de
las fluctuaciones estacionales naturales ya que perturbarían los ecosistemas acuáticos. La temperatura afecta la solubilidad del oxígeno y por lo tanto afecta los peces. Las temperaturas óptimas dependen del tipo de
corriente de agua en estudio. Las corrientes de terrenos bajos, conocidas como corrientes de "aguas templadas" son diferentes de las corrientes de la montaña o de las que provienen de manantiales, que generalmente son
frías. En una corriente de aguas templadas, la temperatura no debe superar los 32 ºC (89 ºF). Las
corrientes de agua fría no deben superar los 20 ºC (68 ºF).
Turbidez
112
¿Cómo lo hace la naturaleza?
Importancia de la turbidez: La turbidez representa la cantidad de partículas suspendidas en el agua. Las algas,
los sedimentos suspendidos y la materia orgánica del agua aumentan la turbidez hasta niveles insalubres para
ciertos organismos. La turbidez es importante porque una gran cantidad de partículas suspendidas en el río
puede bloquear la luz solar y absorber calor, lo que aumenta la temperatura y reduce la luz disponible para
las plantas. La erosión de las riberas, el crecimiento excesivo de algas y los cambios del flujo de los ríos
producen el aumento de la turbidez.
Bacterias coliformes
Por qué son importantes las bacterias coliformes: las bacterias coliformes
son un grupo de microorganismos
relativamente inofensivos que viven en grandes cantidades en los intestinos de seres humanos y
animales de sangre caliente o fría. Colaboran en la digestión de alimentos. Las bacterias coliformes fecales
son un subgrupo específico en el que la más común es la Escherichia coli. Por su capacidad de crecer a
temperaturas elevadas, estos organismos se pueden separar del grupo coliforme y se asocian solamente con
la materia fecal de animales de sangre caliente.
113
Impacto ambiental: la presencia de bacterias coliformes fecales indica que el agua está contaminada con materia fecal de seres humanos o animales. En ese momento, el
agua de origen puede haber estado contaminada con patógenos o con bacterias o virus que producen
enfermedades, que también pueden existir en la materia fecal. Entre las enfermedades patógenas que se
transmiten por el agua podemos mencionar la fiebre tifoidea, la gastroenteritis viral y bacteriana y la hepatitis A. La presencia de contaminación fecal indica que existe
riesgo potencial para la salud de los individuos expuestos a esta agua. Las bacterias coliformes fecales
pueden aparecer en las aguas ambientales debido
En el presente artículo continuamos con los aportes sobre tensoactivos y auxiliares de nuestros asociados, la colaboración de este número es una recopilación sobre detergentes y jabones es decir el proceso de cuidado de tejidos posterior a la venta de prenda o artículo textil y algunos parámetros respecto de la ecología de ellos.
DETERGENTES Y JABONES
1. INTRODUCCIÓN
Los jabones y detergentes domésticos constituyen una importante fuente de sustancias orgánicas e inorgánicas descargadas al medio ambiente, normalmente a través de
sistemas de evacuación de aguas residuales urbanas e industriales, por lo que se produce una amplia dispersión de los mismos en el entorno acuático. La materia activa de los detergentes está constituida por tensoactivos de
114
origen natural y/o sintético de diferentes tipos. La producción mundial de tensoactivos es del orden de 16
millones de toneladas, de los que el 56% son jabones. El jabón sin ser el mejor tensioactivo, si es el más económico de fabricar, por lo que su consumo y
producción se centra en los países de bajo PBI. El consumo de jabón en el mundo durante 1990 fue de 8,9
millones de toneladas,
lo que da idea de su amplia utilización tanto formulaciones de tocador como de detergentes
domésticos e industriales líquidos y sólidos. Después de miles de años de amplio consumo, su aceptabilidad medioambiental está fue de toda duda tanto para las
especies de toda cadena trófica, microorganismos, algas, peces, etc., como para el hombre. No se ha reportado casos de toxicidad, bioacumulación o incluso efectos crónicos que puedan ser achacados a la presencia de jabón en el medio ambiente. Ahora bien, dada la alta insolubilidad de las sales cálcico‐magnésicas de los
jabones, cabe esperar que estos se encuentren asociados a los sólidos presentes en las tuberías
matrices. En este punto si es posible la acumulación de estas sustancias en el medio ambiente, al dejar a esta
biodisponible para los microorganismos. Esta importancia en su consumo y producción no se refleja en
la existencia de trabajos que analicen su presencia en distintas matrices ambientales. Otros tensoactivos principalmente el LAS (Alquilbenceno Sulfonatos
Lineales) han sido estudiados ampliamente, mientras que hay pocos estudios que traten de la determinación del
115
jabón en el medio ambiente y de su comportamiento, así como de su biodegradación.
1.1 DETERGENTES Y TENSOACTIVOS 1.1.1
Composición de los detergentes. La formulación química de un detergente comprenden los numerosos
compuestos que pueden clasificarse según tres categorías esenciales:
• Tensoactivos
• Coadyuvantes o "builders"
• Otros agentes blanqueantes, abrillantadores, etc.
Tensoactivos
El término surfactante o tensoactivo es una contracción del término "agente de actividad superficial", con el que
se designa a aquellas sustancias que son capaces de modificar las propiedades físicas (mecánicas, eléctricas,
ópticas, etc.) de una superficie o de una interface, reduciendo la tensión superficial. Desarrollado en 1950, el término surfactante ha sido universalmente aceptado
para describir sustancias orgánicas con ciertas características en estructura y propiedades. Con mucha frecuencia se ha utilizado la palabra detergente en lugar de surfactante. Sin embargo, siguiendo su definición de sustancia capaz de lavar, el detergente puede contener
además sustancias inorgánicas que favorecen su acción detersiva.
Coadyuvantes o builders
116
Estos compuestos son sustancias que se incorporan a la formulación de un detergente para mejorar y proteger la
eficacia detersiva del tensoactivos. Entre los más frecuentes se consideran los polifosfatos, silicatos,
carbonatos, citratos, etc. El mas utilizado es el tripolifosfato sódico (TPP) cuya fórmula es Na5P3O10 y que se emplea tanto en los detergentes en polvo para el
lavado de ropas como en los detergentes para lavavajillas automáticas. Las principales funciones que
realizan estos compuestos en relación con el lavado son las siguientes:
a) Ablandar el agua de lavado secuentrando los iones cálcicos y magnésicos, y en menor grado los iones de
hierro manganeso, formando grandes iones solubles en agua. De esta manera los iones metálicos no pueden
interferir con la acción del tensoactivo.
b) Actuar como emulsionante de la grasa y como dispersante de las partículas sólidas de la suciedad,
impidiendo su redeposición.
c) Debido a que sufren una reacción de hidrólisis con el agua de lavar permiten el mantenimiento de una
alcalinidad idónea en el baño de lavado necesaria para una eliminación efectiva de la suciedad
d) Ejercer una acción sinérgetica con los tensoactivos, mejorando notablemente el efecto del lavado. Los
coadyuvantes con polifosfatos son motivo de polémica ya que tanto ellos como los productos resultantes de su
hidrólisis contienen obviamente fósforo, que se halla
117
implicado en el proceso de la eutrofización de lagos y embalses. A pesar del hecho de que existen muchos
conflictos entre las opiniones de los científicos y de que no hay pruebas de que la eliminación de los fosfatos de
los detergentes ayude al problema de la eutrofización, se están utilizando otros compuestos como sustitutos de los fosfatos como son el carbonato sódico, silicatos,
citratos, zeolitas, nitriloacetato sódico, etc. No obstante no se conocen los efectos que puede tener a largo plazo
la introducción de grandes cantidades de estas sustancias en el medio ambiente, dándose el caso de que
algunos de estos productos han sido prohibidos en algunos países. Por otro lado los fosfatos presentan una
serie de ventajas como son su seguridad e inocuidad, tanto frente a la piel humana como frente a las fibras,
colorantes y estructura interna de la máquina de lavado, además se pueden eliminar satisfactoriamente en las
plantas depuradoras, no interfieren con otros
procedimientos de tratamiento de residuos, su estructura química y sus reacciones son bien conocidas y han sido
investigadas y documentadas durante muchos años
Aditivos
Un aditivo es un componente complementario de un detergente que aporta propiedades ajenas a la acción detersiva. Dentro de esta categoría se encuentran los
blanquedores fluorescentes, que son compuestos orgánicos complejos y que tienen la propiedad de
absorber radiaciones ultravioletas invisibles, parte de cuya energía la emiten luego en forma de radiaciones de
118
color invisibles, parte de cuya energía la emiten luego en forma de radiaciones de color azul. De esta forma se
incrementa la luz visible reflejada por los tejidos, aumentando su brillo y su grado de blanco. También se consideran como aditivos: los agentes inhibidores de la corrosión, como por ejemplo los silicatos sódicos que a
baja concentración forman una película sobre las superficies metálicas protegiéndolas contra la corrosión;
los agentes antirredeposición muy importantes en los detergentes para ropa, pues impiden que las suciedades
separadas de los tejidos durante
el lavado vuelvan a depositarse sobre los mismos. El compuesto más usado para este fin es
la corboximietilcelulosa. Por último también son considerados como aditivos los perfumes,
colorantes, suavizantes y agentes para control de espuma.
Además de los tensoactivos, coadyuvantes y aditivos, los detergentes suelen llevar
también en su formulación auxiliares de presentación o carga compuestos minerales y
orgánicos, que sirven para proporcionar al producto acabado un determinado aspecto, y
conseguir que la concentración de uso sea la adecuada. Entre los más frecuentes, suelen
utilizarse el sulfato sódico y el agua.
119
1.1.2 Clasificación y propiedades de los tensoactivos
Existen cuatro grandes grupos de agentes tensioactivos: Aniónicos, catiónicos, no
iónicos y anfotéricos. En el siguiente esquema se muestran los distintos grupos.
Aniónicos
í Jabones
Alquilbenceno sulfonatos lineales
Parafin sulfonatos Alfa Olefin
sulfonatos Di alquil sulfosuccinatos
Alquil sulfonatos Alquil polieter
sulfatos Otros
TENSOACTIVOS
Catiónicos
Aminas grasa y sales Sales de
amonio cuaternarias Aminas
grasas polietoxiladas Otros
No iónicos
Alquil fenoles polietoxilados
Alcoholes grasos polietoxilados
Acidos grasos polietoxilados
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Alcanolaminas o condensados
Anfotéricos Los tensoactivos aniónicos comprenden a aquellos que poseen uno o varios grupos funcionales que se ionizan en disolución acuosa originando Iones
orgánicos con carga negativa y responsables de la actividad superficial. Son los más usados en
composiciones detergentes en polvo así como en productos líquidos para el lavado de ropa. Dentro de esta
categoría se pueden distinguir distintos tipos cuyas características
generales se citan a continuación.
1)Sales sódicas de ácidos grasos lineales (jabones): Poseen un resto hidrófobo alquílico y un grupo polar
carboxílico. Son de fácil preparación por neutralización de ácidos grasos o por saponificación de acilgliceroles, y
poseen excelentes propiedades para su uso como jabones de tocador o como aditivos en composiciones detergentes.Presentan la gran desventaja de su gran inestabilidad en aguas duras y en disoluciones a pH
ácido, así como su gran insolubilidad en presencia de electrólitos.
CH3 coo n= 10 ‐ 18
2) Alquilbenceno Sulfonato Lineales (LAS): Dentro de su grupo después de los jabones son
los más utilizados, debido a sus excelentes propiedades detersivas y su bajo coste. Se
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obtienen por reacción del correspondiente alquilbenceno son ácido sulfúrico o trióxido de
azufre, para dar el ácido sulfónico, el cual es neutralizado dando la sal deseada,
normalmente sal de sodio
CH3 S O3
3) Parafin Sulfonatos:
Debido a que las parafinas
son realmente inertes al ácido sulfúrico han de obtenerse por sulfo‐oxidación catalítica de
las mismas. Son productos impuros con gran cantidad de parafinas no sulfonadas. Son muy
solubles en agua y fácilmente biodegradables a baja temperatura y se utilizan en la
industria de curtiembres.
R‐CH2‐CH2‐SO3
Tensoactivos no ionicos
Tensoactivo
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Capa superficial de un tensoactivo sobre una superficie de agua.
Micela.
Los tensoactivos o tensioactivos (también llamados surfactantes) son sustancias que influyen por medio de la tensión superficial en la superficie de contacto entre dos fases (p.ej., dos líquidos insolubles uno en otro). Cuando
se utilizan en la tecnología doméstica se denominan como emulgentes o emulsionantes; esto es, sustancias
que permiten conseguir o mantener una emulsión.
Entre los tensoactivos se encuentran las sustancias sintéticas que se utilizan regularmente en el lavado, entre
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las que se incluyen productos como detergentes para lavar la ropa, lavavajillas, productos para eliminar el
polvo de superficies, gel de ducha y champús. Fueron desarrollados en la primera mitad del siglo XX, y han suplantado ampliamente al jabón tradicional. Hoy día también se producen tensoactivos a partir de fuentes naturales por extracción, siendo algunos ámpliamente
aceptados en cosmética natural y biológica (poliglucósidos).
Estas propiedades las obtienen a través de su estructura atómica. Los tensoactivos se componen de una parte
hidrófoba o hidrófuga y un resto hidrófilo, o soluble en agua. Se dice que son Moléculas anfifílicas.
Al contacto con el agua las moléculas individuales se orientan de tal modo que la parte hidrofóbica sobresale del nivel del agua, encarándose al aire, mientras tanto la parte hidrofílica se queda sumergida. Otro fenómeno es
que las moléculas anfifílicas se alinean de tal manera que las partes hidrofílicas quedan de un lado y las partes
hidrófobicas del otro lado, por lo que empiezan a formar burbujas,las partes hidrófobas quedan en el centro, y los restos solubles en agua quedan entonces en la periferia
disueltos en el agua. Estas estructuras se denominan micelas.
La clasificación se fundamenta en el poder de disociación del tensoactivo en presencia de un electrolito y de sus propiedades fisicoquímicas. Pueden ser : iónicos o no-
iónicos; y dentro de los iónicos según la carga que posea
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la parte que presenta la actividad de superficie serán: aniónicos, catiónicos y anfóteros.
Los iónicos, con fuerte afinidad por el agua, motivada por su atracción electrostática hacia los dipolos del agua,
pueden arrastrar consigo a las soluciones de cadenas de hidrocarburos, por ejemplo el ácido pálmico,
prácticamente no ionizable es insoluble, mientras que el palmitato sódico es soluble completamente ionizado.
Tensoactivos anfotericos
TENSIOACTIVOS ANFÓTEROS: Dependiendo del pH se comportan como aniónicos o catiónicos. Tienen
capacidad para formar un ion tensioactivo con cargas tanto negativas como positivas, según el pH. En pH ácido
se comportan como catiónicos. En pH básico, como aniónicos.
Los detergentes actúan en la misma forma que los jabones pero tienen ciertas ventajas sobre estos; son
eficientes en aguas duras, porque los alquilsulfatos y los alquilsulfonatos de calcio y de magnesio son solubles en agua. Además, por ser sales de ácidos y de bases fuertes producen soluciones neutras, mientras que los jabones
que son sales de ácidos débiles con bases fuertes producen soluciones ligeramente alcalinas.
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