Tratamientos para eliminar contaminantes del agua
El agua
Componente fundamental. Su purificación es muy importante, ya que ningún agua natural es pura. La lluvia disuelve gases de la atmósfera que la contaminan. La pureza es muy relativa: el plomo 5·10-2 ppm disuelto en agua es letal para una persona pero a nivel industrial es insignificante.
En el agua tendremos disueltos O2, N2, CO2, óxidos de nitrógeno además de sales minerales (cloruros, sulfatos, bicarbonatos, de Na+, K+, Ca+2). En muchas ocasiones las aguas tienen sólidos en suspensión (arenas, yesos), materia orgánica, seres vivos …
Los contaminantes más importantes son:
- Detergentes: producían espumas sobre la superficie de las aguas que impedían la oxigenación de esta y producían la muerte de los seres vivos que habitan en ella. La presencia de fosfatos origina el crecimiento de algas y bacterias en el agua. Para evitar todo esto se utilizan detergentes biodegradables
- Insecticidas: sales inorgánicas de arsénico, plomo y cobre muy poco solubles en agua (antes de Segunda Guerra Mundial). Más tarde se usó el D.D.T., orgánico muy poco soluble
- Oligoelementos: elementos en pequeñas cantidades: plomo, mercurio. El plomo proviene de un aditivo antidetonante de la gasolina. El mercurio es líquido y letal para la vida sobre todo de animales marinos que tienen que filtrar grandes cantidades de agua
- Calor: con el aumento de la temperatura la difusión de oxígeno es menor. Las centrales eléctricas condensan grandes cantidades de vapor y calientan el agua
Los tratamientos para eliminar contaminantes:
a. Tratamientos primarios: operaciones de tipo mecánico para separar del agua las materias que por su tamaño o naturaleza puedan crear) Problemas en otra fase. Este proceso se denomina desbaste. El desarenado elimina partículas de tamaño superior a 200 micras. El desengrase es fundamental en las cercanías de refinerías y se eliminan aceites y grasas ligeras colocando dispositivos que reduzcan la velocidad de flujo de agua favoreciendo su posterior eliminación.
b. Tratamientos secundarios: las partículas que forman una suspensión coloidal debido a su pequeño tamaño se quitan mediante la coagulación: se añade un compuesto gelatinoso que arrastra dichas partículas. Se usan sales de aluminio: Al+3 + H2O ⟶ Al(OH)3 ⟶ coágulo. Después se filtra el coágulo con filtros de arena y grava. Los primeros geles retenidos en el filtro favorecen la separación del resto. Una vez se tapona el filtro se puede regenerar.
c. Tratamientos terciarios: son más dependientes del uso que se le vaya a dar:
• Supresión del sabor, color, olor de las aguas mediante adsorción con carbono activado finamente dividido (gran superficie de contacto)(fisisorción). Existe un caso de quimisorción: Cl2 + Cactivo + 2·H2O ⟶ CO2 + 4·H+ + 4·Cl¯. Si la contaminación es gaseosa, se pulveriza el agua para su aireación oxidándose los contaminantes y favoreciendo su eliminación
• Eliminación de la dureza del agua: es debida al Ca+2, Mg+2 y circunstancialmente Fe+2. A nivel industrial es debido a sales poco solubles que precipitan formándose costras. En las calderas produce la pérdida de calor por su mala transmisión y un mayor gasto de energía. Si en un momento determinado se rompe la costra, el aumento de calor produce un aumento de presión que puede ocasionar una explosión. Si la caldera que contiene el agua es de hierro, al romperse la costra se produce la siguiente reacción: 3·Fe + 4·H2O ⟶ Fe3O4 + 4·H2. El hidrógeno favorece la ruptura de la costra debido a su pequeño tamaño. La dureza suele estar originada en el contacto de las aguas con carbonato cálcico subterráneo (cretas) y con carbonatos de calcio y magnesio (dolomitas). Para ablandar el agua:
Si son sales de bicarbonatos se denomina dureza temporal y se elimina según (fotocopia):
Ca(HCO3)2 ⟶ CaCO3 ⟶ filtración
También es mucho más frecuente la existencia de cloruros y sulfatos. Dureza permanente: La que da la presencia de Ca+2, Mg+2 (fotocopia). Según la cantidad que tratemos emplearemos las resinas de intercambio iónico (poco solubles, poco sensibles a los cambios de pH y que sean regenerables). (fotocopia 2)
Desinfección: otro tratamiento terciario. Se realiza de 3 formas:
a. Empleo de halógenos: se utiliza el Cl2(g). La principal ventaja es que se disuelve en el agua y se puede emplear para grandes cantidades de esta. El Cl2 en el agua se dismuta:
Cl2 + H2O ⟶ Cl¯ + ClOH
HClO ⟶ ClO¯ + H+
Las especies activas son el HClO y el Cl2 para la desinfección. El hipoclorito es muy débil y tiene poca tendencia a disociarse por ello he de regular el pH, la presencia de H+ en el agua se evita añadiendo Na2CO3
El Cl2 en una corriente de agua va a acompañar al medio y por ello sirve como una reserva del agua para posteriores infecciones. El mayor inconveniente es su toxicidad y se requiere Na2CO3 para regular el pH.
El NaClO se presenta como lejía o cloro líquido y se puede manejar más fácilmente que el Cl2
NaClO + H2O ⟶ ClO¯ + NaOH
ClO¯ + H2O ⇌ HClO desinfectante + OH¯
En este caso tenemos que regular la presencia de OH¯ añadiendo ácido.
La desventaja que conlleva es que se consume rápidamente. El almacenamiento es limitado y depende de la temperatura.
El Ca(ClO)2 es mucho más estable y fácil de almacenar (sólido) y no hay que regular el pH pero tiene la desventaja de que añadimos Ca+2 al agua.
Los isocianuratos clorados son sustancias no tóxicas y de precio elevado.
b. Ozono: se sintetiza haciendo pasar una corriente de oxígeno entre dos electrodos produciendo una descarga. El ozono se descompone rápidamente. Es más oxidante que el cloro y en condiciones especiales de presión y temperatura se puede emplear en la industria.
c. Radiación ultravioleta.
Demanda biológica de oxígeno
Se miden las impurezas por la cantidad de oxígeno necesaria para oxidarlas. El tratamiento biológico de las aguas se realiza entre el tratamiento primario y secundario. Tenemos que realizar una aireación de las aguas.
Otro procedimiento es la adición de lodos activados (bacterias) que favorecen la aireación del agua. Para eliminar las bacterias hay que añadir posteriormente un desinfectante.
Aprovechamiento del agua
Una actividad importante es la obtención de agua dulce del mar. Es más sencillo eliminar las sales que evaporar el agua ya que se encuentran en proporción 1:30. Pero en realidad no se hace así debido a la gran solubilidad de muchas sales y a que evaporando podemos utilizar el agua desde el primer momento mientras que desalobrando no se puede utilizar hasta la total purificación.
El) Problema de la evaporación es su alto gasto energético y para disminuirlo se acoplan a centrales eléctricas que generan mucho calor.
La sal mayoritaria es el cloruro sódico, muy importante por dos motivos: importante "per se" e importante en la industria química.
Autor: Sin datos
Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)