Agua 2016 Alumnos

8/16/2019 Agua 2016 Alumnos

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Cap. II. El agua


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PROCESOS INDUSTRIALES I

Ing. Bilma Osorio Marujo

Agua para la industria


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IntroducciónEl agua es un elemento de la naturaleza,

integrante de los ecosistemas naturales,fundamental para el sostenimiento y la

reproducción de la vida en el planeta ya

que constituye un factor indispensablepara el desarrollo de los procesos

biológicos que la hacen posible.

El agua es el fundamento de la vida:un recurso crucial para la humanidad y

para el resto de los seres vivos. Todos la

necesitamos, y no solo para beber.


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El agua es un recurso fundamental para

la actividad industrial, su utilización ha

variado a lo largo del tiempo,

disminuyendo su aprovechamiento local

o puntual como fuente de energía

primaria (molinos y turbinas, perocontinua siendo imprescindible para el

desarrollo industrial usada como medio

de reacción y disolvente o comoregulador t!rmico en calderas y torres de

refrigeración.


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"a aumentado de forma casi

e#ponencial su valor, pasando de ser

un bien libre y barato a considerarse

como primera materia, cara y muy

regulada. En la cumbre de la Tierra de

$ohannesburgo se la considero materia prima estratégica y posible fuente de

conflictos internacionales, e%emplos

pró#imos de conflictividad los podemosver en los proyectos de trasvase

planteados en Espa&a.


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Representación grafica de la distribución del agua enla tierra


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La información también se muestra en el siguiente cuadro


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Tipos de agua

Agua de río (arriba – abajo)

Agua de pozo

Agua de lago

Agua de mar

Agua de lluvia

Agua cruda

Agua blanda

Agua desmineralizada

Agua destilada

Agua potable


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II. 2. Tipos de agua

eg!n su origen


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Según su estado !sico"#ie$o %estado só$ido&

Agua %estado $!'uido&(apor %estado gaseoso&


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eg!n su uso


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Clasificación de los usos del agua

El agua es usada de diversas formas en todas las

actividades humanas, ya sea para subsistir o producir e intercambiar bienes y servicios. En el Registro Público de Derechos de Agua

(REPDA), se registran los volúmenesconcesionados o asignados a los usuarios deaguas nacionales. El REPDA clasifica los usos

del agua en doce rubros, ue para fines pr!cticosse han agrupado en cinco grandes grupos, comose muestra en la tabla "#.$ ue distinguetambi%n si el uso es consuntivo o no.Estad"sticas del Agua en Mé#ico. edición $%&'


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Estad"sticas del Agua enMé#ico. edición $%&'


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(so consunti)o& El volumen de agua de unacalidad determinada ue se consume al llevara cabo una actividad espec'fica, el cual sedetermina como la diferencia del volumen deuna calidad determinada ue se etrae, menos

el volumen de una calidad determinada ue sedescarga, y ue se sealan en el t'tulorespectivo (*ey de Aguas +acionales).


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El agua renovable per c!pita de un pa's resulta

de dividir sus recursos renovables entre elnúmero de habitantes.

e considera ue los impactos de fen-menos

hidrometeorol-gicos etremos recientes, entreellos olas de calor, seu'as, inundaciones,ciclones e incendios revelan la vulnerabilidadsignificativa y la eposici-n al riesgo de ciertosecosistemas y muchos sistemas humanos ante lavariabilidad clim!tica.


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Cic$o de$ agua


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El ciclo *idrológico+ el agua circula constantemente por elplaneta en un ciclo continuo de e)aporación, transpiración,precipitaciones , - desplaamiento *acia el mar.


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Cic$o de$ agua


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Caracter"sticas del agua potable

Caracter"sticas fisico/u"micas

P /onductividad Residuo seco 0igeno disuelto /loruros ulfatos /alcio 1agnesio Aluminio Dure2a total

0ara /ue un agua sea apta para su

uso debe cumplir una serie decaracter"sticas organolépticas - fisico/u"micas, - no debe contenerComponentes no deseables nicomponentes tó#icos.

Caracter"sticas organolépticas Olor - sabor

Color 1urbide

Componentes

no deseables +itratos +itritos Amonio 0idabilidad

Etra'bles encloroformo

ierro 1anganeso /obre

3inc 1ateria ensuspensi-n

4enoles Detergentes 4lúor

Componentes tó#icosArs%nico, cadmio, cianuro,cromo (56), mercurio, n'uel,

plomo, plaguicidas, PA.


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0ropiedades organolépticasSe referen al olor, sabor, color y

turbidez.Sabor y olor. Parámetros indicativos de lacalidad estética del agua.

Color. Indica la posible contaminación

(natural o no) del agua, que afecta a lacalidad estética. El color del agua potable puedeser debido a la presencia de:1. Sustancias orgánicas coloreadas, por lo general,

húmicas provenientes del humus, producida por

la descomposici!n de restos orgánicos".2. #esiduos industriales te$til y papel, sobre todo"3. %etales como el hierro y el manganeso"Euipo! &olor'metros (ue utilizan comparaciones

con patrones de color a base de platino y cobaltoEscala de Hazen 1892 .


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"urbidez

Es la difcultad del agua para transmitir la luz

debido a materiales insolubles en suspensi!n,coloidales o muy fnos.Euipo : )e*el!metro o +urbid'metro" (uemide la intensidad de la luz dispersada a -

cuando un rayo de luz pasa a través de unamuestra de agua. En lagos, r'os y mares laturbidez se mide con el disco Secchi.


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/a turbidez del agua se debe a la presenciade materia en suspensi!n, tales comoarcillas, sedimentos, part'culas orgánicascoloidales, plancton y otros organismosmicrosc!picos.

#nidad de medida: 0nidad )e*elométrica de +urbidez )+0"(ue es idéntica a la 0nidad de +urbidezde la 1ormazina 1+0".

0nidad de +urbidez de 2ac3son 2+0",obtenida con el turbid'metro de vela de

2ac3son 0nidad de Silicio mg4l Si56".


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2ensidad*a densidad del agua es 7.8888 a 9:;/

/uando el agua a 7;/ se transforma enhielo, la densidad disminuye alrededordel $7< debido a la epansi-n uetiene en este cambio de fase.

0ropiedades f"sicas


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1ensión superficial


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3iscosidad


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Compresibilidad

Calor especifico

El valor del coeficiente de compresibilidad es ba=o,

:>$7?: bar a temperatura y presi-n ordinarias.


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0ropiedades /u"micas

Composición Reacciones 04 2urea

04


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)u!*ica de$ agua

• -lidos suspendidos

• 1aterial disueltos (s-lidos ygases)

• 1ateria org!nica

Clasificación+

2urea

Es un indicador de la cantidad de sales disueltasde calcio - magnesio en el agua.


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E#isten diversos tipos de dureza: $ureza total o titulo %idrotimétrico ("&).

'ide el contenido de iones calcio y magnesio. $ureza permanente (o no carbonatada. 'ide

el contenido de iones calcio y magnesio

despu!s de someter a ebullición. on los

cationes estables en solución, tales como

cloruros y sulfatos .

$ureza temporal (o carbonatada. 'ide la

dureza asociada a iones calcio y magnesiocomo carbonatos y bicarbonatos) eliminable

por ebullición debido a que su solubilidad

disminuye con la temperatura.


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An+$isis )u!*ico de$ Agua


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PRUE,AS NO ESPEC-ICAS DE /ATERIA OR01NICA

Prueba Descripción

DBO Demanda biológica de oxígeno. Mide la capacidad de las bacteriascomunes para digerir la materia orgánica, generalmente en unperíodo de incubación de 5 días a 20!, anali"ando la disminuciónde oxígeno. #sta mide la materia orgánica biodegradable. #xpresadacomo O2

D$O Demanda $uímica de oxígeno. Mide la capacidad de una solución deácido crómico caliente de oxidar a la materia orgánica. #sta anali"atanto la materia orgánica biodegradable como la %ue no lo es&re'ractaria(. #xpresada como O2

!olor !olor. #sta es una medida aproximada del tanino, lignina ) otrosmateriales del *umus en las aguas super'iciales ) algunas dedesec*o, como el desec*o de las despulpadoras. +eportadas enunidades P-, relacionadas con el estándar de platino.


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Trata*iento de agua

industria$

Trata*iento de so$idos suspendidos.

Trata*iento de sa$es disue$tas.

Trata*iento *icroio$ógico.


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Operaciones unitarias en e$

trata*iento de aguas

*ormación de coloides que

alcanzan un tama&o

especifico y una rapidez deasentamiento.

'oagulacin +

loculacin + Es la aglomeración de varios

co+gulos que no son lobastante grandes como para

poder asentarse con la

rapidez deseada.


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co$oide

'ateria en suspensión ,pueden ser arcillas, sílice,

hierro o otro material

pesado , material org+nico.

os colides tambi!npueden producirse en los

procesos de precipitación

(ablandamiento con cal u

otro proceso detratamiento.


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(a) /oagulaci-n& la adici-n de un coagulante neutrali2a las cargas, produciendo

un colapso de la nube ue rodea los coloides de modo ue puedenaglomerarse.

(b) floculaci-n & el producto u'mico floculante tiende un puente entre las part'culas coloidales aglomeradas para formas floculos mas grandesf!cilmente asentables.


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P+OP#DD#/ D# O/ !O134#/ !OM3#/

3ombre comn 6órmula Peso

#%ui7alente

p-

l 89

Disponibilidad

Alumbre Al2(SO4)3 . 14H2O 100 3.4 Terrón – 17% AL 2O3

Líquido –.!% Al2O 3

"#l "#(OH)2 40 12 Terrón – $omo "#O

ol&o – '3'!%

Lodo – 1!20%

"loruro *rri$o +e"l3 . ,H2O '1 34 Terrón – 20% +e

Líquido – 20% +e

Sul#-o *rri$o +e(SO4) 2 . 3H 2 O !1.! 34 r#nul#r – 1.!% +e

"#/#rro# &erde +eSO4 . 7H 2 O 13' 34 r#nul#r – 20% +e

Alumin#-o de odio # 2 Al 2 O4 100 1112 $#m# – 4,% Al2O 3

Líquido – 2., % Al2O3

13/ !+!4#+:/4!/ D# O/ POM#+O/


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13/ !+!4#+:/4!/ D# O/ POM#+O/

!lase nter7alos PM 6orma ) disponibilidad

1. "o#ul#n-e $#-ióni$o

oli#min#

oli$u#-ern#riooli "A5A

/i5A

eb#6o de

100 000

Todo di/onible $omoolu$ione #$uo#

2. +lo$ul#n-e $#-ióni$o

"o/olíme-ro de

A$ril#mid# 8 5A5A$ril#mid# 8 "A5A

Amin# 5#nni$9

Arrib# de

1 000 000

ol&o o emulione

3. +lo$ul#n-e no ióni$o

oli#$ril#mid#

Arrib# de

1 000 000

ol&o o emulione

4. +lo$ul#n-e #nióni$ooli#$ril#-o

"o/olímero de #$ril#mid# 8 #$ril#-o

Arrib# de1 000 000

ol&o o emulione

OTA "A5A $loruro de di#lildime-il #monio

/i e/i$lor9idrin#

5A dime-il#min#

5A5 dime-il#minoe-ilme-#$ril#-o


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0ROCEO 2E 1RA1AMIE51O 2EL A6(A0O1ABLE


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Clarificador con recirculación


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Operaciones unitarias en e$

trata*iento de aguas

-oagulación y floculación


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0ROCEO 2E 1RA1AMIE51O 2EL A6(A 0O1ABLE


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,OCATO/A


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,OCATO/



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DESARENADORES


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PRE CLORACION



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DESARENADORES



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E/,ALSES RE0ULA


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COA0ULADORES



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COA0ULADORES


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COA0ULADO 0ROCEO 2E 1RA1AMIE51O 2EL A6(A 0O1ABLE


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ILTROS DE AR



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ILT OS DE A ENA

O0ERACI75 5ORMAL

O0ERACI75 LA3A2O



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.i$tración

roceso de eliminación de sólidos

suspendidos en medio granular, su

eficiencia depende del tama&o degrano del medio filtrador y de las

propiedades del floculo, como de la

resistencia del esfuerzo cortante y la

adhesividad.


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"ipo de proceso vs. tama*o de la

molécula

+ t j d filt tí i l i d t b


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+ontaje de un filtro típico al vaci de tambor

giratorio

TRATA/IENTO DE A0UAS ILTROS DE ARENA


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TRATA/IENTO DE A0UAS 3 ILTROS DE ARENA

TRATA/IENTO DE A0UAS ILTROS DE ARENA


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TRATA/IENTO DE A0UAS 3 ILTROS DE ARENA

iltros de arena


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iltros de arena


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cartuchos bolsas

4iltro bolsa

micro filtraci-n


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E$e*entos de i$tro tu2u$ar t!pico

edimentación


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Es la primera etapa efectiva de separacin de

partículas del agua, donde se logra unareduccin de turbiedad y color con respecto al

agua cruda.

edimentación

Eliminacin de partículas en suspensin. -uede realizarse de dos formas!

en forma natural cuando las partículas

pueden decantar por su propio peso. en forma forzada, cuando las partículas

son muy peue*as, utilizando aglutinanteso coagulantes y floculadores.


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SEDI/ENTACI4N"

PROCESO E/PLEADO PARA RE/O(ER SOLIDOSSUSPENDIDOS POR ACCION DE LA 0RA(EDAD.


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0roceso de ablandamiento

Operación /ue sir)e para reducir los iones8Ca$9 - Mg$9: /ue *acen a un agua dura.

1ipos+ Ablandamiento /u"mico+

/ Cal - soda en frio

/ Cal - soda en caliente Intercambio iónico

Ablandamiento /u"mico&


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Ablandamiento /u"mico&Consiste en la adición de sustancias al agua /ue

Reaccionan con los iones calcio - magnesio,transform;ndolos en compuestos insolubles, /ue sonseparados del agua por procedimientos f"sicoscon)encionales 8decantación - filtración:.


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Reactor para precipitación /u"mica en el proceso cal< soda.


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Intercambio iónico

El intercambio iónico remue)e de un aguacruda los iones indeseables transfiriéndolosa un material sólido llamado intercambiador

iónico, el cual los acepta cediendo un n!meroe/ui)alente de iones de una especie deseable /ue se encuentra en la matri del intercambiador deiones. El intercambiador iónico tiene una

Capacidad limitada para intercambiar iones,llamada capacidad de intercambio= en )irtud deesto, llegar; finalmente a saturarse con ionesindeseables.


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bl d i (i bi d di ) i


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blandamiento (intercambio de sodio) en una resina

Para ablandar agua se toma una resina


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gintercambiadora de cationes donde los ionesm!viles dentro de la resina son )a7 y se

pasa el agua a través de una columnallenada con esta resina. /os iones de dureza&a77 y %g77 entran en las perlas de resina, ycada uno de estos iones produce la salida dedos iones de sodio. /a reacci!n deintercambio se puede escribir:

2 !"a # Ca## !2Ca # 2 "a#

%ste intercambio no es ilimitado:después de un cierto tiempo, la resina ha(uitado tantos cationes de calcio ymagnesio del agua (ue no (ueda espacio

ara aco er otros.

/uando el periodo de agotamiento ha terminado, se


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p g ,cambia la resina agotada por una resina fresca o seregenera.

!epresentación esquem&tica de resinasintercambiadoras de cationes ' de aniones.


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2esmineraliación


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Si cambiamos todos los cationes disueltos

en el agua por iones 97 y todos los anionespor iones 59, estos se van a recombinarpara producir nuevas moléculas de agua.Para conseguir esto, necesitamos una

resina intercambiadora de cationes en la*orma 9 y una resina intercambiadora deaniones en la *orma 59. /a reacci!n del

intercambio de cationes es:

2esmineraliación

2 ! # Ca## !2Ca # 2

#

! # "a# !"a #

#

En estas ecuaciones, #; representa la


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, presina intercambiadora de cationes. /aresina es inicialmente en la *ormahidr!geno 97".> representa la resinaintercambiadora de aniones. +odos losaniones son reemplazados por ioneshidr!$ido 59=".

0escationiación (todos los cationes


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0escationiación (todos los cationesreemplaados por #).

?l fnal del proceso de intercambio, las


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perlas de resina han eliminado todos loscationes y aniones presentes en el agua, el

agua ha sido desmineraliada. /as resinasestán agotadasEstos iones 97 y 59= se recombinan alinstante producen nuevas moléculas de

agua:

#

# +

+2+

/a desmineralizaci!n se es(uematiza en lasiguiente fg.:

i t d


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as resinas son agotadas.Iones # ' + fueron liberados en el agua.

!egeneración de un


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gablandador/a regeneraci!n de una resina ablandadora

es con una soluci!n de cloruro de sodio salcomún )a&l"./a reacci!n de regeneraci!n es:!

2Ca # 2 "aCl 2 !"a # CaCl

2

!egeneración de una planta dedesmineraliación/a regeneraci!n de 97, se realiza con ácidos*uertes como el 9&l o el 96S5@ y la resina de

59 se regenera con bases *uertes como el)a59.R>5a 9 4Cl R>4 9 5aCl

R>>Cl 9 5aO4 R>>O4 9 5aCl

uncionamiento en columnas


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En el laboratorio y en plantas industriales,las resinas *uncionan en columnas. El agua atratar pasa a través de la resina.

aboratorio Columna industrialColumna de tipo mberpac4

7smosis in)ersa


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7smosis in)ersa

e define -smosis como una difusi-n pasiva,caracteri2ada por el paso del agua, disolvente, a trav%sde la membrana semipermeable, desde la soluci-n m!sdiluida a la m!s concentrada.

El agua atra)iesa la membrana *asta alcanar


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El agua atra)iesa la membrana *asta alcanarel e/uilibrio osmótico. Este paso se *ace a una

0resión precisa llamada presión osmótica.


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e denomina Osmosis in)ersa a re)ertir el procesonatural de Osmosis mediante una fuera e#terna.


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*a osmosis inversa es el fen-meno reversible de-smosis natural o directa ue hoy constituye el nivelm!s fino de filtraci-n eistente, capa2 de recha2ar

elementos tan peueos, como 7.777$ mm, a trav%sde una membrana semipermeable por un proceso dedifusi-n controlada.

0roceso en el cual se fuera al agua a pasar atra)és de una membrana semi?permeable, desde

una solución m;s concentrada en sales disueltas uotros contaminantes a una solución menosconcentrada, mediante la aplicación de presión.


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(n antiscalante es un producto /u"mico in-ectado en el aguad li ió d l b d ó i


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de alimentación antes de entrar en las membranas de ósmosisIn)ersa, para retardar la reacción entre el magnesio, calcio -

bicarbonato. e agrega para /ue no se ad*ieran o se presentenprecipitaciones de las sales en la membrana de osmosis.

Es/uema b;sico de un sistema de osmosis in)ersa

Instalación de osmosis in)ersa


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Instalación de osmosis in)ersa

Membranas de ósmosis in)ersa


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Membranas de ósmosis in)ersa

La membrana act!a como un filtro mu- especifico/ue dejar; pasar el agua, mientras /ue retiene lossólidos suspendidos - otras sustancias.


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Osmosis in)ersa8RO:


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5ano filtración85@:

(ltrafiltración8(@:


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Microfiltración8M@:

Aplicaciones industriales


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*a -smosis inversa (05) posee aplicaciones

importantes tanto en el tratamiento de agua comode aguas residuales.Agua potable +

Aguas municipales. /on la 05 se pueden reducir loss-lidos disueltos en un 8#


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las siguientes venta=as&/ +o destruye las vitaminas ni se pierden los aromas./ Ca=o consumo energ%tico. 0reconcentración de jugos aucarados

e puede preconcentrar los =ugos a2ucarados antes desu evaporaci-n.

0reconcentrado de suero l;cteo+ e obtienen lossiguientes objeti)os./ Reducir el coste del transporte. /uando el suero no

se procesa en la misma planta donde se obtiene./ Reducir el consumo energético de la e)aporación. *a preconcentraci-n mediante 05 permite reducir los

consumos energ%ticos globales.

Estabiliación de )inos


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*a estabili2aci-n del vino tiene por ob=eto eliminar un precipitado de tartrato pot;sico.

2esaliniación de Agua de Mar Agua ultrapura+

Agua para la industria farmac%utica. Agua para euipos de hemodi!lisis. Agua para la fabricaci-n de semi?conductores.

ndustria te/til! 'ediante 01 se puede:/ urificar y reutilizar parte de las aguas residuales

producidas y aprovechar su energía calorífica./ 2ecuperar componentes de inter!s, como colorantes.

ndustria te/til! 'ediante 01 se puede:


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/ urificar y reutilizar parte de las aguas

residuales producidas y aprovechar su

energía calorífica./ 2ecuperar componentes de inter!s,

fundamentalmente colorantes

Industria papelera+ Produce volúmeneselevados de aguas residuales con temperaturassuperiores a B7;/ y p superiores a 8 y elevado

contenido de s-lidos. El ob=etivo de la utili2aci-nde la 05 fue reducir el volumen de agua residualenviado a los evaporadores para concentraci-n yreutili2aci-n posterior de productos.

Alimentación a calderas+


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/ Directamente, en calderas de ba=a presi-n.

/ A resinas de pulido a un segundo paso , paracalderas de alta presi-n.

Industria de electro deposición+*as aguas residuales de este tipo de industriascontienen metales pesados ue han de sereliminados o recuperados por ra2onesmedioambientales yo econ-micas. *a 75 es hoy una

t%cnica aceptada para el tratamiento de las aguas deaclarado de este tipo de industrias.


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Control de la acti)idad microbiana


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El an!lisis microbiol-gico es el con=unto de

operaciones encaminadas a determinar losmicroorganismos presentes en el AFA.

El inter%s es en los microorganismos pat-genos, ueson los diferentes tipos de bacterias, virus, proto2oos yotros organismos, ue transmiten enfermedades.

En los pa'ses en v'as de desarrollo las enfermedades producidas por estos pat-genos son uno de los motivos

m!s importantes de muerte prematura, sobre todo denios. +ormalmente estos microbios llegan al agua enlas heces y otros restos org!nicos ue producen las

personas infectadas.

Microorganismos comunes del agua


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Microorganismos comunes del agua Algas microscópicas *abituales del agua -

bacterias de los géneros+ 6ibrio, Pseudomonas,hromobacterium, Achromobacter, /orynebacterium.

Bacterias presentes en la tierra del género+ Cacillus, /lostridium o treptomyces.

Bacterias de origen *umano o animal, patógenos- enterobacterias como& E. coli, almonella,higella, treptococcus fecales, /lostridium

perfringens, 6ibrio cholerae, etc. 0rotooarios y otros par!sitos como/ryptosporidium.

3irus de la poliomielitis y la hepatitis v'rica.


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El florecimiento de las algas ocurre cuando el f-sforo, el

nitr-geno y los nutrientes est!n en cantidad abundante. *as bacterias ue se alimentan de las algas se multiplicanr!pidamente, produciendo residuos ue aceleran el proceso deeutroficaci-n.


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El agua puede recibir diferentes tratamientos,


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dependiendo del contaminante ue se desee eliminar.

Biocidas O#idantes + gas cloro, hipoclorito de sodio, materiales

organoclorados, o2ono.

5o o#idantes & gluteraldheido, dibromopropioamida,tria2ina.Compuestos órgano sulfurados+ metileno bis?

tiociananto (1C")

@enoles clorados.Biocidas catiónicos & amidas, productos cuaternarios.Grgano met!licos & bistributil oido de estao.


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Los tratamientos de desinfección mas comunes son


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con +

CloroOono(3 8ultra)ioleta:

Fn generador de o2ono, (o2oni2ador) es capa2 de produciro2ono ?una mol%cula triat-mica ue contiene tres !tomos de

o'geno? artificialmente, mediante la generaci-n de una altatensi-n el%ctrica (llamada HEfecto coronaH) ue produceo2ono, y, colateralmente, iones negativos.

*a generaci-n de o2ono tiene aplicaci-n en la eliminaci-n de


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malos olores y desinfecci-n del aire, en el tratamiento y purificaci-n de aguas, y en electromedicina ?o2onoterapia.

Con oono


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Con Cloro


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