Tratamiento terciario del agua residual

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Instituto Tecnológico de Aguascalientes Departamento de ingeniería química y bioquímica Tratamiento de Aguas residuales 2015 Ing. Lilian Moreno Sánchez Luis Arturo Gomez Moreno 8-6-2015 Tratamiento Terciario

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procesos usados en el tratamiento terciario(quimico) del agua residual

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Tratamiento Terciario

Instituto Tecnolgico de AguascalientesDepartamento de ingeniera qumica y bioqumicaTratamiento de Aguas residuales

ndiceTratamiento terciario2Mtodos de tratamiento terciario2Osmosis inversa2Electrodilisis3Destilacin4Filtracin6Extraccin por solventes6Intercambio inico7Oxidacin qumica8Cloracin8Bibliografa10

Tratamiento terciario

El tratamiento terciario se emplea para separar la materia residual de los efluentes de procesos de tratamiento biolgico, a fin de prevenir la contaminacin de los cuerpos de agua receptores, o bien, obtener la calidad adecuada para el reuso, factor de importancia en la planeacin de recursos hidrulicos donde el abastecimiento de agua potable es limitado.

Mtodos de tratamiento terciario

Osmosis inversa

El fenmeno de la smosis est basado en la bsqueda del equilibrio. Cuando se ponen en contacto dos fluidos con diferentes concentraciones de slidos disueltos se mezclarn hasta que la concentracin sea uniforme. Si estos fluidos estn separados por una membrana permeable (la cual permite el paso a su travs de uno de los fluidos), el fluido que se mover a travs de la membrana ser el de menor concentracin de tal forma que pasa al fluido de mayor concentracin. Si se utiliza una presin superior a la presin osmtica, se produce el efecto contrario. Los fluidos se presionan a travs de la membrana, mientras que los slidos disueltos quedan atrs. En la figura 1 se muestra la diferencia entre la osmosis y la osmosis inversa.

Figura 1. Diferencia entre osmosis y osmosis inversaPara poder purificar el agua necesitamos llevar a cabo el proceso contrario al de la smosis convencional, es lo que se conoce como smosis Inversa. Se trata de un proceso con membranas. Para poder forzar el paso del agua que se encuentra en la corriente de salmuera a la corriente de agua con baja concentracin de sal, es necesario presurizar el agua a un valor superior al de la presin osmtica. Como consecuencia a este proceso, la salmuera se concentrar ms.

Figura 2. Equipo de Osmosis inversaElectrodilisis

La electro-electrodilisis es una tcnica separativa de concentracin y descontaminacin en la que especies inicas son transportadas a travs de membranas inicas con permeabilidad selectiva (aniones, cationes) bajo la accin de un campo elctrico. Esta tcnica aprovecha las propiedades especiales de la electrlisis, que se llevan a cabo en los electrodos, permitiendo la eliminacin de compuestos indeseables por deposicin sobre los electrodos o la transformacin de los mismos en otras especies favorables para el proceso de fabricacinEl dispositivo para realizar tal procedimiento consiste en varias celdas hechas con membranas ion-selectivas. Cada celda consta de una membrana catinica y otra aninica. La membrana de intercambio catinico tiene carga negativa y es permeable a cationes tales como Na+, K+y Ca2+, mientras que la membrana de intercambio aninico est cargada positivamente, y es permeable para aniones. Una serie de estas celdas se coloca en el electrolito a depurar, de manera que al colocar un par de electrodos en el mismo y aplicar una corriente elctrica, los aniones y cationes presentes como soluto migrarn hacia el nodo y el ctodo respectivamente, atravesando las membranas catinica y aninica segn corresponda, y pasan a formar parte de un electrolito ms concentrado, obtenindose como producto un agua libre de minerales. En la figura 3 se muestra el quipo utilizado para la electrodilisis.

Figura 3. Equipo industrial para la electrodilisis

Destilacin

La destilacin difiere de todas las dems formas de purificacin del agua; en que a travs de sta, se remueve el agua de las impurezas en vez de remover las impurezas del agua. El agua es sometida a cambios de fases durante el proceso, pasando de estado lquido a gaseoso y volviendo nuevamente a su estado lquido. El cambio del estado lquido al gaseoso, es el que conlleva la separacin del agua de sus impurezas. Todo aquello que tenga un punto de ebullicin mayor que el del agua (100C), permanecer en un estado lquido, mientras que el agua y todo aquello con un punto de ebullicin igual o menor, ser convertido en vapor. Cuando este vapor es condensado, lo nico que queda son hidrgenos, oxgenos y unas pocas de substancias que hierven a menores temperaturas que el agua.De todos los sistemas de purificacin de agua, la destilacin es la que ofrece las ms amplias posibilidades. No es especfica para partculas ionizadas como lo es la desionizacin. No remueve materiales orgnicos selectivamente, como lo hace la adsorcin, ni hace un trabajo incompleto como la smosis inversa. La destilacin remover efectivamente todos los slidos ionizados, todos los orgnicos con un punto de ebullicin mayor que el del agua, todas las bacterias y; con la ayuda de una placa especial de desviacin, todos los pirgenos. Si un destilador puede hacer todo esto, entonces por qu la gente necesita cualquier otra tecnologa de purificacin de agua? Note que los gases ionizados y los componentes orgnicos de bajo punto de ebullicin, fueron omitidos en el prrafo anterior. Estas impurezas no son removidas por medio de la destilacin. Ellas sufren los mismos cambios de fase que los iones de oxgeno de hidrgeno.

Figura 4. Equipo destilador de agua residualLos destiladores vienen en todas las formas y tamaos. Su tamao vara desde los ms pequeos de 2 litros por hora, hasta los de 40 litros por hora y mucho ms. Pueden ser construidos de metal o de vidrio. Usted puede adquirir un sistema de destilacin sencillo o un sistema doble. Su utilizacin vara desde el lavado de vidrera, hasta la produccin de farmacuticos y de agua para beber. Hoy en da, una buena parte de los laboratorios en todo el mundo, utilizan agua destilada como solucin a sus necesidades diarias de agua pura.Los componentes bsicos que conforman virtualmente todas las unidades de destilacin, son los mismos. Bsicamente, el destilador es construido con una cmara de ebullicin (evaporador), una fuente de calor (bien sean calentadores elctricos de inmersin o bobinas de vapor), placa de desviacin, condensador y dispositivo de nivel constante. Muchos destiladores incluyen tambin vlvulas elctricas de agua, sistemas de corte para el bajo nivel del agua, vlvulas elctricas de drenaje y controles que permiten al destilador operar en conjunto con sistemas de alimentacin de agua pretratada o tanques de almacenamiento.

Filtracin

La filtracin consiste en la remocin de partculas suspendidas y coloidales presentes en una suspensin acuosa que escurre a travs de un medio poroso. En general, la filtracin es la operacin final de clarificacin que se realiza en una planta de tratamiento de agua y, por consiguiente, es la responsable principal de la produccin de agua de calidad coincidente con los estndares de potabilidad. En la figura 5 se muestra la filtracin del agua residual.

Figura 5. Proceso de filtrado del agua residual

Extraccin por solventes

La extraccin con solventes es una tcnica de tratamiento que consiste en usar un solvente para separar o extraer elementos o compuestos desde efluente industriales, sedimentos o tierra. No destruye los compuestos a remover, sino que los concentra para que sea ms fcil reciclarlos o destruirlos con otra tcnica. En la figura 6 se muestra una planta de tratamiento de extraccin por solventes.

Figura 6. Planta de tratamiento de agua residual por extraccin de solventesIntercambio inico

Es una operacin en la que se utiliza un material, habitualmente denominadoresinas de intercambio inico, que es capaz de retener selectivamente sobre su superficie los iones disueltos en el agua, los mantiene temporalmente unidos a la superficie, y los cede frente a una disolucin con un fuerte regenerante.La aplicacin habitual de estos sistemas, es por ejemplo, la eliminacin de sales cuando se encuentran en bajas concentraciones, siendo tpica la aplicacin para la desmineralizacin y el ablandamiento de aguas, as como la retencin de ciertos productos qumicos y la desmineralizacin de jarabes de azcar.

Figura 7. Equipo de tratamiento de intercambio inicoLas propiedades que rigen el proceso de intercambio inico y que a la vez determinan sus caractersticas principales son las siguientes: Las resinas actan selectivamente, de forma que pueden preferir un in sobre otro con valores relativos de afinidad de 15 o ms. La reaccin de intercambio inico es reversible, es decir, puede avanzar en los dos sentidos. En la reaccin se mantiene la electroneutralidad.Entre las ventajas del proceso inico en el tratamiento de aguas cabe destacar: Son equipos muy verstiles siempre que se trabaje con relativas bajas concentraciones de sales. Actualmente las resinas tienen altas capacidades de tratamiento, resultando compactas y econmicas. Las resinas son muy estables qumicamente, de larga duracin y fcil regeneracin. Existe cierta facilidad de automatizacin y adaptacin a situaciones especficas.

Oxidacin qumica

Los procesos qumicos de oxidacin avanzada usan oxidantes (qumicos) para reducir los niveles DQO/DBO, y para separar ambos los componentes orgnicos y los componentes inorgnicos oxidables. Los procesos pueden oxidar totalmente los materiales orgnicos como carbn, CO2y agua aunque no es a menudo necesario operar estos procesos hasta este nivel de tratamiento

Est disponible una amplia gama de procesos de oxidacin avanzada: Procesos de oxidacin qumica usando perxido dehidrgeno,ozono, perxido y ozono combinados, hipoclorito, reagente Fenton, etc. elevacin de la oxidacin ultra violeta tanto comoUV/ozono, UV/Perxido de hidrgeno, UV/aire Oxidacin del aire hmedo yoxidacin cataltica del aire hmedo(donde el aire es usado como oxidante)Figura 8. Equipo de Oxidacin avanzadaLos procesos de oxidacin avanzada son particularmente apropiados para aguas residuales que contienen recalcitrantes, txicos o materiales no-biodegradables. Los procesos ofrecen algunas ventajas sobre los procesos fsicos ybiolgicosincluyendo: Procesos de operabilidad Operaciones desatendidas La ausencia de residuos secundarios La habilidad para manejar fluctuaciones de flujo impuestas y composiciones.Sin embargo, los procesos de oxidacin avanzada a menudo tienen un capital y unos costos operacionales altos comparados con el tratamiento biolgico.La variante ms indicada para cada aplicacin es elegida en base a las propiedades qumicas del agua residual.Cloracin

La cloracin es unmedio sencillo y eficaz para desinfectar el aguay hacerla potable. Consiste en introducir productos clorados (pastillas de cloro, leja, etc.) en el agua para matar los microorganismos en ella contenidos. Normalmente, tras un tiempo de actuacin de unos 30 minutos, el agua pasa a ser potable. Gracias al efecto remanente del cloro, contina sindolo durante horas o das (en funcin de las condiciones de almacenamiento). Para la cloracin se utiliza un laberinto de cloracin, como el que se muestra en la figura 9.

Figura 9. Laberinto de cloracinEste procedimiento se utiliza desde hace varias dcadas. En las grandes redes de distribucin de agua potable se aade cloro al agua para que no se contamine durante el transporte desde la planta de tratamiento hasta el usuario. Por otro lado, la cloracin se utiliza a escala individual, familiar o colectiva en muchos pases desarrollados donde el agua disponible es susceptible de estar contaminada. Tambin la utilizan los organismos de solidaridad internacional en situaciones de emergencia.Existen diferentes productos clorados que pueden utilizarse para tratar el agua. La estrategia a seguir vara ligeramente de uno a otro. He aqu algunos de los productos usados: Pastillas o grnulos de hipoclorito de calcioEste tipo deproducto suele ser uno de los que mejor se adaptan al medio rural. Se conserva muchos aos. Hay varios tipos.

La cantidad a aadir por litro y el modo de empleo figuran en el envase. Por lo general, el procedimiento es el siguiente: si el agua est clara, se colocan las pastillas en ella y se las deja reposar 30 minutos con el recipiente cerrado, tras los cuales el lquido puede consumirse. Si est turbia, se filtra y decanta, aadindosele a continuacin una dosis doble de cloro; tras 30 minutos en el recipiente cerrado, el agua puede consumirse. Una solucin lquida, de tipo Waterguard (Sreau) WaterguardEs una solucin de cloro lquido vendida en diferentes formatos por una empresa estadounidense. Si el agua est clara, se vierte el contenido de un tapn de producto por bidn de 20 litros, dejndose reposar 30 minutos en el recipiente cerrado. Si est turbia, el procedimiento es el mismo que en el caso de las pastillas: se filtra y decanta el agua, se dobla la dosis de Waterguard y se deja reposar 30 minutos en el recipiente cerrado.A pesar de ser eficaz, muy prctico y utilizado por ciertas ONG, este producto es objeto de crticas debido a su coste y a su relacin calidad/. Leja(hipoclorito de sodio)Originalmente, la leja no fue concebida para tratar el agua, y por ello su utilizacin en este sentido presenta pequeos riesgos. Sin embargo, es un producto sencillo y eficaz que los aldeanos conocen bien por otros usos (colada, desinfeccin, etc.).

Si no se puede acceder a ningn otro medio (pastillas, soluciones lquidas prefabricadas u otro mtodo de purificacin como la desinfeccin solar SODIS, la ebullicin, etc.), puede emplearsetomando ciertas precauciones.

El procedimiento es el mismo que el anterior: Si el agua est clara, se le aaden de 5 a 10 miligramos de cloro activo y se deja reposar 30 minutos en el recipiente cerrado, tras los cuales podr consumirse. Si est turbia, se filtra y se decanta, aadindosele a continuacin entre 10 y 20 miligramos de cloro activo por litro; tras 30 minutos en el recipiente cerrado, el agua puede consumirse.

El periodo de actuacindel hipoclorito de sodio es de al menos media hora, pero si la temperatura est comprendida entre los 10 y los 18 C, debe incrementarse a al menos una hora, y an ms si la temperatura es inferior a los 10 C.Para conocer el volumen de leja que hay que aadir para alcanzar la concentracin deseada hay que conocer su grado cloromtrico, que debe figurar en la botella (no obstante, en ciertos pases hay que prestar atencin a la fiabilidad de la informacin y a las falsificaciones).Un grado cloromtrico corresponde a 3,17 gramos de cloro activo por litro de leja. As, si la leja disponible est a x C y se desea obtener una concentracin c de cloro activo en el agua a tratar (entre 5 y 20 mg/l, segn el caso), el volumen de leja que hay que aadir puede calcularse con facilidad a travs de la siguiente frmula:

Vleja= c * Vaguaa tratar/ (x * 3,17)

Si la concentracin se ha expresado en mg/l, el resultado obtenido viene en ml.A modo indicativo o de recordatorio, el volumen de una gota es de unos 0,2 ml, y 1 ml equivale a 0,001 lBibliografaHumboldt de Mexico. 2010. Humboldt. [En lnea] 2010. [Citado el: 6 de Junio de 2015.] http://www.humboldtdemexico.com/datos/webs/glosario/destilac.htm.Lenntech BV. 2009. Lenntech. [En lnea] 2009. [Citado el: 6 de junio de 2015.] http://www.lenntech.es/biblioteca/osmosis-inversa/que-es-osmosis-inversa.htm.. 2009. Lenntech. [En lnea] 2009. [Citado el: 6 de Junio de 2015.] http://www.lenntech.es/oxidacion-avanzada.htm.Quimica la guia. 2007. Quimica la guia. [En lnea] 2007. [Citado el: 6 de Junio de 2015.] http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/electrodialisis.WikiWater. 2009. WikiWater. [En lnea] 2009. [Citado el: 6 de Junio de 2015.] http://www.wikiwater.fr/e18-el-tratamiento-del-agua-por.html.