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• Martita Sinchi

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS DE CALIDAD Y EMPRENDIMIENTO

INVESTIGACIÓN DE INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS QUÍMICOS

TEMAS: Los procesos de purificación de agua Los procesos de purificación de agua potable Los procesos de purificación de agua residual Los procesos de purificación de agua servida Perteneciente a: Martha Jacqueline Sinchi Paredes

CURSO: PRIMER SEMESTRE PARALELO: B DOCENTE RESPONSABLE: Yanina Jazmin Apolinario Guevara

FECHA: DICIEMBRE 12 DEL 2015 CICLO II - PERIODO 2015-2016

Los procesos de purificación de agua El agua purificada es la que se obtiene mediante varios procesos de purificación, contrario a lo que se puede pensar, ya que antes el agua solo se "filtraba" y estaba lista para tomar, hoy en día no solo se debe filtrar, pues la filtración es solo eliminar partículas suspendidas en el agua como tierra, estos contaminantes son los más inofensivos, por lo que actualmente se deben eliminar mucho más contaminantes del agua. La pureza del agua es extremadamente importante en la industria farmacéutica y bioquímica, Las partículas disueltas o en suspensión, los compuestos orgánicos, las impurezas y otros contaminantes impiden utilizar agua corriente en aplicaciones de laboratorio e investigación científica. Se utilizan parámetros como la resistividad, la conductividad, el tamaño de partículas y la concentración de microorganismos para determinar la calidad del agua y, en consecuencia, especificar los usos previstos para el agua. Algunas aplicaciones toleran la presencia de determinadas impurezas en el agua, pero otras, como la cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) exigen eliminar la mayoría de los contaminantes. ¿Cómo podemos purificar el agua? Para obtener agua que se pueda reutilizar a partir de agua contaminada se debe seguir un método de purificación, que puede constar de uno o varios pasos. Utilizados para purificar el agua Entre los métodos físicos destacan: destilación, decantación y filtrado con arena, grava o carbón activado. Entre los métodos químicos de purificación se encuentran: la adición de cloro, la adición de sulfato de aluminio y cal. Destilación La destilación es el procedimiento más utilizado para la separación y purificación de líquidos, y es el que se utiliza siempre que se pretende separar un líquido de sus impurezas no volátiles. La destilación, como proceso, consta de dos fases:

en la primera, el líquido pasa a vapor y en la segunda el vapor se condensa, pasando de nuevo a líquido en un matraz distinto al de destilación.

Decantación Es un método físico de separación de mezclas heterogéneas, estas pueden ser formadas por un líquido y un sólido, o por dos líquidos. Es necesario dejarla reposar para que el sólido se sedimente, es decir, descienda y sea posible su extracción por acción de la gravedad

Filtros de Arena y Grava El agua subterránea se filtra naturalmente por capas de tierra, de la piedra, de grava, y de la arena. Cuándo el agua viaja por estas capas, se limpian. Esto es una de las razones que muchas personas piensan que el agua subterránea es muy limpia. Los filtros de arena o grava, tanto los industriales como aquellos que podamos construir nosotros mismos, emulan el proceso de filtrado natural del agua cuando pasa a través del suelo hasta los acuíferos subterráneos. Al hacer pasar el agua a través de la grava y arena las partículas que arrastra van quedando atrapadas.

Adición de Cloro Cloración es el procedimiento para desinfectar el agua utilizando el cloro o alguno de sus derivados, como el hipoclorito de sodio o de calcio. Para obtener una desinfección adecuada, el cloro deberá estar en contacto con el agua por lo menos durante veinte minutos. Para desinfectar el agua para consumo humano generalmente se utiliza hipoclorito de sodio al 5.1%. Se agrega una gota por cada litro a desinfectar.

La adición de sulfato de aluminio El coagulante casi universalmente utilizado es Sulfato de Aluminio. Mediante la adición de cantidades conocidas de una solución de esa sal, puede calcularse la cantidad necesaria para coagular las partículas en suspensión en una gran pileta. En uno de los procesos básicos de purificación y tratamiento del agua que se realiza en plantas industriales, agregando hipoclorito de sodio y sulfato de aluminio, que son agentes coagulantes; esto forma hidróxido de aluminio, que es más conocido como floculo, que queda flotando en el agua. Este proceso se denomina floculación.

Elaboración de un dispositivo de Filtración Casero Materiales: Recipiente de plástico transparente, Algodón, Arena fina, Arena gruesa, Grava

Procedimiento: Toma un recipiente de plástico transparente (botella de refresco cortada por la parte inferior) Rellena el interior con capas de algodón, arena fina, arena gruesa y grava, tal como puedes apreciar en la imagen. Coloca el invento en la posición adecuada y sitúa un recipiente bajo la boca de la botella. Funcionamiento: Mezcla agua con tierra, yeso, agregar sus otros materiales. Vierte tu mezcla sobre el filtro que construiste Observa como el agua se va filtrando a través de las diferentes capas.

Los procesos de purificación de agua potable El proceso de purificación de agua potable es una serie de pasos al cual el agua se somete para eliminar microorganismos y residuos a fin de obtener agua de mayor pureza y calidad consumible. Se denomina agua potable potus=bebida, potabilis=bebible, potare = beber, Al agua "bebible" en el sentido que puede ser consumida por personas y animales sin riesgo de contraer enfermedades.

Definición: “Líquido incoloro, insípido e inodoro que se puede encontrar en estado natural o ser producido a través de un proceso de purificación. Sirve para el consumo humano y animal”. Características Físicas: Turbiedad, Color, Olor, Sabor, Temperatura Turbiedad: Cantidad de partículas insolubles que impiden el paso de la luz a través del agua. O Su medición se realiza a través de un turbidímetro y se expresa en unidades nefelométricas (NTU). Color Color aparente: Producido por las sustancias orgánicas en solución o de forma coloidal. Color verdadero: Producido por materias inorgánicas en suspensión. Es medido en base a patrones de cloroplatinato de potasio y cloruro cobaltoso y se expresa en unidades de color (U.C). Olor y sabor: Es producida por la presencia de materias extrañas en el agua. Son pruebas Organolépticas. Temperatura: Es un indicador de la presencia de microorganismos en el agua. El óptimo se encuentra entre los 10 a 15ºC.

Existen diferentes pasos a seguir para la purificación del agua potable: Cloración Filtración a través de lecho profundo Filtración a través de carbón activado Filtración por cartucho Suavización del agua Rayos de luz uv Ozonifización del agua Cloración Es el procedimiento primario de desinfectación del agua, en el que se emplean compuestos clorados, tiene acción germicida que elimina algunas bacterias, mohos y algas; además que mantiene un equilibrio de la población de microorganismos patógenos que pudieran encontrarse en el agua. Filtración a través de lecho profundo Es un sistema de filtrado que atrapa las partículas de mayor tamaño suspendidas en el agua quedando en las distintas capas de arena que, en relación, guardan distinto espesor. Filtración a través de carbón activado Es un filtro que contiene carbón activado que logra eliminar algún sabor u olor del agua, como es el caso del cloro o mercurio. El paso de agua por este filtro tiene que ser lento para así permitirle quitarle la mayor parte de impurezas al agua. Filtración por cartucho Es último paso del agua para lograr su pulido físico, el agua pasa a través de un dispositivo que contiene papel filtro con la capacidad de retener algún posible residuo suspendido en el agua de un tamaño aproximado de hasta 0.22 micras, aunque en las plantas purificadoras el filtrado típico es de 5 micras. Cuando el cartucho se ensucia por el exceso de materia suspendida solo se cambia por otro o bien puede lavarse y reutilizarse.

Suavización del agua Se lleva a cabo en el filtro suavizador y es para quitarle la dureza al agua (contenido alto en sales).En este filtro se usan resinas que retienen el calcio, sodio y magnesio y pueden ser naturales o creadas artificialmente ,los sólidos en suspensión (sales) que quedan flotando por encima de la resina se drenan y se van al drenaje. Ósmosis inversa Es conocida como ultra purificación en la cual se hace pasar al agua a altas presiones a través de una membrana semipermeable que separa el agua más alta en sales y el agua baja en sales. La función de la membrana semipermeable es quitar la mayor parte de los sólidos disueltos totales de un 95% a un 99 % y el 99% de todas las bacterias. El agua pasa a través de la membrana a alta presión de tal modo que las impurezas salen por detrás dejando fluir y continuar con su proceso al agua más pura. De ser necesario se vuelve a pulir el agua físicamente con un filtro que contenga un cartucho con capacidad de retener hasta una micra o menos. Luz ultravioleta La luz ultravioleta se usa para matar a bacterias pues gracias al espectro que tiene es posible llegar a exterminarlas esterilizando así al agua. Ozonificación de agua Se emplea después de que el agua ha pasado por los rayos ultravioleta para poder eliminar la radiación de estos, es un gas que se inyecta al agua de la forma más directa posible en combinación con el aire que al tener contacto con el agua lleva cabo la oxidación de los compuestos orgánicos e inorgánicos de está, destruyéndolos y evitando la formación de algas. La efectividad de la desinfección mediante ozono tiene que ver con la cantidad empleada de este y con el tiempo en contacto con el agua. ¿COMO SE POTABILIZA EL AGUA? 1. Desarenado: Retiramos todas las partículas de piedras y arenas inmersas en el agua que va a ser tratada en nuestra planta. 2. Coagulación y sedimentación: En este proceso aplicamos al agua un producto químico llamado sulfato de aluminio. Éste cumple la función de separar las impurezas que dan el color turbio del agua. 3. Filtración: Luego el agua pasa por filtros hechos de gravas de piedras y arena. Estos filtros remueven todas las partículas extras que no hayan podido ser removidas en los pasos anteriores. 4. Desinfección: Durante este proceso aplicamos una dosis mínima de hipoclorito de sodio (cloro), suficiente para eliminar todas las bacterias obteniendo como resultado un agua apta para el consumo humano (agua potable), quedando lista para almacenamiento y distribución a todos nuestros usuarios.

Pruebas de potabilidad: Para probar que todo este proceso salió bien y el agua es potable pueden realizarse determinadas pruebas. Entre los parámetros establecidos por las normas para controlar la calidad del agua suministrada podemos mencionar: la temperatura, el pH (el ácido presente en el agua), el oxígeno disuelto, la turbiedad, el cloro residual coliformes, la dureza del agua y la cantidad de microrganismos. Una vez realizados todos los pasos para la potabilización del agua, este preciado elemento está pronto para llegar a las casas y ser consumida. Análisis de laboratorio: Registro de análisis.

Los procesos de purificación de agua residual ¿Qué son aguas residuales? Resultan del uso del agua por el hombre, tanto potable como en su estado natural. Las aguas usadas, contienen materiales, compuestos o microorganismos que las contaminan, convirtiéndolas en inadecuadas para ser reutilizadas o vertidas a cuerpos hídricos sin antes tener un tratamiento. DEFINICIONES AGUA RESIDUAL: Agua que ha recibido un uso y cuya calidad ha sido degradada por la incorporación de agentes contaminantes. Las aguas residuales son cualquier tipo de agua cuya calidad se vio afectada negativamente por influencia antropogénica. Las aguas residuales incluyen las aguas usadas domésticas y urbanas, y los residuos líquidos industriales o mineros eliminados, o las aguas que se mezclaron con las anteriores (aguas pluviales o naturales). Su importancia es tal que requiere sistemas de canalización, tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera graves problemas de contaminación. COMPONENTES DE LAS AGUAS RESIDUALES: Las urbanas están compuestas por las aguas procedentes del alcantarillado municipal, de las industrias y de las aguas lluvia que son recogidas por el alcantarillado. Las aguas residuales pueden ser domésticas, industriales, comerciales. Dependiendo su procedencia. Características A.R.: Físicas: Solidos, Turbiedad.

Materias

Sedimentables,

Olor,

Temperatura,

Color

Químicas: Dqo, Dbo, Ph, Compuestos Tóxicos Metales Gases. Biológicas: Bacterias, Algas, Hongos, Virus.

Principales pasos del tratamiento de aguas residuales

Desinfección Las aguas servidas tratadas normalmente contienen microorganismos patógenos que sobreviven a las etapas anteriores de tratamiento. Las cantidades de microorganismos van de 10.000 a 100.000 coliformes totales y 1.000 a 10.000 coliformes fecales por 100 ml de agua, como también se aíslan algunos virus y huevos de parásitos. Por tal razón es necesario proceder a la desinfección del agua. Esta desinfección es especialmente importante si estas aguas van a ser descargadas a aguas de uso

recreacional, aguas donde se cultivan mariscos o aguas que pudieran usarse como fuente de agua para consumo humano.

Los métodos de desinfección de las aguas servidas son principalmente la cloración y la iozonización, pero también se ha usado la bromación y la radiación ultravioleta. El más usado es la cloración por ser barata, fácilmente disponible y muy efectiva. Sin embargo, como el cloro es tóxico para la vida acuática el agua tratada con este elemento debe ser sometida a decloración antes de disponerla a cursos de agua natural. Desde el punto de vista de la salud pública se encuentra aceptable un agua servida que contiene menos de 1.000 coliformes totales por 100 ml y con una DBO inferior a 50 mg/L. La estructura que se usa para efectuar la cloración es la cámara de contacto. Consiste en una serie de canales interconectados por los cuales fluye el agua servida tratada de manera que ésta esté al menos 20 minutos en contacto con el cloro, tiempo necesario para dar muerte a los microorganismos patógenos.

Tratamiento de los fangos Estos fangos contienen gran cantidad de agua (99 %), microorganismos patógenos y contaminantes orgánicos e inorgánicos. Se han desarrollado varios métodos para el tratamiento de los fangos e incluyen: digestión anaerobia, digestión aerobia, compostaje, acondicionamiento químico y tratamiento físico. El propósito del tratamiento de los fangos es destruir los microbios patógenos y reducir el porcentaje de humedad.

Métodos de purificación para aguas residuales

Eliminar los materiales no deseados El filtrado elimina los materiales no deseados del influente de aguas residuales. Los filtros de partículas grandes se hacen a partir de polímeros diseñados para atrapar la materia. Los materiales pueden haber entrado en el agua a través de tapas de alcantarilla abiertas, especialmente cuando una torrencial lluvia inunda las calles. Estos materiales se retiran y se envían a un vertedero. La sedimentación es el proceso secundario después de la filtración. La turbidez es seguida por solución de piscinas para que la gravedad elimine los trozos más grandes de materia no deseada.

Filtros de partículas grandes Estos filtros están hechos de polímeros para eliminar las partículas grandes sin restricciones. Estas partículas suelen incluir pequeñas piezas de papel, plástico y pasto. Los filtros se basan en la acción física de las moléculas y no tienen procesos químicos.

Microfiltros Los microfiltros eliminan pequeñas partículas a través de la acción molecular. Estos filtros son la última línea de defensa para bloquear los microbios y otros materiales vegetales y animales que aparecen en el agua. Esto es crítico cuando los desechos humanos están presentes debido a que se detiene la transferencia de enfermedades de persona a persona. Los microfiltros son también llamados filtros biológicos, ya que descartan a los microbios.

Filtros químicos El carbón y otros filtros químicos se utilizan para eliminar los contaminantes químicos en el agua. Estos contaminantes incluyen detergentes, aceite, gasolina, pintura y fármacos que acaban en nuestras aguas residuales.

Cloración La adición de cloro como un microcida elimina las bacterias dañinas del agua antes de que se libere de nuevo en el medio ambiente. La cloración también produce agua potable segura. La cloración es opcional para los efluentes de aguas residuales, pero es esencial para las plantas de tratamiento de agua que producen el agua potable para los hogares. La cloración no es recomendable para los efluentes tratados liberados de nuevo en zonas donde el cloro puede dañar el medio ambiente.

Los procesos de purificación de aguas servidas Las aguas servidas o aguas negras son los desechos líquidos provenientes del uso doméstico, comercial e industrial. Llevan disueltas o en suspensión una serie de materias orgánicas e inorgánicas. Provienen de la descarga de sumideros, fregaderos, inodoros, cocinas, lavanderías (detergentes), residuos de origen industrial (aceites, grasas, curtiembres, etc.). Donde existen sistemas de alcantarillado todas confluyen a un sistema colector de aguas cloacales, que debería terminar en una planta de tratamiento.

El contenido orgánico susceptible de ser descompuesto en forma natural (biodegradación) puede llegar al 80% de las sustancias de las aguas servidas. En su depuración natural (autodepuración) o artificial (plantas de tratamiento de aguas residuales) ese contenido es eliminado o transformado, incluyendo parte de las sustancias inorgánicas.

La parte de la materia orgánica contaminadora se mide internacionalmente en términos de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), que es la cantidad de oxígeno absorbida por la oxidación biológica de los componentes orgánicos biodegradables de una muestra de agua. Se expresa en partes

por millón (ppm) o miligramos por litro (mg/1) de oxígeno consumido. El ciudadano urbano, normalmente, produce entre 40 y 60 gramos DBO/día.

El tratamiento de las aguas servidas se divide en cuatro etapas principales:

· Tratamiento primario: consiste en la separación dé la materia suspendida por medios mecánicos (cribado, coagulación, floculación y sedimentación). Se obtiene una purificación del 30 al 50%. Se puede hacer mediante una laguna artificial, donde converja el agua servida.

· Tratamiento secundario: después del tratamiento primario, las aguas son sometidas a la acción de microorganismos a través de Iodos activados, filtros percoladores y del lecho de contacto o lecho bacteriano. La eficiencia lograda oscila entre 85 y 93%. “eficiencia en la eliminación de sales minerales (fósforo, nitrógeno) es baja. En poblados pequeños y medianos se puede lograr esto con una segunda laguna artificial a continuación de una primera.

· Tratamiento terciario o tratamiento avanzado: es el procedimiento final, capaz de remover contaminantes reacios como las sales solubles (fosfatos y nitratos). Se usan diversos procedimientos, según el uso posterior que se quiera dar al agua. La adición de alúmina férrica y cloración produce agua limpia, libre de bacterias, adecuada para la industria. Con filtros rápidos y coaguladores (sulfato de aluminio, polielectrolitos, sustancias orgánicas poliméricas) se logran eliminar las sales minerales. Este proceso es capaz de eliminar el 98% de los contaminantes.

· Tratamiento de los lodos: los restos sedimentados o Iodos, provenientes de las aguas servidas, deben ser tratados y transformados en abonos orgánicos.

Hoy en día existen tecnologías muy adecuadas para estos tratamientos. Para poblados pequeños bastan tres lagunas contiguas, en lugares

especiales y seguros. En esas lagunas se dejan crecer plantas (totora, carrizo, lirio de agua) que ayudan a purificar el agua.