Tratamiento de agua NOVENA SEMANA Problemas que ocasiona el agua interna de calderas, incrustaciones, corrosión, arrates y espumaje, fragilizacion caustica. QUE ES CALDERA
La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión pr esión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase. Caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor TIPOS DE CALERAS
Calderas pirotubulares Las calderas pirotubulares hacen pasar el calor a través de los tubos en la caldera que a su vez transfieren calor al agua de la caldera que les rodea. Hay varias combinaciones diferentes de distribución de tubos para las calderas pirotubulares dependiendo del número de ‘pases’ que hará el calor del hogar de la caldera antes de descargarse. descargarse.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CALDERAS PIROTUBULARES Ventajas
Son más económicas que la acuotubulares.
No requieren tanto tratamiento para el agua de alimentación.
Ocupan poco o menos espacio.
Facilidad para su mantenimiento.
Desventajas
Menor eficiencia de funcionamiento en comparación con las acuotubulares.
No son adecuadas para presiones elevadas.
Calderas acuotubulares
Las calderas acuotubulares difieren de las calderas pirotubulares en que el agua circula dentro de los tubos con la fuente de calor rodeándolos. Esto significa que pueden usarse presiones más altas porque el diámetro del tubo
VENTAJAS Y DESVENTAJAS: DE CALDERAS ACUOTUBULARES Ventajas
Rapidez en producción de vapor.
Adecuadas para presiones elevadas.
Ideal para producción de vapor seco.
Altas eficiencias de funcionamiento.
Desventajas
Son costosas debido a la disposición de los tubos.
No son adecuadas para presiones bajas.
Requieren un tratamiento al agua de alimentación más exigente Tiempos prolongados para mantenimiento
Corrosión : Podemos definir la corrosión como la reacción química o electroquímica
que se produce entre un metal y el medio, que provoca su degradación y la pérdida de sus propiedades. Esta corrosión se produce por el oxígeno disuelto en el agua, por el dióxido de carbono o por ácidos. El ataque químico comienza en la superficie y se propaga hacia el interior Incrustaciones: Las incrustaciones en las calderas industriales, Se definen como un
depósito adherente sobre la superficie de transferencia térmica en el lado del agua producida por algunas sales presentes en el agua que aumentan la dureza de la misma. Arrates y espumaje
El arrastre ocurre cuando humedad y sólidos disueltos salen junto con el vapor del caldero, provocando erosión y recalentamiento en las máquinas consumidoras de vapor. Las principales causas del arrastre son las salpicaduras y la espuma. Las salpicaduras se producen cuando ocurren oleadas de agua en la salida del vapor, debido a demandas bruscas de vapor, nivel muy alto del agua.
FRAGILIDAD CAUSTICA: Es el agrietamiento (pequeñas fisuras) del metal de los tubos y elementos sometidos a esfuerzos mecánicos. Se produce cuando el agua contiene hidróxido de sodio en exceso.
FRAGILIZACIÓN CAÚSTICA Es producida debido a un medio que tiene un alto contenido de hidróxido de sodio (NaOH) promoviendo el aumento de la corrosión, fragilización de lacero provocada !u destrucción es en la forma de aparición de grietas que pueden verse a simple vista, puede ver que ha" un montón de grietas finas oramificaciones invisible
DÉCIMA SEMANA Problemas con las líneas de vapor y condensador, corrosión por proceso electroquímicos, métodos para prevenir la corrosión, tipos de inhibidores. CONDENSADOR Un condensador es un intercambiador térmico, en cual se pretende que el fluido que lo recorre cambie a fase líquida desde su fase gaseosa mediante el intercambio de calor (cesión de calor al exterior, que se pierde sin posibilidad de aprovechamiento) con otro medio. La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un ventilador (aerocondensadores) o con agua (esta última suele ser en circuito semicerrado con torre de refrigeración, o en circuito abierto proveniente de un río o del mar). El tipo de condensador más empleado en centrales termoeléctricas es el que utiliza agua como fluido refrigerante, que además utiliza un circuito semiabierto de refrigeración con una torre evaporativa como sumidero del calor latente de vaporización. CORROSION EN PROCESO ELECTROQUIMICO La corrosión es un proceso electroquímico en el cual un metal reacciona con su medio ambiente para formar óxido o algún otro compuesto. La celda que causa este proceso está compuesta esencialmente por tres componentes: un ánodo, un cátodo y un electrolito (la solución conductora de electricidad).
COMO EVITAR LA CORROSION Debido a su grado relativamente alto de resistencia, el acero tiene muchas ventajas como material de construcción, por lo que los productos de acero se han utilizado en una gran variedad de aplicaciones. Sin embargo, el problema más común con la utilización de acero en un entorno marino es su susceptibilidad a la corrosión. Por lo tanto, para una utilización más efectiva de acero es necesario poseer algunos conocimientos de los fenómenos de corrosión y sobre los métodos existentes de protección contra los mismos.
EL PROCESO DE CORROSION Para que el acero se corroa (es decir, para que se forme óxido) éste debe quedar expuesto al oxígeno o al aire. Además, el acero se corroe mucho más de prisa en presencia de otros agentes atmosféricos como el agua (lluvia o aire húmedo) y la sal (salpicaduras de agua salada).
SOLUCIONES CONTRA LA CORROSION Hay cinco soluciones posibles para proteger a los productos de acero contra los efectos de la corrosión: Utilice acero inoxidable en lug ar de acero normal. Acero inoxidable es acero
normal mezclado con otros metales como níquel y cromo. Sin embargo, el coste del acero inoxidable hace que éste no sea práctico para un uso diario, excepto para pequeños elementos de ajuste como pernos y tuercas.
R ecubra el acero normal con zinc . El recubrimiento de acero con zinc, que es
otro metal, es un procedimiento que se conoce generalmente como galvanizado y es la forma más normal de proteger pequeños objetos fabricados como anillas de amarre, bolardos fabricados con tubos, pernos, mordazas, cadenas, grilletes, tuberías de agua, etc. Los materia les a recubrir se sumergen normalmente en un baño de zinc fundido en talleres especializados. Una vez un objeto se ha sumergido en zinc en caliente no se debe realizar ningún trabajo de soldado, corte o taladrado, ya que esto destruiría la integridad del recubrimiento de protección. R ecubra el acero normal con plás ticos especiales. El recubrimiento del
acero con plásticos especiales resistentes al desgaste constituye otra forma de protección contra la corrosión; sin embargo, el alto coste que implica el proceso de recubrimiento (en talleres especializados) hace que este método no sea práctico para uso diario. Pinte el acero normal con pinturas especiales . El pintar el acero utilizando
pinturas especiales es el método más común de proteger grandes estructuras de acero. Las superficies que se van a pintar se deberán limpiar cuidadosamente con un cepillo de acero (o preferiblemente mediante un chorro de arena). La capa inferior deberá consistir en un imprimador basado en zinc.
La segunda y tercera capas deberán consistir en una pintura de epoxi sobre base de brea. Al pintar el acero, se deberán tener en cuenta los siguientes puntos:
Las pinturas caseras normales no son adecuadas para el entorno marino debido a que, al igual que algunos plásticos, envejecen con mucha rapidez cuando están expuestas a los rayos del sol. El diesel, queroseno y la gasolina no son químicamente compatibles con las pinturas marinas; habrá de utilizarse el diluyente de pintura apropiado. Se deberán utilizar guantes siempre que se manipulen pinturas basadas en epoxi.
Proteja el acero c on ánodos de zinc (protección catódica). Los ánodos de
zinc se utilizan para prolongar más aún la vida útil de estructuras de acero sumergidas en agua del mar como, por ejemplo, pilones de acero, pontones, flotadores metálicos, etc. Los elementos de aluminio, en contacto con acero húmedo, quedan expuestos también a la corrosión galvánica.
Los inhibidores enzimáticos son moléculas que se unen a enzimas y disminuyen su actividad. Puesto que el bloqueo de una enzima puede matar a un organismo patógeno o corregir un desequilibrio metabólico, muchos medicamentos actúan como inhibidores enzimáticos. También son usados como herbicidas y pesticidas. Sin embargo, no todas las moléculas que se unen a las enzimas son inhibidores; los activadores enzimáticos se unen a las enzimas e incrementan su actividad.
4ta. UNIDAD:
TRATAMIENTO DE AGUA DE ENFRIAMIENTO DECIMO 2da. SEMANA: Tratamiento de agua de enfriamiento, generalidades, clasificación, métodos de tratamiento.
. TRANSFERENCIA DE CALOR La transferencia de calor es el movimiento del calor de un cuerpo a otro: se denomina fuente al cuerpo más caliente y receptor al cuerpo más frío. En los sistemas de agua de enfriamiento el producto o proceso que se enfría es la fuente y el agua de enfriamiento es el receptor. 1. Uso del agua para enfriamiento
Muchos factores hacen del agua un excelente refrigerante, tales como: Es normalmente abundante
Es fácilmente utilizable: es de fácil manejo Es poco costosa. Puede transportar (acarrear) grandes cantidades de calor por unidad de volumen. No se expande ni se comprime significativamente, dentro de los rangos de temperatura normalmente usados. No se descompone. .Sistemas de agua de enfriamiento:
Agua fresca: Es la fuente principal de agua de reposición para los sistemas de agua de enfriamiento. El agua fresca puede ser: agua superficial (ríos, arroyos, reservorios) o agua subterránea (agua de pozos poco profundos o profundos). Agua de mar y aguas residuales: Debido a las consideraciones ambientales, al costo del agua y al agua utilizable, algunas plantas usan agua de mar y aguas residuales, tratadas en plantas de efluentes, como fuentes de agua de enfriamiento
Fuentes de agua de enfriamiento En general las propiedades químicas más importantes del agua de enfriamiento son:
Conductividad: Es una medida de la facultad (habilidad) para conducir la electricidad. En agua de enfriamiento, la conductividad indica la cantidad de minerales y gases disueltos en el agua. La conductividad es medida en micromhos y puede variar de muy pocas unidades para agua destilada, a más de 10,000 para el agua salada. pH: Da una indicación de acidez o basicidad del agua. La escala del pH va del O al 14, donde el cero representa la máxima acidez y el 14 la máxima basicidad. Alcalinidad: En el agua de enfriamiento dos formas de alcalinidad juegan un rol clave, ellas son la alcalinidad de carbonatos (C03=) y la alcalinidad de bicarbonatos (HC03-) Dureza: Se refiere a la cantidad de minerales de calcio y magnesio presentes en el agua. La dureza en agua natural puede variar de unas pocas partes por millón (ppm) a por encima de 800 ppm. Principales propiedades del agua de enfriamiento Cada una de las propiedades claves del agua tienen un impacto directo en los cuatro principales problemas de los sistemas de agua de enfriamiento: corrosión, incrustaciones, ensuciamiento y contaminación microbiológica. Estas propiedades también afectan los programas de tratamiento diseñados para controlar los problemas. Conductividad: Los programas de tratamiento del agua de enfriamiento funcionarán dentro de rangos específicos de conductividad; el rango
dependerá del diseño del agua de enfriamiento particular, de las características y del tipo del programa químico. PH: El control de pH es crítico para la mayoría de los programas de tratamiento de agua de enfriamiento. En general, cuando el pH esta debajo de los rangos recomendados la probabilidad de corrosión se incrementa y cuando el pH esta por encima de los rangos recomendados, la probabilidad de formación de incrustaciones se incrementa. La efectividad de muchos biocidas también depende del pH; en consecuencia pHs altos o bajos pueden permitir el crecimiento y desarrollo de problemas microbiológicos. Alcalinidad: La alcalinidad y el pH están relacionados, ya que un incremento en el pH indica un incremento de la alcalinidad y viceversa. Así como el pH, alcalinidad debajo del rango recomendado incrementa la probabilidad de corrosión; rangos por encima de lo recomendado incrementa la probabilidad de formación de incrustaciones. Cuando existen problemas de corrosión e incrustaciones, el ensuciamiento también será un problema. Dureza: Los niveles de dureza están usualmente asociados con la tendencia del agua de enfriamiento a formar o no incrustaciones. Los programas químicos para prevenir incrustaciones pueden funcionar solamente cuando los niveles de dureza están dentro del rango especificado. Algunos programas de control de corrosión requieren de un cierto nivel de dureza para funcionar correctamente como inhibidor de corrosión, por lo cual es importante asegurar que el nivel de dureza no este debajo en aquellos programas. 1. Importancia de las principales propiedades del agua, en los sistemas de agua de enfriamiento 2. Tipos de sistemas de agua de enfriamiento más comunes
Existen los siguientes diseños básicos de sistemas de agua de enfriamiento:
Sistemas de un solo paso. Sistemas de recirculación abiertos. Sistemas de recirculación cerrados.
Sistemas de un sólo paso: El agua de enfriamiento pasa a través de un equipo de intercambio de calor solamente una vez. Debido a los grandes volúmenes de agua de enfriamiento que son usados, la temperatura del agua se incrementa sólo ligeramente. El contenido mineral del agua de enfriamiento permanece prácticamente sin cambio al pasar a través del sistema. Se usan cuando existe disponibilidad de gran cantidad de agua y el tratamiento puede ser mínimo y generalmente no se usa tratamiento. Sistemas de recirculación abiertos: Se denominan también sistemas evaporativos y son los más ampliamente usados en el diseño de enfriamiento industrial; usan tratamiento químico. Este sistema consiste de bombas, intercambiadores de calor y torres de enfriamiento. Las bombas mantienen el agua circulando a través de los intercambiadores de calor, donde retiran calor, y de la torre de enfriamiento
donde el calor es liberado del agua a través de la evaporación. Debido a la evaporación (disminución del volumen inicial de agua), el agua en los sistemas de agua de enfriamiento abiertos, sufre un incremento en su contenido químico. Sistemas de recirculación cerrados: Usa la misma agua de enfriamiento repetidamente en un ciclo continúo. Primero, el agua absorbe calor del fluido del proceso y luego lo libera en otro intercambiador de calor. En estos sistemas no se incluye una torre de enfriamiento evaporativa, pero si usan un tratamiento químico. Un caso específico es el sistema de enfriamiento de agua de los vehículos automotores
1. Si no se tratan los sistemas de agua de enfriamiento, proporcionan un ambiente donde existirán los problemas principales del agua de enfriamiento, tales como: Corrosión: El agua tiende a convertir los metales (tales como el acero dulce) a su estado oxidado. Incrustación: Las impurezas del agua, tales como dureza de calcio y magnesio pueden precipitar y depositarse, dependiendo de sus concentraciones y de la temperatura del agua, pH, alcalinidad y otras características del agua. Contaminación Microbiológica: Los sistemas de agua de enfriamiento ofrecen un ambiente favorable para el crecimiento de microorganismos, los cuales causan problemas. Ensuciamiento: Los sólidos suspendidos, tanto de las fuentes externas como internas, pueden causar depósitos.
CORROSIÓN 1. La corrosión es un proceso electroquímico por el cual los metales procesados, cómo el acero, cobre y zinc retornan a su estado natural, cómo compuestos químicos o minerales. Por ejemplo: el acero dulce que es el metal más comúnmente usado en sistemas de agua de enfriamiento, por ser un metal muy susceptible a la corrosión, en presencia de agua y oxígeno retornará a su estado natural de óxido de hierro. Definición Para que ocurra corrosión debe existir una celda de corrosión, consistente en un cátodo, un ánodo y un electrolito. Los iones metálicos disueltos en el electrolito (agua) son el ánodo. Las partículas disueltas, cargadas eléctricamente (electrones), fluyen a través del metal a otros puntos (cátodos) donde ocurren reacciones de consumo de electrones. Mecanismo de la corrosión Existen muchos tipos diferentes de corrosión, pero estos pueden ser caracterizados a menudo como: ataque general, ataque localizada o picadura: ataque galvánico y tuberculación. Ataque general: Existe cuando la pérdida de material esta distribuida uniformemente a lo largo de la superficie del metal. Las considerables
cantidades de óxido de hierro producido por el ataque generalizado contribuyen, además, a problemas de ensuciamiento. Ataque localizado o picadura: Existe cuando solamente pequeñas áreas del metal se corroen. La picadura es la forma más seria de corrosión debido a que la acción está concentrada en un área pequeña y puede perforar el metal en corto tiempo. Ataque galvánico: Puede ocurrir cuando dos metales diferentes están en contacto. El metal más activo se corroe rápidamente. Ejemplos comunes en los sistemas de agua son: acero inoxidable y latón, aluminio y acero, zinc y acero, y zinc y latón. Si ocurre ataque galvánico, el metal nombrado en primer término (en cada par de materiales) es el que se corroerá. Tuberculación: es el resultado de varias circunstancias que originan procesos de corrosión y producen nódulos sobre la superficie metálica. Los nódulos son montículos compuestos por varias formas de óxidos y productos de corrosión laminar. Los nódulos se presentan en sistemas con tratamiento inapropiado y pueden desprenderse alojándose en lugares críticos. 1.
Acción de los inhibidores químicos de corrosión Los inhibidores químicos de corrosión reducen o detienen la corrosión por interferencia con los mecanismos de corrosión, formando una película protectora sobre la superficie metálica. Los inhibidores usualmente actúan sobre el cátodo o el ánodo. Inhibidores anódicos de corrosión: Establecen una película protectora en el ánodo. Aun cuándo estos inhibidores pueden ser efectivos también pueden ser peligrosos. Si hay insuficiente cantidad de inhibidor anódico, ocurre potencial de corrosión en todos los sitios anódicos no protegidos o insuficientemente protegidos. Esto causa ataques localizados severos (o picaduras). Inhibidores principalmente anódicos: Cromatos, nitritos, ortofosfatos y slicatos Inhibidores catódicos de corrosión: Forman una película protectora en el cátodo. Estos inhibidores reducen la velocidad de corrosión en proporción directa a la protección del área catódica. Inhibidores principalmente catódicos: Bicarbonatos, polifosfatos y cationes metálicos Inhibidores generales de corrosión: Protegen con una película toda la superficie metálica, ya sea anódica o catódica. Inhibidores Generales: Aceites solubles y otros productos orgánicos. Tipos de sistemas de enfriamiento El escoger el tipo de tratamiento es básicamente una materia económica. En los sistemas de un sólo paso un gran volumen de agua pasa a través del sistema una sola vez. La protección puede ser obtenida con r elativamente pocas partes por millón de tratamiento, debido a que el agua no cambia significativamente en su composición mientras pasa a través de los equipos. En un sistema de recirculación abierta, deben estar presentes mayor cantidad de productos químicos, debido a que la composición del agua cambia significativamente debido al proceso de evaporación. Los constituyentes que pueden causar corrosión o incrustación son concentrados. Sin embargo, el
tratamiento químico también es concentrado por evaporaci6n; por eso, después del dosaje inicial de inhibidores de corrosión, con dosajes moderados se mantendrá el nivel de tratamiento necesario para estos sistemas. En un sistema de recirculación cerrado, la composición del agua permanece regularmente constante. Hay pérdidas muy pequeñas de agua y de tratamiento químico. El factor más importante en un programa inhibidor de corrosión efectivo es el control de los inhibidores de corrosión química en el sistema de enfriamiento y el control de las características claves del agua. 4. INCRUSTACIONES 4.1 Definición Las incrustaciones son un recubrimiento denso de material predominante inorgánico, formado por la precipitación química inducida de constituyentes soluble en el agua, que se vuelven insolubles por aumento de la temperatura, lo cual causa un exceso en el producto de solubilidad de algún constituyente del sistema. Las incrustaciones interfieren con la transferencia de calor y disminuyen el flujo de agua de enfriamiento. Las incrustaciones más comunes están formadas por: Carbonato de calcio Fosfato de calcio Sales de magnesio Sílice
4.2 Factores que determinan la formación de incrustaciones Los factores que determinan si un agua es formadora de incrustaciones son: Temperatura Basicidad o acidez (pH) Cantidad presente de materiales formadores de incrustaciones. Influencia de otros materiales disueltos, los cuáles pueden o no ser formadores de incrustaciones. Cuando alguno de esos factores cambia, la tendencia incrustante también cambia. La mayoría de sales llegan a ser más solubles cuando se incrementa la temperatura. Sin embargo, algunas sales como el carbonato de calcio se hacen menos solubles cuando se incrementa la temperatura. Por eso, el carbonato de calcio causa depósitos a altas temperaturas. Un cambio en el pH afecta grandemente la formación de incrustaciones. Por ejemplo, cuando el pH se incrementa el carbonato de calcio (el más común de los constituyentes de incrustaciones en los sistemas de enfriamiento) decrece en solubilidad y se deposita. Algunos materiales tales como la sílice (Si02) son menos solubles a pHs bajos. Cuando la cantidad de material disuelto en agua y formadores de incrustaciones excede el punto de saturación, puede resultar en incrustaciones. Además otros sólidos disueltos pueden influenciar la tendencia formadora de incrustaciones. En general, altos niveles de sólidos disueltos formadores de i ncrustaciones presentan las más altas probabilidades de formación de incrustaciones. 4.3 Control de la formación de incrustaciones Las formas básicas de controlar las incrustaciones, son:
-Limitar la concentración de minerales formadores de incrustaciones, por control de los ciclos de concentración o por remoción de los minerales antes que estos entren al sistema. Los ciclos de concentración es la relación entre el contenido de un ión en el agua de purga y su contenido en el agua de reposición.
5. ENSUCIAMIENTO 5.1 Definición Ensuciamiento es la acumulación de materiales sólidos, diferentes de las incrustaciones, que se producen debido al depósito de partículas que se fijan en algún punto del sistema, donde la velocidad del agua de enfriamiento disminuye a un nivel tan bajo, que no es capaz de arrastrar el material en el flujo. Estos depósitos impiden la operación del equipo de planta o contribuyen a su deterioro. Ejemplos de los materiales más comunes, que producen ensuciamiento son: Polvo y cieno Arena Productos de corrosión Productos orgánicos naturales Masas microbiológicas Fosfatos de aluminio Fosfatos de hierro
DECIMO 3ra. SEMANA: Objetivos de tratamientos de aguas de enfriamiento, control de corrosión, control de incrustaciones, control microbiológico,
6. CONTAMINACION MICROBIOLOGICA 6.1 Definición Contaminación microbiológica es el crecimiento incontrolado de microorganismos, que puede conducir a la formación de depósitos, los cuales contribuyen al ensuciamiento, a la corrosión y a la formación de incrustaciones. El limo microbiológico es una masa de organismos microscópicos y productos residuales que se forman sobre las tuberías y que interfieren con la
transferencia eficiente de calor. Aquellos limos son usualmente caracterizados por su contextura viscosa y pueden ser animales o vegetales. Algunos organismos no crean depósitos de limo y no promueven la corrosión del metal. La presencia de gran número de aquellos organismos no perjudiciales sin embargo indica que hay condiciones ideales para el crecimiento de organismos perjudiciales. Tanto las fuentes de agua de reposición, viento e insectos pueden acarrear microorganismos dentro del sistema de agua de enfriamiento. 6.2 Factores que contribuyen al crecimiento microbiológico Los factores más importantes que contribuyen al crecimiento microbiológico, son los siguientes: Nutrientes: por ejemplo, los hidrocarburos u otra fuente de carbón pueden servir como nutrientes para los organismos formadores de l imo. Atmósfera: el crecimiento de los microorganismos depende de la disponibilidad de oxígeno y/o dióxido de carbono (CO2). Localización: factores tales como la cantidad de luz y humedad afectan significativamente el rate de crecimiento microbiológico. Temperatura: los organismos que producen limo tienden a prosperar entre 4 y 66°C. El limo puede causar o acelerar el rate de formación de incrustaciones. El limo puede causar que el tratamiento químico para incrustaciones sea i nefectivo. Cuando se forman depósitos se reduce la transferencia de calor. Esto causa posibles paradas y altos costos de energía. Además, las masas de limo por sí mismas son materiales que causan ensuciamiento Ellas proveen excelentes sitios para que se depositen otros materiales que causan ensuciamiento. Otros microorganismos y sólidos suspendidos pueden llegar a ser parte de los depósitos materiales que causan ensuciamiento. Aunque muchos organismos tienden a morir a altas temperaturas, los desechos remanentes aún ensucian las superficies metálicas. 6.3 Áreas afectadas por los microorganismos Generalmente los organismos microbiológicos forman colonias en puntos de baja velocidad del agua, por eso los intercambiadores de calor están sujetos a contaminación microbiológica. Similarmente las torres de enfriamiento están sujetas a ensuciamiento, tanto en la superficie como en la parte interna. 6.4 Control microbiológico Los factores de control más importantes son: Tipos y cantidades de organismos microbiológicos: su concentración será una indicación de la efectividad del programa de tratamiento microbiológico. Signos de problemas microbiológicos tales como madera podrida, depósitos de limo y corrosión. Características de operación del sistema, tales como: temperatura, velocidad del flujo de agua y composición del agua. Tipos de equipos empleados, tales como: torres de enfriamiento, tanques de rociado, condensadores de caja abierta. Fuentes de contaminación, tales como: organismos y nutrientes introducidos al sistema. Aquellos factores pueden influenciar el crecimiento de organismos que causan problemas y afectan el tratamiento de control microbiológico. Cada sistema debe ser evaluado, tratado y manejado individualmente.
6.5 Tratamientos microbiológicos Los tratamientos microbiológicos son seleccionados por análisis de muestras representativas de agua y limo, para determinar los tipos de organismos presentes. Se escogen los biocidas específicos más tóxicos a los organismos predominantes y los tratamientos pueden ser variados si cambia algún factor importante. Se usan tres clases generales de tratamientos microbiológicos: • Biocidas oxidantes. • Biocidas no oxidantes. • Biodispersantes.
6.5.1 Biocidas oxidantes Los productos químicos denominados biocidas oxidantes literalmente "queman" cualquier microbio que entre en contacto directo con ellos. Los biocidas oxidantes más comunes son: cloro, dióxido de cloro, bromo, ozono y compuestos órgano clorados de liberación lenta. El cloro es un biocida de bajo costo, ampliamente usado y esta disponible en forma líquida, gaseosa o sólida. Su efectividad se incrementa cuando se usa en combinación con biocidas no oxidantes y biodispersantes. 6.5.2 Biocidas no oxidantes Son compuestos orgánicos utilizados para matar microorganismos. Ellos son efectivos en sistemas de enfriamiento donde el cloro puede no ser adecuado. 6.5.3 Biodispersantes Son productos químicos que no matan organismos: ellos remueven los depósitos microbiológicos, los cuales luego son sacados del sistema. Ellos también exponen nuevas capas de limo microbiológico o algas al ataque de los biocidas oxidantes. Los biodispersantes son una medida preventiva efectiva debido a que ellos hacen difícil que los microorganismos ataquen la superficie del metal para formar depósitos. 7. PRETRATAMIENTO 7.1 Definición Un pre-tratamiento es la preparación del sistema de agua de enfriamiento para asegurar que el programa de tratamiento puede trabajar efectivamente desde la puesta en marcha. Los sistemas nuevos o los ya existentes que retornan al servicio pueden contener cantidades significativas de material contaminante. Películas de aceite o grasa, recubrimientos en general o herrumbre, polvo y arena siempre permanecen en los sistemas. Estos materiales no son fallas de construcción, ellos resultan de condiciones existentes durante la construcción. En los sistemas fuera de servicio, los depósitos pueden estar presentes como resultado de incrustaciones, corrosión, ensuciamiento o contaminación microbiológica. Si aquellos materiales no son removidos a tr avés de un pretratamiento efectivo, el programa químico subsecuente no será efectivo. 7.2 Etapas en la preparación del sistema y la puesta en marcha Se deben seguir las siguientes etapas: Limpieza del sistema Aplicación de productos químicos especiales para el pretratamiento. Aplicación de un dosaje inicial alto de inhibidores de corrosión Aplicación de inhibidores de corrosión a niveles de mantenimiento durante la operación
7.2.1 Limpieza del sistema Los chorros de agua pueden reducir los contaminantes pero no en gran extensión. Además el agua no tratada y la superficie metálica no protegida reaccionan para formar productos de corrosión adicionales. Los ácidos remueven los productos de la corrosión y algunos minerales contaminantes, pero tienen un efecto pequeño en los materiales orgánicos. Por una aplicación inapropiada estos pueden atacar el metal del sistema y causar severos ataques al metal. Flujos inapropiados de reactivos de limpieza química, dejarán a la superficie metálica en un estado altamente reactivo, lo cual hace que sean especialmente vulnerables a los ataques de corrosión. 7.2.2 Aplicación de productos químicos especiales, para el pretratamiento Los pretratamientos químicos se deben aplicar tan pronto como sea posible, después de la construcción. Los pretratamientos químicos pueden ser aplicados durante o inmediatamente después de la prueba hidrostática. Mientras más pronto sea pretratado el sistema después de la construcción, tendrá una protección mas completa. Lo mismo es aplicable a los equipos que han estado fuera de operación por largo tiempo. El pretratamiento debe tener lugar tan pronto como sea posible, después que el mantenimiento necesario ha sido realizado y la unidad este lista para volver a la operación. 8.MONITOREO Y CONTROL 8.1 Definición El monitoreo y control, son pruebas que se realizan para detectar problemas antes que causen daños severos. Para cada programa de tratamiento hay rangos específicos de concentración química, donde estos funcionan mejor y proveen la protección deseada. Si no se controla apropiadamente, cualquier programa químico puede fallar, conduciendo a: posibles pérdidas de producción, incremento de los costos de mantenimiento e incremento del uso de energía. La selección de los métodos de monitoreo deben ajustarse a las características del sistema. 8.2 Pruebas de monitoreo y control Para controles diarios del sistema, se utilizan pruebas simples, tales como: conductividad, pH, alcalinidad, dureza, cloro y niveles de tratamiento químico. Las pruebas de control deben ser llevadas a cabo consistentemente y se debe tomar la acción correctiva sí se encuentran parámetros fuera de rango. Los controles diarios son el fundamento de un programa de tratamiento exitoso. 8.3 Sistemas de control 8.3.1 Sistema automático de control de pH: es una excelente ayuda para cualquier programa de tratamiento, donde el control de pH es importante Sin embargo, para una operación apropiada, estos sistemas necesitan atención y mantenimiento periódico. 8.3.2 Cupones de corrosión.- Para establecer las velocidades de corrosión relativas de diferentes metales en los sistemas de enfriamiento, se pueden usar pequeñas placas metálicas denominadas cupones de corrosión. Aquellos cupones preparados y pesados son colocados en el sistema por 30 días por lo menos, luego son sacados, limpiados y pesados otra vez La diferencia entre los pesos antes y después de la exposición son usados para el cálculo de la velocidad de corrosión.
8.3.3 Corrater : (Marca registrada de ROHRBACH CORPORATION) Es un instrumento electrónico que mide la corrosión y la tendencia a picaduras en el sistema de enfriamiento. Proporciona una lectura instantánea y directa de la velocidad de corrosión del sistema en milésimas de pulgada por año (mpy), cuando la probeta es insertada dentro del agua de enfriamiento. 8.3.4 Bastidor de pruebas de corrosión: Se usan para evaluar la efectividad de los programas de inhibición de corrosión en superficies de transferencia no calentadas. Están diseñados para ser usados con cupones de corrosión o probetas de corrater. 8.3.5 Monitor de corrosión: Es una gran ayuda en el examen del desempeño de un programa de agua de enfriamiento. Una muestra de tubería de metalurgia apropiada es circundada por una chaqueta de vidrio para formar un pequeño intercambiador de calor. El agua del sistema de enfriamiento fluye entre la tubería y la chaqueta de vidrio. La superficie metálica de la muestra puede ser observada en cualquier momento durante el periodo de prueba. El rate de transferencia de calor puede ser simulado usando un cartucho calentador y regulando el flujo de agua de enfriamiento con una válvula de control. 8.3.6 Análisis microbiológico: Proporciona respuestas de la clase y cantidad de bacterias presentes en el sistema de enfriamiento. Los resultados de aquellos análisis indican la efectividad del programa de control microbiológico. 8.4 Rol del personal de planta en el control y monitoreo del sistema de agua de enfriamiento. El personal de supervisión y operadores de planta deben conocer la importancia del tratamiento correcto del sistema de agua de enfriamiento y tener la habilidad para monitorear y controlar día a día las variables críticas del agua de enfriamiento. Un primer método para conseguir un programa de tratamiento exitoso es el entrenamiento de todo el personal a cargo del sistema de agua de enfriamiento.
DECIMO 4ta. SEMANA Inhibidores de corrosión anódicos, catiónicos, principales grupos de microorganismos su sistema de enfriamiento, seminario
El anión del inhibidor forma sobre los ánodos locales, con los cationes que provienen de la oxidación del metal, un compuesto insoluble. Por ejemplo, el fosfato de sodio, es un inhibidor de lacorrosión del hierro por una solución acuosa de cloruro sódico gracias a la formación de fosfato de hierro sobre los ánodos.
DECIMO 5ta. SEMANA Análisis de aguas, visitas a plantas industriales.
TEMA 10 ANÁLISIS DE AGUAS
CARACTERES ORGANOLÉPTICOS ♦ CARACTERES FISICOQUÍMICOS ♦ DETERMINACIÓN DE ANIONES ♦ DETERMINACIÓN DE CATIONES ♦ COMPONENTES NO DESEABLES ♦ COMPONENTES TÓXICOS ♦ RADIACTIVIDAD ♦ AGUAS RESIDUALES Y VERTIDOS: OTROS ANÁLISIS DE INTERÉS
♦
CARACTERES ORGANOLÉPTICOS Olor-sabor Color Turbidez
La Contaminación del Agua Los principales contaminantes del agua son los siguientes: Aguas residuales y otros residuos que demandan oxígeno (en su mayor parte materia orgánica, cuya descomposición produce la desoxigenación del agua).
Agentes infecciosos. Nutrientes vegetales que pueden estimular el crecimiento de las plantas acuáticas. Éstas, a su vez, interfieren con los usos a los que se destina el agua y, al descomponerse, agotan el oxígeno disuelto y producen olores desagradables. Productos químicos, incluyendo los pesticidas, diversos productos industriales, las sustancias tensioactivas contenidas en los detergentes, y los productos de la descomposición de otros compuestos orgánicos. Petróleo, especialmente el procedente de los vertidos accidentales. Minerales inorgánicos y compuestos químicos. Sedimentos formados por partículas del suelo y minerales arrastrados por las tormentas y escorrentías desde las tierras de cultivo, los suelos sin protección, las explotaciones mineras, las carreteras y los derribos urbanos. Sustancias radiactivas procedentes de los residuos producidos por la minería y el refinado del uranio y el torio, las centrales nucleares y el uso industrial, médico y científico de materiales radiactivos. El calor también puede ser considerado un contaminante cuando el vertido del agua empleada para la refrigeración de las fábricas y las centrales energéticas hace subir la temperatura del agua de la que se abastecen.
3. Efectos de la contaminación del agua Los efectos de la contaminación del agua incluyen los que afectan a la salud humana. La presencia de nitratos (sales del ácido nítrico) en el agua potable puede producir una enfermedad infantil que en ocasiones es mortal. El cadmio presente en los fertilizantes derivados del cieno o lodo puede ser absorbido por las cosechas; de ser ingerido en cantidad suficiente, el metal puede producir un trastorno diarreico agudo, así como lesiones en el hígado y los riñones. Hace tiempo que se conoce o se sospecha de la peligrosidad de sustancias inorgánicas, como el mercurio, el arsénico y el plomo. Los lagos son especialmente vulnerables a la contaminación. Hay un problema, la eutrofización, que se produce cuando el agua se enriquece de modo artificial con nutrientes, lo que produce un crecimiento anormal de las plantas. Los fertilizantes químicos arrastrados por el agua desde los campos de cultivo pueden ser los responsables. El proceso de eutrofización puede ocasionar problemas estéticos, como mal sabor y olor, y un cúmulo de algas o verdín desagradable a la vista, así como un crecimiento denso de las plantas con raíces, el agotamiento del oxígeno en las aguas más profundas y la acumulación de sedimentos en el fondo de los lagos, así como otros cambios químicos, tales como la precipitación del carbonato de calcio en las aguas duras. Otro problema cada vez más preocupante es la lluvia ácida, que ha dejado muchos lagos del norte y el este de Europa y del noreste de Norteamérica totalmente desprovistos de vida. 4. Fuentes y control Las principales fuentes de contaminación acuática pueden clasificarse como urbanas, industriales y agrícolas: La contaminación urbana está formada por las aguas residuales de los hogares y los establecimientos comerciales. Durante muchos años, el principal objetivo de la eliminación de residuos urbanos fue tan sólo reducir su contenido en materias que demandan oxígeno, sólidos en suspensión,
compuestos inorgánicos disueltos (en especial compuestos de fósforo y nitrógeno) y bacterias dañinas. En los últimos años, por el contrario, se ha hecho más hincapié en mejorar los medios de eliminación de los residuos sólidos producidos por los procesos de depuración. Los principales métodos de tratamiento de las aguas residuales urbanas tienen tres fases: el tratamiento primario, que incluye la eliminación de arenillas, la filtración, el molido, la floculación (agregación de los sólidos) y la sedimentación; el tratamiento secundario, que implica la oxidación de la materia orgánica disuelta por medio de lodo biológicamente activo, que seguidamente es filtrado; y el tratamiento terciario, en el que se emplean métodos biológicos avanzados para la eliminación del nitrógeno, y métodos físicos y químicos, tales como la filtración granular y la adsorción por carbono activado. La manipulación y eliminación de los residuos sólidos representa entre un 25 y un 50% del capital y los costes operativos de una planta depuradora. Las características de las aguas residuales industriales pueden diferir mucho tanto dentro como entre las empresas. El impacto de los vertidos industriales depende no sólo de sus características comunes, como la demanda bioquímica de oxígeno, sino también de su contenido en sustancias orgánicas e inorgánicas específicas. Hay tres opciones (que no son mutuamente excluyentes) para controlar los vertidos industriales. El controlpuede tener lugar allí donde se generan dentro de la planta; las aguas pueden tratarse previamente y descargarse en el sistema de depuración urbana; o pueden depurarse por completo en la planta y ser reutilizadas o vertidas sin más en corrientes o masas de agua. La agricultura, la ganadería comercial y las granjas avícolas, son la fuente de muchos contaminantes orgánicos e inorgánicos de las aguas superficiales y subterráneas. Estos contaminantes incluyen tanto sedimentos procedentes de la erosión de las tierras de cultivo como compuestos de fósforo y nitrógeno que, en parte, proceden de los residuos animales y los fertilizantes comerciales. Los residuos animales tienen un alto contenido en nitrógeno, fósforo y materia consumidora de oxígeno, y a menudo albergan organismos patógenos. Los residuos de los criaderos industriales se eliminan en tierra por contención, por lo que el principal peligro que representan es el de la filtración y las escorrentías. Las medidas de control pueden incluir el uso de depósitos de sedimentación para líquidos, el tratamiento biológico limitado en lagunas aeróbicas o anaeróbicas, y toda una serie de métodos adicionales. 5. Contaminación marina Los vertidos que llegan directamente al mar contienen sustancias tóxicas que los organismos marinos absorben de forma inmediata. Además forman importantes depósitos en los ríos que suponen a su vez un desarrollo enorme de nuevos elementos contaminantes y un crecimiento excesivo de organismos indeseables. Estos depósitos proceden de las estaciones depuradoras, de los residuos de dragados (especialmente en los puertos y estuarios), de las graveras, de los áridos, así como de una gran variedad de sustancias tóxicas orgánicas y químicas. Vertidos de petróleo (mareas negras) Las descargas accidentales y a gran escala de petróleo líquido son una importante causa de contaminación de las costas. Los casos más espectaculares de contaminación por crudos suelen estar a cargo de los superpetroleros empleados para transportarlos, pero hay otros muchos barcos
que vierten también petróleo, y la explotación de las plataf ormas petrolíferas marinas supone también una importante aportación de vertidos. Se estima que de cada millón de toneladas de crudo embarcadas se vierte una tonelada. Entre las mayores mareas negras registradas hasta el momento se encuentran la producida por el petrolero Amoco Cádiz frente a las costas francesas en 1978 (1,6 millones de barriles de crudo) y la producida por el pozo petrolífero Ixtoc I en el golfo de México en 1979 (3,3 millones de barriles). El vertido de 240.000 barriles por el petrolero Exxon Valdez en el Prince William Sound, en el golfo de Alaska, en marzo de 1989, produjo, en el plazo de una semana, una marea negra de 6.700 km2, que puso en peligro la vida silvestre y las pesquerías de toda el área. Por el contrario, los 680.000 barriles vertidos por el Braer frente a la costa de las islas Shetland en enero de 1993 se dispersaron en pocos días por acción de las olas propias de unas tormentas excepcionalmente fuertes. Los vertidos de petróleo acaecidos en el golfo Pérsico en 1983, durante el conflicto Irán-Irak, y en 1991, durante la Guerra del Golfo, en los que se liberaron hasta 8 millones de barriles de crudo, produjeron enormes daños en toda la zona, sobre todo por lo que se refiere a la vida marina. 6. Depuración de Aguas La depuración de aguas es el nombre que reciben los distintos procesos implicados en la extracción, tratamiento y control sanitario de los productos de desecho arrastrados por el agua y procedentes de viviendas e industrias. La depuración cobró importancia progresivamente desde principios de la década de 1970 como resultado de la preocupación general expresada en todo el mundo sobre el problema, cada vez mayor, de la contaminación humana del medio ambiente, desde el aire a los ríos, lagos, océanos y aguas subterráneas, por los desperdicios domésticos, industriales, municipales y agrícolas. El río no tiene espacios para autodepurarse y acaba convirtiéndose en una cloaca. Las aguas residuales El origen, composición y cantidad de los desechos están relacionados con los hábitos de vida vigentes. Cuando un producto de desecho se incorpora al agua, el líquido resultante recibe el nombre de agua residual. Las aguas residuales tienen un origen doméstico, industrial, subterráneo y meteorológico, y estos tipos de aguas residuales suelen llamarse respectivamente, domésticas, industriales, de infiltración y pluviales. Las aguas residuales domésticas son el resultado de actividades cotidianas de las personas. La cantidad y naturaleza de los vertidos industriales es muy variada, dependiendo del tipo de industria, de la gestión de su consumo de agua y del grado de tratamiento que los vertidos reciben antes de su descarga. Una acería, por ejemplo, puede descargar entre 5.700 y 151.000 litros por tonelada de acero fabricado. Si se practica el reciclado, se necesita menos agua. La infiltración se produce cuando se sitúan conductos de alcantarillado por debajo del nivel freático o cuando el agua de lluvia se filtra hasta el nivel de la tubería. Esto no es deseable, ya que impone una mayor carga de trabajo al tendido general y a la planta depuradora. La cantidad de agua de lluvia que habrá que drenar dependerá de la pluviosidad así como de las escorrentías o rendimiento de la cuenca de drenaje. Un área metropolitana estándar vierte un volumen de aguas residuales entre el 60 y el 80% de sus requerimientos diarios totales, y el resto se usa para lavar
coches y regar jardines, así como en procesos como el enlatado y embotellado de alimentos. Composición La composición de las aguas residuales se analiza con diversas mediciones físicas, químicas y biológicas. Las mediciones más comunes incluyen la determinación del contenido en sólidos, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), la demanda química de oxígeno (DQO) y el pH. Los residuos sólidos comprenden los sólidos disueltos y en suspensión. Los sólidos disueltos son productos capaces de atravesar un papel de filtro, y los suspendidos los que no pueden hacerlo. Los sólidos en suspensión se dividen a su vez en depositables y no depositables, dependiendo del número de miligramos de sólido que se depositan a partir de 1 litro de agua residual en una hora. Todos estos sólidos pueden dividirse en volátiles y f ijos, siendo los volátiles, por lo general, productos orgánicos y los f ijos materia inorgánica o mineral. DBO (demanda biológica de oxígeno): cantidad de oxígeno requerida por los organismos descomponedores aeróbicos para descomponer la materia orgánica disuelta o en suspensión. La concentración de materia orgánica se mide con los análisis DBO5 y DQO. La DBO5 es la cantidad de oxígeno empleado por los microorganismos a lo largo de un periodo de cinco días para descomponer la materia orgánica de las aguas residuales a una temperatura de 20 °C. De modo similar, la DQO es la cantidad de oxígeno necesario para oxidar la materia or gánica por medio de dicromato en una solución ácida y convertirla en dióxido de carbono y agua. El valor de la DQO es siempre superior al de la DBO5 porque muchas sustancias orgánicas pueden oxidarse químicamente, pero no biológicamente. La DBO5 suele emplearse para comprobar la carga orgánica de las aguas residuales municipales e industriales biodegradables, sin tratar y tratadas. La DQO se usa para comprobar la carga orgánica de aguas residuales que, o no son biodegradables o contienen compuestos que inhiben la actividad de los microorganismos. El pH mide la acidez de una muestra de aguas residuales. Los valores típicos para los residuos sólidos presentes en el agua y la DBO5 del agua residual doméstica aparecen en la tabla adjunta. El contenido típico en materia orgánica de estas aguas es un 50% de carbohidratos, un 40% de proteínas y un 10% de grasas; y entre 6,5 y 8,0, el pH puede variar.
No es fácil caracterizar la composición de los residuos industriales con arreglo a un rango típico de valores dado según el proceso de fabricación. La concentración de un residuo industrial se pone de manifiesto enunciando el número de personas, o equivalente de población (PE), necesario para producir la misma cantidad de residuos. Este valor acostumbra a expresarse en términos de DBO5. Para la determinación del PE se emplea un valor medio de
0,077 kg, en 5 días, a 20 °C de DBO por persona y día. El equivalente de población de un matadero, por ejemplo, oscilará entre 5 y 25 PE por animal. La composición de las infiltraciones depende de la naturaleza de las aguas subterráneas que penetran en la canalización. El agua de lluvia residual contiene concentraciones significativas de bacterias, elementos traza, petróleo y productos químicos orgánicos. 7. Depuración de aguas residuales Los procesos empleados en las plantas depuradoras municipales suelen clasificarse como parte del tratamiento primario, secundario o terciario. Tratamiento primario : Las aguas residuales que entran en una depuradora contienen materiales que podrían atascar o dañar las bombas y la maquinaria. Estos materiales se eliminan por medio de enrejados o barras verticales, y se queman o se entierran tras ser recogidos manual o mecánicamente. El agua residual pasa a continuación a través de una trituradora, donde las hojas y otros materiales orgánicos son triturados para facilitar su posterior procesamiento y eliminación. Cámara de arena En el pasado, se usaban tanques de deposición, largos y estrechos, en forma de canales, para eliminar materia inorgánica o mineral como arena, sedimentos y grava. Estas cámaras estaban diseñadas de modo que permitieran que las partículas inorgánicas de 0,2 mm o más se depositaran en el fondo, mientras que las partículas más pequeñas y la mayoría de los sólidos orgánicos que permanecen en suspensión continuaban su recorrido. Hoy en día las más usadas son las cámaras aireadas de flujo en espiral con fondo en tolva, o clarificadores, provistos de brazos mecánicos encargados de raspar. Se elimina el residuo mineral y se vierte en vertederos sanitarios. La acumulación de estos residuos puede ir de los 0,08 a los 0,23 m3 por cada 3,8 millones de litros de aguas residuales. Sedimentación Una vez eliminada la fracción mineral sólida, el agua pasa a un depósito de sedimentación donde se depositan los materiales orgánicos, que son retirados para su eliminación. El proceso de sedimentación puede reducir de un 20 a un 40% la DBO5 y de un 40 a un 60% los sólidos en suspensión. La tasa de sedimentación se incrementa en algunas plantas de tratamiento industrial incorporando procesos llamados coagulación y floculación químicas al tanque de sedimentación. La coagulación es un proceso que consiste en añadir productos químicos como el sulfato de aluminio, el cloruro férrico o polielectrolitos a las aguas residuales; esto altera las características superficiales de los sólidos en suspensión de modo que se adhieren los unos a los otros y precipitan. La floculación provoca la aglutinación de los sólidos en suspensión. Ambos procesos eliminan más del 80% de los sólidos en suspensión. Flotación Una alternativa a la sedimentación, utilizada en el tratamiento de algunas aguas residuales, es la flotación, en la que se fuerza la entrada de aire en las mismas, a presiones de entre 1,75 y 3,5 kg por cm2. El agua residual, supersaturada de aire, se descarga a continuación en un depósito abierto. En él, la ascensión de las burbujas de aire hace que los sólidos en suspensión suban a la superficie, de donde son retirados. La flotación puede eliminar más de un 75% de los sólidos en suspensión.
Digestión La digestión es un proceso microbiológico que convierte el lodo, orgánicamente complejo, en metano, dióxido de carbono y un material inofensivo similar al humus. Las reacciones se producen en un tanque cerrado o digestor, y son anaerobias, esto es, se producen en ausencia de oxígeno. La conversión se produce mediante una serie de reacciones. En primer lugar, la materia sólida se hace soluble por la acción de enzimas. La sustancia resultante fermenta por la acción de un grupo de bacterias productoras de ácidos, que la reducen a ácidos orgánicos sencillos, como el ácido acético. Entonces los ácidos orgánicos son convertidos en metano y dióxido de carbono por bacterias. Se añade lodo espesado y calentado al digestor tan frecuentemente como sea posible, donde permanece entre 10 y 30 días hasta que se descompone. La digestión reduce el contenido en materia orgánica entre un 45 y un 60 por ciento. Desecación El lodo digerido se extiende sobre lechos de arena para que se seque al aire. La absorción por la arena y la evaporación son los principales procesos responsables de la desecación. El secado al aire requiere un clima seco y relativamente cálido para que su eficacia sea óptima, y algunas depuradoras tienen una estructura tipo invernadero para proteger los lechos de arena. El lodo desecado se usa sobre todo como acondicionador del suelo; en ocasiones se usa como fertilizante, debido a que contiene un 2% de nitrógeno y un 1% de fósforo. Tratamiento secundario: Una vez eliminados de un 40 a un 60% de los sólidos en suspensión y reducida de un 20 a un 40% la DBO5 por medios físicos en el tratamiento primario, el tratamiento secundario reduce la cantidad de materia orgánica en el agua. Por lo general, los procesos microbianos empleados son aeróbicos, es decir, los microorganismos actúan en presencia de oxígeno disuelto. El tratamiento secundario supone, de hecho, emplear y acelerar los procesos naturales de eliminación de los residuos. En presencia de oxígeno, las bacterias aeróbicas convierten la materia orgánica en formas estables, como dióxido de carbono, agua, nitratos y fosfatos, así como otros materiales orgánicos. La producción de materia orgánica nueva es un resultado indirecto de los procesos de tratamiento biológico, y debe eliminarse antes de descargar el agua en el cauce receptor. Hay diversos procesos alternativos para el tratamiento secundario, incluyendo el filtro de goteo, el lodo activado y las lagunas. Filtro de goteo En este proceso, una corriente de aguas residuales se distribuye intermitentemente sobre un lecho o columna de algún medio poroso revestido con una película gelatinosa de microorganismos que actúan como agentes destructores. La materia orgánica de la corriente de agua residual es absorbida por la película microbiana y transformada en dióxido de carbono y agua. El proceso de goteo, cuando va precedido de sedimentación, puede reducir cerca de un 85% la DBO5. Fango activado Se trata de un proceso aeróbico en el que partículas gelatinosas de lodo quedan suspendidas en un tanque de aireación y reciben oxígeno. Las partículas de lodo activado, llamadas floc, están compuestas por millones de bacterias en crecimiento activo aglutinadas por una sustancia gelatinosa.
El floc absorbe la materia orgánica y la convierte en productos aeróbicos. La reducción de la DBO5 fluctúa entre el 60 y el 85 por ciento. Un importante acompañante en toda planta que use lodo activado o un filtro de goteo es el clarificador secundario, que elimina las bacterias del agua antes de su descarga. 8. Estanque de estabilización o laguna Otra forma de tratamiento biológico es el estanque de estabilización o laguna, que requiere una extensión de terreno considerable y, por tanto, suelen construirse en zonas rurales. Las lagunas opcionales, que funcionan en condiciones mixtas, son las más comunes, con una profundidad de 0,6 a 1,5 m y una extensión superior a una hectárea. En la zona del fondo, donde se descomponen los sólidos, las condiciones son anaerobias; la zona próxima a la superficie es aeróbica, permitiendo la oxidación de la materia orgánica disuelta y coloidal. Puede lograrse una reducción de la DBO5 de un 75 a un 85 por ciento. 9. Tratamiento avanzado de las aguas residuales Si el agua que ha de recibir el vertido requiere un grado de tratamiento mayor que el que puede aportar el proceso secundario, o si el efluente va a reutilizarse, es necesario un tratamiento avanzado de las aguas residuales. A menudo se usa el término tratamiento terciario como sinónimo de tratamiento avanzado, pero no son exactamente lo mismo. El tratamiento terciario, o de tercera fase, suele emplearse para eliminar el fósforo, mientras que el tratamiento avanzado podría incluir pasos adicionales para mejorar la calidad del efluente eliminando los contaminantes recalcitrantes. Hay procesos que permiten eliminar más de un 99% de los sólidos en suspensión y reducir la DBO5 en similar medida. Los sólidos disueltos se reducen por medio de procesos como la ósmosis inversa y la electrodiálisis. La eliminación del amoníaco, la desnitrificación y la precipitación de los fosfatos pueden reducir el contenido en nutrientes. Si se pretende la reutilización del agua residual, la desinfección por tratamiento con ozono es considerada el método más fiable, excepción hecha de la cloración extrema. Es probable que en el futuro se generalice el uso de estos y otros métodos de tratamiento de los residuos a la vista de los esfuerzos que se están haciendo para conservar el agua mediante su reutilización. Vertido del líquido El vertido final del agua tratada se realiza de varias formas. La más habitual es el vertido directo a un río o lago receptor. En aquellas partes del mundo que se enfrentan a una creciente escasez de agua, tanto de uso doméstico como industrial, las autoridades empiezan a recurrir a la reutilización de las aguas tratadas para rellenar los acuíferos, regar cultivos no comestibles, procesos industriales, recreo y otros usos. En un proyecto de este tipo, en la Potable Reuse Demonstration Plant de Denver, Colorado, el proceso de t ratamiento comprende los tratamientos convencionales primario y secundario, seguidos de una limpieza por cal para eliminar los compuestos orgánicos en suspensión. Durante este proceso, se crea un medio alcalino (pH elevado) para potenciar el proceso. En el paso siguiente se emplea la recarbonatación para volver a un pH neutro. A continuación se filtra el agua a través de múltiples capas de arena y carbón vegetal, y el amoníaco es eliminado por ionización. Los pesticidas y demás compuestos orgánicos aún en suspensión son absorbidos por un filtro granular de carbón activado. Los virus y bacterias se eliminan por ozonización.
En esta fase el agua debería estar libre de todo contaminante pero, para mayor seguridad, se emplean la segunda fase de absorción sobre carbón y la ósmosis inversa y, finalmente, se añade dióxido de cloro para obtener un agua de calidad máxima. Fosa séptica Un proceso de tratamiento de las aguas residuales que suele usarse para los residuos domésticos es la fosa séptica: una fosa de cemento, bloques de ladrillo o metal en la que sedimentan los sólidos y asciende la materia flotante. El líquido aclarado en parte fluye por una salida sumergida hasta zanjas subterráneas llenas de rocas a través de las cuales puede fluir y filtrarse en la tierra, donde se oxida aeróbicamente. La materia flotante y los sólidos depositados pueden conservarse entre seis meses y varios años, durante los cuales se descomponen anaeróbicamente.
