Contaminantes del agua residual Las agua Las aguass res esid idua uale les, s, por por lo regul egular ar,, tien tienen en co comp mpos osic icio ione ness alta altame ment nte e complejas y normalmente se necesita modifcar su composición para ajustarlas a un uso en particular. En consecuencia, se requiere una variedad de procesos de tratamiento para separar los diversos contaminantes que con seguridad se encontrarán. Los contaminantes pueden estar presentes como: 1. Sólidos Sólidos suspend suspendido idoss otant otantes es o grande grandes: s: arenas, arenas, trapos trapos y papel papel entre otros. . Sóli Sólido doss susp suspen endi dido doss pequ peque! e!os os y co colo loid idal ales es:: mol" mol"cu cula lass orgá orgáni nica cass grandes, part#culas de suelo y microorganismos m icroorganismos entre otros. otros. $. Sólidos Sólidos disueltos: disueltos: compuestos compuestos orgánicos orgánicos y sales inorgánica inorgánicass entre otros. otros. %. &ases disuelt disueltos: os: Sul'uro Sul'uro de de (idrógeno, (idrógeno, entre entre otros otros.. ). L#quidos L#quidos no no me*cla+ me*cla+les: les: grasas grasas y aceites. aceites. El tama!o de cada part#cula determina el cam+io de un grupo a otro este cam+io depende de sus caracter#sticas '#sicas tales como el peso espec#fco del material y la división entre grupos es de cualquier manera indistinta. En ciertos casos puede ser necesario agregar sustancias para mejorar las caracter#sticas del agua, por ejemplo, cloro para desin'ectar el agua u o-#geno para esta+ili*ar +iológicamente la materia orgánica.
Desinfección de aguas residuales La desin'ección del agua signifca la e-tracción, desactivación o eliminación de los microorganismos patógenos que e-isten en el agua. La destrucción yo desactivación de los microorganismos supone el fnal de la reproducción y crec crecim imien iento to de esto esto micr microo oorg rgan anis ismo mos. s. Si esto estoss micro microor orga gani nism smos os no son son eliminados el agua no es pota+le y es suscepti+le de causar en'ermedades. El agua pota+le no puede contener estos microorganismos. La desin'ecció desin'ección n se logra mediante mediante desin'ectan desin'ectantes tes qu#micos qu#micos yo yo '#sicos. Estos agent agentes es tam+ tam+i" i"n n e-tr e-trae aen n cont contaminan aminantes tes orgá orgánicos nicos del agua, que son nutrientes o co+ijo para los microorganismos. Los desin'ectantes no solo de+en matar a los microorganismos sino que de+en además tener un e'ecto residual, que signifca que se mantienen como agentes age ntes activos en el agua despu"s de la la desin' desin'ecc ección ión para para preven prevenir ir el creci crecimien miento to de los micro microorg organi anismo smoss en las tu+er#as provocando la re contaminación del agua.
DESINFECCIÓN CON PERÓXIDO DE HIDROGENO PERÓXIDO DE HIDRÓGENO.
El peró-ido de /idrógeno es considerado un producto qu#mico limpio por no dejar elementos y residuos persistentes en el medio am+iente despu"s de su uso. Esa caracter#stica deriva de lo mismo estar continuamente sometido a reacción espontánea de auto0descomposición:
HO HO ! " O La capacidad o-idante y no contaminante del peró-ido de /idrógeno es de reconocida utilidad en la pre0o-idación control de algas, precipitación de /ierro y manganeso, y para la o-idación de varios tipos de sustancias 2orgánicos e
inorgánicos3 disueltas. El peró-ido de /idrógeno no contiene metales pesados en su composición. 4am+i"n es aplicado para evitar en la 'uente la 'ormación de olores desagrada+les de sul'uro de /idrógeno 2(S3. El 5eró-ido de /idrógeno es e-tensamente usado gracias a sus muy +uenas caracter#sticas. 6e /ec/o (7 es un o-idante seguro, efca*, de gran alcance y versátil. La ta+la de+ajo recoge la escala potencial de o-idación, el peró-ido de /idrógeno tiene más alcance que el cloro o el dió-ido de cloro por ejemplo. 8demás con catálisis, el peró-ido de /idrógeno se puede convertir en radical del o-/idrilo que es el segundo o-idante más 'uerte despu"s del 9or. 2er ta+la 13
#a$la %&
El peró-ido de /idrógeno 2conocido tam+i"n como agua o-igenada3 es un l#quido incoloro a temperatura am+iente con sa+or amargo. 5eque!as cantidades de peró-ido de /idrógeno gaseoso ocurren en el aire. El peró-ido de /idrógeno es inesta+le y se descompone rápidamente a o-#geno y agua con li+eración de calor. 8unque no es inama+le, es un agente o-idante potente que puede causar com+ustión espontánea cuando entra en contacto con materia orgánica. Los usos principales de ( 7 son numerosos, por ejemplo el control del olor, el control de la corrosión, el retiro de 6;76<7, la o-idación orgánica, la o-idación de metales, la o-idación de la to-icidad y la desin'ección. 8demás el peró-ido de /idrógeno puede ser com+inado con diversos procesos para mejorar los resultados: oculaciónprecipitación, otación de aire, +iotratamiento, fltración, adsorción del car+ón, depuradores del aire e incineración. El agente contaminador más di'#cil a o-idar puede requerir (7 ser activados con los catali*adores tales como /ierro, co+re, manganeso u otros compuestos del metal de transición.
PREOXID'CION La pre0o-idación es un proceso mediante el cual se introduce en el agua un agente qu#mico o-idante que reacciona con la materia orgánica e inorgánica que contiene "sta y que es suscepti+le de eliminación o modifcación mediante la o-idación. Los reactivos más empleados suelen ser el cloro 2=l 3 y sus derivados, principalmente el /ipoclorito sódico 2>a=l73. 8demás, se suele utili*ar tam+i"n el o*ono 27 $3, el permanganato potásico 2?@n7%3 y el peró-ido de /idrógeno 2(73.La pre0o-idación 'acilita
tratamientos posteriores e interrumpe desarrollos +acteriológicos tanto en conducciones como en equipos. 13 E'ectos de la pre0o-idación 3 Anconvenientes de la pre0o-idación
DESINFECCION La desin'ección del agua tiene por fnalidad la destrucción o inactivación de los microoorganismos perjudiciales, patógenos o simplemente molestos que no /an sido eliminados en las 'ases previas del tratamiento del agua. La desin'ección no implica necesariamente la destrucción de todos los organismos vivos 2proceso denominado esterili*ación3. Los 'actores principales que inuyen en la efcacia del proceso de desin'ección son los siguientes: 13 4ipo y concentración de los microorganismos que de+en destruirse 3 4ipo y concentración del desin'ectante y tiempo de contacto $3 =aracter#sticas '#sico 0 qu#micas del agua a tratar 'CCIÓN DE( PERÓXIDO DE HIDROGENO FREN#E ' EF()EN#ES ORG*NICOS& @ateria orgánica puede ser eliminada por o-idación simple yo avan*ada: =-(y7*B C (7 a =7 B + (7 =(7B $(7 =7 B % (7
#ratamiento de E+uentes Conteniendo 'rs,nico . (8s7 B (7 ($8s7% DeB B (7 B (B De$B B (7 .
#ratamiento de E+uentes Conteniendo -romato& 8demás de no o-idar el +romuro a 'orma tó-ica de +romato, es capa* de revertir por reducción el +romato que eventualmente podr#a ser 'ormado por otros pre0o-idantes de vuelta a 'orma no tó-ica de +romuro, de acuerdo con la siguiente reacción: ;r7$0 B $ (7 ;r0 B $ (7 B $ 7
#ratamiento de E+uentes Conteniendo Cloro& 8guas residuales o purgas de agua tratada con cloro o /ipoclorito necesitan ser tratadas antes de su desec/o en el medio am+iente en el riesgo de so+repasar el muy +ajo um+ral 2=8>4A686 @>A@8 5EF@A4A683de cloro activo en las aguas de r#os para la clase 1 y 2G,G1 mg L3 Feducción con peró-ido de /idrógeno =l70 B (7 =l0 B (7 B 7 La acción del peró-ido de /idrógeno en las cloraminas es muy lenta en temperatura am+iente y puede ser acelerada en la presencia de un álcali a apro-imadamente )G H=. F0>(=l B (7 B 7(0 F0>( B =l0 B (7 B 7
#ratamiento de E+uentes Conteniendo Sulfuros La generación de olores o'ensivos en euentes, aguas residuales dom"sticas y otras instalaciones de tratamiento de aguas residuales se de+e principalmente a la acción de +acterias reductoras, que act9an anaeró+icamente so+re sul'atos presentes en el medio. Los sul'uros constituyen una amena*a al medio am+iente, porque son venenosos para la vida acuática en general. El peró-ido de /idrógeno promueve la o-idación parcial de sul'uros a compuestos intermediarios , que no emiten malo olor y que pueden ser tratados con aireación, de manera efciente y a +ajo costo. •
En medio ácido o neutro la principal reacción de o-idación de sul'uro de /idrógeno ocurre como sigue: (S B (7 S2s3 B (7
donde gran parte del sul'uro se convierte en a*u're elemental. El resto consiste en di'erentes compuestos solu+les de a*u're, que de acuerdo con su estructura puede ser o-idados posteriormente. •
En reacciones en medio alcalino, la o-idación se produce de acuerdo con la siguiente ecuación: S0 B % (7 S70 B % (7
CO.O 'C#)'& El peró-ido de /idrogeno se descompone en un átomo de o-#geno y una mol"cula de agua, gracias a la acción de una en*ima que se encuentra en los organismos vivos que se llama =atalasa. Esta en*ima lo que /ace en la naturale*a es neutrali*ar las mol"culas de (7 para que no causen to-icidad. Este átomo de o-#geno li+erado es e-tremadamente reactivo y se ad/iere o ataca una mol"cula orgánica cercana o-idándola. Feacción donde media la catalasa
.ecanismo de acción/ Su mecanismo de acción consiste en la o-idación de los grupos sul'/idrilo y los do+les enlaces de los en*imas de las +acterias, provocando una modifcación con'ormacional de las prote#nas que 'orman dic/os en*imas, con la perdida de su 'unción, y por lo tanto, la muerte celular. 8 nivel de virus puede trasladar esta capacidad de desnaturali*ación de las prote#nas actuando so+re las de la capsides2 es una estructura proteica formada por una serie de monómeros llamados capsómeros. En el interior de esta cápside se encuentra siempre el material genético del virus. Cada capsómero puede estar constituido por una o varias proteínas distintas3, para que posteriormente pueda
actuar so+re el material gen"tico del virus. Las paredes celulares o de las cápsides permite el acceso al interior de estos organismos, para que el peró-ido siga su poder o-idante 'rente a otras estructuras como el 86>, que otras mol"culas alteren el 'uncionamiento normal de estas c"lulas o que, incluso, la acción mecánica de la entrada de agua a trav"s de la mem+rana celular provoque la muerte de las +acterias.
'P(IC'CIÓN DE( #R'#'.IEN#O DE 'G)'S RESID)'(ES CON PERÓXIDO DE HIDROGENO DISE0O DE (' P('N#' DE #R'#'.IEN#O DE 'G)'S RESID)'(ES En el dise!o de la 5lanta de 4ratamiento de 8guas Fesiduales 2548F3 +usca com+inar efciencia y econom#a de los procesos de tratamiento mediante procesos que requieren de muy poca energ#a el"ctrica, +ajos costos operacionales, operación, 'acilidad en la operación y el mantenimiento y alta efciencia del proceso, de+ido a que utili*a un proceso anaero+io +asado en un sistema Am/oI modifcado y un proceso aero+io mediante un fltro o percolador +iológico. Este sistema es una de las mejores alternativas para los municipios colom+ianos, ya que está en concordancia con la realidad económica de la región, de+ido a que no requiere altos costos de operación y además permite utili*ar operadores con +ajo grado de escolaridad, de+ido a su gran 'acilidad en la operación. La 548F proyectada utili*ará materiales propios de la región tales como arenas y material petreo 2gravillas, gravas, piedras3, entre otros. 8s# mismo se utili*ará la tecnolog#a santandereana implementa por ingenieros de La Jniversidad Andustrial de Santander, ya que se utili*aran un 8riete (idráulico y una 4ur+ina. El ariete /idráulico tiene como 'unción retornar el KG del agua al tanque al tanque de aireación. La 4ur+ina tiene como 'unción generar el aire rico en o-igeno con el fn de 'acilitar las condiciones para crear +acterias aero+ias.
E#'P'S DE( PROCESO DE #R'#'.IEN#O DE( 'G)' RESID)'( El tratamiento del agua se /a dividido en cuatro etapas: =onsiste +ásicamente en una etapa #ratamiento Primario1 preliminar como lo es la medición del caudal y posteriormente se procede a retirar materiales 'lotantes o pesados que com9nmente vienen en las aguas residuales y que disminuyen la e'iciencia del tratamiento tales como plásticos, papeles, arenas y demás sólidos no orgánicos, que solo ocasionan da!os al proceso. Los residuos que realmente interesan para el proceso son los de tipo orgánico 2/eces 'ecales, residuos de alimentos, etc3. Estos son: a3 @edición de caudal 2=analeta 5ars/all3 +3 6esarenado c3 =ri+ado
#ratamiento Secundario1 =onsiste en la +iodegradación de la materia orgánica a trav"s de la com+inación de procesos anaero+ios y aero+ios para que se generen las +acterias responsa+les de reali*ar la descomposición y asimilación de los nutrientes provenientes del agua residual y consecuentemente la reducción de la contaminación
2medida como 6;7 y 6<73. Estos son: a3 4anque im/oI modi'icado 25roceso 8naero+io3 +3 4anque de aireación c3 Diltro percolador aero+io 2con recirculación3 #ratamiento #erciario1 =onsiste en acondicionar el agua para las condiciones ideales para que se desarrolle la vida acuática superior 2peces, tortugas, ranas, etc3 y pueda ser aprovec/ada por el /om+re para sus cultivos, ganader#a, recreación, aseo, alimentación y demás usos del /ogar& a3 6esin'ección con 5eró-ido de (idrógeno 2(73 +3 8ireación 'inal 2en grader#as3
#ratamiento de lodos1 =onsiste en acondicionar la recepción, 'iltrado, secado y acondicionamiento de los lodos con el 'in de evitar que "stos contaminen de nuevo el agua depurada o la 'uente /#drica en 'orma directa o indirecta. 8 trav"s de este tratamiento se /ace posi+le el aprovec/amiento de los lodos para la agricultura. Estos son: c3 Lec/o de secado d3 Fecirculación de li-iviados 2al desarenador3 e3 =ompostaje Figura 1. Diagrama de Procesos de Tratamiento del agua en la PTAR
%&C*(C)(OS HIDR*)(ICOS2 DI.ENSIONES 3 C'R'C#ER4S#IC'S OPER'CION'(ES Datos 5reliminares1 M 5o+lación Servida: 1)GG /a+itantes M 4iempo de Fetención 4otal del agua en el proceso anaero+io N $O /oras
M 4iempo de Fetención 4otal en el tanque im/o'' N 1 /oras M 4iempo de retención total en los tanques au-iliares al im/o'' N 1 /oras por cada tanque M Dactor de ;iodegrada+ilidad de la @ateria orgánica en el sistema anaero+io N G.O $ M =audal: < N $.1G Ltsseg N 11,1O m / M El valor de la =arga 7rgánica 'ue de O$,G% ?g de 6;7 d#a, valor o+tenido a partir del monitoreo y análisis de la+oratorio, al multiplicar el caudal por la 6;7).
& DESINFECCIÓN
CON
PERÓXIDO
DE
HIDROGENO
Jna ve* el agua /a pasado por el 'iltro percolador, se espera una reducción de la 6emanda ;iológica de 7-#geno 26;73 del KG cumpliendo as# con la legislación am+iental 26ecreto 1)P% de 1PK%3, y una reducción de la 6emanda
los cuales tampoco genera e'ectos tó-icos so+re las aguas ni el am+iente, esto son el o*ono y la radiación ultravioleta, pero el pro+lema es de tipo económico, ya que los generadores de o*ono, al igual que los generadores de radiación J son muy costosos y además consumen energ#a en 'orma permanente, ra*ón por la cual no se tomó esta alternativa para la 548F.
6&% 7enta8as de los Peró9idos frente a otros o9idantes :u;micos Los peró-idos act9an como o-idantes y /an sido ampliamente utili*ados desde /ace más de )G a!os en la industria 'armac"utica, alimentaria, en el ám+ito /ospitalario 2quiró'anos, instrumental, etc3, agricultura, depuración de aguas residuales, industria de envasado y em+otellado de +e+idas y pota+ili*ación de aguas, entre otros. Los peró-idos tienen una compro+ada actividad desin'ectante 'rente a todo tipo de microorganismos tales como: ;acterias, virus, proto*oos, coccidios, algas, /ongos y esporas. Sus principales ventajas son: @ayor espectro de acción que los otros desin'ectantes M
utili*ados M
E'icaces en condiciones di'#ciles: materia orgánica, p( del
agua, etc. E'icaces a dosis muy +ajas 8cción desin'ectante inmediata 8ltamente +iodegrada+les Sus productos de descomposición son: agua y o-#geno Eliminación de ;io'ilm en las instalaciones 6isolución en agua 'ácil, rápida y /omog"nea 8ct9an como desodori*antes Dacilidad de medición y de control >o 'orman espumas 8ct9an en un amplio rango de temperaturas Larga esta+ilidad en el envase 2$ a!os3 Anodoros a las dosis de uso recomendadas =ompati+les con un elevado n9mero de materiales: aluminio, co+re, acero, 5=. M M M M M M M M M M M M M
El Peró9ido de Hidrógeno es uno de los desin'ectantes más utili*ados, act9a provocando la p"rdida de la 'unción de las prote#nas +acterianas, además ataca la mem+rana celular, el 86> y otros componentes teniendo todo ello como consecuencia la muerte celular. El peró-ido de /idrógeno es un producto de alta seguridad de uso, aunque a altas dosis es irritante. =uando es almacenado no se producen p"rdidas de+ido a su +uena esta+ilidad. Sus productos de descomposición son vapor de agua y o-#geno, por lo que es un producto altamente +iodegrada+le que no deja residuos de ninguna clase.
7tro pero-ido de igual importancia al ( 7 es el Rcido 5erac"tico, el cual es un desin'ectante que act9a desnaturali*ando las prote#nas de la mem+rana plasmática y provoca la ruptura de la pared celular. >o se le conocen e'ectos carcinog"nicos, ni mutag"nicos, aunque es irritante utili*ado a altas dosis. Es +iodegrada+le y no se le reconoce impacto am+iental, ya que se descompone en vapor de agua, an/#drico car+ónico y o-#geno.
#a$la %& E
;uena acción antiviral
Peró9idos
Com5uesto s $asado
>o >o S# S# S# S# >o Fápida
>o >o >o @oderada @oderada S# Si Fápida
S#
>o
>o >o S#
S# S# S#
Com5uesto s $asados >o >o S# @oderada S# S# ;aja Fápida
S#
'monios cuaternari os
>o >o S# >o @oderada >o S# @oderada >o
8lgunos 8lgunos S#
>o >o >o
Duente: 6rs. 8le-ander @uri/ead, Fevista T ater and T aste, England, 1PPG
Jna ve* el agua /alla reali*ado el recorrido por
el 'iltro percolador, se espera una e'iciencia de remoción del O), por lo cual la carga de 6;7) será de .GO en ?g de 6;7)d#a, luego el agua pasa por el sistema de aireación y 'iltro percolador, con lo cual la e'iciencia esperada es del K) dando una 6;7 ) residual de P.%) ?g de 6;7)d#a, y con las grader#as de aireación se espera llegar al PG de e'iciencia, para una 6;7) 'inal de $.1) ?g de 6;7 )d#a. 5ara eliminar la 6;7) restante se de+e reali*ar la o-idación 'inal con (7, con lo cual se espera reducir la contaminación completamente, dejando el agua apta para la vida. En el siguiente cuadro se muestra el análisis reali*ado a la secuencia del proceso y la e'iciencia esperada en cada unidad del tratamiento, antes de aplicar el (7.
#a$la & E
Carga D-O a la salida del Im=off
Carga D-O a la salida del Filtro 5ercolador >BA ef iciencia
Carga D-O des5u,s de la aireación f inal >@A
O$,G
.G
P,%
$,1
Costos 5or o9idación de 62% g de D-O d;a 5ara destruir un ?g de 6;7), se requiere ?g de (7 2grado comercial, )G de pure*a3, con lo cual se espera eliminar completamente la 6<7 y 6;7. En el siguiente cuadro se anali*an los costos por uso del o-idante qu#mico por d#a y mensualmente, teniendo como +ase que un ?ilogramo de ( 7 2liquido, presentación por garra'as de U Vilos3, tiene un costo promedio de W$.GGG. Consumo de HOd; a
Consumo de HOmes
Costod; a
Costo mes
O,$G
1KP,1
W1K.P1
W )OU.$)1
=on lo cual se o+tiene que el costo por o-idación de la materia orgánica restante es de diecioc/o mil novecientos doce pesos 2W1K.P13 al d#a y quinientos sesenta y siete mil trescientos cincuenta y un mil pesos 2W )OU.$)13 mensuales.
.EDID'S DE PRO#ECCIÓN Es de /acer notar que la cantidad y tipos de unidades de cada 5lanta /ará que el operario tome menores o mayores precauciones, pero indiscuti+lemente se de+e tener presente el riesgo de accidentes o contaminaciones es el mismo, ya que estamos en presencia de l#quidos altamente s"pticos, tanques, escaleras, etc. 5or lo tanto vale recordar y tomar en cuenta lo dic/o en cuanto a: 1. 7+ligatoriamente utili*ar la vestimenta y equipos de protección personal. . Si se está lastimando, y si es posi+le, cu+rir la lastimadura antes de tra+ajar. ;ajo ning9n concepto DJ@8F cuando se operen +arros digeridos. 8unque estamos al aire li+re, e-isten desprendimientos de gases e-plosivos, so+re todo en tu+er#as. =7>=LJ=A7>ES El (7 en tratamiento de aguas residuales suele ser de gran ayuda y 'acilidad para la po+lación y para el am+iente en general, esto no quiere decir que el (7 no es el 9nico medio para poder /acer tratamiento de aguas residuales entre uno de estos qu#micos tenemos al /ipoclorito de sodio, peró-ido de /idrógeno, permanganato de potasio, cloro y ó-ido de cloro, compuestos de Qodo, y amonios cuaternarios entre otros. El
tratamiento del agua se /a dividido en cuatro etapas la primera consiste +ásicamente en una etapa preliminar como lo es la medición del caudal y posteriormente se procede a retirar materiales 'lotantes o pesados que com9nmente vienen en las aguas residuales y que disminuyen la e'iciencia del tratamiento tales como plásticos, papeles, arenas. La
segunda =onsiste en la +iodegradación de la materia orgánica a trav"s de la com+inación de procesos anaero+ios y aero+ios la tercera =onsiste en acondicionar el agua para las condiciones ideales para que se desarrolle la vida acuática superior , y para concluir es el tratamientos de lodos. Los peró-idos act9an como o-idantes y /an sido ampliamente utili*ados desde /ace más de )G a!os en la industria 'armac"utica, alimentaria, en el ám+ito /ospitalario agricultura, depuración de aguas residuales, industria de envasado y em+otellado de +e+idas y pota+ili*ación de aguas, entre otros. Los peró-idos tienen una compro+ada actividad desin'ectante 'rente a todo tipo de microorganismos tales como: ;acterias, virus, proto*oos, coccidios, algas, /ongos y esporas. El 5eró-ido de (idrógeno es uno de los desin'ectantes más utili*ados, act9a provocando la p"rdida de la 'unción de las prote#nas +acterianas, además ataca la mem+rana celular, el 86> y otros componentes teniendo todo ello como consecuencia la muerte celular. El peró-ido de /idrógeno es un producto de alta seguridad de uso, aunque a altas dosis es irritante
