CARACTERISTICAS Y TRATAMIENTO DE AGUAS

Presentación del tema: "CARACTERISTICAS Y TRATAMIENTO DE AGUAS"— Transcripción de la presentación:

1 CARACTERISTICAS Y TRATAMIENTO DE AGUAS
Química C FIUBA

2 El Agua Sus propiedades y abundancia la convierten en el compuesto mas importante en el ciclo biológico del planeta y de mayor utilidad para el desarrollo del hombre

3 El Agua Propiedades Se encuentra en la naturaleza en sus tres estados, sólido, líquido y vapor El hielo tiene una densidad inferior a la del agua líquida, (0.92 veces) por lo que flota en el agua La conductividad térmica del agua es la mayor de todos los líquidos constante dieléctrica es muy alta, lo que le confiere la propiedad de disolver casi cualquier sustancia Prácticamente todas las biomoléculas se encuentran en su seno formando dispersiones coloidales.

4 El Agua Propiedades Es un líquido prácticamente incompresible , por lo que muchos organismos usan agua para fabricar sus esqueletos hidrostáticos Su elevada tensión superficial provoca el fenómeno de la capilaridad que utilizan las plantas Elevado calor específico convierte al agua en un buen aislante térmico Bajo grado de ionización El agua es desde el punto de vista del pH, neutra.

5 Distribución de agua en la biosfera

6 Ciclo Hidrológico : movimiento del agua en la biosfera

7 Clasificación de aguas según sus fuentes
Aguas Subterráneas: Corren por debajo de la superficie terrestre y están distribuidas en napas. Son las mas puras por efecto de filtrado por infiltración. Capa freática = zona saturada, Acuífero = zona confinada Aguas Superficiales: Corren por encima de la superficie terrestre conformando ríos, lagos y mares. Mayor cantidad de impurezas orgánicas y sales disueltas por escorrentía, que se acumulan en el mar. Aguas Meteorológicas: Caen a la superficie en forma de nieve, granizo o lluvia . Arrastran compuestos disueltos en la atmosfera. Si no hay mucha polución ambiental, pueden ser utilizadas sin tratamiento.

8 Clasificación de aguas según sus usos
Agua para uso agrícola: Debe contener cantidades moderadas de fósforo y Nitrógeno. Pueden utilizarse aguas de mediana calidad. Agua para uso industrial:. Debe contener baja cantidad de Ca y Mg que constituyen la dureza de un agua, puesto que la misma provoca incrustaciones en calderas y cañerías Agua para consumo humano: Debe ser Potable, o sea libre de material en suspensión ,Límpida, inodora, incolora, exenta de gérmenes y sabores extraños y con bajo contenido de sales ( según el CAA) .Son aguas de alta calidad acondicionadas por medio del proceso de Potabilización para hacerla apta para el consumo humano

9 El Agua de Mar lleva en suspensión una gran cantidad de sólidos y gases, pudiendo admitir en general que todos los elementos químicos presentes en la tierra . La proporción de cada uno de estos elementos disueltos es diferente, variando también sus porcentajes en función de la zona de mar de que se trate en cada momento. Las variaciones se ven también influidas por los elementos de mezcla y transporte, sobre todo a nivel superficial, de olas, mareas y corrientes A pesar de la gran complejidad observada en la composición química del agua de mar, en lo que se refiere a sus principales componentes, existe siempre, y en todos los mares, una gran constancia en las proporciones relativas de cada uno de ellos

10 Caracteristicas mas importantes
El Agua de Mar Temperatura Varia de la superficie al fondo por su proximidad con la rardiacion solar varía entre 1,02 y 1,07 g/cm3 Funcion de la Temperatura, presion y salinidad Densidad Caracteristicas mas importantes relación entre aniones y cationes condiciona el pH del agua del mar (7.1 y 8.3 ) Salinidad oscila entre 3,3 y 3,7% Gases Disueltos Todos los gases atmosféricos se encuentran en el agua del mar, siendo los más abundantes el nitrógeno, el oxígeno y el dióxido de carbono

11 El Agua de Mar Composicion

12 El Agua de Mar

13 La contaminación en agua
Las aguas superficiales están mucho más expuestas a la contaminación derivada de la actividad humana y contendrán, además de materia orgánica, todo tipo de productos de origen industrial o Agricola. No todas las sustancias contaminantes son nocivas para la salud

14 Tipos de contaminantes en agua
Gases disueltos: oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, amoníaco. Materias en suspensión: arena, arcilla, fangos diversos, restos de vegetales, etc. Materias emulsionadas: aceites, hidrocarburos, suspensiones coloidales. Sales minerales en disolución: carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloruros, nitratos, silicatos, etc., combinados con metales alcalinos, alcalinotérreos, etc. Materia orgánica de origen natural. Compuestos sintéticos y artificiales de difícil biodegradación. Metales pesados y tóxicos inorgánicos. Organismos vivos que constituyen la fauna y la flora del medio. Organismos patógenos de origen animal o humano.

15 Dureza del agua La dureza del agua se mide por la concentracion de iones Ca 2+ y Mg 2+ Limites de dureza Dureza total Blanda < 50ppm Media ppm Dura ppm Muy dura >200ppm

16 Manifestación de la Dureza
Cortado del jabón Jabón: sal de Na de un acido graso superior (16-18 átomos de carbono (R). Sustancia anfipática, tiene una parte de la molécula polar y otra parte no polar. Sus sales de Ca y Mg son insolubles y precipitan. Formación de depósitos Sarro : precipitaciones compactas de CaCO3 , CaSO4 y Mg(OH)2. Provocan estrangulación de tubos y gastos adicionales de energía

17 Tipos de dureza Dureza Total: Es la suma de las concentraciones de Ca y Mg que contiene una solución Dtot = [Ca 2+ ]+[Mg 2+] Dureza Temporaria: Es la concentración de Ca y Mg que precipita como CaCO3 e Mg(OH)2 por acción del calor en presencia de bicarbonatos (limitante) Eliminación de DTemp Por ebullición → Dtemp = [HCO3] / 2 Dureza Permanente: Es la concentración de Ca y Mg que queda sin precipitar luego de la acción del calor .Se calcula siempre por diferencia entre la Dtot y la Dtemp

18 Calculo y expresión de la dureza
Importante!!!: tener en cuenta que en solución acuosa todas las sales están disociadas en sus iones

19 Determinación de la Dureza
La concentración de Ca y Mg se cuantifica mediante una titulación por formación de complejos con EDTA (acido etilendiaminotetraacetico) Analito (metal) = Ca + Mg Titulante (ligante) = EDTA( H4Y) Se vende comercialmente como la sal disodica Na2H2Y La especie complejante es el tetraanion Y4-

20 Reacciones de titulación
Reacción a pH alcalino para favorecer la formación del complejo ( uso buffer amonio-amoniaco pH=9) Uso indicador metalocromico que forma complejo con el Mg para detectar el punto final NET = Negro de eriocromo T, acido triprotico ( NET libre=Azul , NET-Mg= Rojo vinoso) Reacción del indicador antes del punto final

21 Reacciones de titulación
En el punto final cuando no queda mas Ca 2+ y Mg2+ libre, el EDTA captura el Mg2+ del indicador complejado y se produce el viraje del indicador El complejo Mg-EDTA es mas estable que el complejo Mg-NET y lo desplaza en el punto final dejando el NET libre sin complejar Reacción en el punto final

22 Cálculos para la titulación
Como la reacción del EDTA con el Ca y el Mg es mol a mol, para una solución de EDTA → 1M=1N En el punto de equivalencia se cumple: Luego transformo los datos en ppm de CaCO3

23 Discriminación para distintos tipos de dureza
Cuando realizo la titulación a pH= 9,0 estoy determinando la dureza total, ya que el EDTA reacciona de igual manera con el Ca y el Mg Si tomo otra alícuota de la misma muestra y la titulo con EDTA luego de someterla a ebullición y posterior filtrado, determino la Dureza permanente (Ca y Mg que no se elimino por ebullición) y por diferencia entre la valoración de la primera y segunda alícuota determino la Dureza Temporaria Si realizo la titulación a pH=12 ( con otro buffer y Murexida como indicador) determino la Dureza Calcica, pues a ese pH precipita el Mg(OH)2, y por diferencia entre la valoración a pH =9,0 y pH=12, determino la Dureza Magnésica A pH=12 precipita el Mg(OH)2 que se elimina de la solución por posterior filtrado

24 Eliminación de la dureza a escala industrial
Metodo de intercambio iónico A) Con Zeolitas = sílicoaluminatos naturales y artificiales cuyas fórmulas de óxidos son : nSiO2 . Al2O3 . Na2O (abreviadamente ZNa2) nSiO2 . Al2O3 . CaO (abreviadamente ZCa) nSiO2 . Al2O3 . MgO (abreviadamente ZMg) En el que n=5 a 13. Químicamente constituyen macro-aniones fijos neutralizados eléctricamente con iones Na, Ca, etc. que se sustituyen entre sí con relativa facilidad. Cuando el intercambiador está ”agotado” se regenera haciendo pasar una solución saturada de alguna sal de sodio en contracorriente. Reacción de intercambio Reacción de regeneración

25 Eliminación de la Dureza a escala industrial
Método de intercambio iónico B) Con resinas poliméricas = matriz polimérica sólida, que tiene en su estructura, grupos polares capaces de intercambiar iones con una solución. Según sean dichos grupos, pueden ser aniónicas o catiónicas Resina cationica = R-SO3H, resina aniónicas = R-NH3OH, donde R= radical orgánico Grupos intercambiadores Resinas aniónicas Resinas Catiónicas

26 Eliminación de la Dureza a escala industrial
Las resinas actúan como las zeolitas intercambiando iones, pero su gran ventaja es que se las puede utilizar para la Deionización del agua (eliminación completa de los cationes y aniones existentes en el agua), por el pasaje sucesivo del agua a través de la resina catiónica primero y la aniónica después. La regeneración de las resinas agotadas se efectúa con soluciones acuosas de ácidos ( para las catiónicas) e hidróxidos (para las aniónicas), haciendo pasar dichas soluciones en contracorriente. Capacidad de intercambio de una resina = Meq/Lt de resina Las reacciones de intercambio son equivalente de resina= equiv de cation o anion removido

27 Eliminación de la dureza a escala industrial
Resinas Poliméricas Deionizacion del agua Reacciones de regeneracion

28 Esquema del proceso de deionización
Columna catiónica Columna aniónica Bomba sanitaria Salidas o almacenamiento Generador de Ozono Luz UV HCl NaOH Eluados a la planta de neutralización Escape de aire al desagüe Línea de drenaje Agua proveniente del suavizador El agua debe mantenerse recirculando Esquema de un desionizador típico 1 2 3 4 5 6 Retorno al desionizador Cartucho de filtro de 5 µm filtro de 1 µm El agua ablandada entra arriba a la derecha del desionizador de doble lecho. Los agentes de intercambio catiónico y aniónico son resinas con grandes áreas de superficie. Los cationes son intercambiados por H+, los aniones por OH-, la combinación es H-OH, o agua! . Después del intercambio de cationes y aniones, el agua es filtrada para remover partículas de resina y algunas veces bacterias) antes de ser recirculada a través del sistema de distribución y retornar al desionizador, usualmente vía un tanque de reserva. Las resinas catiónica y aniónica son regenerados usando ácido clorhídrico e hidróxido de sodio respectivamente. Debe tener disponible las especificaciones de estos materiales para que las revise el inspector. También son comunes los desionizadores de lecho mixto. Ellos podrían estar más propensos a contaminación bacteriana y por eso el inspector debe revisarlas cuidadosamente. Deben ser desinfectados a intervalos regulares. El calor no es una opción debido al material de la resina. Además, muchos de los desionizadores son fabricados de materiales plásticos. Sin embargo, los productos químicos usados para regenerarlas son biocidas efectivos y por eso el sistema debería ser regenerado frecuentemente, por los menos una vez por semana, sin importar las lecturas de conductividad. Los inspectores deben pedir los registros de sanitización de manera que ellos puedan ser revisados. La desinfección del agua circulante es necesaria; esto puede lograrse por irradiación UV en la línea y/o por ozonización

29 Tratamiento de aguas El acondicionamiento a realizar a un agua para un uso determinado, dependerá de las condiciones de base que presente según su fuente y el uso posterior al que se lo destine (especificaciones que debe cumplir para el uso determinado)

30 Desalinización de agua de mar por osmosis reversa
Teoría de la ósmosis reversa (OR) agua sin tratar Presión alta Agua alimentada bajo presión rechazada agua Semipermeable Membrana permeada drenar o reciclar Presión baja purificada

31 Esquema del proceso de purificación de agua por Osmosis Reversa
Branch Tanque de reserva de la segunda etapa Cartucho de filtro de 1 µm Cartucho de OR de la segunda etapa El filtrado de la primera etapa alimenta la OR de la segunda etapa con retorno del exceso al tanque de reserva de la 1a etapa . Concentrado rechazado de la 1a etapa Escape de aire a la cloaca El agua rechazada de la segunda etapa regresa al tanque de reserva de la primera etapa El agua de la OR de la segunda etapa cumple con los estándares de la Farmacopea Salidas o almacenamiento Agua proveniente del suavizador o del desionizador El agua retorna al tanque de reserva de la primera etapa Esquema de una OR típica en dos etapas Bomba sanitaria Cartucho de OR de la primera etapa Bomba de alta presión de la primera etapa

32 Bibliografía APHA,AWWA, WPCF. Métodos normalizados para el análisis de aguas potables y residuales. Ed. Díaz de Santos, S.A. Madrid Pág BRICEÑO, C.O y CACERES, RODRIGUEZ. Lilia de. Química General. Curso Universitario. Pime Editores NALCO. Manual del agua. Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones. Tomo III. Mc Graw-Hill. 1989 RODIER, J. Análisis de las aguas. Ed. Omega. Barcelona. 1981 SIERRA J.H Análisis de aguas potables y aguas residuales. Universidad de Antioquia. Medellín Pág Aguas Argentinas, “El tratamiento del agua en la Planta San Martín”, El agua potable en Buenos Aires, s.f, p.6-7. EL OCEANO Y SUS RECURSOS,  JUAN LUIS CIFUENTES LEMUS PILAR TORRES-GARCÍA / MARCELA FRÍAS M. D. R. 1995, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA