CAP-3 TRATAMIENTO-DE-AGUA-EN-LA-INDUSTRIA.pdf

DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES I

1 CONTENIDO 1. OBJETIVOS .................................................................................................................... 4 1.1

OBJETIVO GENERAL.............................................................................................. 4

1.2

OBJETIVO ESPECIFICO ESPECIFICO ......................................................................................... 4

2

INTRODUCCION............................................................................................................. 4

3

CONTAMINACION QUIMICA, FISICA Y MECANICA DEL AGUA EN LA NATURALEZA 5

4

3.1

CONTAMINANTES CONTAMINANTES DE NATURALEZA NATURALEZA QUÍMICA .................................................... 5

3.2

CONTAMINANTES CONTAMINANTES FÍSICOS ................................................................................... 9

POTABILIZACION POTABILIZACION DEL AGUA ...................................................................................... 10 4.1

CAPTACIÓN........................................................................................................... 11

4.2

CONDUCCIÓN ....................................................................................................... 11

4.3

FLOCULACIÓN FLOCULACIÓN ...................................................................................................... 11

4.4

SEDIMENTACIÓN SEDIMENTACIÓN .................................................................................................. 11

4.5

FILTRACIÓN .......................................................................................................... 12

4.6

DESINFECCIÓN DESINFECCIÓN .................................................................................................... 12

5

METODOS DE ELIMINACION ELIMINACION DEL SILICE................................................................... 12

6

DESAIREACION, DESAIREACION, OXIGENACION, OXIGENACION, EVAPORACION EVAPORACION ..................................................... 13

7

CLARIFICACIÓN CLARIFICACIÓN DEL AGUA ........................................................................................ 14 7.1

SEDIMENTACIÓN SEDIMENTACIÓN .................................................................................................. 14

7.2

COAGULACIÓN COAGULACIÓN ..................................................................................................... 14

7.2.1

PRUEBAS DE LABORATORIO LABORATORIO ....................................................................... 15

7.2.2

COAGULANTES COAGULANTES ............................................................................................. 16

7.3

8

9

FILTRACIÓN .......................................................................................................... 18

7.3.1

FILTROS DE PRESION .................................................................................. 18

7.3.2

FILTROS DE GRAVEDAD GRAVEDAD............................................................................... 19

7.4

CLORACIÓN .......................................................................................................... 19

7.5

ESTERILIZACIÓN ESTERILIZACIÓN .................................................................................................. 20

FORMACIÓN DE INCRUSTACIONES INCRUSTACIONES .......................................................................... 21 8.1

SUS CAUSAS ........................................................................................................ 22

8.2

MECANISMOS MECANISMOS DE FORMACION FORMACION ........................................................................... 23

8.3

REACCIONES REACCIONES QUIMICAS ..................................................................................... 26

FRAGILIDAD CAUSTICA, CAUSTICA, CAUSAS.............................................................................. 26

10 PROCESOS DE ABLANDAMIENTO DEL AGUA, DUREZA TEMPORAL Y PERMANENTE, PERMANENTE, UNIDADES UNIDADES ................................................................................................. 27 10.1 ABLANDAMIENTO ABLANDAMIENTO DEL AGUA .............................................................................. 27 1


10.1.1

APLICACIÓN APLICACIÓN DEL ABLANDADOR ABLANDADOR DE DE AGUA................................................. 27

10.1.2

FUNCIÓN DEL ABLANDA ABLANDADOR DOR DEL DEL AGUA AGUA .................................................... 28

10.2 DUREZA DEL AGUA. ............................................................................................. 28

11

10.2.1

DUREZA TEMPORAL ..................................................................................... 29

10.2.2

DUREZA PERMANENTE PERMANENTE ................................................................................ 29

METODO DE CAL-SODA, CAL-SODA, PROCESOS PROCESOS EN CALIENTE ............................................ 30

11.1 DOSIFICADORES DOSIFICADORES QUIMICOS ............................................................................... 31 11.2 CALENTADOR PRIMARIO, CONDENSADOR DE PURGA, DESAEREADOR ...... 32 11.3 TANQUES DE ASENTAMIENTO ASENTAMIENTO ........................................................................... 33 11.4 FILTROS ................................................................................................................ 34 11.5 DOSIS DE REACTIVOS REACTIVOS ......................................................................................... 34 11.6 ABLANDADORES PARA PROCESOS EN CALIENTE: TIPOS Y DISEÑOS DISEÑOS .......... ...... .... 35 12

METODO DEL AMONIACO, AMONIACO, FOSFATOS FOSFATOS DE SODIO ................................................ 38

13

PROCESOS POR INTERCAMBIO IONICO, ZEOLITAS, RESINAS SINTETICAS ..... 38

13.1 APLICACIONES APLICACIONES ..................................................................................................... 39 14 DISEÑO DE LOS EQUIPOS PARA TRATAMIENTO DE AGUA, ANALISIS QUIMICOS DEL AGUA PARA LA INDUSTRIA, CONTROL DIARIO. ................................... 40 14.1 DISEÑO DE EQUIPOS EQUIPOS PARA PARA TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE AGUAS................................... 40 14.2 ANALISIS QUIMICO PARA PARA LA INDUSTRIAL INDUSTRIAL ......................................................... 40 15

TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS SERVIDAS Y RESIDUALES RESIDUALES ......................................... 41

15.1 TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE AGUAS AGUAS SERVIDAS SERVIDAS ................................................................ 41 15.1.1

SUSTANCIAS SUSTANCIAS QUÍMICAS ............................................................................... 41

15.1.2

PRINCIPALES PRINCIPALES PARÁMETROS PARÁMETROS ....................................................................... 42

15.1.3

ANÁLISIS MÁS FRECUENTES PARA AGUAS RESIDUALES ............ ...... ............ ........... ..... 42

15.2 TRATAMIENTO TRATAMIENTO DEL DEL AGUA AGUA RESIDUAL RESIDUAL ................................................................ 43 15.2.1

ETAPAS DEL TRATAMIENTO TRATAMIENTO DEL AGUA AGUA RESIDUAL RESIDUAL................................... 44

15.2.2

PRINCIPALES PASOS DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ....... ...... . 46

15.3 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS BIOTECNOLÓGICOS ....................................................................................................... 47 16

IMPACTO AMBIENTAL AMBIENTAL.............................................................................................. 50

16.1 IMPACTOS AMBIENTALES AMBIENTALES POSITIVOS POSITIVOS ............................................................... 51 16.2 IMPACTOS AMBIENTALES AMBIENTALES NEGATIVOS NEGATIVOS ............................................................. 51 17

APLICACIÓN APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA .............................................................................. 51

17.1 INDUSTRIA TEXTIL ............................................................................................... 54 17.1.1

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS...................................................... 54

2


10.1.1

APLICACIÓN APLICACIÓN DEL ABLANDADOR ABLANDADOR DE DE AGUA................................................. 27

10.1.2

FUNCIÓN DEL ABLANDA ABLANDADOR DOR DEL DEL AGUA AGUA .................................................... 28

10.2 DUREZA DEL AGUA. ............................................................................................. 28

11

10.2.1

DUREZA TEMPORAL ..................................................................................... 29

10.2.2

DUREZA PERMANENTE PERMANENTE ................................................................................ 29

METODO DE CAL-SODA, CAL-SODA, PROCESOS PROCESOS EN CALIENTE ............................................ 30

11.1 DOSIFICADORES DOSIFICADORES QUIMICOS ............................................................................... 31 11.2 CALENTADOR PRIMARIO, CONDENSADOR DE PURGA, DESAEREADOR ...... 32 11.3 TANQUES DE ASENTAMIENTO ASENTAMIENTO ........................................................................... 33 11.4 FILTROS ................................................................................................................ 34 11.5 DOSIS DE REACTIVOS REACTIVOS ......................................................................................... 34 11.6 ABLANDADORES PARA PROCESOS EN CALIENTE: TIPOS Y DISEÑOS DISEÑOS .......... ...... .... 35 12

METODO DEL AMONIACO, AMONIACO, FOSFATOS FOSFATOS DE SODIO ................................................ 38

13

PROCESOS POR INTERCAMBIO IONICO, ZEOLITAS, RESINAS SINTETICAS ..... 38

13.1 APLICACIONES APLICACIONES ..................................................................................................... 39 14 DISEÑO DE LOS EQUIPOS PARA TRATAMIENTO DE AGUA, ANALISIS QUIMICOS DEL AGUA PARA LA INDUSTRIA, CONTROL DIARIO. ................................... 40 14.1 DISEÑO DE EQUIPOS EQUIPOS PARA PARA TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE AGUAS................................... 40 14.2 ANALISIS QUIMICO PARA PARA LA INDUSTRIAL INDUSTRIAL ......................................................... 40 15

TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS SERVIDAS Y RESIDUALES RESIDUALES ......................................... 41

15.1 TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE AGUAS AGUAS SERVIDAS SERVIDAS ................................................................ 41 15.1.1

SUSTANCIAS SUSTANCIAS QUÍMICAS ............................................................................... 41

15.1.2

PRINCIPALES PRINCIPALES PARÁMETROS PARÁMETROS ....................................................................... 42

15.1.3

ANÁLISIS MÁS FRECUENTES PARA AGUAS RESIDUALES ............ ...... ............ ........... ..... 42

15.2 TRATAMIENTO TRATAMIENTO DEL DEL AGUA AGUA RESIDUAL RESIDUAL ................................................................ 43 15.2.1

ETAPAS DEL TRATAMIENTO TRATAMIENTO DEL AGUA AGUA RESIDUAL RESIDUAL................................... 44

15.2.2

PRINCIPALES PASOS DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ....... ...... . 46

15.3 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS BIOTECNOLÓGICOS ....................................................................................................... 47 16

IMPACTO AMBIENTAL AMBIENTAL.............................................................................................. 50

16.1 IMPACTOS AMBIENTALES AMBIENTALES POSITIVOS POSITIVOS ............................................................... 51 16.2 IMPACTOS AMBIENTALES AMBIENTALES NEGATIVOS NEGATIVOS ............................................................. 51 17

APLICACIÓN APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA .............................................................................. 51

17.1 INDUSTRIA TEXTIL ............................................................................................... 54 17.1.1

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS...................................................... 54

2


17.1.2

CICLO TOXICO TOXICO DE LA INDUSTRIA INDUSTRIA TEXTIL TEXTIL ................................................... 55

17.1.3 MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES RESIDUALES................................................................................................................ 55 17.1.4

DESCRIPCIÓN DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ..................................................................... 56

17.1.5

APLICACIONES APLICACIONES .............................................................................................. 58

18

CONCLUSION CONCLUSION ........................................................................................................... 58

19

BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................... 59

3


DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA PARA LA INDUSTRIA 1. OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL 

Conocer las principales operaciones, métodos y tecnologías que se involucran en el diseño de una planta de tratamiento de agua para la industria.

1.2 OBJETIVO ESPECIFICO   

2

Conocer el impacto ambiental del tratamiento de aguas en la industria. Mostrar la aplicación del tratamiento tratamient o de aguas en la industria de textil. Conocer el proceso del tratamiento de aguas residuales. INTRODUCCION

El agua, fundamental para los procesos industriales, que es usada en múltiples aplicaciones tales como refrigeración, líquido intermediario, producción de vapor, lavaderos, producción de aguas gaseosas, industria de la alimentación, etc,en su estado natural y dependiendo cuál es su procedencia (de ríos, deshielos, lagunas o napas subterráneas) posee distintos tipos de impurezas, sales minerales o material orgánico, así mismo el agua de lluvia al caer puede absorber oxígeno, CO2, nitrógeno, polvo y otras impurezas contenidas en el aire, y también disolver substancias minerales de la tierra. Esta contaminación puede acrecentarse además con ácidos procedentes de la descomposición de materias orgánicas, residuos industriales y aguas sépticas descargadas en lagos y ríos. Dentro del tratamiento de aguas la clarificación de esta consiste principalmente en: Sedimentación: La cual puede llevarse a efecto en lagos, estanques, depósitos o tanques, cuyos tamaños y periodos de retención pueden variar ampliamente, los periodos usados en sedimentación pueden variar desde algunas horas hasta un mes. Donde se emplean tanques o estanques, se recomienda el uso de deflectores para evitar los cortos circuitos. Coagulación: Tanto el color o la turbidez están formados por partículas coloidales por eso es es necesario tratar el agua antes de filtrarla, de manera que estas partículas se aglomeren formando grumos, este tratamiento se llama coagulación Filtración: Los tipos de filtros usados para la filtración de agua casi todos son del diseño que emplea material granulado como medio filtrante, tales como arena fina o “antrafilt”.

Cloración: El efecto letal del cloro y sus derivados, se debe a una acción combinada de su efecto oxidante sobre los constituyentes de la célula y a la interacción con algunas sustancias celulares y la consiguiente intoxicación de los microorganismos.

4


Sin embargo hace que exista formación de incrustaciones en tubos de la planta de tratamiento de agua se debe por perturbar el estado natural de este puede ser con el cambio de temperatura o presión, la liberación de un gas, una modificación del PH o el contacto con agua incompatible, existe aguas de producción que a pesar de encontrarse sobresaturadas y ser proclives a las incrustaciones minerales, no presentan problema alguno. Las incrustaciones se desarrollan a partir de una solución. El primer desarrollo dentro de un fluido saturado es una formación de grupos de átomos inestables, proceso denominado nucleación homogénea. Los grupos de átomos forman pequeños cristales (semillero de cristales) provocado por fluctuaciones locales en el equilibrio de la concentración de iones en las soluciones sobresaturadas En el agua aparte de que tenga impurezas, también tiene un grado de dureza que está determinada por la cantidad de sales de calcio calc io y magnesio que contenga. Por eso es necesario ablandar el agua entre los métodos empleados para lograr esto podemos mencionar al procedimiento de agua cruda con cal-soda en caliente que es un proceso continuo en el cual el agua se calienta se trata con una cantidad dada de reactivo químico, se asienta y se filtra. Las sustancias químicas usadas son cal hidratada y soda ash. En lugar de comprar cal hidratada se puede comprar cal viva y se apaga antes de usarse. Cuando se requiere para la eliminación de sílice, pueden usarse también cal dolomítica hidratada y/o magnesia activada. El equipo usado consiste en los siguientes cuatro elementos: dosificador, calentador primario, tanque de asentamiento, filtros. Además se puede usar un desaereador como parte integral del tanque de asentamiento o como una unidad separada. 3

CONTAMINACION QUIMICA, FISICA Y MECANICA MECANICA DEL AGUA EN LA NATURALEZA

Considerando que los contaminantes del agua son muy heterogéne os, tanto por su diversidad, naturaleza, comportamiento, comportami ento, importancia de cada uno, así como por sus efectos o riesgos para la salud derivados de su presencia en el agua, se pueden establecer las siguientes categorías en relación con su naturaleza:   

Contaminantes de naturaleza química (inorgánicos y orgánicos). Contaminantes de naturaleza biológica (por organismos patógenos). Contaminantes de naturaleza física (mecánica, térmica, radiactiva)

3.1 CONTAMINANTES DE NATURALEZA QUÍMICA CONTAMINANTES INORGÁNICOS: INORGÁNICOS : Los contaminantes inorgánicos son diversos productos disueltos o dispersos en el agua que provienen de descargas domésticas, agrícolas e industriales o de la erosión del suelo. Los principales son cloruros, sulfatos, nitratos y carbonatos. También desechos ácidos, alcalinos y gases tóxicos disueltos en el agua como los óxidos de azufre, de nitrógeno, amoníaco, cloro y sulfuro de hidrógeno (ácido sulfhídrico). Buena parte de la fracción inorgánica está en forma soluble, aunque también es significativa la parte insoluble que se presenta en forma de partículas en suspensión. Por su impacto

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ambiental son más relevantes las especies solubles dado que en esta forma las sustancias son más móviles y su alcance tóxico es mayor. Entre los contaminantes inorgánicos de las aguas pueden destacarse: Iones nitrogenados: se encuentran en forma de NO3-, NO2-, NH4+ y N orgánico. Los nitritos y el amonio son muy inestables y tienden a oxidarse a nitrato. Una excesiva carga de nutrientes nitrogenados en cuencas vertientes a lagos o embalses puede provocar la eutrofización de los mismos, o en los ríos con la posible incidencia de las aguas subterráneas. La presencia de cantidades excesivas de nitratos en las aguas puede provocar en los lactantes efectos mortales (cianosis) por la formación de metahemoglobina, y en adultos, nitrosaminas, cancerígenas, por la reacción de nitratos con aminas y aminoácidos. Generalmente son indicadores de contaminación agrícola. Iones cianuro: Su presencia en el agua indica siempre una contaminación de tipo industrial, procede usualmente de galvanoplastias, altos hornos y coquerías. Su toxicidad es muy elevada. Iones sulfato: La contaminación por estos iones se debe mayoritariamente al aporte de la lluvia (lluvia ácida) y origina una acidificación del medio acuático provocando graves alteraciones sobre la vida del mismo. La disminución del pH, por ejemplo, puede ser particularmente devastadora para las salamandras y las ranas, durante los primeros ciclos de vida, así como también para algunos peces. Metales pesados: Aunque muchos de los elementos metálicos son necesarios para el desarrollo de los organismos vivos, al exceder de una determinada concentración pueden resultar perjudiciales. Muchos de estos elementos tienen afinidad por el azufre, con lo que atacan los enlaces que conforman este elemento en las enzimas produciendo su inmovilización. Otros, como el cadmio, el cobre o el plomo (en forma iónica) forman complejos estables con los grupos amino y carboxílico, dificultando los procesos de transporte a través de las paredes celulares.Los metales pesados constituyen un importante problema mundial. Esta problemática se encuentra relacionada con su persistencia en el medio, y el consecuente factor de acumulación. Origen de algunos metales traza en las aguas y principales efectos sobre la salud (Manahan, 1991; López Vera, 1991; Vandecateele y Block, 1993). Contaminante Origen Plata

Medio geológico, procesado fotográfico, electrodeposición, desinfección del agua

Toxicidad (individuo 80 kg)

de

Otros efectos Coloración azul-grisácea en piel, membranas mucosas, ojos

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Arsénico

Bario Boro

Berilio

Calcio Cadmio

Cobalto

Cromo

Cobre

Medio geológico, Dosis letal 130 Posible cancerígeno en pesticidas, minería, mg. Acumulativo concentraciones menores, residuos químicos inhibe la producción de ATP, coagula proteínas, forma complejos con enzimas Acumulativo Dosis letal 600 Alta DBO. Agua sin oxígeno. mg. Olores por HS Carbón, detergentes, Dosis letal 5-20 Náuseas y calambres algunas g intestinales en dosis menores plantas(cítricos), residuos industriales Carbón, industrial Toxicidad aguda y crónica, espacial y nuclear posiblemente cancerígeno, beriliosis, (fibrosis pulmonar y pneumonitis) Posibles cálculos biliares a elevadas concentraciones. No acumulativo Medio geológico, Dosis letal 9 g Reemplaza bioquímicamente minería, al Zn, causa elevada presión electrodeposición, en la sangre y problemas tuberías renales, destruye el tejido testicular y los glóbulos rojos, tóxico para la biota acuática, afecta a enzimas importantes; acumulativo en hígado, riñón y páncreas Medio geológico, Elemento esencial, forma minería, metalurgia parte de la vitamina B-12, tóxico para las plantas a pH ácido Electrodeposición, Dosis letal 0.5 g Efectos corrosivos en el curtido intestino.

Medio geológico, minería, electrodeposición, residuos industriales

Mercurio

Medio geológico, minería, pesticidas

Hierro

Medio geológico, corrosión de

Posible cancerígeno como Cr(VI) Elemento esencial para la hemoglobina. Baja toxicidad para animales (vómitos a elevadas concentraciones), tóxico para plantas y algas a niveles moderados No acumulativo Toxicidad aguda y crónica, especialmente complejos organometálicos, síntomas psicopatológicos Nutriente esencial, componente de la

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metales, residuos industriales Manganeso

Medio minería

geológico,

Molibdeno

Medio minería

geológico,

Magnesio

Níquel Plomo

Residuos industriales Medio geológico, Veneno minería, fundiciones, acumulativo gasolina, tuberías

Selenio

Medio geológico

Estaño

Residuos industriales

V

Medio geológico

Cinc

Medio, geológico, residuos industriales

hemoglobina, deficiencia provoca anemia, no muy tóxico, perjudica materiales Elemento esencial, baja toxicidad para animales, tóxico para las plantas a altas concentraciones, mancha materiales Elemento esencial, tóxico en altas concentraciones Sabor desagradable. Posiblemente relacionado con encefalitis a elevadas concentraciones Posiblemente esencial, interfiere con la absorción Sabor desagradable. Inhibición de la síntesis de hemoglobina. Tóxico (anemia, riñones, sistema nervioso). Posiblemente relacionado con encefalitis a elevadas concentraciones Esencial a baja concentración, tóxico a altas concentraciones. Posible cancerígeno Posiblemente esencial, interacciones metabólicas poco conocidas Posiblemente esencial, interfiere con la absorción del hierro Esencial en algunas metaloenzimas, ayuda a cicatrizar heridas

Fuente: M. Álvarez Cobelas & F. Cabrera Capitán, Eds., 1995,"La calidad de las aguas continentales españolas. Estado actual e Investigación", Geoforma ediciones

CONTAMINANTES ORGÁNICOS: Como compuesto orgánico se designa a un amplio grupo de compuestos químicos que tienen en común el hecho de que en su composición interviene siempre el carbono. Son, pues, los compuestos del carbono, aunque haya que exceptuar el propio carbono en sus distintas formas, sus óxidos, el ácido carbónico y sus sales, los carburos, los cianuros y algunos otros compuestos carbonados que son completamente inorgánicos.

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Los contaminantes orgánicos también son compuestos disueltos o dispersos en el agua que provienen de desechos domésticos, agrícolas, industriales y de la erosión del suelo. Son desechos humanos y animales, de rastros o mataderos, de procesamiento de alimentos para humanos y animales, diversos productos químicos industriales de origen natural como aceites, grasas, breas y tinturas, y diversos productos químicos sintéticos como pinturas, herbicidas, insecticidas, etc. Los contaminantes orgánicos consumen el oxígeno disuelto en el agua y afectan a la vida acuática. De entre los contaminantes orgánicos merece la pena destacar a los plaguicidas. Se trata de agentes que combaten los organismos que atacan al alimento y a otros materiales esenciales para los seres humanos, por lo que tienen un uso fitosanitario, ganadero, doméstico, ambiental (desinfección y desratización), en la industria alimentaria e incluso en la higiene personal. Muchos de ellos tienen un origen sintético de modo que en el medio son difícilmente biodegradables por los microorganismos, si además tenemos en cuenta su amplia toxicidad con los organismos, nos daremos cuenta de la importancia que tiene su control. Contaminantes de naturaleza biológica: El principal problema de la contaminación microbiológica de las aguas, consiste en la propagación de enfermedades producidas por virus y bacterias que sean introducidos al río y/o acuífero por vertidos de aguas fecales de origen humano o animal. Grupo Virus

Bacterias

Agente Virus A de la hepatitis dérmica

Efecto Hepatitis epidérmica

Coxackia

Afección gastrointestinal

Adenovirus

Conjuntivitis

Salmonella typhi

Fiebre tifoidea

Salmonella paratyphi

Fiebre partifica

Shigella disenteriae

Disentería bacilar

Vibrio cholerae

Cólera

Escherechia coli Yersinia enterocolitica Campylobacter fetus 3.2 CONTAMINANTES FÍSICOS Sustancias radiactivas. Isótopos radiactivos solubles pueden estar presentes en el agua y, a veces, se pueden ir acumulando a lo largo de las cadenas tróficas, alcanzando

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concentraciones considerablemente más altas en algunos tejidos vivos que las que tenían en el agua. CONTAMINACIÓN TÉRMICA: El agua caliente liberada por centrales de energía o procesos industriales eleva, en ocasiones, la temperatura de ríos o embalses con lo que disminuye su capacidad de contener oxígeno disuelto y por tanto afecta a la vida de los organismos. Indicadores de la contaminación del agua Indicadores físico-químicos: Sólidos totales: comprende la materia (orgánica e inorgánica) disuelta, coloidal Color: debe ser incolora; las aguas residuales tienen un color entre gris y negro. Olor: ser inodora; las aguas residuales domésticas tienen un olor desagradable. Temperatura: influye en el desarrollo de la vida acuática, el oxígeno disuelto. Turbidez: es mayor cuanto mayor es la contaminación del agua. pH: mide la concentración de hidrogeniones; pH del agua potable entre 6,5-8,5. (DBO): determina midiendo la cantidad de oxígeno consumido por los microorganismos.2mg/l

      

Indicadores microbiológicos:  

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Coliformes: Escherichia coli; sirven como indicadores de contaminación fecal. Otros indicadores: Elementos no deseables y/o tóxicos: Al, As, Fe, Mn, Ti, Zn, Sb, Ag, Ba, Cr, Sn, F, Hg, Ni, Pb, Se,Micro contaminantes orgánicos: hidrocarburos clorados, hidrocarburos aromáticos poli cíclicos, aceites y grasas, pesticidas, detergentes, cianuros, fenoles, etc.

POTABILIZACION DEL AGUA

Al proceso de conversión de agua común en agua potable se le denomina potabilización. Para confirmar que el agua ya es potable, debe ser inodora (sin olor), incolora (sin color) e insípida (sin sabor). Los procesos de potabilización son muy variados, por ejemplo una simple desinfección, para eliminar los patógenos, que se hace generalmente mediante la adición de cloro, mediante la irradiación de rayos ultravioletas, mediante la aplicación de ozono, etc. Estos procedimientos se aplican a aguas que se originan en manantiales naturales o para las aguas subterráneas. Si la fuente del agua es superficial, agua de un río arroyo o de un lago, ya sea natural o art ificial, el tratamiento suele consistir en un stripping de compuestos volátiles seguido de la precipitación de impurezas con floculantes, filtración y desinfección con cloro u ozono. El caso extremo se presenta cuando el agua en las fuentes disponibles tiene presencia de sales y/o metales pesados. Los procesos para eliminar este tipo de impurezas son generalmente complicados y costosos. En zonas con pocas precipitaciones y zonas de y disponibilidad de 10


aguas marinas se puede producir agua potable por desalinización. Este se lleva a cabo a menudo por ósmosis inversa o destilación. Sin embargo, la potabilización del agua puede resumirse en los siguientes pasos: 4.1 CAPTACIÓN La captación de aguas superficiales se realiza por medio de tomas de agua que se hacen en los ríos o diques. El agua proveniente de ríos está expuesta a la incorporación de materiales y microorganismos requiriendo un proceso más complejo para su tratamiento. La turbiedad, el contenido mineral y el grado de contaminación varían según la época del año (en verano el agua de nuestros ríos es más turbia que en invierno). La captación de aguas subterráneas se efectúa por medio de pozos de bombeo ó perforaciones. 4.2 CONDUCCIÓN Desde la toma de agua del río hasta los presedimentadores, el agua se conduce por medio de aqueductos ó canales abiertos. Esta etapa se realiza en piletas preparadas para retener los sólidos sedimentables (arenas), los sólidos pesados caen al fondo. En su interior las piletas pueden contener placas o seditubos para tener un mayor contacto con estas partículas. El agua pasa a otra etapa por desborde. Agregado de productos químicos:El agregado de productos químicos (coagulantes) se realiza para la desestabilización del coloide o turbiedad del agua. 4.3 FLOCULACIÓN En los floculadores, que pueden ser mecánicos o hidráulicos, se producen la mezcla entre el producto químico y el coloide que produce la turbiedad, formando los floculos. Los floculadores mecánicos son paletas de grandes dimensiones, y velocidad de mezcla baja. Son hidráulicos con canales en forma de serpentina en la cual se reduce la velocidad de ingreso del agua produciendo la mezcla. 4.4 SEDIMENTACIÓN La sedimentación se realiza en decantadores o piletas de capacidad variable, según la Planta Potabilizadora. En ellos se produce la decantación del floculo, que precipitan al fondo del decantador formando barros. Normalmente la retención de velocidad del agua que se produce en esta zona es de 40 minutos a una hora.

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Los decantadores o sedimentadores es su tramo final poseen vertederos en los cuales se capta la capa superior del agua – que contiene menor turbiedad – por medio de estos vertederos el agua pasa a la zona de filtración. 4.5 FILTRACIÓN Un filtro está compuesto por un manto sostén: piedras, granza y arena. La filtración se realiza ingresando el agua sedimentada o decantada por encima del filtro. Por gravedad el agua pasa a través de la arena la cual retiene las impurezas o turbiedad residual que queda en la etapa de decantación. Los filtros rápidos tienen una carrera u horas de trabajo de aproximadamente 30 horas. Una vez que el filtro colmató su capacidad de limpieza, se lava ingresando agua limpia desde la parte inferior del filtro hacia arriba, esto hace que la suciedad retenida en la arena, se despegue de la misma. 4.6 DESINFECCIÓN Una vez que el agua fue filtrada, pasa a la reserva, allí se desinfecta según distintos métodos. El más usado es el agregado de cloro líquido. El cloro tiene la característica química de ser un oxidante, lo cual hace que se libere oxígeno matando los agentes patógenos, por lo general bacterias anaeróbicas. Otros desinfectantes utilizados son: hipoclorito de sodio, hipoclorito de calcio (pastillas), ozono, luz ultravioleta, etc. Durante todo el proceso de potabilización se realizan controles analíticos de calidad. 5

METODOS DE ELIMINACION DEL SILICE

El silicio es el segundo elemento más abundante del planeta y se encuentra en la mayoría de las aguas. Es el constituyente común de las rocas ígneas, el cuarzo y la arena. La sílice existe normalmente como oxido (como Si02 en la arena y como silicato Si03= ). Puede estar en forma insoluble, soluble y coloidal. Muchas aguas naturales contienen menos de 10 mg/l de sílice, algunas pueden llegar a contener hasta 80 mg/l. Las aguas volcánicas la contienen abundancia. El análisis de la sílice en el agua de alimentación de las calderas de alta presión, es de gran importancia para evitar la formación de depósitos duros de sílice en los tubos de las calderas y en las aspas de las turbinas de vapor. Es importante conocer el contenido de la sílice en aguas de uso industrial y aguas de desecho. Los análisis de la sílice, también proporcionan un método sensitivo para el control de la operación los desmineralizadores de agua, ya que la sílice es una de las primeras impurezas que salen a través de una unidad agotada. Se puede eliminar la sílice del agua por: intercambio iónico destilación

 

12

DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES I  

tratamientos con cal carbonato y magnesio

En ocasiones es usado para formar capas protectoras internas en las tuberías para inhibir la corrosión. No tiene efectos tóxicos conocidos. 6

DESAIREACION, OXIGENACION, EVAPORACION

DESAIREACION: También llamada desgasificación. Consiste en extraer los gases disueltos (oxígeno, anhídrido carbónico). Se consigue calentando el agua de alimentación, proporcionando una gran área de contacto agua-aire (ducha o agitación). La desaireación se basa en los siguientes dos principios científicos: a) El primero puede ser descrito por la ley de Henry, el cual afirma que la solubilidad de un gas en una solución disminuye, cuando la presión parcial sobre la solución disminuye. b) El segundo principio que gobierna la desaireacion, es la relación que existe entre la solubilidad y la temperatura. La solubilidad de un gas en una solución disminuye a medida que la temperatura de la solución aumenta y alcanza la temperatura de saturación. El tipo más común de agua corrosiva es la que tiene disuelto aire. Ya que es el contenido de oxígeno disuelto la causa de la corrosión, esta se conoce como “corrosión por oxígeno disuelto”. En atmosfera seca, el hierro no se oxida. Si un espécimen de hierro se coloca dentro

de agua perfectamente desaireada con un PH no demasiado bajo, no se aprecia una corrosión notable. Pero si la muestra se sumerge en agua que contenga oxígeno disuelto, la corrosión se hace rápidamente evidente. La velocidad de la corrosión por el oxígeno disuelto se aumenta bajando el PH del agua y se disminuye elevándolo. Consecuentemente, cuando están presentes aire y gran cantidad de bióxido de carbono libre en aguas de baja alcalinidad, la corrosión toma lugar más rápidamente que en aguas de la misma alcalinidad pero de menor contenido de bióxido de carbono. Si hay suficiente CO2 libre para bajar el PH, el agua puede ser corrosiva aun cuando esté libre de oxígeno disuelto. De una manera general, se puede decir que el oxígeno es 10 veces más corrosivo que el CO2. La velocidad de la corrosión por oxígeno disuelto en los calentadores de agua aumenta rápidamente con los aumentos en la temperatura, hasta un máximo de 76,7 °C. Inversamente, bajando la temperatura, la velocidad de corrosión baja prontamente. En general, podemos suponer que esta reacción, de acuerdo con la regla química, se dobla en velocidad por cada 10 °C de aumento en la temperatura. Generalmente se puede esperar que a altas temperaturas la corrosión por el oxígeno sea 200 veces mayor que a 0°C. Sin embargo es conocido en la práctica, que las líneas de agua caliente de baja dureza se corroen más rápidamente que las que transportan agua fría, y la peor “agua roja” se obtiene

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de las purgas de líneas de agua caliente (con aguas de alta dureza de bicarbonato, la película de carbonato de calcio que se forma de una protección definitiva al metal que recubre). Obviamente deben evitarse depósitos muy fuertes de carbonato de calcio; sin embargo en muchos sistemas municipales de distribución de agua, de sistemas de enfriamiento, donde el agua se recircula a través de torres de enfriamiento abiertas, etc. Muy a menudo se emplean estas delgadas capas de carbonato de calcio para reducir la corrosión. También en las calderas antiguas de baja presión, los operadores frecuentemente confiaban en estos dispositivos para reducir la corrosión de la caldera, naturalmente esto no evita la corrosión en las líneas de retorno de condensado 7

CLARIFICACIÓN DEL AGUA

Para eliminar materia orgánica, color, y turbidez del agua se emplean los siguientes procedimientos: 7.1 SEDIMENTACIÓN Se refiere a la remoción (mover, que cambia la situación) sin ayuda de coagulantes, de materia suspendida, reduciendo la velocidad del agua hasta que sea prácticamente nula. Usualmente la eliminación que se logra es solo parcial, dependiendo de la materia que se trate, temperatura del agua y la amplitud de los tiempos de retención. Como las partículas pueden variar en un amplio margen, desde material relativamente grueso hasta materia coloidal Debe hacerse una serie de pruebas en las cuales el grado de sedimentación efectuado en ciertos periodos se determine cuidadosamente. Estas pruebas servirán para mostrar que tanto el material suspendido puede ser removido en varios periodos de sedimentación y determinar si puede haber economía en el uso de coagulantes mediante sedimentación primaria. La sedimentación puede llevarse a efecto en lagos, estanques, depósitos o tanques, cuyos tamaños y periodos de retención pueden variar ampliamente, los periodos usados en sedimentación pueden variar desde algunas horas hasta un mes. Donde se emplean tanques o estanques, se recomienda el uso de deflectores para evitar los cortos circuitos. En los grandes lagos y depósitos el periodo de retención puede ser tan largo que no solo se elimina la materia gruesa sino también los sedimentos muy finos Ocasionalmente las aguas de pozo profundo que han sido claras, se vuelven “arenosas”. Esta

arena usualmente se elimina en equipo de sedimentación relativamente pequeño, conocido como desarenador. Por lo tanto, en algunos casos, los sólidos suspendidos pueden ser eliminados por sedimentación simple, pero esto es una cosa excepcional y generalmente se requiere la combinación de varios procesos. 7.2 COAGULACIÓN El color o la turbidez están formados por partículas coloidales por eso es necesario tratar el agua antes de filtrarla, de manera que estas partículas se aglomeren formando grumos, este 14


tratamiento se llama coagulación, las sustancias químicas usadas son coagulantes y los precipitados gelatinosos que se obtiene se llama floculos. Si los floculos se producen en condiciones apropiadas, capturaran ya sea electroforesis o por entrampamiento simple los suspensoides y formaran, por aglomeración, grumos suficientemente grandes que serán retenidos por el filtro, dando efluentes claros. La gran mayoría de los floculos se asientan fácilmente, de manera que con el uso de equipo apropiado para su manejo, la carga de los filtros se reduce grandemente. Las sustancias que se usan en la coagulación son compuestos de hierro y aluminio, usualmente sus sulfatos. Debido a su naturaleza acida, estas sustancias reaccionan con la alcalinidad natural o añadida del agua para formar hidróxidos y sulfatos respectivos. Generalmente se admite que los floculos los forman los hidróxidos de hierro o aluminio, pero en realidad son sulfatos básicos de composición compleja. La mayoría de las partículas coloidales que forman el color y turbidez, tiene cargas eléctricas negativas, mientras que los hidróxidos mencionados tienen carga positiva. De aquí que en la coagulación se encuentren involucrados fenómenos mecánicos y eléctricos Las dosis de coagulante y el PH óptimo varían para cada agua en particular. De una manera general, se puede decir que la dosis de coagulante varía desde fracciones de ppm hasta más de 80 ppm COAGULANTE Condición general Coagulante de aluminio Coagulante de hierro

5.5 a 6.8 3.5 a 5.5

PH Aguas muy altas en color PH< 5.5 -

aguas altas en solidos disueltos 7.5 -

Fuente: Nordell, Eskel,Eds.,Mexico continental,1965-64," Tratamiento de agua para la industria y otros usos”

Las aguas más difíciles de coagular son las aguas altas en color, libres de turbidez y de bajo contenido de materia inorgánica disuelta, para esto el rango de PH para una buena coagulación puede ser muy estrecho, pero puede ampliarse añadiendo una ayuda de la coagulación, tal como arcilla, sílice activada o polielectrolitos. El color se elimina a PH debajo de 6.5. Una agitación controlada también sirve para ampliar el margen de coagulación y el grado de agitación debe ser tal que permita una buena formación de coágulos y su siguiente asentamiento, pero no debe ser excesiva, ya que una agitación violenta evita la formación de floculos. 7.2.1 PRUEBAS DE LABORATORIO Para efectuar una buena coagulación, se deben determinar en el laboratorio mediante cuidadosas pruebas que se efectúan en frascos de vidrio de boca ancha, es preferible efectuar varias pruebas simultaneas empleando un agitador mecánico múltiple de velocidad variable. 15


La iluminación de los frascos de vidrio es probablemente la mejor manera de determinar el tipo de coagulación que se forma y el mejor método de lograr esto es dirigir un rayo luminoso por la parte inferior de los frascos, dirigido hacia arriba. Deben evitarse los efectos de calentamiento que esto podría acarrear. Una vez agitándolas vigorosamente y midiendo la cantidad deseada antes de que se asiente. Este procedimiento no es muy exacto, pero es suficientemente rápido y aproximado para indicar los rangos de dosificación. Se registra el tiempo para la formación de los floculos. Se detiene la agitación y se anota el tiempo necesario para el asentamiento. Esto generalmente se expresa como porcentaje sobre lo que se asienta en periodos de 5, 10 y 15 minutos. No hay un método bueno y precio de determinar estas constantes. Ya que esto se hace por estimación del observador, lleva implícito un error humano. Las primeras determinaciones usualmente no se hacen con mucha exactitud, sino que solo se busca determinar el grado de magnitud de los factores que interviene en el proceso de coagulación, posteriormente se refinan las determinaciones hasta alcanzar un grado de exactitud satisfactorio para cada caso. Con los volúmenes que se manejan en los equipos de coagulación, se obtienen mejores coagulaciones con menos dosis de coagulantes que las que usualmente se obtienen en los pequeños volúmenes de los frascos de boca ancha. Por lo que las pruebas en los frascos indican solamente las dosificaciones aproximadas y óptimos PH. Los ajustes finales se hacen en el equipo. 7.2.2 COAGULANTES Los coagulantes más comúnmente usados son: 7.2.2.1 SULFATO DE ALUNIMIO Este tipo de coagulante es el de uso mas amplio. Se dispone en formas acida y básica con contenido de  3 de 14.5 a 17.5 % (el contenido teórico de  3 en el sulfato puro es 15.3%).El contenido de agua de las formas industriales es de 14 moleculas de agua, se puede comprar en forma granular, cristales, polvo o solución. Al disolver las formas solidas se recomiendan contar con agitación mecánica. Este reactivo se puede dosificar con dosificadores en seco, electroquímicos, de gravedad por orificio, de presión,etc. 7.2.2.2 SULFATO FERRICO

 (4)3 En EEUU se conocen 2 formas comerciales,”Ferrisul” y “Ferrifloc”, difieren los grados de este producto en su contenido de sulfato férrico que generalmente varia de 70 a 90%. Algunos tipos tienen cantidades apreciables de sulfato de aluminio. En el mercado se encuentran en forma granular. El sulfato férrico es muy soluble y sus soluciones se preparan fácilmente por agitación con dos partes de agua y una parte de sulfato. La solución concentrada se diluye a la cantidad deseada. Las soluciones diluidas se hidrolizan a hidróxido férrico. No se recomienda guardar soluciones concentradas por mucho tiempo. 16


El sulfato férrico puede dosificarse tanto en solución como solido; en la dosificación como liquido deben emplearse materiales no corroibles tales como hule, plomo, cerámica, durion y acero inoxidable. El PH óptimo para la coagulación debe determinarse por experimentos en el laboratorio. Sus reacciones con sustancias alcalinas usualmente se indican para mostrar la precipitación del hidróxido férrico. 7.2.2.3 SULFATO FERROSO

4 ∗ 7 .Comunmente se conoce como coperas. En el mercado se encuentra en forma granular o formando cristales, es fácilmente soluble en agua. Reacciona con la alcalinidada para formar hidróxido ferroso que tiene una solubilidad de 4 ppm como Fe que es muy alta. Debe por lo tanto oxidarse a la forma ferrica Fe (OH)3 que tiene una solubilidad despreciable (menos de 0.01 ppm). A valores de PH arriba de 7, esta oxidación debe llevarse a efecto aireando el agua, o por clorinacion a valores de PH mucho más bajos. Teóricamente, cada parte por millón de sulfato ferroso añadido, requiere solamente 0.03 ppm de oxígeno para oxidarse. De manera que si un agua superficial contiene únicamente 6 ppm de oxígeno disuelto, contendrá cerca del doble de la cantidad teórica necesaria para oxidar 104 ppm de sulfato ferroso, siempre que el PH sea alto 7.2.2.4 COPERAS CLORINADA Cuando el ion ferroso de sulfato ferroso se oxida con cloro hasta ion férrico, el tratamiento se llama “clorinacion de coperas“, la fórmula de esta sustancia química puede ser Fe S 4 , 7  + 1⁄ . Sin embargo, en el tratamiento del agua, tanto el sulfato como el cloro se alimentan 2 separadamente. Teóricamente, cada ppm de sulfato ferroso requiere 0.126 ppm de cloro para oxidarse. 7.2.2.5 ALUMBRE DE POTASIO O AMONIO Estos dos coagulantes, ya sea en forma cristalina o en forma de grumos, son los únicos que se pueden usar en los alimentadores de tipo presión de solución. Las fórmulas para estos compuestos son: Al (S4 )3 *(N4)S4* 24 . Las reacciones del alumbre de amonio son similares, solo que se produce sulfato de amonio, (N4 ) 4 en lugar de sulfato de potasio. 7.2.2.6 ALUMINATO DE SODIO El aluminato de sodio NaAl  difiere de los anteriormente descritos, en que tiene carácter alcalino en sus reacciones. Cuando se usa para coagular aguas turbias o coloreadas, usualmente se dosifica junto con sulfato de aluminio. También reacciona con el C  libre. La composición del aluminato de sodio varia, pero de una manera general puede esperarse que contenga el 88% de NaAl , el resto es bicarbonato de sodio de hidróxido de sodio. Esta sustancia puede dosificarse tanto con dosificadores en seco coom aparatos para manejas soluciones. Es muy en agua, 30 partes por cada 100 partes de agua partes de agua a 0°C. Generalmente se recomienda calentar para facilitar la solución. No se preparen soluciones que deban almacenarse por periodos de tiempos mayores de 24 horas, ya que a menos de que tengan una fuerte alcalinidad residual, estas soluciones depositan un residuo difícil de eliminar.

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El aluminato de sodio se vende en sacos o cuñetes que deben abrirse inmediatamente antes de usarse. Su peso es de 53 a 60 lb/pie2 y una tonelada requiere de 35 a 38 pies3 7.3 FILTRACIÓN Los tipos de filtros usados para la filtración de agua casi todos son del diseño que emplea material granulado como medio filtrante, tales como arena fina o “antrafilt”, a tr avés de los cuales el agua se filtra en flujo descendente. A este tipo de filtros se le conoce genéricamente como filtros de arena. Al tipo antiguo de filtro de baja velocidad se le llamaba filtro inglés. No se agregaba coagulante y debían madurarse por algún tiempo hasta que apareciera el “schmutzdecke”, especie de sedimento formado por desarrollo bacteriano en la superficie del

filtro, una vez que esto se lograba se iniciaba la filtración del agua. La velocidad de filtración a través de este tipo de filtro era muy lenta, y se expresaba en galones por acre de área de filtración. 3 a 8 millones de galones por acre por dia

0.048 a 0.128 gpm/pie2

Aun cuando un buen número de estos filtros se encuentran en operación, no se han hecho nuevas instalaciones usando este tipo de filtración. Modernamente se usa el filtro rápido o americano. A este filtro no es necesario someterlo a procesos de maduración. En su operación se usan coagulantes, y usualmente es suficiente un periodo de dos a tres minutos al iniciar el ciclo para que el efluente este completamente claro. La velocidad de filtración por este tipo de filtro es de 3 gpm/pie2. Para uso municipal se diseñan con dos gpm/pie2 Los filtros rápidos se pueden dividir en dos clases: 1.- de presión 2.- de gravedad En las instalaciones industriales se usa casi siempre el primer tipo. Pero cuando se manejan grandes volúmenes de agua se usa el tipo de gravedad, principalmente en el proceso de ablandamiento de cal en frio. 7.3.1 FILTROS DE PRESION Los filtros de presión se fabrican en el tipo vertical y horizontal, los filtros están formados por una coraza metálica cilíndrica con tapas abombadas que contienen una capa de medio filtr ante (arena o antrafilt) soportado por capas de grava o antrafilt, equipados con los accesorios necesarios para llevar a efecto las operaciones de filtración, retrolavado, y enjuague. Los filtr os verticales varían de 30 cm a 3 m de diámetro y tienen capacidades de 2.5 a 235 gpm a una velocidad de filtración de 3 gpm/pie2 de superficie filtrante. La altura de los filtros verticales es usualmente de 1.60 m en la parte cilíndrica, aunque ocasionalmente es usan de 1.20 m. Los filtros horizontales tiene 2.5 m de diámetro y su longitud varia de 3.5 a 8.5 m y tiene capacidades de 201 a 516 gpm.

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En estas unidades, la filtración se efectúa pasando el agua en flujo descendente a través de un lecho de arena fina soportada por lechos de grava graduadas. El material más ampliame nte usado y también el más antiguo es la arena. En segundo lugar la antracita lavada y graduada. En los filtros neutralizadores se emplea calcita. La ventaja de usar un medio filtrante granular es que en la operación de lavado, el lecho se expande provocando que la materia insoluble retenida en el filtrado sea puesta en libertad. 7.3.2 FILTROS DE GRAVEDAD Estos filtros no se emplean tan extensamente como los filtros de presión, sin embargo también se usan. Para las aplicaciones industriales generalmente se operan a 3 gpm/pie2 ; en la práctica municipal se emplea una velocidad de filtración de 2 gpm/pie2. Recientemente se ha aumentado la velocidad de filtración como resultado de una mejor coagulación y asentamiento. Los filtros de gravedad pueden constituirse, de concreto acero o madera, pero el concreto es el material que más se usa. También la forma más usada es la rectangular El filtro generalmente se monta sobre una cisterna, de la cual se toma para el servicio general y para retrolavado. Las canaletas de lavado ya sean de concreto o de fierro, que están situadas en la parte superior del filtro, tiene el doble propósito de distribuir el agua durante la filtración y colectar el agua de retrolavado cuando se efectúa esta operación. En el fondo del filtro está el sistema colector que sirve para recoger el agua durante la filtración y distribuirla durante la operación de retrolavado.

7.4 CLORACIÓN Desinfectante es el producto químico que destruye las formas vegetativas de los microorganismos patógenos y no patógenos. Los desinfectantes químicos más corrientes son aquellos con propiedades oxidantes, de los cuales el cloro es el más universalmente usado. El efecto letal del cloro y sus derivados, se debe a una acción combinada de su efecto oxidante sobre los constituyentes de la célula y a la interacción con algunas sustancias celulares y la consiguiente intoxicación de los microorganismos. Los principales compuestos que se emplean para la cloración de aguas son: 1) cloro gaseoso, 2) hipoclorito, 3) cloraminas y otros compuestos clorados de menor difusión.

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La cloración permite el control de gusto y olores reduciéndolos, esto se debe que el cloro oxida sustancias que se presentan naturalmente, nos referimos a las secreciones de algas malolientes y olores de vegetación que se encuentra en proceso de descomposición; el cloro le otorga al agua atributos inodoros y modifica favorablemente su sabor. El contener partículas microscópicas en la dilución del agua son suficientes para que se ubiquen entre 10.000 y 20.000 colonias de bacterianas . de todo esto lo bueno debe ser que no dejan residuos tóxicos para el mantener a largo plazo este efecto debe de estar básicamente esterilizado el conducto en donde circule el agua y en todo esto siempre se debe de contener bien controlado la luz ultravioleta para que esto tenga siempre buenas prácticas y el agua siempre sea un éxito. El cloro es un elemento halógeno, no metálico, no se encuentra libre en la naturaleza, es un componente importante de minerales hálito (sal de rocas o cloruro sódico) Silvita (cloruro potásico) y carnalita, y un cloruro en el agua de mar. Es una agente oxidante extremadamente fuerte, ligeramente soluble en agua fría. Cuando se adiciona cloro al agua se forma una mezcla de ácido hipocloroso (hocl) y ácido clorhídrico. cl2+h2o=hocl+hcl (h++c-). En caso del cloro gas o una cloramina acidificada cuanto más compuesto clorado se adicione, mayor seria la velocidad de destrucción de las bacterias. Sin embargo en el caso de los hipocloritos la cantidad adicionada no es un indicador de la letalidad de la solución; en razón de que en la formulación de los hipocloritos deben estar presentes compuestos alcalinos. Una solución que contiene 1000 ppm de hipoclorito tiene un PH de 11 a 12, mientras que de una de 25 ppm tiene un PH de 8 a 9 El cloro se aplica al agua filtrada para eliminarle los microorganismos patógenos aún presentes en ella. Entre ellos el bacilo de Cook causante de la tuberculosis. Se busca que el residual de cloro en el último tanque servido por la planta sea al por menos 0.05 p.m. de cloro. El cloro libre se busca que sea de 1 a 1.3 p.m. en la planta y el cloro combinado de 0.05 a 0.08 p.m. al cloro que existe en forma de ácido hipocloroso y de ion hipoclorito se le denomina cloro libre, la suma del cloro libre y el combinado es el cloro total. Otra forma de oxidar la materia orgánica del agua filtrada es por medio del ozono pero es un proceso caro, difícil de manejar y el ozono es muy inestable. Por ello en se prefiere manejar este parámetro con cloro gaseoso. 7.5 ESTERILIZACIÓN La remoción, destrucción o prevención del crecimiento de microorganismos puede llevarse a efecto por varios medios. Las algas y otras plantas clorofilianas necesitan de la luz del sol para crecer. De aquí que si el agua se puede almacenar en depósitos cerrados, se previene el crecimiento de estos organismos. A veces se han usado balsas flotantes, pero no son de recomendarse ya que usualmente no son satisfactorias. En los depósitos abiertos, algunas veces se han usado el carbón activado para aprovechar su acción selectora de la luz, pero obviamente, estas son aplicaciones limitadas. En los depósitos de gran tamaño,

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frecuentemente se emplean ciertas dosis de sulfato de cobre para impedir el crecimiento de los microorganismos. Sin embargo, en muchas plantas industriales la destrucción y remoción de los crecimientos orgánicos se lleva a efecto en los depósitos de sedimentación de la planta de tratamiento de agua. Esto usualmente se hace con cloro y coagulación seguido de sedimentación y filtración. Cuando el cloro se usa de esta manera, el proceso se llama preclorinación y es frecuentemente de gran valor para reducir las dosis de coagulantes requerido. En muchos casos, la mayoría de la materia orgánica se remueve por coagulación, sedimentación y filtración, siguiendo la postclorinacion. En otros casos, se usa post preclorinacion. Los crecimientos del “crenothrix” se previenen mejor removiendo el hierro y manganeso,

siguiendo luego por clorinacion. En el caso de aguas azufrosas, la reducción de sulfuro de hidrogeno debe primero llevarse a efecto, después de lo cual el agua se clorina para remover las ultimas trazas de sulfuro de hidrogeno y matar las bacterias que puedan estar presentes. Donde las cantidades de agua que se deben manejar son relativamente pequeñas y el contenido de microorganismos y turbidez es poco, generalmente no se usan recipientes de sedimentación y los coagulantes y el cloro se inyectan a las líneas que conducen a los filtros. En tales casos, especialmente si la demanda de agua no es muy grande, un tanque de presión en el que se lleve a efecto la reacción que se le conoce como tanque de sedimentación a presión, es de cierta ventaja el colocarlo antes de los filtros. En las plantas en que se emplean, los procesos de cal sodada o soda en frio, la coagulación y asentamiento pueden muy bien efectuarse en el equipo que se usa. Si el tratamiento se lleva a efecto en la fase caustica, se puede lograr considerable reducción en el contenido de bacterias, pero se aconseja la postclorinacion. El agua de desinfección antes de que entre el sistema de distribución para asegurar que los microbios potencialmente peligrosos se mueran. El cloro, clóramelos, o dióxido de cloro que son usados más frecuentemente porque son desinfectantes más efectivos, no solo en la planta de tratamiento pero también en las tuberías que distribuyen el agua a nuestros hogares y negocios. El ozono es un desinfectante potente, y una radiación ultravioleta es un desinfectante eficaz y un tratamiento para una fuente de aguas relativamente limpia; pero ninguna de estas es efectiva para controlar contaminantes biológicos en las tuberías de distribución. 8

FORMACIÓN DE INCRUSTACIONES

En las incrustaciones (minerales) el agua juega un papel importante dado que es un buen solvente para muchos materiales y puede transportar grandes cantidades de minerales. Todas las aguas naturales disuelven distintos componentes cuando contactan fases minerales en su estado natural. Esto da lugar a fluidos complejos, ricos en iones, algunos de los cuales se encuentran en su límite de saturación para ciertas fases minerales. Dependiendo del lugar de donde provenga el agua su composición química es diferente.

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Agua de mar agua de suelo o de ambiente Aguas subterráneas de ambientes profundos

Rica en iones Suele ser más diluida Enriquecida con iones mediante la alteración de los minerales sedimentados

8.1 SUS CAUSAS La formación de las incrustaciones en el agua se debe por perturbar el estado natural puede ser con el cambio de temperatura o presión, la liberación de un gas, una modificación del PH o el contacto con agua incompatible, existe aguas de producción que a pesar de encontrarse sobresaturadas y ser proclives a las incrustaciones minerales, no presentan problema alguno. Las incrustaciones se desarrollan a partir de una solución. El primer desarrollo dentro de un fluido saturado es una formación de grupos de átomos inestables, proceso denominado nucleación homogénea. Los grupos de átomos forman pequeños cristales (semillero de cristales) provocado por fluctuaciones locales en el equilibrio de la concentración de iones en las soluciones sobresaturadas. A continuación los cristales crecen por adsorción de iones sobre las imperfecciones de los cristales. Esto implica que los cristales grandes tienden al continuo crecimiento de los mismos y además que los cristales pequeños se pueden redisolver. El semillero de cristales de hecho actúa como un catalizador de la formación de incrustaciones. El crecimiento de cristales también tiende a iniciarse sobre una superficie preexistente de límite de fluidos, proceso denominado nucleación heterogénea. Los sitios en que se produce la nucleación heterogénea incluye los defectos en las superficies, como las asperezas en las superficie de los tubos o cañoneos en las tuberías cortas de producción, o incluso en las juntas y las costuras de las tuberías de producción y en los tubos de conducción. Un alto grado de turbulencia también puede hacer las veces de un catalizador para el depósito de sedimentos. Causando el crecimiento en espesor de una capa calcárea/magnésica acarreando graves consecuencias económicas y de producción.

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8.2 MECANISMOS DE FORMACION El agua, recurso utilizado prácticamente en toda actividad humana, contiene naturalmente carbonatos de calcio, magnesio (compuestos iónicos) y otras sales, así como microorganismos y elementos varios en solución. Las sales presentes en el fluido de un circuito se adhieren a sus paredes interiores debido a las cargas eléctricas naturales de sus moléculas y a las propiedades de sus estructuras cristalinas. La formación de incrustaciones se deben fundamentalmente a las sales de calcio y magnesio, presentes en el agua en cantidades apreciables, que por calentamiento se concentran y precipitan, formando depósitos duros y térmicamente aislantes. Está compuesto de calcio y magnesio, ocasionalmente se cementan con sílice. Incluso en condiciones severas se pueden construir silicatos complejos y óxidos de hierro y cobre mezclados Los efectos directamente ocasionados son:   

Reducción de coeficiente de transmisión de calor. Reducción de la sección libre del paso del fluido. Rotura de tubos de agua por sobrecalentamiento.

Debido al mal uso de productos químicos para mitigarlas, combinado con una inadecuada prevención y mantenimiento, que agravan aún más los problemas. Este es entonces una dificultad por considerar en la industria por su incidencia económica ya que es responsable de la sustitución de equipos, del mantenimiento y de pérdidas de tiempo y dinero por paradas de planta, seguridad, corrosión, entre otras. Además, las incrustaciones formadas son un gran inconveniente debido a que actúan como aislante térmico, disminuyendo de esta manera, la transferencia de calor y, por tanto, la productividad del equipo Formador de incrustación dura, blanda o corrosión tales como: Silicato cálcico Bicarbonato cálcico Nitrato cálcico Silicato cálcico Carbonato cálcico Cloruro cálcico Silicato magnésico Hidróxido cálcico Cloruro magnésico Sílice Bicarbonato magnésico Sulfato magnésico Carbonato magnésico Nitrato de magnesio Hidróxido magnésico Alúmina Fosfato cálcico Silicato sódico Carbonato de hierro Óxido de hierro La solución preventiva consiste en eliminar o reducir al máximo, el contenido de estas sales en el agua de alimentación, mediante procedimientos adecuados. Las técnicas utilizadas para eliminar las incrustaciones deben cumplir ciertas condiciones: ser rápidas, no dañar el pozo, las tuberías, ni el ambiente de la formación, y ser efectivas en la prevención de nuevas precipitaciones en el futuro. En los tratamientos de estimulación de la matriz de la formación, por lo general, se emplean disolventes de incrustaciones con el fin de detener la caída de la producción. Para poder decidir cuál es la mejor técnica, es necesario conocer el tipo y la cantidad de incrustaciones y su composición física o su textura, ya que si se eligió un método inadecuado se puede llegar, en realidad a incentivar el depósito de incrustaciones. 23


El grado de resistencia y la textura de las incrustaciones presentes en las tuberías revisten gran importancia en la elección de la técnica de remoción. La resistencia y las texturas pueden variar desde hilos delicados y quebradizos o cristales de alta microporosidad hasta capa de aspecto rocoso de baja permeabilidad y porosidad. La pureza de las incrustaciones afecta su resistencia a los métodos de limpieza. Puede ocurrir que se trate de fases de un solo mineral, si bien, por lo general, son una mezcla de compuestos similares y compatibles. El sulfato de bario puro es normalmente de baja porosidad y totalmente impenetrable con agentes químicos, y solo se puede quitar lentamente utilizando alguno de los métodos mecánicos más tradicionales. Las mezclas de sulfato de bario, que por lo general contienen sulfato de estroncio, sulfato de calcio o incluso carbonato de calcio, con frecuencia ceden frente a diversos métodos de limpieza, tanto químicos como mecánicos.

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ANTES

DESPUES

Eliminación de incrustaciones de carbonato de calcio con chorros de agua. La tubería de producción recibió un chorro de agua a razón de 2,4 pulg/min [1 mm/seg]. Si bien se ha logrado remover los sedimentos de carbonatos, todavía se observa una cantidad remanente considerable.

Eliminación de incrustaciones de carbonato de calcio con chorro de agua abrasivo. La tubería recibió un solo chorro de agua con arena abrasiva a razón de 2.4 pulg/min [1 mm/seg].Durante el ensayo se mantuvo el chorro en la misma posición durante 3 min y el chorro de arena penetra casi el 80% de la pared del tubo

Tubería sometida a la limpieza con abrasivos de partículas de vidrio. La tubería recibió un solo chorro de agua con partículas de vidrio a razón de 1 mm/seg. Las incrustaciones de carbonato fueron eliminadas. Durante el ensayo se mantuvo el chorro en la misma posición por espacio de 3 minutos y las partículas de vidrio cortaron un agujero hasta una profundidad de casi un 30 % de la pared de tubo.

Incrustaciones eliminadas con el abrasivo Sterling Beads. El tubo recibió un solo chorro de agua con Sterling Beads a razón de 2.4 pulg/min 1 mm/seg para eliminar las incrustaciones de carbonatos. Durante el ensayo se mantuvo el chorro en la misma posición durante 3 minutos y menos del 2% del acero fue removido de las paredes del tubo.

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8.3 REACCIONES QUIMICAS CONSTITUYENTES MINERALES QUE USUALMENTE SE DETERMINAN EN UN ANALISIS DE AGUA Nombre Calcio Magnesio Sodio Bicarbonato Carbonato Hidróxido Cloruro Sulfato Nitrato Acidez mineral Fluoruro Sílice Hierro manganeso

formula Ca Mg Na HCO3 CO3 OH Cl SO4 NO3 F SiO2 Fe Mn

Expresado como CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 F SiO2 Fe Mn

Nombre común Dureza de calcio + Dureza de magnesio Alcalinidad de carbonato Alcalinidad de carbonato Alcalinidad caustica Acidez mineral -

Fuente: Nordell, Eskel,Eds.,Mexico continental,1965-64,"Tratamiento de agua para la industria y otros usos”

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FRAGILIDAD CAUSTICA, CAUSAS

Estas impurezas deben ser retiradas casi en su totalidad antes del ingreso a la caldera, sometiéndose a un proceso de filtración. Incrustaciones: Son depósitos en forma de costras duras producidos por las sales de calcio y magnesio que se adhieren en las superficies metálicas de la caldera. Por su carácter de aislante, afectan la transferencia de calor al agua reduciendo la capacidad de la caldera, provocan recalentamiento de los tubos con el consiguiente peligro de deformaciones o roturas y restringen el paso del agua (calderas acuotubulares). Los depósitos también pueden originarse en la precipitación de sólidos en suspensión, recibiendo el nombre de lodos adheridos. Corrosiones: Es el deterioro progresivo de las superficies metálicas en contacto con el agua, debido a la acción de oxígeno, anhídrido carbónico y algunas sales como el cloruro de sodio. También pueden ser causadas por compuestos químicos derivados de tratamientos de agua mal aplicados (desincrustantes). Arrastre: Ocurre cuando el vapor que sale de la caldera lleva partículas de agua en suspensión. El arrastre se puede dividir en dos partes: 

Elementos transportados mecánicamente por el vapor y agua 26

DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES I 

Elementos que se volatilizan en el vapor

Los sólidos disueltos en esas partículas se depositan en los elementos y equipos donde circulan y se utilizan el vapor, provocando problemas de funcionamiento de los sistemas de vapor. Este fenómeno está muy asociado a la formación de espuma en la superficie del agua. Entre sus causas se tiene la presencia excesiva de sólidos totales disueltos, alta alcalinidad, materiales oleosos, sustancias orgánicas y detergentes. 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. Esta se produce en puntos donde el metal trabaja a altas tensiones y además existe una elevada concentración de hidróxidos alcalinos. Generalmente se produce una rotura inter cristalina del metal. Se evita con un acondicionamiento adecuado del agua en el interior de la caldera (tratamiento coordinado) INHIBIDORES DE FRAGILIDAD CAUSTICA: - Nitratos y nitritos de sodio (NaNO3-NaNO2): Debe usarse donde el agua tiene características de fragilidad. 10 PROCESOS DE ABLANDAMIENTO DEL AGUA, DUREZA TEMPORAL Y PERMANENTE, UNIDADES 10.1 ABLANDAMIENTO DEL AGUA Cuando el agua contiene una cantidad significante de calcio y magnesio, es llamada agua dura. El agua dura es conocida por taponar las tuberías y complicar la disolución de detergentes en agua. El ablandamiento del agua es una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua ser dura, en la mayoría de los casos iones de calcio y magnesio. En algunos casos iones de hierro también causan dureza del agua. Iones de hierro pueden también ser eliminados durante el proceso de ablandamiento. El mejor camino para ablandar un agua es usar una unidad de ablandamiento de aguas y conectarla directamente con el suministro de agua. EL ABLANDADOR DE AGUA: El ablandador de agua es una unidad que se utiliza para ablandar el agua, eliminando los minerales que hacen a dicha agua ser dura. 10.1.1 APLICACIÓN DEL ABLANDADOR DE AGUA El ablandamiento del agua es un proceso importante porque la dureza del agua en las casas y en las compañías es disminuida durante este proceso. Cuando el agua es dura, puede atascar las tuberías y el jabón se disolverá menos fácilmente. El ablandamiento del agua puede prevenir estos efectos negativos.

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El agua dura causa un alto riesgo de depósitos de cal en los sistemas de agua de los usuarios. Debido a la deposición de la cal, las tuberías se bloquean y la eficiencia de las calderas y los tanques se reduce. Esto incrementa los costes de calentar el agua para uso doméstico sobre un 15 a un 20%. Otro efecto negativo de la precipitación de la cal es que tiene un efecto dañino en las maquinarias domésticas, como son las lavadoras. El ablandamiento del agua significa aumentar la vida media de las maquinarias domésticas, como son las lavadoras, y aumentar las vida de las tuberías, incluso contribuye a incrementar el trabajo, y una expansión en la vida de los sistemas de calefacción solar, aires acondicionados y muchas otras aplicaciones basadas en agua. 10.1.2 FUNCIÓN DEL ABLANDADOR DEL AGUA Los ablandadores de agua son específicos intercambiadores de iones que son diseñados para eliminar iones, los cuales están cargados positivamente. Los ablandadores mayormente eliminan los iones de calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2). Calcio y magnesio son a menudo referidos como “minerales duros”.

Los ablandadores son algunas veces incluso aplicados para eliminar hierro, cuando el hierro causa la dureza del agua. Los mecanismos de ablandamiento son capaces de eliminar más de cinco miligramos por litro (5 mg/l) de hierro disuelto. Los ablandadores pueden operar de forma automática, semiautomática, o manual. Cada tipo tiene un ratio de actuación. Un ablandador de agua colecta los minerales que causan la dureza y los contiene en un tanque colector y este es de vez en cuando limpiado de su contenido. Intercambiadores iónicos son a menudo usados para ablandar el agua. Cuando un intercambiador iónico es aplicado para ablandar el agua, este reemplazará los iones de calcio y magnesio por otros iónes, por ejemplo sodio y potasio. Los intercambiadores iónicos son añadidos desde un tanque de intercambiadores de inones que contiene sales TIEMPO DE DURACIÓN EN LA FUNCIÓN DEL ABLANDADOR DE AGUA: Un buen ablandador de agua durará muchos años. Los ablandadores que fueron provistos en los años 80 trabajan actualmente, y muchos necesitan poco mantenimiento, solamente requieren llenarlos con la sal de vez en cuando. 10.2 DUREZA DEL AGUA. La dureza del agua está determinada por la cantidad de sales de calcio y magnesio que contenga. Mientras más sales de calcio y magnesio tengan, mayor será su dureza,y en menor proporción por el hierro, el aluminio y otros metales. La que se debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se denomina dureza temporal y puede eliminarse por ebullición, que al mismo tiempo esteriliza el agua. La dureza residual se conoce como dureza no carbónica o permanente. Las aguas que poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato de sodio y cal, o filtrándolas a través de ceolitas naturales o artificiales que absorben los iones metálicos que producen la dureza, y liberan iones sodio en el agua. Los detergentes contienen ciertos agentes separadores que inactivan las sustancias causantes de la dureza del agua.

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El hierro, que produce un sabor desagradable en el agua potable, puede extraerse por medio de la ventilación y, o pasando el agua a través de filtros de ceolita. También se puede estabilizar el hierro añadiendo ciertas sales, como los poli fosfatos. El agua que se utiliza en la sedimentación laboratorios, se destila o se desmineraliza pasándola a través de compuestos que absorben los iones. Si se pone en contacto con calizas, agua que contenga CO2, se transformará paulatinamente en hidrogeno carbonato, con lo que se disolverá: CaCO3 + H2O + CO2 == Ca(HCO3)2 El proceso real es: CO3 - + CO2 +H2O == 2HCO3El CaCO3 se disuelve tanto más, cuanto mayor sea la cantidad de CO2 que contiene el agua. De esta forma se produce la “dureza debida a los carbonatos” de las aguas naturales, es decir, debida a su contenido en iones HCO3-. Las aguas subterráneas y que discurren por campos calizos son particularmente duras. Por el contrario, el agua de los grandes lagos suele ser relativamente blanda, puesto que las algas y las plantas superiores durante los procesos de asimilación (verano) substraen CO2 a los iones HCO3- y con ello se puede producir la precipitación del carbonato cálcico (por inversión de la reacción anterior). El contenido de iones Ca2+ y Mg2+ recibe el nombre de “dureza total” . De esta manera podemos decir que existen dos tipos de durezas: 10.2.1 DUREZA TEMPORAL Es la formada por sales de calcio y magnesio. Cuando el agua hierve se precipitan a fondo. 10.2.2 DUREZA PERMANENTE Es la formada por sales solubles en el agua. Durante la ebullición no sufren cambios, pero a medida que esta se evaporiza sufre el grado de concentración decantando y formando incrustaciones. La suma de la dureza temporal y la permanente se llama dureza total. Generalmente las industrias controlan la cantidad del agua de sus calderas por análisis de muestras que realizan en sus propios laboratorios y/o a través de la asesoría externa de alguna firma especializada. Sin embargo, algunas empresas, además de estos métodos, poseen un equipo portátil que maneja el propio operador de la caldera para controlar diariamente tanto la dureza (salinidad) como el pH (alcalinidad y acidez) del agua.

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Los envases en que se toman las muestras de agua deben estar totalmente limpios y enjuagarse con la misma agua que se analizará. La muestra de agua debe tomarse del interior de la caldera (del tubo de nivel o del fondo), teniendo la precaución de purgar bien, hasta que salga el agua que represente realmente la que contiene la caldera. 11 METODO DE CAL-SODA, PROCESOS EN CALIENTE El procedimiento de agua cruda con cal-soda en caliente se aplica en los siguientes casos:    

Cuando se desea tratar grandes cantidades de agua y se dispone de un espacio reducido. Cuando se dispone de vapor de baja presión. Cuando se desea reducir la sílice como en las teroeléctricas de vapor. Cuando se requiere eliminar gases no condensables.

La finalidad del procedimiento de una agua cruda con cal-soda en caliente es la de disminuir el contenido de calcio, magnesio y sílice, reducir los sólidos totales y la alcalinidad total, eliminar el bióxido de carbono disuelto y reducir el contenido de oxígeno disuelto. Se usa como un pretratamiento que debe ser afinado mediante suavizadores, evaporadores, etc. Ya que la calidad obtenida no es suficiente para muchos procesos y operaciones unitar ias. La calidad de agua obtenida debe estar de acuerdo con los siguientes valores: Alcalinidad a la fenolftaleína: 15-30 ppm. Como CaC 3 Alcalinidad al anaranjado de metilo: 40-55 ppm. Como CaC 3 Dureza total:20-55 ppm. Como CaC 3 Potencial hidrogeno Ph: 8.5-9.5 El proceso de cal soda en caliente es un proceso continuo en el cual el agua se calienta se trata con una cantidad dada de reactivo químico, se asienta y se filtra. Las sustancias químicas usadas son cal hidratada y soda ash. En lugar de comprar cal hidratada se puede comprar cal viva y se apaga antes de usarse. Cuando se requiere para la eliminación de sílice, pueden usarse también cal dolomítica hidratada y/o magnesia activada. Los precipitados formados con carbonato de calcio CaCO3 e hidróxido de magnesio Mg(OH)2 que se pueden eliminar por asentamiento y filtración. El grado de ablandamiento que se puede llevar a efecto en este proceso directo cal sodada, con la cantidad usual de reacti vos químicos, es a una dureza residual de menos de 25 ppm. El equipo usado consiste en los siguientes cuatro elementos: dosificador, calentador primario, tanque de asentamiento, filtros. Además se puede usar un desaereador como parte integral del tanque de asentamiento o como una unidad separada.

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11.1 DOSIFICADORES QUIMICOS Dosificador cal sodada. Los dosificadores usados en el proceso cal sodada en caliente, son casi invariablemente, del tipo de operación proporcional húmedos equipados con un agitador mecánico continuo. Cuando se emplea cal hidratada, es práctica usual mezclar la cal y la soda y alimentarlas con el mismo dosificador. Cuando se emplea cal viva, se usa un tanque separado equipado con agitador mecánico para apagar la cal, después de lo cual se añade la cantidad indicada de soda ash y se alimentan juntos al reactor. Este tanque apagador usualmente se encuentra montado sobre el tanque alimentador, de manera que este último puede llenarse por gravedad a partir del tanque superior. En ocasiones este tanque se parado también se emplea cuando se usa cal hidratada. Se emplean varios diseños o tipos de dosificadores para alimentar cal y soda ash a los procesos en caliente. Todos ellos deben de proveerse con un agitador mecanico para mantener la cal en suspensión y alimentador deben ser del tipo proporcional para qu dosifique el reactivo en razón directa al flujo de agua, según la demanda de las calderas. Un diseño típico es el alimentador electroquímico, que se conecta eléctricamente a un medidor de flujo en la línea de agua cruda, de manera que la dosificación es proporcional al flujo de agua cruda al tanque asentador del reactor. Puesto que las sustancias químicas deben alimentarse a la parte superior del reactor, se hace necesario una bomba. Esta se conecta al tanque dosificador mediante una línea de recirculación que tiene como objeto prevenir la formación de depósitos en la tubería que va del tanque al reactor. Se conecta por medio de una T a cierta altura de esta tubería y se estrangula precisamente arriba del embudo de descarga mediante una válvula manual. Esta válvula se cierra de manera que la cantidad recirculada es insufiente para interferi r con el gasto

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máximo de sustancias químicas descargadas por el cabezal de salida del tanque dosificador.El tanque de reactivos también se provee, comúnmente, con un indicador de nivel que se conecta a una segunda polea en la unidad de control de alimentación. Otro accesorio que es de valor en la prevención de molestias causadas por el polvo, es el eliminador de polvo, que consiste de una tubería conectada a la tapa y drenaje. Esta tubería contiene un eductor, de manera que chupa el aire que contiene polvo, eliminando este último con agua a través del drenaje. 11.2 CALENTADOR PRIMARIO, CONDENSADOR DE PURGA, DESAEREADOR Calentador primario, se monta en la parte superior del reactor. El calentador de tipo de rocio es ampliamente usado en estos procesos y prácticamente no presenta problemas de incrustación , aun con aguas duras que tiene altos contenidos de dureza de bicarbonato. Las válvulas de rocio son de resortes calibrados, de manera que se obtienen buenas eficiencias en todo el rango de calibración. En el calentamiento, usualmente se emplea vapor de desperdicio y la presión más usual es de 4 a 10 lb/plg2 g. El equipo usualmente se basa en una presión de trabajo de 10 lb/plg2 g, pero ocasionalmente se trabaja a 20. El vapor llena la parte superior del reactor arriba del nivel de agua, al ser rociada el agua en este espacio se calienta, hasta de 2 a 3 °C la temperatura del vapor. A esta temperatura, se desprende el bióxido de carbono libre y cualquier cantidad de aire que el agua contenga. Estos gases (nitrógeno, oxígeno y CO2) pueden purgase directamente a la atmosfera a través de la tubería de ventilación o preferiblemente, se pasan primero a través del condensador húmedo que está a la cabeza de la tubería de ventilación. Cuando el condensador de purga se usa en estos equipos, parte del agua de compensación pasa por el recuperado así calor que de otra manera se desperdicia. La tubería de purga se equipa con una válvula estranguladora que se calibra de tal manera que los gases se purgan a la atmosfera desperdiciando solo una pequeñísima cantidad de vapor. El calentador primario desaireara a menos de 0.3 ml/lt de oxígeno disuelto por litro. Si el agua fría estuviera saturada con aire disuelto a 50 °F, esto representa una remoción de más del 96% del oxígeno disuelto. Para instalaciones con calderas de baja presión, que no están equipadas con economizadores, este grado de desaeración es por lo general suficiente. En la práctica se encontrara que el contenido actual de oxígeno disuelto será entre 0.1 y 0.2 ml/lt. Calentador desaireadores Para calderas de alta presión o para las equipadas con economizadores de tubos de acero, el contenido de oxígeno disuelto debe ser reducido bajo 0.005 ml/lt (método modificado de Schwartz-Gurney), usando calentadores desaireadores además del calentador primario. Este tipo de equipo, usualmente es una parte integral del equipo de ablandamiento, pero en algunos casos, es una pieza aparte del equipo. En cualquier caso, el principio de operación es el mismo: el volumen de vapor requerido para el calentador primario, primero se burbujea a través del agua blanda en el desairedor, después de lo cual pasa al calentador primario.

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El agua blanda caliente que entra al desaireador esta solo unos grados debajo de la temperatura del vapor, de manera que hay poca compensación de vapor es este departamento y puesto que el contenido de oxígeno disuelto es de solo 0.1 a 0.3 ml/lt al entrar al desaireador, la presión parcial de esta traza de oxígeno en tan grande volumen de vapor, es despreciable, por lo que su remoción es casi completa, siendo la cantidad residual el mínimo garantizado de 0.005 ml/lt. 11.3 TANQUES DE ASENTAMIENTO El diseño de los reactores para ablandamiento de cal sodada en caliente, varían de acuerdo con el grado de desaeración requerida, de si se requiere o no desairear y calentar los condensados y de las proporciones relativas de condensado y agua de compensación que se deba manejar; y si se requiere o no eliminar la sílice. Por ejemplo si la instalación cuenta con calderas de baja presión y no usa economizadores, el grado de desaeracion efectuado por los calentadores primarios es suficiente, no necesitándose desaireador integral. Por otra parte, si una planta utiliza calderas de alta presión con recuperadores, entonces el grado de desaeracion debe ser casi completo, y usualmente se requiere el empleo de desaireadores integrales construidos en el tanque de asentamiento o de reacción, también, cuando se manejan condensados estos requieren un compartimiento separado, de manera que todos los condensados se reúsan y solamente la cantidad de agua blanda necesaria para los usos de compensación se alimenta a las calderas. Por otra parte, los condensados pueden requerir desaeracion completa y solamente parcial, como la que se logra con calentadores de esprea. El tanque de asentamiento de reacción en el que se efectúa el ablandamiento , es un tanque alto, vertical, construido de acero, con tapa abombada y fondo cónico invertido, montado en cuatro patas a suficiente elevación para proporcionar una presión hidrostática suficiente para la operación adecuada de los filtros. El tamaño del tanque se basa en una capacidad equivalente a aproximadamente un periodo de retención de una hora a flujo máximo, usualmente se provee de una capa de aislante externo para disminuir las pérdidas de calor. Las capacidades se basan en el volumen total del efluente caliente y en la práctica americana usualmente se indican en galones por hora. Un galón de agua a 100 °C pesa 8 lb. El agua en la parte superior del reactor se calienta rociándola a través de una cámara llena de vapor. Para prevenir la formación de vacio si accidentalmente llegara a faltar el vapor, se proveen con una valvula rompedora de vacio. Las sustancias químicas se añaden al calentador de agua en la parte superior del tanque, donde rápidamente reaccionan con los constituyentes de la dureza, formando floculos grandes y fácilmente asentables. En los últimos modelos de este tipo de equipo que usan el principio de lecho suspendido, el agua tratada fluye hacia abajo a través del tubo central que llega casi hasta el fondo del tanque. Aquí, invierte su trayectoria subiendo y filtrándose a través de un lecho suspendido formado por lodos cuya altura se controla cuidadosamente. Se obtiene un agua comparativamente clara. De la salida de efluente, si no se requiere otra desaeracion, el agua fluye directamente a los filtros. Si se requiere una desaeracion a menos de 0.005 ppm de oxígeno disuelto,

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entonces el agua fluye a través de un desaireador integral o una unidad separada antes de ir a los filtros. En los tipos antiguos de reactores, en lugar del tubo interior de bajada se empleaba una sección conica o cilíndrica, que estaba centralmente dispuesta, cuyo fondo llegaba a corta distancia de la sección recta del tanque. El agua tratada fluye hacia abajo entre la pared del tanque y la de la sección cilíndrica. Cuando llega al fondo de la sección cilíndrica invierte su trayectoria subiendo hasta la salida, mientras que los lodos se asientan en el tanque asentador. Todos los tanques asentadores se proveen con entradas de agua y salidas de efluente, válvulas de vapor, válvulas rompedoras de vacio reguladas, niveles de control y sellos para prevenir inundaciones; termómetros, ya sea del tipo indicador o registrador; y medios mecánicos manuales o automáticos para eliminar exceso de lodos. 11.4 FILTROS Los filtros usados en este proceso son filtro de presión, que pueden ser de tipo vertical u horizontal. El medio filtrante más usado en estos tipos de proceso, es antracita graduada y lavada; si se usa grava y arena se disolverá en el agua caliente y alcalina aumentando el contenido de sílice. Otros medios filtrantes que se han usado son la calcita y la magnetita. Estos filtros se instalan en baterías de dos o más unidades, de tamaño tal que cuando una se está retrolavando la otra puede absorber la carga total del sistema. Estos filtros generalmente se retrolavan cuando la diferencia de presión en el filtro es mayor de 3 lb/plg2 y se efectua con agua asentada del tanque de asentamiento o reactor, mediante una bomba especial de retrolavado. El agua de retrolavado no se desperdicia, sino que regresa a la parte superior del tanque de asentamiento o reactor a través de la línea correspondiente. Hay muchas ventajas en este método de operación, ya que si se usara agua fría se podrían formar depósitos en el filtro causando taponamientos y cementación. Tambien, se desperdiciara calor, especialmente si el retrolavado se hiciera con agua blanda que se tirara al drenaje. El periodo de retrolavado no debe ser mayor de 6 a 8 min. Antiguamente se instalaban sobre el sistema de distribución de retrolavado en el fondo de los filtros, entradas de vapor por las que se inyectaba este a través del medio filtrante, durante el retrolavado, para ayudar a la eliminación de acumulaciones. Esto ha sido reemplazado por los limpiadores de superficie. Los filtros como el reactor, se aíslan para evitar pérdidas de calor. La bomba de retrolavado y la bomba de servicio, usualmente ese montan a nivel del piso para que operen con presión hidrostática positiva. La altura requerida del agua en el tanque de asentamiento se determina de antemano a partir del número de pies o tirante de agua que la bomba deba tener y que se especifica por la casa manufacturera, más de 13 a 15 pies de cabeza para compensar las pérdidas de presión a través del filtro y de la tubería. 11.5 DOSIS DE REACTIVOS Cal y soda ASH .Estas son las dos sustancias principales que se usan en el proceso en caliente. La cal hidratada de buena calidad contiene aproximadamente 93 % de Ca (OH). La soda ash de calidad promedio contendrá 99% de NaCO3, al hacer los cálculos supóngase una 34


pureza de 98%. En la práctica las dosis de reactivos se calculan a partir de estos datos y los ajustes finales se hacen de acuerdo con las determinaciones de alcalinidad al anaranjado de metilo y a la fenolftaleína. 11.6 ABLANDADORES PARA PROCESOS EN CALIENTE: TIPOS Y DISEÑOS Básicamente, los ablandadores para procesos en caliente se dividen en dos tipos principales:  

Tipo de lecho suspendido Tipo convencional

Ambos estas disponibles en un variado número de diseño, dependiendo del grado de desaeración requerido, de si se deben manejar condensados y agua de compensación, de si se requiere o no tratamiento con fosfatos y si va incluida la eliminación de sílice. El tipo de lecho suspendido se diseñó primeramente para la eliminación de sílice, ya que la filtración a través del lecho de lodos usa las propiedades de remoción de sílice de la magnesia de una manera más eficiente que el tipo convencional. También, igual que en el proceso cal sodada en frio, hay una mejor utilización de los reactivos y produce un efluente más claro. Las varias formas o diseños de cada uno de estos tipos disponibles se pueden agrupar como sigue: 1. Para 100% de compensación y reducción del oxigeno disuelto a menos de 0.3 ml/lt 2. 100% de compensación y desaeracion completa (menos de 0.005 ml/lt) 3. Para compensación, condensados y reducción de oxigeno disuelto en cada uno de ellos a menos de 0.3 ml/ lt. 4. Para compensación y condensados que juntos constituyen menos del 70% del agua alimentada, con desaeracion completa de ambos 5. similar al anterior excepto porque los condensados constituyen mas del 70% del agua de calderas. Como las operaciones de ablandamiento son las mismas para todos, los grupos estarán relacionados. Grupo 1. Este tipo de ablandador de agua por el proceso cal sodada en caliente, se usa ampliamente en el tratamiento de aguas para alimentar calderas de baja presión sin economizadores de tubos de acero, El tanque de asentamiento consiste en un cilindro alto, de acero dispuesto verticalmente, con tapa abombada y fondo cónico. En la tapa abombada se conecta la línea de agua cruda, el condensador de purga, entrada de productos químicos, válvula rompedora de vacío, y la línea de retorno de agua de lavado de filtros. En los lados del tanque están la entrada de vapor, una válvula de flotador para controlar el nivel de agua (que se conecta con una válvula localizada en la tubería de agua cruda que entra al ablandador), una línea de derrame que forma un cespool, una línea a los filtros y la conexión al termómetro. En la parte inferior del tanque de asentamiento hay una válvula de descarga y tuberías de muestreo. El tanque de asentamiento contiene en su interior una parte en forma de embudo, de manera que la parte superior del, forma la parte inferior de un compartimiento en la parte superior del tanque y la cola del embudo es el derrame que casi llega al fondo del tanque.

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El agua cruda primero pasa a través del medidor que tiene un contacto eléctrico para actuar el dosificador de sustancias químicas. Después del medidor y a través de la línea de agua cruda y de la válvula operada por el flotador, cuando el agua baja en el tanque, la válvula de flotador se abre gradualmente, y cuando el nivel de agua aumenta, la válvula se cierra, manteniendo el nivel dentro de estrechos límites. Después de esta válvula de flotador, el agua pasa a través del condensador. Siempre se dispone de un bypass para poder inspeccionar y limpiar el condensador. El condensador de purga recupera mucho del calor del vapor que de otra manera se perdería en la purga de los gases desprendidos a la atmosfera. En la operación aun con el condensador de purga, se pierde una pequeñísima cantidad de vapor que se requiere para ventilar los gases al exterior (nitrógeno, CO2, oxigeno). La manera de regular esto es midiendo la temperatura del agua que pasa por el condensador antes y después de él y ajustar la válvula de purga de manera que la diferenc ia en temperatura sea de 10 a 6 °F. El grado de desaeracion así logrado es suficiente para reducir el oxígeno disuelto a menos de 0.3 ml/lt. A la salida del condensador, el agua cruda entra al rociador que la proyecta hacia abajo a través del espacio con vapor que llena la parte superior del tanque de asentamiento. Usualmente se emplea vapor de desperdicio para calentar y este, al entrar a través de la cámara de vapor, deberá ser suficiente en cantidad para calentar el agua hasta cerca de 3 °F la temperatura del vapor y eliminar los gases atraves d ela valvula del condensador. Si no se cuenta con suficiente vapor de desperdicio, el deficit debe cubrirse con vapor vivo a través de válvulas reductoras de presión. Las dosis proporcionadas de reactivos químicos entran al tanque a través de la línea de sustancias químicas situada en la parte superior y caen al agua cruda desaereada y caliente. La mezcla rápida de los constituyentes del agua cruda con las sustancias químicas provoca una reacción rápida precipitando los constituyentes de la dureza como carbonato de calcio e hidróxido de magnesio, ablandando el agua y precipitando tanto la cal añadida como la que está presente en el agua cruda. El agua blanda, con estos precipitados, fluye por el derrame en forma de embudo hasta llegar cercad el fondo del tanque donde emerge del tubo del derrame y se filtra en su paso ascendente a través de los lodos suspendidos que han formado los precipitados anteriores. La altura de este lecho de lodos se mantiene dentro de ciertos límites, ya sea automática o manualmente, por medio de válvulas de purga. El agua después pasa al sistema colector y de allí a los filtros. Aunque se logra buen grado de asentamiento siempre es necesario filtrar el agua. Los filtros usados son del tipo de presión y a carga filtrante es de antracita, y las baterías están de tal manera diseñadas que mientras un filtro este lavándose los otros absorben el flujo total. Después de los filtros, el agua blanda va al servicio. El retrolavado de los filtros se lleva a efecto mediante una bomba que toma el agua asentada del ablandador y la descarga, después de pasar por los filtros, de nuevo el ablandador por la línea que para este uso tiene el equipo. El retrolavado usualmente dura de 6 a 8 min, Durante este periodo, hay un gasto mayor que el normal, pero debido a que es un tiempo relativamente corto, la turbidez no es suficiente para causar problemas. Este método evita la perdida de agua blanda en el lavado de los filtros.

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Grupo 2.- Este diseño es similar al grupo 1, excepto que el compartimiento de almacenaje de agua desaereada y el desaereador se han añadido a la parte superior del tanque. El calentamiento y ablandamiento es lo mismo que el grupo 1; el agua blanda del vertedero entra al desaireador donde burbujea todo el vapor requerido para calentador primario, reduciendo el contenido de oxígeno a menos de 0.005 ml/lt. Del desaereador el agua fluye al departamento de almacenamiento de agua desaireada, luego al los filtros y de allí al servicio. Grupo 3, 4 y 5. Cuando además se deben manejar en el ablandador los condensados y después, como compensación, solamente la cantidad requerida para llenar las deficiencias en volumen de los condensados. Esto usualmente se lleva a efecto mediante una pérdida de presión en el compensado, de manera que los condensados estén disponibles a mayor carga que el agua de compensación. Tal perdida de presión puede obtenerse haciendo que los condensados pasen en bypass por los filtros, mientras que el agua de condensado fluya a través de ellos. Otra razón para filtrar el agua de compensación antes de mezclarla con los condensados, es que el agua de compensación sin filtrar contendría carbonato de calcio e hidróxido de magnesio suspendidos. A pesar de su solubilidad, estas sustancias se disolverían, en parte, en los condensados, aumentando la dureza de la mezcla. Grupo 3. En este diseño, los retornos se calientan en un calentador de roció separado, que reduce el contenido de oxígeno a menos de 0.3 ml/lt, el agua se colecta en un compartimiento separado. El calentamiento y ablandamiento del agua de compensación es igual que en el grupo 1. Puesto que los condensados fluyen directamente a la bomba alimentadora de calderas, y el agua de compensación pasa por los filtros y luego a la bomba, el agua de compensación solo se toma para suplir las deficiencias de los condensados. Grupo 4. En este diseño se usan dos calentadores de roció y dos desaireadores. Un calentador y un desaireador se usan para el agua de compensación, los otros dos se usan para el condensado. Este modelo se usa cuando se requiere desaeracion completa de ambos componentes, y el condensado representa sustancialmente menos del 70 % del agua de calderas. El departamento que almacena el agua de condensado desaereada, se separa del agua de compensación desaerada por medio de una placa vertical. El agua de compensación desaireada deberá pasar a través de los filtros, siendo el efecto neto que los condensados desaereados llegan a la succión de la bomba a mayor presión que el agua de compensación, asegurando que se usan primero los condensados y luego el agua de compensación. Grupo 5. Este es otro diseño usado para la desaeracion completa de los condensados y agua de compensación, pero aquí los condensados representan más del 70 % de los requerimientos de las calderas. Se usan dos calentadores de roció, uno para los condensados y otro para el agua de compensación, los dos flujos se mezclan y desairean en un desaireador integral. Esto se efectúa permitiendo que el condensado fluya directamente el desaereador después de pasar por su respectivo calentador; el agua de compensación, después de pasar por el calentador, cae en el tanque de asentamiento, donde se ablanda, después de subir por el

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cilindro de toma va a los filtros y luego al desaireador, según se necesite. Puesto que hay una pérdida de carga a través de los filtros, consecuentemente se usan primero los condensados y el agua de compensación suple las deficiencias de la demanda de las calderas. 12 METODO DEL AMONIACO, FOSFATOS DE SODIO En algunas aguas residuales se estima necesario la posterior eliminación de compuestos de nitrógeno, generalmente amonio/amoniaco y compuestos orgánicos nitrogenados. La eliminación del amonio/amoniaco puede llevarse a cabo aumentando el pH hasta 11 (con cal), para convertir la forma amónica NH 4+ en amoniaco NH 3, seguido de un burbujeo con aire para arrastrar el amoniaco disuelto. Este proceso es relativamente caro ya que es muy intensivo desde el punto de vista energético. El ión amonio puede también eliminarse por intercambio iónico empleando resinas catiónicas cuyos sitios activos están ocupados inicialmente por sodio o calcio. Alternativamente, tanto el nitrógeno orgánico como el amoniaco pueden eliminarse utilizando primero bacterias nitrificantes para oxidar todo el nitrógeno a nitrato. Luego el nitrato se somete a des nitrificación por medio de bacterias que lo convierten en nitrógeno molecular, el cual escapa del agua. Es evidente que un agua contaminada con ion nitrato puede ser tratada a través de este último proceso para eliminarlo. Esta segunda etapa de reducción del nitrato requiere de una sustancia que se oxide, por lo que, si es necesario, se puede añadir metanol el cual se convierte a CO 2 durante el proceso: 5 CH3OH + 6 NO3‒+ 6 H+ = 5 CO2+ 3 N2+ 13 H2O

En algunos casos, el agua saliente del tratamiento terciario es de suficiente calidad para usarse como agua de consumo. Incluso, esta agua vertida aguas arriba en un río, puede utilizarse como agua de bebida aguas abajo tras el conveniente proceso de potabilización. 13 PROCESOS POR INTERCAMBIO IONICO, ZEOLITAS, RESINAS SINTETICAS El intercambio iónico es un intercambio de iones entre dos electrolitos o entre una disolución de electrolitos y un complejo. En la mayoría de los casos se utiliza el término para referirse a procesos de purificación, separación, y descontaminación de disoluciones que contienen dichos iones, empleando para ello sólidos poliméricos o minerales dentro de dispositivos llamados intercambiadores de iones. Los intercambiadores de iones suelen contener resinas de intercambio iónico (porosas o en forma de gel), zeolitas, montmorillonita, arcilla y humus del suelo. Los intercambiadores de iones pueden ser intercambiadores de cationes, que intercambian iones cargados positivamente (cationes), o intercambiadores de aniones que intercambian iones con carga negativa (aniones). También hay cambiadores anfóteros que son capaces de intercambiar cationes y aniones al mismo tiempo. Sin embargo, el intercambio simultáneo de cationes y aniones puede ser más eficiente si se realiza en dispositivos mixtos que contienen una mezcla de resinas de intercambio de aniones y cationes, o pasar la solución tratada a través de diferentes materiales de intercambio iónico.

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13.1 APLICACIONES El intercambio iónico se utiliza ampliamente en las industrias de alimentos y bebidas, hidrometalúrgica, acabado de metales, química y petroquímica, farmacéutica, azúcar y edulcorantes, agua subterránea y potable, nuclear, ablandamiento industrial del agua, semiconductores, energía, y otras muchas industrias. Un ejemplo típico de aplicación es la preparación de agua de alta pureza para las industrias energética, electrónica y nuclear. Los intercambiadores de iones polímericos o minerales son ampliamente utilizados para ablandamiento del agua, purificación de agua, descontaminación, etc El intercambio iónico es un método ampliamente utilizado también en el hogar como en los detergentes de lavado, o en los filtros de agua) para producir agua blanda. Esto se logra mediante el intercambio de cationes calcio Ca2+ y magnesio Mg 2+ por Na 1+ o H +. ZEOLITAS:Las Zeolitas o Ceolitas son minerales aluminosilicatos microporosos que destacan por su capacidad de hidratarse y deshidratarse reversiblemente. Hasta octubre 2012 se han identificado 206 tipos de zeolitas según su estructura, de los cuales más de 40 ocurren en la naturaleza; los restantes son sintéticos. La zeolitas naturales ocurren tanto en rocas sedimentarias, como volcánicas y metamórficas. Suelen ser utilizados y vendidos como adsorbentes comerciales. Ejemplos de sus usos incluyen la refinación del petróleo, la coloración de gases y líquidos y el control de polución. Esto ha hecho que exista una producción comercial de zeolitas artificiales de características particulares. Intercambio iónico: La mayor parte de los intercambios iónicos se lleva a cabo a través de la solución acuosa, por lo cual se utiliza para ablandar aguas duras residuales. Esto se logra generando "sitios activos" sobre la superficie de la zeolita (con un tratamiento previo de este material) de modo que al pasar el líquido a través de ella se logre atrapar y reemplazar los iones que se encuentran en la solución por otros que disminuyan las propiedades de dureza, por ejemplo, aunque esto se puede aplicar a un sin fin de procesos de interés. Cada determinado tiempo se requiere un proceso de recuperación de la resina de intercambio (como también se le denomina) de modo que se limpien los iones retenidos y se vuelvan a liberar los respectivos sitios activos. Los métodos iónicos han sido utilizados desde 1850, cuando H. Thompson y J. T. Way, investigadores de Inglaterra, trataron diversas arcillas con sulfato de amonio o carbonato en solución para extraer el amoníaco y liberar calcio. En 1927, la primera columna de zeolita mineral fue utilizada para eliminar iones de calcio y magnesio que interferían en la solución, para determinar el contenido de sulfato de agua. La versión moderna de la IEC se desarrolló durante la época de la guerra del Proyecto Manhattan. Era necesaria una técnica para separar y concentrar los elementos radiactivos necesarios para hacer la bomba atómica. Los investigadores eligieron absorbentes que pudieran cerrarse sobre elementos transuránidos cargados, y que pudieran ser eliminados diferencialmente. Últimamente, una vez

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desclasificado, estas técnicas pueden utilizar nuevas resinas IE para desarrollar los sistemas que se utilizan a menudo hoy en día para la purificación específica de productos biológicos y de sustancias inorgánicas. A principios de los '70, la cromatografía iónica, fue desarrollada por Hamish Small y sus compañeros de trabajo en Dow Chemical Company como un novedoso método de IEC utilizables en el análisis automatizado. CI utiliza resinas iónicas más débiles para su fase estacionaria y una nueva neutralización de stripper, o supresor de la columna para eliminar los iones quitados que se depositan en el fondo. Es una poderosa técnica para determinar bajas concentraciones de iones y es especialmente útil en estudios sobre el medio ambiente y la calidad del agua, entre otras aplicaciones. 14 DISEÑO DE LOS EQUIPOS PARA TRATAMIENTO DE AGUA, ANALISIS QUIMICOS DEL AGUA PARA LA INDUSTRIA, CONTROL DIARIO. 14.1 DISEÑO DE EQUIPOS PAR A TRATAMIENTO DE AGUAS 1. Diseño, suministro y mantenimiento de equipos para tratamiento de aguas industriales y residenciales en los que se incluyen estos rubros:      

Filtros: Para remoción de sólidos suspendidos hasta 5 micras de tamaño Filtro: Remoción de sólidos sedimentables Filtro de Carbón Activado: Para remoción de Materia Suavizadores Filtros Purificadores Ultra Violeta Osmosis Inversas

Para la selección de los equipos, se realiza un estudio detallado del agua y del espacio físico en El que desea construir. 2.- Instalación y arranque de equipos sobre tratamiento de aguas. 3.- Asesoramiento técnico especializado para el control y mantenimiento de equipos sobre tratamiento de aguas. 4.-Entrenamiento del personal mediante charlas, cursos, talleres, programas de adiestramiento sobre sistemas de tratamiento de aguas. 14.2 ANALISIS QUIMICO PARA LA INDUSTRIAL Acidez pH: La acidez de un agua es una medida de la cantidad total de substancias ác idas (H+) presentes en esa agua, expresados como partes por millón de carbonato de calcio equivalente. Se ha demostrado que un equivalente de un ácido (H+) es igual al equivalente de una base (OH-). Por lo tanto no importa si el resultado se expresa como ácido o como base y, por conveniencia, la acidez se reporta como el CaCO3 equivalente debido a que en muchas ocasiones no se sabe con exactitud que ácido está presente.

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Alcalinidad: Es una medida de la cantidad total de sustancias alcalinas (OH-) presentes en el agua y se expresan como partes por millón de CaCO3 equivalente. También se hace así porque puede desconocerse cuáles son los álcalis presentes, pero éstos son, al menos, equivalentes al CaCO3 que se reporte. "La actividad de un ácido o un álcali se mide mediante el valor de pH. En consecuencia, cuanto más activo sea un ácido, menor será el pH y cuanto más activo sea un álcali, mayor será el pH. Cloro Residual: La concentración del cloro residual "libre", así como la porción relativa entre los cloros residuales "libre" y "combinado", son importantes cuando se practica la cloración q residual libre. En un determinado abastecimiento de agua aquella porción del cloro residual total "libre", sirve como medida de la capacidad para "oxidar" la materia orgánica. Cuando se práctica la cloración q residual libre, se recomienda que cuando menos, el 85 % del cloro residual total quede en estado libre. La cloración es también un método relativamente eficiente como tratamiento correctivo, si se aplica en las cantidades adecuadas, adicionales a las que se requieren para propósitos de desinfección. A veces se requieren tan grandes concentraciones de cloro, que se necesita de un decloración posterior para que no se presenten sabores ni olores de cloro en el agua. Una técnica de cloración relativamente reciente, incluye el uso de cloruro de sodio junto con la cloración ordinaria. En esta reacción se produce bióxido de cloro. 15 TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS Y RESIDUALES 15.1 TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS El término agua residual define un tipo de agua que está contaminada con sustancias fecales y orina, procedentes de desechos orgánicos humanos o animales. Su importancia es tal que requiere sistemas de canalización, tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera graves problemas de contaminación. 15.1.1 SUSTANCIAS QUÍMICAS Las aguas servidas están formadas por un 99 % de agua y un 1 % de sólidos en suspensión y solución. Estos sólidos pueden clasificarse en orgánicos e inorgánicos. 



Los sólidos inorgánicos están formados principalmente por nitrógeno, fósforo, cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y algunas sustancias tóxicas como arsénico, cianuro, cadmio, cromo, cobre, mercurio, plomo y zinc. Los sólidos orgánicos se pueden clasificar en nitrogenados y no nitrogenados. Los nitrogenados, es decir, los que contienen nitrógeno en su molécula, son proteínas,

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ureas, aminas y aminoácidos. Los no nitrogenados son principalmente celulosa, grasas y jabones. La concentración de materiales orgánicos en el agua se determina a través de la DBO 5, la cual mide material orgánico carbonáceo principalmente, mientras que la DBO20 mide material orgánico carbonáceo y nitrogenado DBO2. 

Aniones y cationes inorgánicos y compuestos orgánicos 15.1.2 PRINCIPALES PARÁMETROS

Los parámetros característicos, mencionados en la Directiva Europea, son:      

temperatura pH sólidos en suspensión totales (SST) o materia orgánica valorada como DQO y DBO (a veces TOC) nitrógeno total Kjeldahl (NTK) nitrógeno amoniacal y nitratos

También hay otros parámetros a tener en cuenta como fósforo total, nitritos, sulfuros, sólidos disueltos. 15.1.3 ANÁLISIS MÁS FRECUENTES PARA AGUAS RESIDUALES 15.1.3.1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS TOTALES

Evaporar al baño María 100 ml de agua bruta tamizada. Introducir el residuo en la estufa y mantenerlo a 105 °C durante 2 horas. Pasarlo al desecador y dejar que se enfríe. Pesar. Sea Y el peso del extracto seco a 105 °C Calcinar en un horno a 525± 25 °C durante 2 horas. Dejar que se enfríe en el desecador. Pesar. Sea Y´ el peso del residuo calcinado. Cálculos

Peso de la fracción orgánica de los sólidos totales de la muestra= Y-Y´, siendo Y el peso de las materias totales de la muestra e Y’ el peso de la fracción mineral de las materias totales de la muestra. DETERMINACIÓN DE LA DBO: La demanda biológica de oxígeno (DBO), es un parámetro que mide la cantidad de materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión. Se utiliza para medir el grado de contaminación, normalmente se mide transcurridos cinco días de reacción (DBO 5), y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mgO2/l). El método de ensayo se basa en medir el oxígeno consumido por una población microbiana en condiciones en las que se han inhibido los procesos fotosintéticos de producción de oxígeno en condiciones que favorecen el desarrollo de los microorganismos. Es un método que constituye un medio válido para el estudio de los fenómenos naturales de destrucción de la materia orgánica,

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representando la cantidad de oxígeno consumido por los gérmenes aerobios para asegurar la descomposición, dentro de condiciones bien especificadas, de las materias orgánicas contenidas en el agua a analizar. El método pretende medir, en principio, exclusivamente la concentración de contaminantes orgánicos. Sin embargo, la oxidación de la materia orgánica no es la única causa del fenómeno, sino que también intervienen la oxidación de nitritos y de las sales amoniacales, susceptibles de ser también oxidadas por las bacterias en disolución. Para evitar este hecho se añade N-aliltiourea como inhibidor. Además, influyen las necesidades de oxígeno originadas por los fenómenos de asimilación y de formación de nuevas células. DETERMINACIÓN DE LA DQO:La demanda química de oxígeno (DQO) es un parámetro que mide la cantidad de materia orgánica susceptible de ser oxidada por medios químicos que hay en una muestra líquida. Se utiliza para medir el grado de contaminación y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mg O2/l). Aunque este método pretende medir exclusivamente la concentración de materia orgánica, puede sufrir interferencias por la presencia de sustancias inorgánicas susceptibles de ser oxidadas (sulfuros, sulfitos, yoduros, etc.). La DQO está en función de las características de las materias presentes, de sus proporciones respectivas, de las posibilidades de oxidación, etc. Por eso, la obtención de los resultados y su interpretación no serán satisfactorios más que en condiciones metodológicas bien definidas y estrictamente respetadas. 15.2 TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL Toda agua servida o residual debe ser tratada, tanto para proteger la salud pública como para preservar el medio ambiente. Antes de tratar cualquier agua servida se debe conocer su composición. Esto es lo que se llama caracterización del agua. Permite conocer qué elementos químicos y biológicos están presentes y da la información necesaria para que los ingenieros expertos en tratamiento de aguas puedan diseñar una planta apropiada al agua servida que se está produciendo. Una Estación depuradora de aguas residuales tiene la función de eliminar toda contaminación química y bacteriológica del agua que pueda ser nociva para los seres humanos, la flora y la fauna, de manera que se pueda devolver el agua al medio ambiente en condiciones adecuadas. El proceso, además, debe ser optimizado de manera que la planta no produzca olores ofensivos hacia la comunidad en la cual está inserta. Una planta de aguas servidas bien operada debe eliminar al menos un 90 % de la materia orgánica y de los microorganismos patógenos presentes en ella. Como se ve en este gráfico, la etapa primaria elimina el 60 % de los sólidos suspendidos y un 35 % de la DBO. La etapa secundaria, en cambio, elimina el 30 % de los sólidos suspendidos y un 55 % de la DBO.

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CAP-3 TRATAMIENTO-DE-AGUA-EN-LA-INDUSTRIA.pdf

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