Instructor: Ing. José Manuel García Pantigozo
SEMESTRE II - 2013
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OBJETIVOS ESPECIFICOS DE APRENDIZAJE al término de la clase el participante :
Identificará,
los tipos de agua que se utilizan en la industria.
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PROYE CTOS /T A RE A S D E APRENDIZAJE
Características técnicas de los diversos tipos de aguas industriales.
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DEFINICIÓN DE AGUA INDUSTRIAL Las aguas industriales son las que proceden de cualquier actividad industrial en cuyo proceso de producción, transformación o
manipulación se utilice el agua.
I.- DUREZA DEL AGUA
DUREZA DEL AGUA Se debe a la presencia de cationes de (Ca+2) (Mg+2), (Fe+2), (Mn+2) y (Ba+2). Un catión es un ión (sea átomo o molécula) con carga
•
eléctrica positiva, por perder electrones. Ejemplo: se muestra el catión de sodio (Na+1):
DUREZA TEMPORAL
Dureza de carbonatos:
constituida por carbonato ácido de CaCO3 o MgCO3, . precipitan cuando al calentarse el agua y se transforman en carbona- Agua hirviendo tos insolubles.
DUREZA PERMANENTE • Dureza de no carbonatos: Corresponde a la dureza que queda en el agua después de la ebullición, incluye CaSO4, CaCl2, Ca(NO3)2, MgSO4, MgCl2 y Mg(NO3)2,
CaSO4
CLASES DE DUREZA DEL AGUA Grado de Dureza
Mg/L de CaCO3
Blandas
[0 – 75]
Moderadamente duras
(75 -150]
Duras
(150 – 300]
Muy duras
› 300
II.-TIPOS DE AGUAS INDUSTRIALES
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Sólidos totales (T°=105°C) Temperatura (T° 550°C)
Filtración (0.45 micras)
Volátiles
Fijos
Suspendidos
Disueltos
orgánico
inorgánico
retenido
filtrado
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS • COLOR: Causado
por sólidos suspendidos (aparente), material coloidal y sustancias en solución (verdadero).
Fuentes
de color: descargas industriales, descomposición de compuestos orgánicos. Café claro, gris claro, gris oscuro o negro.
y
• OLOR: Generadores
de olores: indol, eskatol, mercaptanos, sulfuro de hidrógeno.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS • TEMPERATURA: Afecta las reacciones químicas, velocidades de reacción, uso
del agua, vida acuática. T° óptima vida bacteriana: 25°C - 35°C Detención de procesos aeróbicos y de nitrificación: 50°C Detención
producción de metano: 15°C y nitrificantes: 5°C
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS
• Constituyentes orgánicos Proteínas, carbohidratos, grasas y aceites • Constituyentes inorgánicos Elementos individuales (Ca, Cl, Fe, Cr, Zn, Compuestos (NO3, SO4)
• pH: Intervalo existencia vida biológica: 5 – 9 • Nitrógeno amoniacal: – Ion amonio: pH<9.3 – Amoniaco: pH>9.3
etc.)
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS • Fósforo: Formas comunes: ortofosfatos, polifosfatos (sufren hidrólisis en soluciones acuosas y se convierten en ortofosfatos) y fósforo orgánico (en aguas industriales).
• Alcalinidad: Neutraliza los ácidos. Presencia de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos. En sistemas anaerobios o de nitrificación amortigua ácidos. • Azufre: – Ion sulfato en aguas de abastecimiento y residuales
– Sulfatos se reducen biológicamente a sulfuros.
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS • Metales: Todos los organismos los requieren.
– Clases de metales: disueltos, suspendidos, totales, extractables en ácido (ácido mineral en caliente). • Constituyentes orgánicos agregados: – Materia orgánica en las Aguas Residuales: proteínas (40 - 60%), carbohidratos (25 - 50%) y grasas y aceites (8 - 12%). Urea (mayor constituyente de la orina)
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS • Demanda Bioquímica de Oxígeno: – Si hay suficiente oxígeno disponible, la descomposición del desecho continua hasta que se consuma todo. • Demanda Química de Oxígeno:
– Medir material orgánico de las aguas residuales, susceptible de ser oxidado químicamente. •Se oxidan sustancias orgánicas difíciles de oxidar biológicamente (lignina). •Hay sustancias inorgánicas que se oxidan.
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS • Grasas y aceites : Líquidos a T° ambiente: aceites. Sólidos a T° ambiente: grasas. Esteres compuestos de ácidos grasos, alcohol y glicerol. • Tensoactivos: “Agentes de actividad superficial”
– Moléculas orgánicas grandes compuestas de un grupo hidrofílico y uno hidrofóbico. – En Aguas Residuales provienen de descargas de detergentes, lavanderías industriales, etc. – Causan aparición de espumas.
CARACTERÍSTICAS BIOLOGICAS • Importancia: estabilización.
enfermedades,
descomposición
y
• Microorganismos presentes en Aguas superficiales y
subterráneas: – Bacterias, hongos, algas, protozoos, plantas y animales vivos, virus.
– Clasificación: eucariotas, eubacterias y arqueobacterias. – Eucariotas : núcleo recubierto, varias moléc. de ADN. Procariotas (bacterias y arqueobacterias).
CARACTERÍSTICAS BIOLOGICAS
– Fuente de carbono: heterótrofos (requieren carbono orgánico) y autótrofos (carbono celular se deriva del CO2). – Requerimientos de oxígeno: aerobios obligados, anaerobios facultativos, anaerobios aerotolerantes y
anaerobios obligados.
– Requerimientos ambientales:
•Por Temperatura T°: psicrofílicas (-10 - 20°C), mesofílicas (10 - 50°C), termofílicas (40 - 70°C) e hipertermofílicas (70 - 95°C)
CARACTERÍSTICAS BIOLOGICAS • Microorganismos patógenos: (protozoos y helmintos) y virus
Bacterias,
parásitos
• Métodos de conteo: conteo directo, cultivo de placa, filtro de membrana, fermentación en tubos múltiples.
III.- TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALES
INTRODUCCIÓN • Los procesos industriales generan una gran variedad de aguas residuales. • Algunos de los contaminantes, como los metales pesados y ciertas sustancias orgánicas, están sometidas a severas restricciones. • Los contaminantes pueden encontrarse en forma disuelta o en suspensión y por su naturaleza química pueden ser orgánicos e inorgánicos.
OPERACIONES UNITARIAS
TRATAMIENTOS PRIMARIOS
1.- TAMIZADO Primera
operación
unitaria
en el tratamiento de aguas. En
el tamizado grueso se emplean equipos para separar sólidos gruesos.
Rejillas
FILTRO DE ARENA VACIO BOCATOMA
DESARENADOR
TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS DE MINA (DAM, drenaje ácido de mina) • La pirita es el peor villano de formación de ácido sulfúrico por la oxidación de sulfuros Minerales principalmente la pirita. (Fes2). • El H2SO4 induce la inestabilidad de muchos metales. • La ecuación básica de oxidación es como sigue:
El DAM puede producirse en cualquiera de los siguientes medios: – Lavado de las paredes de minas a cielo abierto; – Terrenos de minas metálicas; – Terreros de minas de carbón sulfuroso; – Presas de jales; – Montones de lixiviación; – Exposición natural de rocas que contienen sulfuros.
TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE MINA AURIFERA TÉCNICAS ACTIVAS Son aquellas que se basan en el procesamiento químico del DAM mediante la adición de reactivos neutralizantes: carbonato cálcico, hidróxido sódico, bicarbonato sódico o hidróxido amónico. Estos reactivos llevan el pH a valores aceptables, y favorecen la precipitación de la mayor parte de los metales pesados que pueda contener el agua. •
•
DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN INDUSTRIA DE GALVANOPLASTIA • REDUCCIÓN DEL CR(VI) HASTA CR(III) 2H2CrO4 + 3 Na2SO3 + 3 H2SO4
Cr2(SO4)3
+ 3 Na2SO4 + 5 H2O
2 Na2CO3 +
N2 + 5 NaCl + H2O
• OXIDACIÓN DE CIANUROS 2 NaCN + 5 NaClO + 2 NaOH
DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN INDUSTRIA DE GALVANOPLASTIA • PRECIPITACIÓN
Na2CO3 +Ca(OH)2 Cr2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2
CaCO3 + 2 Na(OH)
2 Cr(OH)3 + 3 CaSO4
SÓLIDOS SUSPENDIDOS • El agua residual contiene materiales sólidos grandes sedimentables hasta materiales coloidales. • En la caracterización de las aguas residuales, los materiales sólidos en lagruesos muestra.son removidos antes de analizar • La clasificación de los diferentes tipos de sólidos identificados y la interrelación entre estas fracciones se ilustra .
SÓLIDOS SUSPENDIDOS
2.- HOMOGENIZACIÓN estanques de homogenización se utilizan para: la neutralización, aminorar variaciones de caudal y aminorar variaciones Los
de carga contaminante.
Estanques de homogenización a nivel constante
• Si caudal de entrada varia, varia el caudal de salida. No es una técnica de homogenización sino de neutralización.
Estanques de homogenización a nivel variable
• El efluente sale con un caudal constante, y como el caudal de entrada varia con el tiempo, el nivel del estanque es variable.
3.- SEDIMENTACIÓN sedimentación se utiliza al tratar aguas para separar sólidos en suspensión. Se eliminan materias por sedimentación La
por la diferencia de P.E. entre las partículas sólidas y el líquido donde se encuentran.
CLASE DE SEDIMENTADORES SEDIMENTADOR RECTANGULAR
SEDIMENTADOR CIRCULAR
SEDIMENTADOR INCLINADO
REMOCIÓN DE LODOS
TIPOS DE SEDIMENTACIÓN DE PARTÍCULAS: discretas (tipo I) :
arena , arcilla, etc.
floculentas (tipo 2 ) sólidos suspendidos
coagulados y floculados zonal o interferida (tipo 3) separación de lodos.
MECÁNICA DEL MOVIMIENTO DE PARTÍCULAS A TRAVÉS DE UN FLUIDO • Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo que esta cayendo son: la fuerza de la gravedad (Fg= mg), una fuerza de empuje (FE = wg) y la fuerza de arrastre (Fd) debida a la fricción del fluido y la partícula.
Fg
Fd
CUERPO
SÓLIDO
FE
FLOCULACIÓN •
Promueve choques entre las partículas inestables en la coagulación, por efecto del transporte de fluido, formando partículas de tamaño, visibles a la vista: los flóculos.
4.- FLOTACIÓN La flotación es un proceso para separar sólidos de baja densidad o partículas de una líquidas líquida. o inducido(IAF) Flotación por fase aire disperso Flotación por aire disuelto ( DAF) Flotación por aire cavitado (CAF)
FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO (DAF) La fase líquida se somete a una corriente de aire a presión, saturando el agua y presurizándola, luego este líquido saturado pasa a través de una válvula reductora de presión. Se forman burbujas de aire que se asocian a los sólidos en suspensión flotando respectivamente.
FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO (DAF)
MICROBURBUJAS
DAF (RECTANGULAR)
PRUEBA DE FLOTACIÓN
DAF (CIRCULAR)
5.- FILTRACIÓN Las partículas suspendidas en un líquido se separan mecánicamente usando un medio poroso que retiene las partículas en forma de fase sin separada filtrado sólidos. que permite el paso del Cuando la concentración es mínima, los filtros operan por tiempos largos, antes de que sea necesario limpiar el medio filtrante.
TIPOS DE EQUIPOS DE FILTRACIÓN: • Filtros de lecho abiertos • Filtros a presión
Filtros de cartucho Filtros de canastilla Filtros de arena Filtros de lecho profundo Filtros prensa
• Filtros al vacio • Filtros de banda
ESQUEMA DE FILTRO DE LECHO ABIERTO
FILTRO A PRESIÓN: FILTRO DE CARTUCHO
FILTRO A PRESIÓN: FILTRO DE CANASTILLA
FILTRO A PRESIÓN: FILTRO DE ARENA A PRESIÓN
FILTRO A PRESIÓN: FILTRO DE LECHO PROFUNDO
FILTRO A PRESIÓN: FILTRO PRENSA
FILTRO AL VACIO
FILTRO DE BANDAS
