T3. Desinfección de Aguas

Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental

T3 Desinfección de aguas José Manuel Poyatos

TRATAMIENT TRATA MIENTO O DE AGUA AGUAS S Tema 3: 3: Desi sinf nfe ecc cció ión n de agu agua as po potabl table es

Prof. José Manuel Poyatos Capilla Tecnología del Medio Ambiente Departamento Departamento Ingeniería Civil


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•

•

•

Introducción Cloración Ultravioleta Ozonización



Tratamiento conv co nve encio nc ional nal de d e una ET ETAP Cámara de mezcla

Recepción (Medición)

•

Captación

• •

• •

Floculación

Decantació n

Filtración

Desinfección

Coagulación Oxidación Precloración

Superficial Profunda

Desinfectante

Aplicación

Cloro

Muy co común Sencillo

Inversión ba baja; Ma Mantenimiento me medio

Cloramina

Común

Sencillo

Inversión media; Mantenimiento medio

Hipoclorito

Común

Sencillo

Inversión baja; Mantenimiento medio

Complejo

Coste alto; Ma Mantenimiento ba bajo

Complejo

Coste de operación alto

Dióxido de cloro Ocasional Ozono

Común

Manejo

Costo



Sistemas de desinfección CLORACIÓN



Tratamiento convencional de una ETAP Cámara de mezcla

Recepción (Medición)

•

Captación

• •

• •

Floculación

Decantació n

Filtración

Desinfección

Coagulación Oxidación Precloración

Superficial Profunda Coagulación floculación

Eliminación (Separación física) a l e n d ó s i o c c e m f s i n n i a s e c d e M

Filtración Membranas Destrucción de la pared celular de los microorganismos, o cambios en la permeabilidad de la célula, permitiendo la penetración de la pared celular

Inactivación

Reacción con las enzimas de los microorganismos, que causa inhibición del metabolismo de la glucosa y provoca la muerte del organismo. Oxidación y destrucción de la materia orgánica del agua, eliminando la fuente de alimentación de los


Esquema convencional de una ETAP DESINFECCIÓN Factores que intervienen en la eficacia de la desinfección  Microorganismos presentes  Desinfectante utilizado  Características físico-químicas del agua (pH, sólidos en suspensión, turbidez, materia orgánica..)  Temperatura  Tiempo de contacto (TC) Tiempo de Contacto (TC) necesario para la desinfección

Siendo: TC= C*T C: concentración del agente desinfectante T: tiempo mínimo de contacto del desinfectante Volumen necesario (V)

Siendo: V= Q*T Q: caudal T: tiempo mínimo de contacto del desinfectante



Desinfección

N/N0 = [1 + 0.23 C*t] -3

3

Ct 

N o N

0.23



1

N: Número de microorganismos finales. N 0: Número de microorganismos iniciales. C: Concentración de cloro. t: Tiempo de contacto.


Reacciones básicas del cloro en presencia de agua

Cl2



H 2O

NaOCl





ClOH

H 2O

H2O





H

ClOH





H+ + OH-



Cl

OH





Na





DESINFECCIÓN con CLORO /HIPOCLORITO  El

cloro es el desinfectante más utilizado en la actualidad. Puede utilizarse en forma de cloro gas o en forma de ión hipoclorito si bien las características de ambos sistemas son muy similares ya que la disolución de cloro en agua forma ión hipoclorito:



En la reacción de equilibrio del ácido hipocloroso con el ión hipoclorito se observa que en el equilibrio que se establece destaca la presencia del ión hidrogenión, lo cual hace que se desplace en un sentido o en otro en función del pH del agua.


Influencia del pH en la presencia de compuesto con cloro en el agua

Muestras ácidas [H+]>10-7 pH oscila entre 0 y 7 Muestras Básicas [H+]<10-7 pH oscila entre 7 y 14

HCLO 100 veces más bactericida que CLO (modificado Handbook of chlorination, 1999)



DESINFECCIÓN con CLORO /HIPOCLORITO  El

cloro disuelto en el agua se halla en varias formas activas que conviene diferenciar Cloro libre (CRL) (cloro disuelto en agua que no está o r o l c l e d s a v i t c a s a m r o F

asociado con la materia orgánica y, por consiguiente, con un buen poder de desinfección) Cloro combinado (CRC) (Es el cloro que está asociado

con materia orgánica pero que aún tiene poder desinfectante.) Cloro activo (CA) (Es la parte del cloro libre que está en

forma de ácido hipocloroso. Es la forma del cloro más activa para la desinfección y su concentración depende del valor del pH del agua) Cloro total (CRC+CRL) (Es la suma del cloro libre y el

cloro combinado)



DESINFECCIÓN con CLORO /HIPOCLORITO Eficacia en la desinfección  El cloro es eficaz contra la mayoría de bacterias, sin embargo la acción del cloro frente a virus es más limitada y precisa en muchos casos de prolongados tiempos de contacto. En este sentido y a modo de ejemplo puede destacarse que únicamente la forma no disociada HOCl (cloro activo) es eficaz frente a los enterovirus. Tiempo de contacto  Es importante tener presente que el cloro precisa de un tiempo de contacto mínimo de 20 a 45 minutos para desinfectar el agua. Todo sistema basado en cloro debe permitir este tiempo de contacto (generalmente en un depósito de acumulación) para garantizar la desinfección del agua.



DESINFECCIÓN con CLORO /HIPOCLORITO Subproductos de reacción  Los principales y más conocidos son los que se generan a partir de la materia orgánica existente. Entre ellos, los derivados organohalogenados y los trihalometanos. Estos tipos de derivados están considerados como tóxicos y potencialmente cancerígenos.  El

RD 140/2003 sobre la calidad del agua de consumo humano establece las concentraciones máximas admisibles de trihalometanos.



DESINFECCIÓN con CLORO /HIPOCLORITO Dosis de aplicación  La dosis de aplicación depende de las características microbiológicas del agua así como del valor del pH. Para la desinfección del agua se utilizan generalmente dosis de cloro libre alrededor de 0,2 - 0,6 mg/l o superiores en función de las características del agua.  Aunque

el RD 140/2003 no exige la presencia de cloro en el agua de consumo humano, algunas legislaciones autonómicas establecen un valor mínimo de 0,2 mg/L.



DESINFECCIÓN con CLORO /HIPOCLORITO Almacenamiento de agua clorada  Cuando un agua tratada con cloro se almacena en un depósito hemos de tener siempre presente que al ser el cloro un gas, tiene tendencia a pasar al aire (especialmente en épocas de altas temperaturas) disminuyendo progresivamente su concentración en el agua hasta llegar a ser nula. 

Si existe un depósito de acumulación es imprescindible realizar un control y una regulación del valor de cloro residual, ajustándolo en caso necesario para poder garantizar la desinfección del agua.



Por otra parte, en las aguas de red el valor del pH generalmente depende del contenido en ácido carbónico (CO2disuelto en el agua). Cuando el agua se acumula en un depósito, el gas carbónico se va perdiendo por evaporación y con ello, el valor del pH tiende a elevarse.


Cloro en presencia de compuestos inorgánicos: sulfato de Hierro (II) (fácilmente oxidable)

3Cl2



6 FeSO4

Cl2 Cl2





2 Fe2 ( SO4 ) 3 2 FeCl3

SH 2



S

RH



R  Cl





HCl 

HCl


Formación de cloraminas (Oxidabilidad intermedia) NH 3



HClO



NH 2Cl



H 2O ( Monocloroa min a )

NH 2Cl



HClO



NHCl2



H 2O ( Dicloroa min a )

NHCl2



HClO



NCl3

H 2O (Tricloroa min a )



Concentracion de cloroaminas =[NH2Cl] + [NHCl2] + [NCl3]


Formación de organoclorados (Difícil de oxidar---+adición de Cl2)

R  NH 2 R  CH



CH





HClO

R





R  NHCl



H 2O

HClO  RCHCl  CHOH



R


Reacción cloro/nitrogeno 4Cl2 + 2 NH 3 + 3H 2O 4ClNH 2 + 3 Cl2 + H 2O

↔ ↔

8 Cl- + NO3- + 9H + N 2 + N 2O + 10ClH


CURVA DE DEMANDA DE CLORO L / g m , l a t o t l a u d i s e r o r o l C

F C D A B Dosis de cloro, mg/L

A-B---El cloro reacciona inicialmente con los agentes reductores presentes y no forma un residual detectable




B-C---Cloro reacciona con el amoniaco y con las aminas presentes para formar un residual de cloro




C-D---concentración de cloro es lo suficientemente alta para oxidar las cloraminas, la destrucción de las



Cl2



H 2O

NaOCl



 ClOH 

H 2O

H



 ClOH 



Cl

OH





Na



F C CRL

D A B

Punto de ruptura CRC Dosis de cloro, mg/L

D-F---una vez completa la oxidación todo el cloro añadido es cloro libre (CRL).



DESINFECCIÓ DESINFECCIÓN N con c on CLORO /HIPOCLORITO /HIPOCLORITO Dosis osis de aplica plicació ción n En planta la operación normal es que la pre-cloración, alcanzara la demanda de cloro (hasta el punto de ruptura) y el la postcloración se introduce el CRL necesario PRECLORACIÓN------------DEMANDA PRECLORACIÓN------------DEMANDA DE CLORO HASTA HASTA PUNTO DE RUPTURA RUPTURA POSTCLORACIÓN----------CRL CLORACIÓN NECESARIA EN PLANTA= PLANTA= DEMANDA DE CLORO + CRL


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TIPOS DE CLORACIÓN –

–

–

–

CLORACIÓN CLORACIÓN SIMPLE PRECLORACIÓN POSTCLORACIÓN RECLORACIÓN

L / g m , l a t o t l a u d i s e r o r o l C

F C CRL

D A B

Punto de ruptura CRC Dosis de cloro, mg/L


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SUSTANCIAS SUSTANCIAS EMPLEADAS EN CLORACIÓN


NECESIDADES DE ELIMINAR ELIMINAR EL CLORO RESIDUAL RESIDUAL

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IMPACTO DE LOS EFLUENTES CLORADOS EN LOS ECOSISTEMAS (Lazarova et al., 1999). Exceso de cloro en proceso detectada


Decloración Mediante empleo de dióxido de azufre:

-

+

SO2 + HOCl + H 2O ↔ Cl - + SO4 + 3 H 2-

+

+

SO2 + NH 2Cl + H 2O ↔ Cl - + SO4 + NH 4 + 2 H


Decloración Mediante empleo de sulfito:

SO3 2-

-

-

-

+

+ HOCl ↔ Cl + SO4 + H 2-

+

SO 3 + NH - + SO 4 + NH 2Cl + H 2O ↔ Cl 4


Decloración Mediante empleo de carbón activo:

C + 2 Cl2 + 2H 2O C + 2NH 2Cl + H 2O

4ClH + CO2

↔

-

+

2 Cl + CO 2 + 2 NH 4

↔


Inconvenientes de la cloración •

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Influencia de la concentración de sólidos en suspensión y turbidez en la efectividad del proceso. Influencia de la concentración de compuestos nitrogenados en la eficacia del proceso. Resistencia de determinados organismos a la cloración. Formación de Subproductos de la Cloración. Formación de cloraminas. Efecto negativo del cloro residual sobre cultivos. La necesidad de decloración aumenta los costes entre un 2030 %


Inconvenientes de la cloración •

Además hay que tener en cuenta los riesgos que conllevan el transporte y almacenamiento de cloro siendo los riesgos del manejo y manipulación de cloro los siguientes (EPA 832-F-99-0.34): – –

–

Irritación de las mucosas, tracto respiratorio y ojos Una exposición prolongada puede provocar tos, irritación, puede resultar un edema pulmonar incluso la muerte El cloro en estado gaseoso tiende a hidrolizarse en presencia de humedad, formando ácido hidroclohídrico, el cual irrita los ojos y la piel.


Otras Aplicaciones de la técnica

Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental ELIMINACIÓN DE OLORES 2 Reacciones principales en la eliminación de olores:

H2S + 4 Cl2 + 4 H2O

8 HCl + H2SO4 pH = 6

Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental ELIMINACIÓN DE OLORES

H2S + CL2 + 4 H2O

2 HCl + S pH = 9


Eliminación de Cianuros TÓXICO

TÓXICO

NaCN + Cl2

CNCl + NaCl

Reacción instantanea; no depende del pH CNCl + 2NaOH

NaCNO + NaCl + H2O

pH = 8.5-9.0; t=10-30 min pH=10-11; t=5-7 min (Si pH < 8 forma predominante CNCl)


Eliminación de Cianuros 3Cl2 + NaCNO + H2O

3Cl2 + (NH4)2CO3 + Na2CO3

Reacción lenta (cloro actúa como catalizador (Cl 2 ó HClO)) 3Cl2 + 6NaOH + (NH4)2CO3 + Na2CO3

2NaHCO3 + N2 + 6NaCl + 6H2O El cloro y el hidróxido oxidan rápidamente al carbonato amónico a nitrógeno gas y a los carbonatos a bicarbonatos


TIPOS DE DIFUSIÓN DE CLORO EN AGUA

Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental Difusión del cloro en el agua

(Handbook of chlorination, 1999)




Difusión del cloro en el agua






DESINFECCIÓN con CLORO /HIPOCLORITO Almacenamiento de agua clorada  Si el pH del agua es elevado (por ejemplo, 8,0) se deben usar elevadas dosis de cloro con un importante riesgo de que se formen derivados clorados.  Así

pues, en todo sistema de desinfección basado en cloro / hipoclorito es preferible disponer de un control y regulación del valor del pH del agua para poder garantizar la eficacia de la desinfección sin necesidad de utilizar elevadas concentraciones de cloro.



RADIACIÓN ULTRA VIOLETA


ENERGÍA ASOCIADO A LA LONGITUD DE ONDA •

Relación de Plank: E = h * γ –

–

–

•

E= energía h= Constante de Plank =6.626 * 10-34 J.S γ= Frecuencia (Hz)

C=λ*γ –

–

–

C= Velocidad de la Luz (en el vacio 3.6*108 m/s) λ = Longitud de Onda (nm) γ= Frecuencia (Hz)


E=h *γ C=λ*γ Si λ

γ

E

Si λ

γ

E


Rayos UV •

•

•

•

UV-vacio (100 nm < λ< 200 nm). UV-C (200 nm < λ< 280 nm)…Onda Corta UV-B (280 nm < λ< 315 nm)…Onda Media UV-A (315 nm < λ< 400 nm)…Onda Larga


•

•

DOSIS

D = I * t (µWs/cm2) N = No * e- kD ( Ley de Chick ) D=Dosis efectiva (W.s/m2 ; J/m2; µWs/cm2;) t = tiempo de exposición (Segundos) k = Tasa que depende del microorganismos N= Número de microorganismos a tiempo t No=Número de microorganismos inicial –

–

–

–

–


•

•

DOSIS

D = I * t (µWs/cm2) N = No * e- kD ( Ley de Chick ) La inactivación del número de microorganismos depende, únicamente de la dosis, pudiéndose compensar un menor tiempo de exposición con una mayor irradiación La dosis necesaria para conseguir inactivaciones del 99; 99.9 y 99.99% son, respectivamente: 2; 3 y 4 veces la dosis (D10) para un 90% de inactivación ó un 10% de supervivencia –

–


k1 o N / N a i c n e v i v r e p u S

k2 k3 k4 k5

Dosis, J/m2 (fuente: PHILIPS)


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La longitud de onda óptima para desactivar eficazmente los microorganismos se encuentra en el rango de 250 a 270 nm. La intensidad de la radicación emitida por la lámpara se disipa a medida que la distancia de la lámpara aumenta


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LAMPARAS DE BAJA PRESIÓN –

–

•

El mercurio se introduce en la lámpara trabajando a una presión de 7e-3 torr (85% de la luz emitida en UV), la temperatura de trabaja esta en torno a los 40ºC. Las longitudes estándar de las lámparas de baja presión son de 0.75 y 1.5 metros , y sus diámetros van de 1.5 a 2.0 cm.

LAMPARAS DE MEDIA PRESIÓN –

–

–

–

El mercurio se encuentra a una presión de vapor de 13 kPa (44 % de la luz que emita es UV) generalmente utilizadas en instalaciones de mayor tamaño. Estas lámparas de luz UV tienen una intensidad germicida aproximadamente 15 a 20 veces mayor que las lámparas de baja presión. Operan a temperaturas más altas con un mayor consumo de energía eléctrica.

Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental OTROS COMPONENETES •

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Camisa de cuarzo (para el buen funcionamiento del equipo). Equipo automático para la limpieza continua de la lámpara sin parar la desinfección. Material de las cámaras no debe transmitir la UV, ni corroerse (Acero 316L, 304). Sistema de control para el correcto funcionamiento de la instalación.


Diseño del reactor •

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Requerimientos legales Características del agua residual Instalación (Tipo de lámpara, configuración,….)



Características del agua residual

PARTÍCULAS EN EL AGUA AFECTAN LA RESPUESTA DE LA DOSIS 106 105 104

8 micron filtrate Effluent sample

SST Alto

103 102

200 CF/100 ml SST Bajo

101

0

10

20

30

40

50

60

Dosis UV mWs/cm2 La dosis UV requerida aumenta a medida que el número, tamaño y densidad de SST aumenta.

(fuente: TROJAN UV)



Características del agua residual

OTRO EJEMPLO: LA DOSIS DE UV REQUERIDA PUEDE VARIAR POR EL EFLUENTE

Transmitancia 65%, SST 20ppm 106

RBC - Contactador Biológico Rotatorio (Biodisco) TF - Filtro Percolador AS - Fangos Activados

105 104 103

RBC

102

TF 101

AS 0

10

20 30 40 50 Dosis UV mWs/cm2

60

(fuente: TROJAN UV)


En condiciones reales, hay factores que influyen en la dosis: •

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Un fluido que no transmite la radiación de longitud de onda 253.7nm con la misma eficacia que el agua pura hará que disminuya la intensidad recibida por los microorganismos La intensidad de la radiación UV disminuye con el envejecimiento de la lámpara El ensuciamiento del tubo de cuarzo también disminuirá la intensidad de la radiación Si el caudal a desinfectar es mayor que el de diseño para el equipo, la dosis disminuirá, debido al menor tiempo de contacto


Agua de secundario •

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Ensayos de laboratorio, bajo condiciones ideales, han determinado que, para el E.Coli, las dosis para un 90% (D10) y 99.9% de inactivación son 3mWs/cm2 y 9mWs/cm2, respectivamente. La dosis estimada para obtener una reducción de tres unidades logarítmicas (99.9% ) en el número de coliformes fecales de un efluente es de 30 microWs/cm2. (Dosis real en función de la tramitancia del agua).

Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental Control dósis UV


, n ) 2 ó i m c a / i c d W a r r ( m I

Distancia, cm

, n ) 2 ó i m c a / i c d W a r r m I (



Prediseño de instalación lámpara UV

Lámparas en vertical t(s)=D (microWs/cm2)/Imedia (microW/cm2) Vol (l) = t(s) * Q diseño (l/s) V (m/s) = Q (m3/s)/ S (m2) = L(m)/t(s) Ancho = LUV (1.470 m) S (m2) = h (m) * LUV ( m) Separación entre lámparas = a (0.075 m) Nº de lámparas = L (m) / a (m) •

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Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental VENTAJAS •

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La desinfección con luz UV es eficaz para la desactivación de la mayoría de los virus, esporas y quistes. La desinfección con luz UV es más un proceso físico que una desinfección química, lo cual elimina la necesidad de generar, manejar, transportar, o almacenar productos químicos tóxicos, peligrosos o corrosivos. No existe ningún efecto residual que pueda afectar a los seres humanos o cualquier organismo acuático. La desinfección con luz UV es de uso fácil para los operadores. La desinfección con luz UV tiene un período de contacto más corto en comparación con otros desinfectantes. El equipo de desinfección con luz UV requiere menos espacio que otros métodos.

Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental DESVENTAJAS •

• •

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La baja dosificación puede no desactivar efectivamente algunos virus, esporas y quistes. Algunos microorganismos son capaces de resistir UV ( Fotoreactivación ). Un programa de mantenimiento preventivo es necesario para controlar la acumulación de sólidos en la parte externa de los tubos de luz. La turbidez y los sólidos suspendidos totales (SST) en el agua residual hacen que la desinfección con luz UV sea ineficaz. El uso de la desinfección con lámparas UV de baja presión no es tan efectivo en el caso de efluentes secundarios con niveles de SST mayores a 30 mg/L.



Sistemas de desinfección Ozonización


Reacciones básicas 3 O 2 ↔ 2 O 3

0

∆H = +284.5 kJ/mol

endotérmica y no espontánea (∆G0= +161.3 kJ/mol)



DESINFECCIÓN con OZONO 

El ozono es un gas incoloro, de olor característico de fórmula O3, que se forma en la naturaleza a partir de un aporte local de energía por acción de los rayos ultravioleta o de descargas eléctricas según la reacción siguiente: 3O2<==>2O3 Oxígeno<==>Ozono



Es muy inestable y no puede almacenarse ni transportarse.

Eficacia en la desinfección 

El ozono es un poderoso oxidante que no solamente destruye bacterias sino que su campo de actuación se amplía también hasta los virus. Su elevado poder virucida se basa principalmente en la destrucción de los dobles enlaces del RNA y DNA de los virus lo cual provoca su destrucción.


Reacción del Ozono con el agua +

-

O3 + H 2O ↔ HO3 + OH ↔ 2H 2O •

•

HO2 + O3 ↔ HO + 2O2 •

•

HO 2 + HO ↔ H 2O + O 2



DESINFECCIÓN con OZONO Subproductos de reacción  Los subproductos de reacción que forma con la materia orgánica son moléculas mucho más simples que sus precursores y en su mayor parte quedan retenidas por los filtros de carbón activo que se utilizan para eliminar el ozono residual. Desinfección y valor del pH  Las reacciones de oxidación del ozono no dependen en forma significativa de pequeñas variaciones de pH. Dosis de aplicación  La dosis de aplicación depende evidentemente de las características del agua, no obstante para la desinfección del agua es aconsejable utilizar una dosis mínima de ozono de 0,4 mg/l ya que dosis significativamente inferiores no garantizan la desinfección y, por otra parte, producen muchos más

Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental Principales métodos de generación de ozono

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Radiación ultravioleta

Electrólisis Generación fotoquímica Generación radioquímica Descarga eléctrica de alto voltaje



DESINFECCIÓN con OZONO Generación de ozono por radiación ultravioleta  Se produce haciendo pasar una corriente de aire a través de una lámpara ultravioleta con una longitud de onda de 185 nanómetros; en estas condiciones una pequeña parte del oxígeno del aire se transforma en ozono. 

Este tipo de generadores produce cantidades muy pequeñas de ozono (normalmente entre 1-3 gramos de ozono por m³ de aire) por lo cual se utilizan generalmente como sistema de apoyo de otra desinfección primaria o bien en algunos casos como ambientadores.


•

Electrólisis –

–

Electrólisis del ácido sulfúrico, de bajos rendimiento no se suele utilizar debido a que el consumo de energía es 2-5 veces superior que el método de descargas de energía Acido perclórico concentrado a -50º entre cátodo de Pb y ánodo de Pt (Poco rentable)


•

Generación fotoquímica Mediante la reacción del oxígeno con la luz UV. No se utiliza industrialmente por el bajo rendimiento de generación de ozono [O 3]<1 mg/l. Alto consumo energético (3kWh/g). (es el método de generación de ozono natura estratosférico)

–

–

–


•

Generación radioquímica Se obtiene mediante radiación ( γ,β, neutrones) procedente de isótopos radiactivos (CS, Co,Sr). El proceso es muy complejo por lo que no se utiliza en la práctica.

–

–


•

Descarga eléctrica de alto voltaje –

–

Técnica de plasma frio técnica más habitual: se hace pasar oxigeno a través de un campo eléctrico, generándose especies químicas excitadas o no (átomos, iones, radicales), se recombinan para formar ozono. Los electrodos deben estar refrigerados


Principales parámetros a controlar en la generación de ozono Descarga eléctrica de alto voltaje •

•

•

Características de la corriente eléctrica: Rendimiento de la producción de ozono crece con la intensidad de corriente. Temperatura: la refrigeración de los electrodos reduce los fenómenos de descomposición termica del ozono. Presencia de impurezas en el gas de partida: Un parámetro muy importante es la sequedad del gas de partida, ya que la presencia de vapor de agua, provoca una disminución en la producción –

•

Si se usa aire se forma óxidos de nitrógeno y ácido nítrico (corrosivos)

Gas de partida para obtener ozono: –

–

Aire: debe estar filtrado y seco Oxígeno puro: ventaja con respecto al aire tiene menor consumo energético y mayor rendimiento de generación de ozono


Valores de concentración por tiempo (CT) para una desactivación del 99% de los microorganismos a 5ºC Desinfectante, (mg/L x min )

Microorganismo

Cloro libre (pH 6-7)

Cloramina (pH 8-9)

Dióxido de cloro (pH 6-7)

Ozono (pH 6-7)

E.Coli

0.034-0.05

95-180

0.40-0.75

0.02

Polio 1

1.1-2.5

770-3740

0.2-6.7

0.1-0.2

Rotavirus

0.01-0.05

3810-6480

0.2-2.1

0.006-0.060

Fago f2

0.08-0.18

-

-

-

G. Lamblia

47->150

-

-

0.5-0.6

30-630

1400

7.20-18.5

1.8-2.0

G. Muris



DESINFECCIÓN con OZONO Toxicidad del ozono  El ozono es un desinfectante enérgico, pero como tal también presenta una importante toxicidad para el ser humano. 

El ozono irrita las mucosas de los ojos, nariz y garganta así como para las vías respiratorias. Dosis de 0,001 mg/l en el aire pueden producir irritaciones y dosis de 0,002 mg/l pueden producir lesiones en nuestro organismo.

 Una

vez cumplida su función, es imprescindible que el ozono sea eliminado del agua antes de que ésta sea enviada a consumo.



DESINFECCIÓN con OZONO  Para

obtener unos buenos resultados en la aplicación del ozono es imprescindible que su incorporación en el agua a tratar sea lo más uniforme posible, que se le dé el tiempo de reacción necesario y que luego se elimine por completo.

 La

mezcla del ozono con el agua se realiza normalmente por aspiración a través de un venturi en un circuito auxiliar y se inyecta posteriormente en el flujo principal del agua de recirculación.



DESINFECCIÓN con OZONO Cámara de reacción  La cámara de reacción permite el contacto del ozono con el agua a tratar durante el tiempo necesario para la acción oxidante, generalmente entre 2 a 3 minutos. En está cámara se forma una cantidad importante de oxígeno por lo cual debe disponer de un sistema de purga automática.  Todos los materiales en contacto con el agua ozonizada deben ser resistentes al ozono en las concentraciones empleadas ya que se trata de un gas muy agresivo que puede provocar graves procesos de corrosión.  Una vez utilizado, el ozono debe ser eliminado del agua tratada. Generalmente se realiza con carbón activo, que retiene los subproductos formados en la oxidación y elimina el ozono residual sobrante.  También es posible la destrucción del ozono residual mediante lámparas de radiación ultravioleta o por adición de productos reductores.


Problemas de la Ozonización •

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Influencia de la concentración de sólidos en suspensión en la efectividad del proceso. Influencia de la concentración de materia orgánica en la resistencia de determinados organismos. Formación de subproductos . Elevado coste energético.

Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental Cloro Subproducto

Trihalometanos (THM) Ácidos Haloacéticos (HAA)

Desinfectante Cloraminas Subproducto

Ácidos Haloacéticos (HAA) Nitrito/nitrato

Haloacetinitrilos (HAN) Halopicrina Halocetonas

Cloruro y bromuro de cianógeno

Clorofenoles Cloruro y bromuro de cianógeno

Trihalometanos (THM) Organocloraminas

Hidrato de Cloral Aldehidos de bajo peso moleculas

1,1 dicloropropanona

Ozono Subproducto

Bromato Carbon orgánico disuelto biodegradable Aldehidos y cetonas Cetoácidos Bromoformo y compuestos bromados Peróxidos Epóxidos Nitrosaminas

Grado de Ingeniería Química Ingeniería Ambiental Destrucción del ozono residual

•

Destrucción térmica –

(300-500ºC, 5 seg) •

•

es el método más utilizado

Destrucción termocatalítica –

Se utilizan catalizadores de paladio, magnesio y oxido de níquel para bajar la temperatura de destrucción entre 30-50ºC.


•

Adsoción y reacción sobre carbón activo granular. –

•

No es recomendable porque el carbón se consume con combustión lenta dando lugar a la aparición de partículas finas carbonosas.

Reutilización del ozono residual de la cámara principal de ozonización en otra cámara de contacto.


•

Destrucción química –

Usando soluciones de NaOH, Na2SO3, Na2S2O3 .



CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA

A GUAS R ESIDUALES: Tratamiento Terciario - Desinfección Desinfectante

Cloro

Dióxido de cloro

Ventajas Reduce el pH del agua1 Disolución uniforme y rápida Reacciona con amoniaco cloraminas 25 veces más oxidante que el Cl No causa olor ni sabor Formación de THM despreciable

Tiene efecto alguicida Cloraminas Persistente contra rebrotes No reacciona con mat.org. ni fenoles

Ozono

Especialmente efectivo contra virus No afecta al olor ni sabor Sensiblemente independiente del pH No quedan residuos3

Radiación UV

No deja residuos Puede producirse foto-oxidación No causa olor ni sabor No se añaden compuestos químicos

1

Desventajas Formación de THM2 y otros El proceso se ve afectado por el pH Precauciones en su manejo: gas muy tóxico Inestable en agua – no reacciona con NH3 Explosivo a altas temperaturas Su eficacia es dependiente del pH Pueden formarse otros compuestos clorados Forma compuestos inorgánicos tóxicos Menos efectivo que Cl y ClO 2 Afecta al sabor y al color Su eficiencia es dependiente del pH Es químicamente inestable4 Costes 2-3 veces mayores que Cl Sust. no degradab.  fácilmente degradab. No reacciona con el amoniaco Rebrotes de microorganismos Formación de compuestos tóxicos Necesidad de agua clara y capas finas

No es necesario la acidificación adicional del agua. 2THM: trihalometanos, demostrado que son cancerígenos. 3 Al no quedar residuos de desinfectante es necesario añadir pequeñas cantidades de cloro para proporcionar protección


Problemas desinfección Ejercicio 1

Tenemos una instalación de cloración de aguas empleando NaClO comercial (12,7 %, d = 1,18 g/cm3), el cual se almacena en un depósito de 2 m3. La demanda de cloro al punto de ruptura es de 3,8 mg/l y se precisa tener 0,45 mg/l de CRL en la salida, empleando para pre-cloración una bomba dosificadora tipo pistón con capacidad entre 2 y 4 ml/s y para post-cloración una bomba similar con capacidad entre 0,3 y 1 l/h. ¿Está bien dimensionada la instalación para dar servicio a una población de 25.000 habitantes (dotación 250 l/hb d)? Justifíquelo. Para los balances solo tener en cuenta la dosificaciones de planta


Problemas desinfección Ejercicio 2

En un ensayo de la curva de cloración fueron obtenidos los siguientes resultados: Dosis cloro, mg/L Cloro residual, mg/l

1 0,75

2 1,54

3 1,98

4 1,25

5 0,45

6 1,2

7 2,2

a)Represente la curva de cloración e indique el punto de ruptura y el CRC b) Dosis de cloro total para mantener un CRL de 0.6mg/L c) Calcular las necesidades de cloro para las siguientes plantas c1) 1500 m3/día c2) 25000m3/día C3) 150000 m3/día Cloración de aguas empleando NaClO comercial (12,7 %, d = 1,18 g/cm3), calcula los depósitos de reactivo necesarios y comenta los resultados

T3. Desinfección de Aguas

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