Calidad del Agua

¿Qué es la calidad del agua?

El término calidad del agua es relativo y se refiere a la composición del agua en la medida en que esta es afectada por la concentración de sustancias producidas por procesos naturales y actividades humanas.

Normas Primarias y Secundarias

Normas Primarias

Establecen los valores de las concentraciones y períodos, máximos o mínimos permisibles de elementos, compuestos, sustancias, derivados químicos o biológicos, energías, radiaciones, vibraciones, ruidos, o combinación de ellos, cuya presencia o carencia en el ambiente pueda constituir un riesgo para la vida o salud de la población, definiendo los niveles que originan situaciones de emergencia. Ellas tendrán aplicación en todo el territorio de la República.

Normas Secundarias

Establecen los valores de las concentraciones y períodos, máximos o mínimos permisibles de sustancias, elementos, energía o combinación de ellos, cuya presencia o carencia en el ambiente pueda constituir un riesgo para la protección o conservación del medio ambiente, o la preservación de la naturaleza. El ámbito territorial de su aplicación podrá ser todo el territorio de la República, o una parte de él.

Normas para Agua Potable

N.Ch. 409.01/84 (D.S. MOP Nº 11/84, D.O. 03.03.84): Establece los criterios y límites máximos permisibles de presencia o ausencia de determinados elementos y compuestos químicos, físicos y microbiológicos como requisitos de calidad (Agua Potable para el consumo humano).

Normas de Emisión de RILES (Residuos Industriales Líquidos)

Ej. DS 46

– Determina la concentración máxima de contaminantes permitidos en los residuos líquidos que son descargados por la fuente emisora a través del suelo, a la zona saturada de los acuíferos, mediante obras destinadas a infiltrarlos. Esta norma NO es aplicable a las labores de riego, depósitos de relaves.

DS 90

Establece norma de emisión para la regulación de contaminantes asociados a las descargas de residuos líquidos a aguas marinas y continentales.
Es aplicable a proyectos con una “Fuente emisora”, es decir, que descarguen residuos líquidos a uno o más cuerpos de agua receptores, como resultado de su proceso, actividad o servicio, con una carga contaminante media diaria o de valor característico superior en uno o más de los parámetros indicados, en la siguiente tabla (extracto):

Organismos (Públicos) Encargados del Monitoreo de Calidad de Aguas

DOHidraulicas

Es la entidad competente en los temas de infraestructura pública destinada a riego, evacuación y drenaje de las aguas lluvias en la ciudad, del control de crecidas de cauces, obra de control aluvial, y de la provisión de agua potable a localidades rurales concéntricas.

Servicio Agrícola y Ganadero

Entre otras tareas, se encarga de la protección y conservación de los recursos naturales renovables, entre ellos el suelo.

Aspectos de la Calidad del Agua

a) Contaminantes del Agua y sus Fuentes

• Fuentes puntuales y fuentes no puntuales

i. Fuentes Puntuales

(aguas negras domésticas (desechos de hogares, escuelas, edificios de oficinas, tiendas), desechos industriales)

ii. Fuentes No Puntuales (Difusas)

Caracterizadas por múltiples puntos de descarga.

b) Tipos de Contaminantes

Material que Demanda Oxígeno

Corresponde al material presente en el agua receptora que se oxida y, por lo tanto, consume O₂ disuelto.
Ej. material orgánico biodegradable, ciertos compuestos inorgánicos.
El consumo de O₂ disuelto representa una amenaza para los peces y demás formas superiores de vida acuática que requieren oxígeno para vivir.
De las muchas industrias que descargan desechos demandantes de oxígeno, destacan en particular las procesadoras de alimentos y las papeleras.

Nutrientes

Ej. N y P, en cantidades excesivas (alteración redes alimenticias). Principales fuentes: detergentes, fertilizantes, desechos procesamiento alimentos, excrementos.

Microorganismos Patógenos

Bacterias, virus, protozoarios.
Ej. cólera (Vibrio cholerae), Coliformes totales; Coliformes fecales (NMP).
Mariscos pueden ser tóxicos ya que concentran microorganismos patógenos en sus tejidos.

Sólidos Suspendidos

Partículas orgánicas e inorgánicas. Aumentan la turbiedad, disminuye la penetración de la luz, aumenta la población bacteriana, los sólidos se depositan en el fondo del cuerpo de agua destruyendo el hábitat de muchos microorganismos (si son partículas orgánicas, demandarán O₂).
Ej. salmón, necesidad grava suelta para huevos.

Sales

Toda el agua contiene (en mayor o menor grado) sales, que van como material en solución.
Sólidos disueltos + sólidos suspendidos = sólidos totales
0,43 um
Uso de aguas salinas (riego), salinización de suelos (ej. Copiapó).

Partículas Disueltas

Moléculas (eléctricamente neutras, ej. sacarosa) o iones.

Partículas Coloidales

Pequeñas, insignificante velocidad de sedimentación, no son retenidas por filtros.

Metales Tóxicos y Compuestos Orgánicos Tóxicos

Asociados a actividad minera, agrícola, urbana (ej. Zn del desgaste de neumáticos). Estos se pueden concentrar en la cadena alimenticia volviéndose altamente tóxicos y persistentes.
También la presencia de sustancias farmacéuticas en el agua se ha vuelto un elemento de interés.

Sustancias que Trastornan el Sistema Endocrino

Sustancias como bifenilos policlorados, plaguicidas de uso común como atrazina, ftalatos.
Estas sustancias pueden interferir en los procesos de desarrollo y reproducción en mamíferos, reptiles y peces, alterando la síntesis de hormonas en el organismo.

Arsénico

Elemento natural, puede estar en altas concentraciones en aguas subterráneas (minerales de rocas y suelos erosionados que se disuelven en forma de óxidos de Fe y sulfuros). Se asocia a cáncer (piel), cáncer de hígado, vejiga, riñón, pulmones.

Mercurio

Minamata, Japón, 50s, enfermedad “rara” que debilitaba músculos, afectaba la visión, causaba retraso mental, parálisis, muerte.
Acción de bacterias (fondos de lagos, peces), transformación de Hg metálico a metilmercurio. Concentración en la cadena alimenticia.

Calor

Asociado a la industria de generación eléctrica, también aguas de descarga de procesos industriales. Ej. Calor asociado a feminización del salmón Chinook, genéticamente macho.

Efecto de los Desechos que Demandan Oxígeno en los Ríos

Desecho → agotamiento oxígeno → amenaza para peces, y demás formas de vida.
Así, el predecir el grado de agotamiento (de O₂) requiere conocer cuanto desecho se descarga y cuanto oxígeno se requerirá para degradarlo.

a) Demanda de Oxígeno

Demanda Teórica (DTO)

Cantidad de oxígeno necesaria para oxidar una sustancia hasta CO₂ y H₂O (cálculo estequiométrico).

Demanda Química (DQO)

Cantidad que se mide y no depende del conocimiento que se tenga sobre la composición química de las sustancias en el agua (se mezcla un agente oxidante, ej. ácido crómico, con una muestra de agua y se hierve a reflujo. La diferencia entre la cantidad de agente oxidante al iniciar el análisis y la que queda al final es la usada para calcular DQO).

Demanda Bioquímica (DBO)

Bioensayo, se efectúa mediante microorganismos. La DBO real es casi siempre menor que la DTO debido a la incorporación de algo de carbono en las nuevas células bacterianas.
Descomposición aeróbica. A > materia orgánica, > cantidad oxígeno usado. Así, es una medida INDIRECTA de la m.o.
Sólo en casos raros DTO ≈ DQO (Si se conocen las composiciones químicas de todas las sustancias en el agua, y si son capaces de oxidarse químicamente en forma total), ej. un desecho que sólo contenga azúcares simples.
La DBO nunca es igual a la DQO o la DTO, ya que siempre se convierte algo de C en biomasa.
Aunque la DBO última expresa mejor la concentración de la m.o. degradable, no indica por sí misma la rapidez con la que se consumirá el oxígeno en el agua receptora. Esto se relaciona tanto con la DBO última como con la constante de velocidad k de la DBO, que dependen de:

• Naturaleza del desecho (compuestos orgánicos naturales): azúcares simples y almidones se degradan con rapidez; celulosa con mayor lentitud; HC casi no degradables.
• Capacidad de los organismos de usar los desechos (prueba vs. rio, organismos “aclimatados” a los desechos).

Temperatura: en laboratorio, temp. Estándar (20º C).
– Se satura la muestra del agua contaminada con oxígeno a 20º C y luego se averigua cuanto oxígeno se ha consumido después de 5 días.
Como estándar, se usa DBO₅ (origen río Támesis, Inglaterra, tiempo viaje).

b) Curva con Mínimo de OD

• La [ ] de O₂ disuelto en un río indica la “salud” de este.
• Mientras la descarga de residuos (que demandan O₂) sea
• Así, resulta importante evaluar la capacidad de los ríos de absorber una carga de desecho, determinándose el perfil de [OD] aguas debajo de la descarga, “curva con mínimo de OD”.

Otros Factores que Afectan las [OD] en los Ríos

• Más de una fuente (no sólo una fuente puntual).
• Ríos que contienen grandes depósitos de m.o. en sus sedimentos (hojas, plantas acuáticas muertas).
• Plantas acuáticas (estacionalidad diurna, anual).

c) Nutrientes (C, N, P, Microelementos)

• Causan un crecimiento excesivo de las plantas.
• El N en altas concentraciones (NH₃) es tóxico para peces.
• Conversión de NH₄⁺ a NO₃^– consume oxígeno disuelto.
• P (crecimiento de algas, cuando mueren se vuelven m.o. que demanda oxígeno).

Aspectos de la Calidad del Agua (en Lagos)

• Importante problema eutrofización asociado al P (natural, como consecuencia de la actividad humana).
• Problema de acidificación (ej. peces que se estresan a pH La sensibilidad del lago a la acidificación va a depender también de:
• Material de suelos (lagos en suelos calcáreos presentan capacidad de amortiguación).
• Tipo de vegetación.

Aspectos de la Calidad del Agua (Océano)

Petróleo crudo, heterogéneo (miles de componentes con diversos pesos moleculares). H-C, tb. S, V, Ni.
Parte se evapora al cabo de unos meses (material volátil, ≈ 25%).
Puede ser llevado tierra adentro, donde puede arruinar playas y costas (matar creaturas marinas, destruir huevos).
Puede flotar sobre la plataforma continental (afectando aves, peces).
Componentes más pesados pueden hundirse.

Aspectos de la Calidad del Agua, Aguas Subterráneas

Podemos tener contaminación de A.S. por diversas causas, tales como:
Descarga de sistemas sépticos.
Escapes de tanques subterráneos de almacenamiento.
Disposición inadecuada de desechos peligrosos.
Derrames de oleoductos.
Fugas en rellenos sanitarios.
Los tipos de contaminantes son variados, algunos de los más comunes son:
Benceno, tolueno, xileno, etilbenceno (BTEX) de derrames de gasolina.
Hidrocarburos aromáticos policíclicos (combustible diesel, petróleo crudo, derrames).
Fertilizantes y plaguicidas de operaciones agrícolas y su fabricación.
Nitratos (operaciones agrícolas, pozos sépticos).
Organismos patógenos (sistemas sépticos).
La migración de los contaminantes en los suelos y acuíferos depende mucho de las propiedades de las sustancias y de los materiales geológicos:
Compuestos solubles (baja tendencia adsorción).
Compuestos poco solubles, “líquidos de fase no acuosa” (NAPL).
a) Ligeros (gasolina, benceno, xileno, tolueno, BTXs).
b) Pesados (densos) (tricloroetileno, aceites).
La velocidad de movimiento dependerá de la velocidad del agua y de la interacción del compuesto con el medio. Así, la velocidad de flujo del contaminante puede ser igual o menor que la del agua (es decir, puede ser retardado).

Actividades que Afectan la Calidad de las Aguas con Respecto a lo Agrícola

Labranza, aplicación de fertilizantes, aplicación de estiércol, pulgicidas, granjas, parcelas de engorde.

Aspectos de Tratamientos de Agua

Características Físicas

(turbiedad, color, olor, sabor, temperatura).

Características Químicas

(Cl, SO₄, NO₃, etc.).

Características Microbiológicas

(patógenos, virus, bacterias, protozoarios).

Sistemas de Tratamiento

Plantas de Tratamiento Limitado

En general tienen una fuente de agua de alta calidad y emplean técnicas de tratamiento muy específicas para aspectos concretos (desinfección, fluoración, eliminación de Fe o Mn).
“sólo se usan para tratar agua subterránea proveniente de una fuente que no ha sido tratada”.

Plantas de Coagulación

“se suelen usar para tratar aguas superficiales”.
Se usan procesos como mezclado rápido, floculación, sedimentación, filtración y desinfección para eliminar color, turbiedad, sabor, olores y bacterias.

Mezclado Rápido

Los reactivos se dispersan, uniforme y rápidamente en el agua.
Coagulantes: para eliminar sustancias coloidales (partículas pequeñas, cargas similares), Al³⁺ o Fe³⁺ (ej. como sulfatos).

Plantas de Ablandamiento

“similares” a lo que hacen las plantas de coagulación, pero ahora con aguas de alta concentración de dureza (típicamente aguas subterráneas).

Filtración

Proceso mediante el cual el agua fluye (lentamente) atravesando un lecho de medio granulares que suele ser arena, carbón de antracita, o granate. Cuando el agua atraviesa el medio, las partículas quedan atrapadas debido a varios mecanismos: intercepción, floculación, colado y sedimentación.

Desinfección

Destrucción de microorganismos patógenos (≈ esterilización) como bacterias, virus, protozoos, amebas.
Cloro: efectivo y práctico. Ozono, radiación UV.

Otros Procesos de Tratamiento para Agua Potable

Procesos de Membrana

(ósmosis inversa, nanofiltración, microfiltración). Ej. capaz de eliminar sustancias iónicas hasta de 1 a 15 Aº de diámetro (1Aº = 10^-10 m).

Procesos Avanzados de Oxidación

Tienen por objeto producir radicales OH que son oxidantes muy reactivos y no selectivos, capaces de descomponer muchos compuestos orgánicos (ej. combinación ozono+peróxido de H, y ozono+UV).

Adsorción con Carbón

El adsorbente es carbón activado (granular o en polvo). Se usa principalmente para eliminar compuestos causantes de sabores y olores.

Aireación

Para oxidar hierro y eliminar sustancias orgánicas volátiles.

Aspectos de Tratamientos de Agua de “Desperdicio”

Tratamiento Primario

Métodos mecánicos, depósito y filtración.
El agua no lleva sólidos suspendidos, pero sigue siendo un contaminante poderoso que porta todavía una carga pesada de microorganismos y nutrientes.

Tratamiento Secundario

Métodos biológicos.
Para reducir la m.o. disuelta o finamente suspendida, por medio de alguna forma de acción biológica.
Generación de residuos (lodos).

Tratamiento Terciario

Métodos “avanzados” (adsorción, ozonización).

Capítulo 6. Biósfera y Ecosistemas. Equilibrios Naturales, Crecimiento Poblacional, Resistencia Ambiental y Biodiversidad. Rol Ecológico del Ser Humano.

Ecología

Es la ciencia de las interrelaciones y las interacciones entre factores o complejos bióticos y factores o complejos ambientales.

Ecosistema

Es la unidad de referencia para estudiar las relaciones espaciales y temporales entre factores bióticos y factores ambientales.

Factor Ambiental

Tienen un efecto inmediato sobre las plantas y los animales, por ejemplo, radiación solar, temperatura.

Complejo Ambiental

Resulta de la combinación de varios factores ambientales, por ejemplo, clima.

Bioma

Un bioma, también llamado paisaje bioclimático, es una determinada parte del planeta que comparte un clima, vegetación y fauna relacionados.
Por ejemplo, el bioma»saban» comprende una vegetación común: hierbas, arbustos y matorrales salpicados por algún árbol; una fauna característica, y un clima con temperaturas superiores a 20ºC, precipitaciones anuales moderadas y estación seca.
Un bioma puede agrupar más de un ecosistema.

Biomasas Terrestres

Tundra, bosque templado de frondosas, selva umbrófila, manglar, praderas, sabanas y matorrales.

Biomas Acuáticos

Plataforma continental, arrecife de coral, estanque, mar de hielo, respiradero frío.

Relaciones de Energía en un Ecosistema

• Autótrofos (ej. plantas, E solar → E química).
• Heterótrofos (obtienen su alimento, energía, de otras fuentes).

Si ponemos la atención en la función y específicamente la posición del organismo en la cadena / flujo de energía: niveles tróficos.
Autótrofos: primer nivel;
Heterótrofos que obtienen energía de los autótrofos: consumidores primarios (2º nivel) / consumidores secundarios (obtienen energía de las plantas indirectamente, en dos pasos).
Estas relaciones (cadenas) se expresan como redes alimenticias.

Disipación de la Radiación Solar en Porcentajes de Entrada Anual en la Biosfera

Reflejada 30%, directamente convertida en calor 46%, ciclo hidrológico 23%, vientos, olas y corrientes 0.2%, fotosíntesis 0.8%.

Sistemas Marinos

• Muy heterogéneo, diversidad de ecosistemas muy relacionados entre sí.
• Aunque puede tener profundidades > 6.000 m, en aquellos lugares la luz no penetra en forma suficiente (fotosíntesis hasta 200 m).
• Zona eufótica (zona iluminada).
• Autótrofos primarios, fitoplancton (organismos unicelulares con clorofila, suspendidos en el agua). En áreas cercanas a la costa, diversas especies de algas.
• Gran consumidores primarios, zooplancton (pequeños herbívoros, ≈ 0.2 y 20 mm, zooplancton permanente + larvas de formas mayores de vida).
• Especies bentónicas (organismos que viven en los sedimentos y sobre éstos), vegetales, animales semimóviles o inmóviles.

Ecosistemas Marinos

• Pelágicos (organismos pelágicos, no se ligan al fondo).
• Bénticos (organismos que se mantienen en el fondo, adheridos o no).

Modelos de Estudios de los Ecosistemas

Modelos estructurales, modelo de cantidad de biomasa y productividad, modelo de flujo de nutrientes, etc.

Sistemas Marinos

• Zona eufótica en la cual entra la luz. 200 mt.
• Fito y zooplancton: especies bentónicas en el fondo.
• Nutrientes: origen, rol de las corrientes y su temperatura.

Crecimiento de Población y Capacidad de Carga

Potencial Biótico

Tasa de crecimiento máxima de la población que resultaría si todas las hembras procrearan tan a menudo como fuera posible y si todos los individuos sobrevivieran hasta después de terminada su etapa reproductora (comida y espacio suficiente, a salvo de enfermedades y depredación) (países subdesarrollados / países desarrollados).

Resistencia Ambiental

La suma de todas las interacciones ambientales que inhiben en forma colectiva el crecimiento de una población se llama resistencia ambiental.
Asociado a la ley de factores limitantes (en general, el nivel poblacional de una especie en cualquier ecosistema está regulado por los elementos esenciales para la vida que están en cantidad mínima).

Formas de Crecimiento Real de Población

a) Sigmoidal: crecimiento lento por pequeño tamaño inicial vulnerable. Proliferación rápida. Crecimiento lento por resistencia ambiental.
b) Población en extinción por ruptura del equilibrio, reno europeo en Alaska: crecimiento sostenido inicial llegó a agotar el recurso que mantenía a la especie, declina y se extingue.
c) Crecimientos y decrecimientos cíclicos.

Crecimiento de Población y Capacidad de Carga

Cuando se alcanza un equilibrio, el Potencial biótico se mantiene balanceado por la resistencia ambiental. La magnitud de este nivel superior de población es característico de una especie dada en un determinado ecosistema; así decimos que cada ecosistema tiene una capacidad de carga específica para determinada especie (capacidad de carga ≈ número máximo de individuos de una especie que puede sostener determinado medio).
Ojo, sentido práctico, económico!! (ej. situación cabras en la Región de Coquimbo, estudio INIA).

Capacidad de Carga Animal (CCA)

“Número de animales por hectárea y año que un área determinada puede sostener por un largo período de tiempo sin que esto signifique una pérdida de valor de la cobertura vegetal”.
Principio básico para el manejo del Caprino en el secano:
RESPETAR LA CAPACIDAD DE CARGA ANIMAL.
CCA mayor a 6 Ha /cabra / año: NO METER ANIMALES (cabras, ovejas, asnos, caballos).

Nicho Ecológico e Interacciones entre Especies

Hay aprox. 1,5 M especies animales y 0,5 M especies de plantas en la Tierra (1983). Cada una realiza funciones especiales y ocupa hábitat específicos. La combinación de función y hábitat se llama nicho ecológico.
Cuando los individuos entran en contacto, las interrelaciones son beneficiosas, dañinas, o neutrales para ambos. Tenemos 8 tipos principales de interacciones:
i. Neutralismo: caso de poca interacción.
ii. Competición: dos o más organismos tratan de ganar control sobre un recurso limitado. En casi todos los casos, la competencia entre dos especies retarda el crecimiento de ambos.
iii. Amensalismo: una especie inhibe el crecimiento de la otra (ej. arbustos que secretan sustancias tóxicas que inhiben el crecimiento de pastos en las cercanías).
iv. Depredación: interacción en que algunos individuos devoran a otros.
v. Parasitismo: caso especial de depredación, en que el depredador es mucho más pequeño que la víctima y obtiene su alimento al consumir el tejido o el suministro de alimento de un organismo vivo (el huésped).
vi. Comensalismo: relación en que una de las especies saca provecho de un huésped, sin que este último se vea afectado (ej. peces o almejas que viven en la madriguera de grandes gusanos o camarones marinos).
vii. Protocooperación: relación favorable para ambas especies.
viii. Mutualismo: interacción benéfica y necesaria para ambas partes (ej. liquen, hongo + alga, agua → energía).

Homeostasia de un Ecosistema

• Las redes alimenticias perpetúan el flujo de energía y el ciclo de los nutrientes, procesos que tienen lugar simultáneamente… Pero ¿cómo se regula el conjunto? ¿Qué factores controlan la abundancia relativa de individuos en un ecosistema?
• En un ecosistema natural intervienen muchas fuerzas opuestas. El efecto neto de todos estos incidentes es que, al desorganizarse un ecosistema, este tiende a conservar su existencia mediante mecanismos reguladores que se oponen al desequilibrio. Esta tendencia se conoce como homeostasia de ecosistema.

Ej. sequía, menor producción de pastos, menor población de ratones, recuperación de pastos.

Sucesión Natural

Hemos mencionado los mecanismos gracias a los cuales los ecosistemas mantienen el equilibrio. Sin embargo, estos mecanismos NO impiden los cambios, más bien proporcionan procesos compensadores que tienden a reintegrar al sistema en su estado inicial.
Sucesión natural: serie de cambios que atraviesa un ecosistema en el transcurso del tiempo. El clímax es la etapa “final”.
Ej. pantano → pradera → bosque (o caso Chaitén).

Sucesión Natural

El papel desempeñado por los incendios en la sucesión es importante (ej. clímax de incendio, la continuidad de un sistema se conserva por el fuego).
Ecotono: área limítrofe entre sistemas naturales (zona de transición).
Los ecotonos soportan más vida y mayor número de especies que cualquiera de las áreas de clímax a ambos lados.

Función Ecológica del Hombre

También el hombre ocupa una posición en el flujo de energía a través de la biosfera e interactúa con miles de otras especies. Sin embargo, tiene a diferencia del resto “fuerzas sin precedentes” que le permiten aumentar la productividad o destruir los ecosistemas de la Tierra.
Ej. en EEUU, todo depredador lo suficientemente grande para atacar a un venado o una vaca ha sido relegado a regiones remotas o muy frías (Buffalo Bill).
Los sistemas creados por el hombre (y la mujer), al igual que los naturales, son complejos y a menudo no se les conoce bien. Un campo de trigo o una planta de energía pueden volverse inestables tal como sucede con los ecosistemas.

La Selección Natural Explica por qué Determinada Especie Evoluciona, pero no Explica cómo se Forma una Nueva

• Mientras haya contacto sexual entre los miembros de una especie, un nuevo rasgo genético, si es beneficioso, suele propagarse entre la población.
• En cambio, para que dos especies diverjan, las poblaciones han de estar aisladas, desde el punto de vista de la población, durante un período prolongado de dos mil a cien mil generaciones. Durante el aislamiento, el cambio genético se produce independientemente en las dos poblaciones, y como las mutaciones específicas y las presiones selectivas suelen ser distintas en los lados opuestos de alguna barrera natural, tal vez acaben por surgir dos especies distintas.

Extinción de Especies

Algunas veces la extinción y la evolución pueden proceder de un modo más o menos combinado, de tal manera que la pérdida de una especie se compense con la aparición de otra.

Nivel Crítico

Por no encontrar parejas….
La población (de palomas) descendió por debajo de su nivel crítico, de modo que no podía sobrevivir pese a que siguieran vivas muchas parejas.

Tratamiento Electroquímico de Riles

Tipos de Tratamiento. Aplicaciones

• Electrooxidación: Microorganismos, DBO₅, DQO, eliminación de colorantes.
• Electroreducción: electrodeposición de metales en el cátodo, Recuperación y tratamiento de riles contaminados por metales.
• Electrocoagulación: Eliminación de colorantes y contaminantes, formación de precipitado.
• Electrofloculación y electroflotación: eliminación de contaminantes y recuperación de colorantes.

Diseño Experimental

Variables de Diseño

• Electrodos (inertes, ánodos de sacrificio), masa inicial y final.
• pH inicial.
• Conductividad.
• Voltaje.
• Intensidad de corriente.
• Temperatura.
• Tiempo de tratamiento.
• Agitación (régimen de fluido).

Escalamiento Industrial

Gasto de energía = Voltaje x corriente = Watts.
Gasto ánodo de sacrificio = Masa Inicial – Masa Final.

Características Físicas del Agua

Contenido de Sólidos

• Sólidos totales (ST). Residuo remanente de evaporación y secado a 103-105°C.
• Sólidos fijos totales (SFT). Residuo remanente de incinerar ST a 500±50°C.
• Sólidos volátiles totales (SVT = ST-SFT).
• Sólidos suspendidos totales (SST). Secado de ST retenidos en filtro (1.58ìm).
• Sólidos suspendidos fijos (SSF). Remanente de incinerar SST a 500±50°C.
• Sólidos suspendidos volátiles (SSV). (SSV = SST-SSF).
• Sólidos disueltos totales (SDT). Sólidos que pasan el filtro de 1,58 ìm son evaporados y secados a 103-105 ºC. (SDT = ST-SST).
• Sólidos disueltos fijos (SDF). Remanente de incinerar SDT a 500±50°C.
• Sólidos disueltos volátiles (SDV). (SDV = SDT-SDF).
• Sólidos sedimentables. Volumen (ml) de sólidos suspendidos que sedimentarán en 1 hora, al tomar un volumen total de 1 lt de muestra (Imhoff).
• Turbiedad. Dispersión de la luz por sólidos suspendidos (ppalmente entre 0.1 y 1ì (coloides)) (NTU: Unidad Nefelométrica de Turbiedad).

Ejemplo. En efluentes de sedimentadores existe relación
SST(mg/lt) = (2≈2.7)xT(NTU).

Otras Características Físicas

• Color. Color aparente corresponde a observación de la solución.
  Color verdadero corresponde a muestra filtrada (depende del filtro).
  Comparación se realiza con respecto a soluciones químicas (eg. K₂PtCl₆) de diferente concentración.
• Olor. Detección de descomposiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno) y emanación de compuestos químicos (toxicidad). (Considerar estadística sobre umbral de olor).
• Temperatura.
• Densidad. Relacionada a la concentración de sólidos totales y a la temperatura.
• Conductividad eléctrica (CE). Capacidad de la solución para conducir la electricidad (micromhos/cm ≈ ìmho/cm; milisiemens/m ≈ mS/m). Relacionada a la presencia de iones y a la concentración de SDT. Ampliamente usada para caracterizar agua de riego (salinidad).
  SDT (mg/lt) = CE (ìmho/cm) x (550≈700).

Características Químicas Orgánicas

DBO₅

20°C. Demanda Bioquímica de Oxígeno al quinto día, incubado a 20 °C. Se establece como diferencia de ≈. En general la materia orgánica presenta las siguientes características: 40-60% proteínas; 25-50% carbohidratos; 12% grasas y aceites. ≈ Los principales parámetros utilizados para su caracterización son: DBO₅ Oxígeno Disuelto medido en la solución entre el primer y el quinto día.

DBOC. Demanda Bioquímica de Oxígeno Carbonácea

La oxidación biológica del amonio a nitrito y nitrato (nitrificación) tiene un consumo adicional de oxígeno. Cuando se anula o elimina este consumo en el análisis de la DBO₅ (inactivar organismos nitrificantes por cloración o pasteurización), se obtiene la DBOC. Recomendable solo para efluentes. (Acción Nitrosomonas NH₃ + (3/2)O₂ → HNO₂ + H₂O (Acción Nitrobacter
HNO₂ + (1/2)O₂ → HNO₃).

DQO

Mide el material susceptible de ser oxidado químicamente (por dicromato en medio ácido). Es diferente y mayor a la DBO₅ y DBOC pues puede oxidar compuestos inorgánicos y compuestos orgánicos tóxicos o difíciles de oxidar biológicamente. Tiempo de análisis: 15 min ≈ 2,5 hrs. (≈ >0.5 ≈ buscar relación DBO/DQO (Afluente): 0.3 ≈ 0.8 tratamiento biológico; componentes tóxicos) DBO/DQO (Efluente): 0.1 ≈ 0.3.

Carbono Orgánico Total (COT)

. Para medir el COT se hace un pretratamiento de aireación y acidificación, a objeto de eliminar el carbono inorgánico. Luego Luego, ? todo el carbono orgánico que queda se convierte en CO2 en fase gaseosa, a alta temperatura en presencia de un catalizador (oxidación). El CO2 generado se cuantifica con un detector IR. Tiempo de análisis: 10 min
buscar relación DBO/COT DBO/COT (Afluente sin tratamiento):1.2 ???? 2.0 DBO/COT (Sedimentación primaria):0.8 ???? 1.2 DBO/COT (efluente después de tratamiento):0.2 ???? 0.5
Grasas y aceites. Origen animal y vegetal (triglicérido
flotante)Tensoactivos
(poder espumógeno espumógeno). Son grandes
moléculas orgánicas que poseen por un extremo un
grupo funcional polar ( hidrofílico hidrofílico, soluble en agua) y, por el otro extremo posee un grupo funcional apolar (
hidrofóbico hidrofóbico, insoluble en agua).
Los alquil benceno sulfonatos (ABS) no son biodegradables, a diferencia de los alquil sulfonatos lineales (ASL).
Compuestos orgánicos volátiles (COV). Son específicos
( Benceno, clorometano clorometano, tolueno, , tricloroetano tricloroetano, etc etc)Tratamiento biológico. Modelos matemáticos para tratamientos biológicos. En un reactor abierto de mezcla completa, sin recirculación, el balance de masa para los microorganismos puede resumirse como: Acumulación de M.O O. O. . = Entrada de M.O – O.Salida de M.O. + Crecimiento neto de M.O