Hidrosfera Como Materia Prima

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    02-Feb-2016

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Generalidades del agua, agua de mar como materia prima, contaminacin del agua y tratamiento de aguas residuales.

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  • HIDROSFERA: GENERALIDADES DEL AGUA, AGUA DE MAR COMO MATERIA PRIMA, CONTAMINACION

    DEL AGUA Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

    SILVIA ARACELY PARDO SANCHEZ

    QUIMICA INDUSTRIAL 2015-I- PROGRAMA DE ING. INDUSTRIAL

    UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA EXTENSION SOACHA

    1

    QUIMICA INDUSTRIAL

  • 2

  • 3

  • Constituyen un recurso fundamental ara el sector industrial, as como para el desarrollo de las

    actividades agropecuarias y domesticas. Aparentemente las reservas de agua en el planeta

    parecen ilimitadas, se puede decir que es un recurso inagotable.

    De los 1,4 * 1018 m3 de agua existente en la tierra, amas de un 97% corresponde a agua salada en ocanos y mares y mas del 70% de los recursos potenciales del agua dulce se

    encuentran en forma de hielo (Antartica).

    Las existencias en lagos, ros y aguas subterrneas tcnicamente accesibles arrojan cifras importantes si se tiene en cuenta el total.

    Tanto la localizacin de los recursos hdricos como las exigencias de calidad de la aplicaciones, constituyen factores que limitan la disponibilidad real de los mismos.

    El notable incremento de las cifras de consumo y la alteracin negativa de las caractersticas del agua (contaminacin), que se produce en la mayor parte de las

    operaciones de uso de la misma han hecho que progresivamente el agua haya adquirido el

    carcter de un BIEN, cuya utilizacin esta sujeta a principios de economa de consumo.

    EL AGUA

  • APLICACIONES DEL AGUA EN LA INDUSTRIA

    Las aplicaciones del agua en la industria son numerosas, dada su economa y disponibilidad relativa. 1. Se utiliza como fluido refrigerante y para la produccin de vapor,

    como disolvente y vehculo de arrastre. 2. Como materia prima sujeta a transformacin qumica, el agua

    puede ser fuente de H2 y/o de O2. La obtencin de estos elementos a partir de agua puede realizarse por va electroltica, pero tanto uno como otro se producen industrialmente por procedimientos de mayor viabilidad tecnolgica, partiendo de otras materias primas (el aire en el caso del O2 y el petrleo, gas natural y carbn en el del H2).

    3. La electrolisis del agua, que fue mtodo de fabricacin del H2 queda suprimida si se requiere producir cantidades pequeas con alto nivel de pureza (sector de hidrogenacin de grasas).

    4. Economa del hidrogeno a futuro, crisis del petrleo, en regiones con alta disponibilidad elctrica.

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  • EL AGUA NATURAL: COMPOSICION DEL AGUA NATURAL Y REPERCUSIONES

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    El agua, tal como se encuentra en los sistemas naturales aparece siempre acompaada de distintos compuestos disueltos o en suspensin, que determinan el estado de calidad de la misma.

    Estudio analtico de las caractersticas del agua: determina posibilidades de empleo y operaciones de tratamiento para su uso en aplicaciones concretas. La valoracin de la calidad del agua es inseparable del uso especifico a que se destine y se realiza en funcin del mismo. (Ej: Ca2+ Mg2+).

    Las aguas pueden encontrarse impurificadas por compuestos solidos, lquidos o gaseosos, en estado disuelto o en suspensin. Entre las sustancias presentes en las aguas naturales con mayor frecuencia cabe citar las siguientes: Gases disueltos, sales orgnicas disueltas, materia orgnica disuelta y solidos en suspensin.

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    GASES DISUELTOS:

    Principalmente O2 y CO2. La presencia de otros compuestos como NH3 , SH 2 o CH4, es indicio de contaminacin orgnica. O2 es esencial para la vida acutica y su concentracin constituye una medida indirecta del grado de contaminacin del sistema, de utilidad complementaria en la localizacin de focos emisores y para evaluar su impacto. La solubilidad del O2 esta determinada por variables como la temperatura, presin y presencia d sales disueltas.

    SALES INORGANICAS DISUELTAS:

    Especial significado las de Ca2+ y Mg2+ responsables de la dureza del agua. La variabilidad de la solubilidad de estas sales determina la posibilidad de formacin de depsitos e incrustaciones sobre superficies metlicas calientes, razn por la cual requieren control en agua para calderas.

    MATERIA ORGANICA DISUELTA:

    Puede ser de origen natural (materia hmica) o artificial (vertidos contaminantes). Biodegradable por presencia de microorganismos aerobios en agua (se transforman en productos inocuos con repercusin ecolgica) y de materia orgnica no oxidable por va biolgica que recibe el nombre de refractaria o persistente (permanecen en agua por largos periodos, siendo su accin qumica toxica un riesgo potencial).

    SOLIDOS EN SUSPENSION:

    Puede ser de naturaleza orgnica e inorgnica y de origen natural o artificial .

    Su presencia denota turbiedad en las aguas y las inhabilita para aplicaciones corrientes. La capacidad de adsorcin de algunos de los solidos constituye un factor importante en el transporte de contaminantes en los sistemas acuticos naturales.

  • EVALUACION DE LAS CARACTERISTICAS DEL AGUA

    Color: se mide a travs de la absorbancia a una

    longitud de onda previamente

    seleccionada por barrido, dentro del

    espectro visible.

    La acidez o alcalinidad: se mide a

    travs del pH, para determinar

    corrosividad del agua.

    Solidos en suspensin: se

    analiza por filtracin pesada. Medidas de turbiedad mediante

    tcnicas fotoelctricas.

    Concentracin de solidos disueltos totales: por gravimetra previa

    evaporacin. La fraccin orgnica e inorgnica se evala

    gravimtricamente despus de quemar residuos de evaporacin a una T que no cause volatilizacin.

    Anlisis de cationes: se realiza por absorcin

    catinica.

    La presencia de materia orgnica: a travs de

    distintos ndices como COT, DQO, y DBO.

    Anlisis de compuestos especficos: Holometanos, policlorobifenilos y fenoles

    por cromatografa.

    La presencia de aniones y cationes como CN-, NO2-, NO3-,y fosfatos mediante electrodos especficos o

    cromatografa inica.

    8

  • CARACTERISTICAS DEL AGUA

    9

    El volumen total de agua del planeta equivale a 1400 millones de km3. El 90% no es utilizable por los seres vivos por estar combinada en la

    litosfera. El 10% restante se distribuye as: 97.6% en los ocanos 1.9% en los casquetes polares y glaciares 0.5% como agua dulce, la mayor parte (94% en los acuferos). Por tanto,

    slo el 0.03% son aguas superficiales libres en la corteza terrestre. Cerca de 12000 km3 de agua, la mayor parte en forma de vapor, se

    encuentra en cualquier momento en la atmsfera. Cada da se evaporan o transpiran 1120 km3 de agua dentro de la

    atmsfera. Las aguas subterrneas representan el 0,47 % de los recursos totales. Los

    acuferos aportan el 30% del caudal de los ros, mientras que los embalses slo regulan el 15% de los caudales.

  • CARACTERISTICAS FISICO QUIMICAS DEL AGUA

    Las aguas naturales, al estar en contacto con diferentes agentes (aire, suelo, vegetacin, subsuelo, etc.), incorporan parte de los mismos por disolucin o arrastre.

    Esto hace que las aguas dulces presenten un elevado nmero de sustancias en su composicin qumica natural.

    Entre los compuestos ms comunes que se pueden encontrar en las aguas dulces estn:

    como constituyentes mayoritarios: los carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloruros y nitratos.

    como constituyentes minoritarios: los fosfatos y silicatos, metales como elementos traza y gases disueltos como oxgeno, nitrgeno y dixido de carbono.

    El agua de lluvia presenta los cationes: Na+, K+, Ca2+, Mg2+

    los aniones: HCO3, Cl, Br, I, SO4

    2, NO3, PO4

    3

    y dixido de carbono, oxgeno, ozono, nitrgeno, argn, etc. 10

  • 11

    Fsicos Color Olor Turbidez Slidos en suspensin Temperatura Densidad Slidos Conductividad Radioactividad

  • 12

    Qumicos pH Materia Orgnica (Carbono orgnico total ,COT) DBO DQO Nutrientes Nitrgeno y compuestos derivados (amonaco, nitratos, nitritos, etc.) Fsforo y compuestos derivados (fosfatos) Aceites y grasas Hidrocarburos Detergentes Cloro y cloruros Fluoruros Sulfatos y sulfuros Fenoles Cianuros Haloformos Metales Pesticidas

  • 13

    Biolgicos

    Coliformes totales y fecales

    Estreptococos fecales

    Salmonellas

    Enterovirus

  • 14

    Gases disueltos

    Oxgeno

    Nitrgeno

    Dixido de carbono

    Metano

    cido sulfhdrico

  • 15

    Parmetros fsicos (I)

    Color Es el resultado de la presencia de materiales de origen vegetal tales como

    cidos hmicos, turba, plancton, y de ciertos metales como hierro, manganeso, cobre y cromo, disueltos o en suspensin.

    Constituye un aspecto importante en trminos de consideraciones estticas.

    Los efectos del color en la vida acutica se centran en la disminucin de la transparencia, que provoca un efecto barrera a la luz solar, traducido en la reduccin de los procesos fotosintticos.

    Olor Es debido a cloro, fenoles, cido sulfhdrico, etc. La percepcin del olor no constituye una medida, sino una apreciacin y

    tiene, por tanto, un carcter subjetivo. El olor raramente es indicativo de la presencia de sustancias peligrosas en

    el agua, pero s puede indicar la existencia de una elevada actividad biolgica. Por ello, en el caso de aguas potable, no debera apreciarse olor alguno, no slo en el momento de tomar la muestra sino a posteriori (10 das en recipiente cerrado y a 20C).

  • 16

    Parmetros fsicos (II)

    Turbidez Es una medida de la dispersin de la luz por el agua por la presencia de

    materiales suspendidos coloidales y/o particulados. La materia suspendida puede indicar un cambio en la calidad del agua

    y/o la presencia de sustancias inorgnicas finamente divididas o de materiales orgnicos.

    La turbidez es un factor ambiental importante ya que la actividad fotosinttica depende en gran medida de la penetracin de la luz.

    La turbidez interfiere con los usos recreativos y el aspecto esttico del agua.

    La turbidez constituye un obstculo para la eficacia de los tratamientos de desinfeccin.

    La transparencia del agua es muy importante en las de aguas potables y en el caso de industrias que producen materiales destinados al consumo humano.

    Slidos en suspensin Comprenden a todas aquellas sustancias que estn suspendidas en el

    seno del agua y no decantan de forma natural.

  • 17

    Parmetros fsicos (III)

    Temperatura La temperatura de las aguas residuales es importante a causa de sus

    efectos sobre la solubilidad del oxgeno y, en consecuencia, sobre la velocidad en el metabolismo, difusin y reacciones qumicas y bioqumicas.

    El empleo de agua para refrigeracin (por ejemplo en las centrales nucleares) conlleva un efecto de calentamiento sobre el medio receptor que se denomina contaminacin trmica.

    Temperaturas elevadas implican la aceleracin de la putrefaccin, con lo que aumenta la DBO y disminuye el oxgeno disuelto.

    Densidad Las medidas de densidad son necesarias en aguas de alta salinidad

    para convertir medidas de volumen en peso. Es prctica comn medir volumtricamente la cantidad de muestra

    usada para un anlisis y expresar los resultados como peso/volumen (por ejemplo, mg/L). Aunque ppm y mg/L slo son medidas idnticas cuando la densidad de la muestra es 1, para muchas muestras se acepta el pequeo error que se introduce al considerar que 1 ppm es 1 mg/L.

  • 18

    Parmetros fsicos (IV)

    Slidos Se denominan as a todos aquellos elementos o compuestos presentes en el

    agua que no son agua ni gases. Atendiendo a esta definicin se pueden clasificar en disueltos y en suspensin. En cada uno de ellos, a su vez, se pueden diferenciar los slidos voltiles y los no voltiles.

    La medida de slidos totales disueltos (TDS) es un ndice de la cantidad de sustancias disueltas en el agua que proporciona una indicacin de la calidad qumica. Analticamente se define como residuo filtrable total (en mg/L).

    El trmino slidos en suspensin describe a la materia orgnica e inorgnica particulada existente en el agua. Su presencia participa en el desarrollo de la turbidez y el color del agua, mientras que la de slidos disueltos determina la salinidad del medio, y en consecuencia la conductividad del mismo.

    Conductividad Es la medida de la capacidad del agua para transportar la corriente elctrica y

    permite conocer la concentracin de especies inicas presentes en ella. La contribucin de cada especie inica a la conductividad es diferente por lo

    que su medida da un valor que no est relacionado con el nmero total de iones en solucin. Depende tambin de la temperatura.

    Est relacionada con el residuo fijo por la expresin conductividad (S/cm) x f = residuo fijo (mg/L)

    El valor de f vara entre 0.55 y 0.9.

  • 19

    Parmetros fsicos (V)

    Radiactividad La contaminacin radiactiva se origina por los

    radioelementos naturales (uranio, torio y actinio) y sus productos de descomposicin, procedentes tanto de fuentes naturales, como por las actividades humanas: pruebas de armamento nuclear, operaciones relacionadas con la obtencin de energa atmica, extraccin de minerales, generacin de energa, usos industriales o en medicina, etc.

    La mayora de los compuestos radioactivos tienen muy baja

    solubilidad en agua y son adsorbidos en las superficies de las partculas, por lo que los niveles de radiactividad en aguas naturales son normalmente bajos.

    Las aguas superficiales presentan unas concentraciones ms

    bajas que las aguas subterrneas.

  • 20

    Parmetros qumicos (I)

    pH Se define como

    pH = log 1/[H+] = log [H+]

    Su medida tiene amplia aplicacin en el campo de las aguas naturales y residuales. Es una propiedad que afecta a muchas reacciones qumicas y biolgicas.

    El valor del pH compatible con la vida pisccola est comprendido entre 5 y 9. Para la mayora de las especies acuticas, la zona de pH favorable se sita entre 6.0 y 7.2. Fuera de este rango no es posible la vida como consecuencia de la desnaturalizacin de las protenas.

    La alcalinidad es la suma total de los componentes en el agua que tienden a elevar el pH (bases fuertes y sales de bases fuertes y cidos dbiles).

    La acidez es la suma de componentes que implican un descenso de pH (dixido de carbono, cidos minerales, cidos poco disociados, sales de cidos fuertes y bases dbiles).

    Ambas, controlan la capacidad de tamponamiento del agua (para neutralizar variaciones de pH provocadas por la adicin de cidos o bases).

    El principal sistema regulador del pH en aguas naturales es el sistema carbonato (dixido de carbono, ion bicarbonato y cido carbnico).

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    Parmetros qumicos (II)

    Materia orgnica La materia orgnica existente en el agua, tanto la disuelta como la

    particulada, se valora mediante el parmetro carbono orgnico total (TOC, total organic carbon).

    Los compuestos orgnicos existentes en el medio acutico se pueden clasificar atendiendo a su biodegradabilidad (posibilidad de ser utilizados por microorganismos como fuente de alimentacin) y para su medida se utilizan los parmetros DQO y DBO.

    Demanda qumica de oxgeno DQO Es la cantidad de oxgeno consumido por los cuerpos reductores

    presentes en el agua sin la intervencin de los organismos vivos. Efecta la determinacin del contenido total de materia orgnica oxidable, sea biodegradable o no.

    Demanda bioqumica de oxgeno DBO Permite determinar la materia orgnica biodegradable....