TRATAMIENTOS DEL AGUA

dependen del uso • • •

PURIFICACIÓN PARA USO DOMÉSTICO (Potabilización) TRATAMIENTO PARA ALICACIONES INDUSTRIALES ESPECIALES TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (para descarte o reutilización)

Potabilización Depende de la naturaleza del agua. Ej agua dura y ferruginosa Coagulante

CaO

Cl2

DEPÓSITO 1

Aireador

DEPÓSITO 2

Filtro CO2

Agua potable

Sedimentos Pozo

Procesos de remoción de sólidos Partículas grandes Asentamiento y filtración (filtros de grava, arena, redes de metal) Partículas Partículas coloidales Coagulantes y otros tratamientos Suspensiones coloidales SOLUCIÓN

SUSPENSIONES COLOIDALES

SUSPENSIÓN

tamaño de part.

0,001 < diám (µ (µm) < 1,0 • • •

Part. no decantan por efecto de g Presentan efecto Tyndall En aguas → comp. inorg. insol., algas verdes, bacterias, etc.

I

Tipos de suspensiones coloidales HIDROFÍLICOS Iones o moléculas grandes en “solución” (polímeros, proteínas)

HIDROFÓBICOS Poca interacción con agua, estables por repulsión de cargas (arcilla, petróleo)

++++ +++++ ++++

++++ +++++ ++++

++++ +++++ ++++

DE ASOCIACIÓN Agregaciones iones-moléculas (micelas) Aguas → coloides hidrofóbicos → estabilidad depende de pH (a pH 7, cargas negativas)

COAGULACIÓN Uso de coagulantes → desestabilizan el coloide Sales de iones trivalentes

Al2(SO4)3 · 18H20 (alumbre) [Al2(SO4)3 · 18H20 ](aq) → Al(H2O)63+ + ... Al(H2O)63+ +

3 HCO3- → Al(OH)3 (s) ↓ +

3 CO2 + 6 H2O

5,5 < pH < 8 Al(OH)3 → arrastra partículas (mecanismo 1) Formación de dímeros → neutralización de cargas (mecanismo 2)

H O (H2O)4Al

4+

Al(H2O)4 O H

II

Sales de Fe III: III Fe2(SO4)3 - FeCl3

[Fe2(SO4)3](aq) o [FeCl3](aq) → Fe (H2O)63+ + ... 3 HCO3- → Fe(OH)3 (s) ↓ +

Fe(H2O)63+ +

3 CO2 + 6 H2O

4 < pH < 11

FeSO4· 7H20 → caparrosa verde [FeSO4 · 7H20 ](aq) → Fe (H2O)62+ + ... Fe (H2O)62+

→ Fe (H2O)63+

→ Fe2O3 · xH20 (s) ↓

8,5 < pH < 10,5 FLOCULANTES → asisten en la aglomeración de partíc. coloidales desestabilizadas PARTÍC. COLOIDALES EN SUSPENSIÓN → desestabilización (coagulación) → microflóculos / flóculos SEDIMENTACIÓN

• •

Polímeros no iónicos (sintéticos o naturales: PAA, almidones, alginatos, celulosas) Polielectrolitos aniónicos o catiónicos

AGUA → coagulante (floculante)→ (floculante)→ DECANTACIÓN → FILTRACIÓN (arena, antracita, grava) Remoción de solutos indeseables (dureza, fosfatos, Fe, Mn, etc.)

Ca/Mg Proceso calcal-sosa Ca2+

+ 2 HCO3- + Ca(OH)2 → 2 CaCO3 (s)

+ 2 H2O

dureza debida a Ca(HCO3)2

Ca2+ + 2 Cl - + 2 Na+ + CO32-

→

CaCO3 (s)

+ 2 Cl - + 2 Na+

baja [HCO3-], dureza debido a otras sales, ej. CaCl2

III

Mg2+ + 2 HO- → Mg(OH)2 (s) Defectos del proceso: • •

CaCO3 e Mg(OH)2 pueden permanecer en solución (sobresaturación) → pptación., turbidez Na2CO3 → pH >11

Medidas correctivas:

CaCO3 (s)

→ Ca2+ + 2 HCO3-

+ CO2 + H2O

→ Mg2+ + 2 HCO3-

Mg(OH)2 (s) + 2 CO2

HO- + CO2 → HCO3pH 7,5-8,5

Pptación. del Ca con ortofosfato 5 Ca2+ + 3 PO43- + HO- → Ca5OH(PO4)3 (s) Intercambio iónico Efectiva para remover dureza, Mn, Fe, metales pesados Usada para volúmenes limitados Puede ser aniónico o catiónico Ej. Desalinización (NaCl)

IC- H+ + Na+ IA+OH- + Cl-

→ →

IC- Na+ + H+ IA+Cl- + OH-

______________________________________________________________________________ - + + + + +

IC

H

+

IA

OH + Cl + Na

→

IC

Na

+

IA

Cl + H2O

Capacidad limitada (saturación de resinas) → regeneración Dureza (Ca/Mg) → IC (forma Na+): se incorpora Na al agua MINERALES: MINERALES silicatos de Al o zeolitas (glauconita: K2(MgFe)2Al6(Si4O10)3(OH)12) RESINAS: RESINAS materiales sintéticos. Aniónicas o catiónicas. Fuertes o débiles

IV

PVSS (polivinilsulfonato de sodio): resina de intercambio catiónico fuerte SO3- Na+

SO3- Na+

CH

CH

CH2

CH2 -

SO3 Na

CH

CH2

CH

CH

CH2

CH

CH2

+

CH2

Resinas basadas en el grupo  CO2- → intercambiadores catiónicos débiles Resinas basadas en grupos amonio intercambiadores aniónicos fuertes • •

cuaternarios

(ej.

forma

básica: NR3+OH-)

→

PVSS → dureza Resinas IC débiles basadas en carboxilo → alcalinidad

2 RCO2-H+ + Ca2+ + 2HCO3- → [RCO2-]2Ca2+ + 2 H2O + 2 CO2 Ósmosis inversa Remoción de sustancias inorgánicas (SO42-, dureza, Na, K, Cl-, F-, B, PO43-, Mn, NO3-) Uso limitado, caro Ósmosis natural P osm

disolvente P apl > P osm

Ósmosis inversa

Agua Agua purificada V

Otros tratamientos Quelación Para dureza sin que Ca y Mg sean removidos Uso de agentes quelantes o secuestrantes (EDTA, NTA)

Ca2+ + Y4- → CaY2Polisilicatos → Fe

Electrodeposición Eliminación de iones metálicos por reducción electroquímica

Filtración por materiales adsorbentes Carbón activado Para sustancias orgánicas, pesticidas, trihalometanos (sust. que confieren olores y sabores) Uso de materiales carbonáceos (hulla bituminosa, cáscaras de coco, lignito, turba, madera) Activación por calentamiento con vapor en ausencia de O2 → gránulos y poros (aumenta superficie de adsorción) Efectivo para impurezas de alto PM Capacidad limitada de uso Pueden contener Ag (bacteriostático) Polímeros sintéticos Para pesticidas clorados, HC polinucleares, aromáticos Uso de resinas adsorbentes (ej. Amberlita XAD-4)

Fluoración /defluoración Fluoración: procedimiento controversial Uso de NaF, Fluorosilicato de Na, ác. hexafluorosilícico Defluoración: Tratamiento con Ca3(PO4)2, filtración por Al2O3 activada, resinas , etc.

Desinfección Obtención de agua exenta de bacterias pútridas y microorganismos patógenos

Cloración Cloro líquido Cl2 + H2O

←→ H+ + Cl- + HClO Cloro libre disponible VI

[ H+] [ Cl- ] [ HClO ]

= 4,5 x 10-4

k = [ Cl2 ]

pH 3, con Cl2 aplicado< 1 g/L → Cl2 en eq. despreciable

Sales del HClO En presencia de NH3 o cloraminas:

NH4+

→ NH2Cl

+ HClO

NH2Cl + HClO NHCl2

→

+

H2 O

NHCl2 +

→ NCl3

+ HClO

+ H+ H2 O

+ H2 O

Cloro combinado disponible

ClO2 Generado in situ:

2 NaClO2 (s) + Cl2 (g)

←→ 2 ClO2 (g) + 2 NaCl (s)

Aguas acídicas o neutras:

ClO2

+ 4 H+ + 5 eClO2

+ e-

←→ Cl-

+ 2 H 2O

←→ ClO2-

Ozono Utilizado a bajas escalas baja acción residual (solubilidad reducida) Mayor poder destructivo sobre virus que cloro (destruye enzimas –deshidrogenasas-, interfiere en respiración celular y forma radicales libres) Aire

filtración

enfriado

secado

presurizado

20 kV

O3

VII

AGUAS ENVASADAS

AGUA POTABILIZADA ENVASADA

Art 983...agua de origen subterráneo o proveniente de un abastecimiento 983 público que se comercializa envasada en botellas, contenedores u otros envases adecuados, provistos de la rotulación reglamentaria y que cumple con las exigencias del presente artículo. Podrán ser adicionadas de gas carbónico en cuyo caso la presión del gas no podrá ser menor de 1,5 atmósferas medidas a 21°C (soda) Tratamientos permitidos: Decantación Decantación y/o filtración (eliminación de substancias naturales indeseables tales como arena, limo, arcilla , etc) Separación de elementos inestables (Fe y S por decantación y/o filtración eventualmente precedida de aireación y/u oxigenación) Eliminación de As, V, F, Mn, NO3-, etc. presentes en concentraciones que excedan los límites permitidos. Cloración, aereación, ozonización, ozonización radiación ultravioleta, ósmosis inversa, absorción por carbón, pasaje por resinas de intercambio y filtros de retención microbiana así como otra operación que autorice la autoridad sanitaria competente. Requerimientos similares a las del agua potable, excepto: • • •

6< pH < 9 (excepto para carbonatadas) Cl2 residual máx: 0,5 ppm Difieren contenidos (en ppm) de Cd (0,01), Cu (2), F (2 pp), Fe (2), SO42- (500) AGUAS MINERALES

Art. 985...agua 985 ..agua apta para la bebida, bebida, de origen subterráneo, procedente de un yacimiento o estrato acuífero no sujeto a influencia de aguas superficiales y proveniente de una fuente explotada mediante una o varias captaciones en los puntos de surgencias naturales o producidas por perforación. perforación. VIII

s. XVI: Aguas termales spa de los Árdenas belgas envasada s. XVII-XVIII: envases de vidrio (Venecia) s. XIX: Aguas termales de Alemania, Francia e Italia Actualidad: envase → imagen del producto. Mayor consumo Diferencias Diferencias con agua potable • • •

Naturaleza característica en tenor de minerales, minerales oligooligo-elementos y/u otros constituyentes Pureza microbiológica original Constancia de su composición y temperatura en la captación (con fluctuaciones naturales, por variaciones de caudal, en componentes componentes mayoritarios de hasta el 20% respecto de los valores registrados en su aprobación, en tanto no superen los valores máximos admitidos)

Composición y factores de calidad (x) → valores para agua potable o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o

Color: hasta 5 u (unidades de la escala Pt-Co), Olor: característico, sin olores extraños Sabor: característico, sin sabores extraños Turbidez: hasta 3 NTU Arsénico: máximo 0,2 mg/l (0,05) Bario: máximo 1,0 mg/l Boro (como H3BO3): máximo 30 mg/l Bromo: máximo 6,0 mg/l Cadmio: máximo 0,01 mg/l (0,005) Carbonatos (como CaCO3): máximo 600 mg/l (Dureza: 400) Cloruro (como ión): máximo 900 mg/l (350) Cobre: máximo 1,0 mg/l Flúor: máximo 2,0 mg/l Hierro: máximo 5,0 mg/l (0,3) Iodo: máximo 8,5 mg/l Manganeso: máximo 2,0 mg/l (0,1) Materia orgánica (oxígeno consumido por KMnO4, medio ácido): máximo 3,0 mg/l Nitratos (como ión nitrato): máximo 45,0 mg/l pH: entre 4 y 9 (6,5-8,5) Residuo seco soluble (180°C):no menor de 50 ni mayor de 2000 mg/l Selenio máximo 0,01 mg/l Sulfato (como ión): máximo 600 mg/l (400) Sulfuro (como ión): máximo 0,05 mg/l

Zinc: máximo 5,0 mg/l

Contaminantes o o o o o o o o o o o o

Agentes tensioactivos: ausencia Cianuro (como ión): máximo 0,01 mg/l Cloro residual: ausencia Compuestos fenólicos: ausencia Cromo (VI): máximo 0,05 mg/l Hidrocarburos, aceites, grasas: ausencia Mercurio: máximo 0,001 mg/l Nitrito (como ión): máximo 0,1 mg/l Nitrógeno amoniacal (como ión amonio): máximo 0,2 mg/l Plomo: máximo 0,05 mg/l (0,05) Productos indicadores de contaminación: ausencia Residuos de pesticidas: ausencia

IX

CLASIFICACIÓN DE AGUAS MINERALES

Oligominerales (50-100)

Por grado de mineralización (residuo seco a 180°C, ppm)

Mineralización débil (101-500) Mineralización Mineralización media (501-1500) Mineralización fuerte (1501-2000) Alcalina o bicarbonatada (>600 ppm HCO3- ) Acidulada o carbogaseosa (>250 ppm CO2 libre) Salina o clorurada (>500 ppm NaCl) Cálcica (>150 ppm Ca) Magnésica (>50 ppm Mg) Fluorada (>1 ppm F) Ferruginosa (>2 ppm Fe)

Por composición

Iodadas (>1 ppm I) Sulfatadas (>200 ppm SO42- )

Por temperatura del agua en la surgencia o extracción ( ºC)

Atermales (0-20 ) Hipotermales (21-30) Mesotermales (31-40) Hipertermales (>40)

Naturalmente gaseosa (gas carbónico proveniente de la fuente) Gasificada o con gas (carbonatada en el lugar de origen con gas carbónico procedente o no de la fuente; P>1,5 atm, 21 °C) Por contenido gaseoso

No gasificada (no contiene gas carbónico)

X

PRODUCCIÓN Decantación y/o filtración (eliminación de substancias naturales indeseables tales como arena, limo, arcilla , etc) Separación de elementos inestables (Fe y S por decantación y/o filtración eventualmente precedida de aireación y/u oxigenación → el tratamiento no debe tener el objeto de modificar la composición en los constituyentes esenciales) Eliminación total o parcial del gas carbónico libre, libre mediante procedimientos físicos Incorporación de gas carbónico procedente o no de la fuente Tratamiento con radiación UVu ozonización en tanto no altere sustancialmente su composición química y/o el pasaje a través de filtros de retención microbiana

AGUA MINERALIZADA ARTIFICIALMANTE

Art 995...produc 995 producto producto elaborado con agua potable adicionada de minerales de uso permitido, gasificada o no, envasada en recipientes bromatológicamente aptos, de cierre hermético e inviolable.

Debe Cumplir los requisitos microbiológicos, químicos y de contaminantes establecidos para el agua mineral Tener una presión de dióxido de carbono (cuando corresponda) no menor de 1,5 atm a 21 °C (agua agua mineralizada artificialmente gasificada) gasificada

XI

Acuífero o manantial

Agua de napa o red

CLORACIÓN

FILTRO DE ARENA Y GRAVA

AGUA SIN DESMINERALIZAR

FILTRO DE C*

Procesos alternativos

TORRE CATIÓNICA ÓSMOSIS TORRE ANIÓNICA ANIÓNICA

MINERALIZACIÓN CONTROLADA

Procesos alternativos

OZONIZACIÓN

AGUA MINERAL NATURAL

RADIACIÓN UV

INCORPORACIÓN DE CO2

AGUA MINERAL NATURAL GASIFICADA

FILTRO DE RETENCIÓN MICROBIANA

IONIZADOR

INCORPORACIÓN DE CO2

AGUA MINERAL IZADA ARTIF. GASIFICADA

AGUA MINERALIZADA ARTIF.

XII