Transcript QUÍMICA AMBIENTAL - Gobierno de Canarias
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ¿Por qué es necesario?
Ante la escasez de agua en el planeta los Gobiernos de los países tratan de regular la calidad del agua al objeto de poder garantizar la salud pública y la protección medioambiental.
Entre las competencias de los ayuntamientos esta el tratamiento de las aguas de uso doméstico y comercial con el objeto de asegurar la salud pública y eliminar tantos los malos olores como la turbidez. Asimismo el tratamiento de las aguas residuales para prevenir la contaminación del agua y la eutrofizacion.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES En en caso de Canarias, el agua depurada constituye una fuente complementarias de recursos hídricos diferentes de los clásicos que de alguna manera puede contribuir a equilibrar el balance hidrológico de las islas.
Las ventaja que puede tener el emplea del agua depurada son:
Permitir el riego de cultivos en meses de escasez de aguas de fuentes tradicionales.
Un menor coste.
Un aporte suplementario de nutrientes que abarata los costes de producción.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
En que consiste
El tratamiento de aguas residuales consiste una serie de procesos cuyo objetivo es transformar todas aquellas comerical aguas ( tanto industrial, de uso doméstico como escorrentía urbana, agricultura, etc.
) de forma que a través de una serie de procesos físico-químicos dicha agua sea posible volver a reutilizarla para el consumo humano y otras fines (riego de jardines, agricultura, etc.).
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Procesos que tienen lugar
Tratamiento primario .
Eliminación de sustancias no disueltas y sedimentación de sólidos, grasas y espuma.
Por aireación se eliminan los malos olores mediante la purga de gases y compuestos orgánicos volátiles disueltos.
La aireación produce la oxidación de Fe 2+ precipita como Fe(OH) 3.
a Fe 3+ que
Se adiciona sulfato de Fe 3+ pH.
o Al 3+ y cal para regular el
Los precipitados formados se eliminan por procesos de sedimentación y filtración.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Procesos que tienen lugar
Tratamiento secundario . Eliminación de sustancias orgánicas biodegradables .
En esta etapa se realiza de degradación bacteriana de los compuestos orgánicos a CO 2 .
Sin este tratamiento las aguas tendrían un valor de DBO tan elevado que sobrepasaría la capacidad oxidativa de las aguas receptoras.
Se hace pasar el agua sobre un lecho de arena o de grava cubierto de microorganismos aeróbicos. Se consigue una disminución del DBO del 90%.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Agua residual cuyas características (por litro) son las siguientes:
DBO = 200 mg/l.
NH 4 +
= 30 mg/l.
PO 4 3 = 25 mg/l.
Antes de su vertido en las aguas receptoras se somete a tratamiento o depuración.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Tratamiento primario y secundario Se eliminan sustancias no disueltas y sedimentan sólidos, grasas y espumas Aire Se eliminan sustancias orgánicas finamente suspendidas CO 2 Agua residual Filtración Sedimentación Lodos primarios Efluyente Lodos activos (digestión aeróbica) Retorno del lodo Clarificación (sedimentación) Lodos secundarios Espesado del lodo ó secado Salida aguas Digestión anaeróbica ó incineración Vertido directo Vertido de sólidos
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Procesos que tienen lugar
Tratamiento terciario .
Tiene por objeto la eliminación de compuesto inorgánicos, en especial NH 4 + , NO 3 y PO 4 3 , materia orgánica, metales y sales.
El fosfato se elimina por precipitación con cal.
El ión amonio se reduce a NH 3 con cal . El exceso de cal se precipita disminuyendo el pH por adición de CO 2 .
Los nitratos y el amonio se pueden eliminar por bacterias nitrificantes que reducen el NH 4 + a NO 3 bacterias denitrificantes pasan el NO 3 a N y en una 2ª etapa, 2
Los compuestos orgánicos se filtran con carbón activo.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Tratamiento de aguas Efluente hacia las aguas receptoras cuyas nuevas características son:
DBO = 25 mg/l
NH 4 + = 20 mg/l
PO 4 3-
= 25 mg/l.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Efluente secundario DBO = 25 mg/l PO 4 3-= 25 mg/l NH 4 + = 20 mg/l Tratamiento Terciario Eliminación de amonio NH 4 + + OH- 2 % NH 3 + H 98 % 2 O NH 3 Eliminación de fosfato Cal + PO 4 3 Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) Execeso de OH procedente de la cal, pH = 11 Cal = adición Ca(OH) 2 pH = 7 Lodo de CaCO 3 Aire Recarbonatación, precipitación con cal y neutralización H 2 CO 3 + Ca2+ + 2 OH CaCO 3 + H 2 O Cal reciclada CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Horno Lodo Ca + calor CO 2 CaCO 3 lodo Carbón activo Efluente final DBO < 1 mg/l PO 4 3- = 0,2-1 mg/l NH 4 + = 0,3-1,5 mg/l como N 2 Cloro
PROCESO DE LA EDAR DE BARRANCO SECO
EDAR DE BARRANCO SECO (LAS PALMAS)
DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES PARQUE RURAL DE TENO
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Procesos Químicos que tienen lugar
Reacciones de precipitación.
CaO (s) + H 2 O (l)
Ca(OH) 2 H 2 CO 3 + PO 4 3-
+ Ca(OH) 2
Ca(OH) 2 (s) Cal reciclada Ca 3 (PO 4 ) 2 (OH) ↓ CaCO 3 + 2 H 2 O
Reacciones de desinfección.
Se suele emplear cloro, dioxido de cloro y ozono, pero el más frecuente es el cloro.
Cl 2
+ H
2 O
HOCl + H
+
+ Cl
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Procesos Químicos que tienen lugar
Reacciones de eliminación del ión cianuro en aguas residuales industriales.
2 CN (ac) + 5 ClO (ac) + 2OH (ac)
N 2 (g) + 2 CO 3 2 + 5 Cl (ac) + H 2 O (l)
Se trata de una reacción de oxidación-reducción.
El ión cianuro (CN ) altamente tóxico se transforma en N 2 e ión CO 3 2 que son inocuos.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
PROBLEMAS MEDIOAMBIENTALES DE LAS E.D.A.R.
Uno de los principales problemas asociados a las plantas municipales es la eliminación de los lodos que origina el tratamiento. Estos se caracterizan por:
Composición mayoritariamente orgánica que los convierte en buenos fertilizantes.
Su uso en agricultura se encuentra limitado por la presencia de metales tóxicos que provienen de:
Fuentes domésticas ó industriales.
Escorrentía urbana.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
POSIBLES ALTENATIVAS ELIMINACIÓN DE LODOS
Incineración, obteniéndose electricidad y calefacción.
Degradación anaerobia a metano, combustible de alta calidad.
Estas propuestas no son aceptadas por los municipios y el destino final de los lodos suele ser enterrarlos envertederos.
La solución pasaría por eliminar o reducir el contenido de metales de los lodos, con lo cual de ser un problema medioambiental y se dejarían convertirían en una valiosa fuente de fertilizantes.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
GLOSARIO
DBO.
Demanda Bioquímica de oxígeno. Es un parámetro que nos proporciona información acerca de la concentración de materia orgánica biodegradable (se mide en mg de O 2 /L agua = ppm de O 2 ).
Aguas duras.
Son aguas que se caracterizan por un alto contenido de cationes alcalino-térreos (Ca 2+ y Mg 2+ ).
Anaerobio.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES GLOSARIO
Eutrofización.
Procesos que tienen como consecuencia un crecimiento rápido de las algas debido al aporte de nutrientes que tiene como consecuencia una disminución del contenido en oxígeno de las aguas provocando la muerte de peces y otros efectos dañinos en ríos y lagos.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PROPUESTA DE CUESTIONES PARA PAU 1.
En que consiste la depuración de un agua residual.
¿Cuál es el objetivo fundamental del tratamiento secundario?.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PROPUESTA DE PROBLEMAS PARA PAU
Un agua residual procedente de un polígono industrial que genera 500 L/hr presenta un alto contenido en Ba (II) del orden de 60 mg por litro. Para proceder a su eliminación se trata con fosfato de sodio al objeto de provocar su precipitación. Se pide:
a) ¿Qué cantidad de fosfato de sodio se necesitará para tratar el agua diariamente?.
b) ¿Qué cantidad de lodo se producirá al año?.
3 Ba 2+ (ac) + 2 Na 3 PO 4 (ac)
Ba 3 (PO 4 ) 2
+ 6 Na + (ac)
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Solución a) Para proceder al cálculo de la cantidad de fosfato de calcio que se necesita para precipitar el Bario haremos uso de la estequiometría.
Para ello obtenemos primero cantidad de bario que hay en el agua residual que se produce en un día:
Moles diarios de Ba2+ = 60.10-3 g Ba2+ 1 litro de agua x 1 mol de Ba2+ 137 g Ba2+ x 500 litros agua 1 hora x 24 horas 1 día
Total: 5,255 moles Ba 2+ /día.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Solución De acuerdo con la ecuación del enunciado se requieren 2 moles de fosfato de sodio para precipitar 3 moles de ion Ba 2+ . Entonces para calcular la cantidad total de fosfato de sodio que no hace falta para precipitar todo el Bario es:
Cantidad de Na 3 PO 4 diaria = 5,225 mol de Ba2+ 1 día
Cantidad total de Na 3 PO 4
x 2 moles Na 3 PO 4 x 164 g Na 3 PO 4 3 moles Ba2+ 1 mol Na 3 PO 4
que precipita es: 571,27 g Na 3 PO 4 /día b) Para calcular la cantidad de lodos que se forman, suponemos que los lodos son debidos al fosfato de bario precipitado.
Cantidad de Ba 3 (PO 4 ) 3 diaria = 5,225 mol de Ba2+ x 1 día 1 moles Ba 3 (PO 4 ) 3 3 moles Ba2+ x 602 g Ba 3 (PO 4 ) 3 1 mol Ba 3 (PO 4 ) 3
Cantidad diaria de lodo que se obtiene: 1048,48 g de lodos/día
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Solución Por lo tanto la cantidad de lodo anual que se genera será:
1.048,40 g lodo 1 día x 365 días 1 año = 382.695,2 g de lodos anuales = 0,3827 toneladas lodo anuales
Una posible variante de este problema consistiría en calcular la obtención de lodos con un porcentaje de humedad.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PROBLEMAS
Un agua procedente de un pozo de las medianías presenta una dureza moderada debido a su alto contenido en Ca 2+ . Para reducirla se trata con Na 2 CO 3 y su contenido se rebaja a 5 mg de CaCO 3 / L agua.
¿Cuál es la concentración del ión CO 3 2 en el equilibrio?.
Ca 2+ (ac) + Na 2 CO 3 (ac) CaCO 3 (s)
Ca 2+
CaCO (ac) + CO 3 2 3 (ac) (ac)
+ 2 Na + (ac) Dato: K ps (CaCO 3 ) = 5,0.10
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BIBLIOGRAFÍA
Marrero Domínguez, A; Palacios Díaz, Pino.
Depuración y Reutilización de aguas de Gran Canaria (2ª Edición).
Consorcio Insular de aprovechamiento de aguas depuradas de Gran Canaria.
Depuración de Aguas Residuales en el Parque Rural de Teno.
Gabinete de Estudios Ambientales S.L. Cabildo de Tenerife.
Spiro, Thomas G.; Stigliani, William M.
Ed. Pearson. Prentice Hall (2003).
Química Medioambiental .