PFC Ismael Hernandez Sanchez

PROYECTO FIN DE CARRERA

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA APORTE

A CENTRAL TRMICA DE CICLO COMBINADO

Autor: Ismael Hernndez Snchez

Tutor: Sergio Gonzlez Lpez

Titulacin: Ingeniera Industrial

Legans, Abril de 2011

Departamento de Mecnica de Medios Continuos y Teora de Estructuras

Ttulo: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA APORTE A UNA CENTRAL TRMICA DE CICLO COMBINADO Autor: Ismael Hernndez Snchez Director: Sergio Gonzlez Lpez

EL TRIBUNAL Presidente: Vocal: Secretario: Realizado el acto de defensa y lectura del Proyecto Fin de Carrera el da __ de _______ de 20__ en Legans, en la Escuela Politcnica Superior de la Universidad Carlos III de Madrid, acuerda otorgarle la CALIFICACIN de

VOCAL SECRETARIO PRESIDENTE

Tratamiento de aguas residuales para aporte a central trmica de ciclo combinado

Ismael Hernndez Snchez 1

ndice

Lista de tablas ....................................................................................................... 3Lista de figuras ..................................................................................................... 5Glosario ................................................................................................................ 91. Introduccin y objetivos ................................................................................. 11

1.1. Objetivos del proyecto ...................................................................................... 12

1.2. Introduccin ...................................................................................................... 14

1.3. Plantas de tratamiento de aguas residuales .................................................... 35

1.4. Reutilizacin del agua ....................................................................................... 39

2. Anlisis de la tecnologa actual ..................................................................... 472.1. Pretratamiento .................................................................................................. 50

2.2. Tratamiento primario ....................................................................................... 63

2.3. Tratamiento secundario ................................................................................... 68

2.4. Tratamiento de lodos ...................................................................................... 118

2.5. Eliminacin de metales pesados y otros contaminantes .............................. 127

2.6. Desmineralizacin, desionizacin .................................................................. 153

3. Central trmica de ciclo combinado (C.T.C.C.) .......................................... 1753.1. Descripcin general de una C.T.C.C ............................................................. 176

3.2. Necesidad de aporte de agua de una C.T.C.C. ............................................. 181

3.3. Emisiones y vertidos ........................................................................................ 185

3.4. Caso de estudio ................................................................................................ 187

4. Criterios de seleccin de alternativas y diseo ........................................... 1994.1. Criterios de seleccin de alternativas ............................................................ 201

4.2. Descripcin del sistema seleccionado ............................................................ 221

5. Conclusiones y trabajos futuros .................................................................. 2395.1. Conclusiones .................................................................................................... 240

5.2. Trabajos futuros .............................................................................................. 242

6. Referencias ................................................................................................... 2436.1. Libros ............................................................................................................... 244

6.2. Pginas o documentos electrnicos en la red ................................................ 245

6.3. Artculos tcnicos ............................................................................................ 245


2 Ismael Hernndez Snchez

6.4. Proyectos fin de carrera ................................................................................. 246

6.5. Tesis Doctorales ............................................................................................... 246

A. Criterios de calidad de agua reciclada ....................................................... 247B. Balances de Agua de la central trmica ..................................................... 251C. Diagramas de seleccin de tratamientos .................................................... 265D. Diseo de tratamiento biolgico ................................................................. 271

D.1. Dimensionado del reactor biolgico .............................................................. 273

D.2. Dimensionado del sistema de membranas ................................................... 285

E. Diseo de equipos ........................................................................................ 289E.1. Tanques de almacenamiento ......................................................................... 290

E.2. Lnea piezomtrica de la planta .................................................................... 291

E.3. Bombeo de agua negra ................................................................................... 295

E.4. Bombeo de agua desmineralizada ................................................................. 296

E.5. Bombeo de fangos ........................................................................................... 297

E.6. Equipo de smosis y electrodesionizacin .................................................... 298

F. Planos .......................................................................................................... 305G. Evaluacin econmica ................................................................................ 311H. Planificacin ............................................................................................... 315I. Hojas de caractersticas ............................................................................... 317



Lista de tablas

Tabla 1-1, Composicin tpica del agua residual domstica bruta, [Metcalf-Eddy,1996]. ................. 18

Tabla 1-2, contaminantes de importancia en el tratamiento del agua residual [Metcalf-Eddy,1996]. ............................................................................................................................ 25

Tabla 1-3, tipos de acciones para la eficiencia de agua y energa (obtenido de http://www.watergymex.org). ............................................................................................... 34

Tabla 1-4, consumos urbanos (l/hab. Da), segn usos y tamao de la poblacin abastecida, (Ministerio de Obras Pblicas, Transporte y Medio Ambiente (1995)). .......................... 37

Tabla 1-5, procesos de regeneracin de aguas. ...................................................................................... 41

Tabla 2-1, operaciones y procesos unitarios y sistemas de tratamiento utilizados para eliminar la mayora de los contaminantes presentes en el agua residual [Metcalf-Eddy, 1996]. ........................................................................................................................... 49

Tabla 2-2, Descripcin de los dispositivos de desbaste empleados en el tratamiento de las aguas residuales, [Metcalf-Eddy, 1996]. .............................................................................. 51

Tabla 2-3, caractersticas dilaceradores. ................................................................................................ 55

Tabla 2-4, velocidad de sedimentacin en funcin del tamao de partcula, [Aur, 2004]. ................. 56

Tabla 2-5, Gradiente de velocidad (G) y tiempo de detencin tpico de los procesos de tratamiento de aguas residuales, [Metcalf-Eddy, 1996]. .................................................... 64

Tabla 2-6, Principales procesos biolgicos utilizados en el tratamiento del agua residual, [Metcalf-Eddy, 1996]. ............................................................................................................ 68

Tabla 2-7, Intervalos de temperatura tpicos para algunas bacterias, [Metcalf-Eddy, 1996]. ........... 70

Tabla 2-8, efecto de diversas operaciones y procesos de tratamiento sobre los compuestos de nitrgeno. ............................................................................................................................. 103

Tabla 2-9, efecto de diversas operaciones y procesos de tratamiento sobre la eliminacin de fsforo. .................................................................................................................................. 106

Tabla 2-10, Mtodos de tratamiento y evacuacin de fangos [Metcalf-Eddy, 1996]. ....................... 118

Tabla 2-11, lmites de metales pesados en el vertido de agua residual. ............................................. 128

Tabla 2-12, umbrales de concentracin de contaminantes que inhiben el proceso de fangos activados [Metcalf-Eddy, 1996] .......................................................................................... 128

Tabla 2-13, caractersticas de los agentes de precipitacin habituales. ............................................. 129

Tabla 2-14, agentes empleados para la eliminacin de iones metlicos pesados por precipitacin. ....................................................................................................................... 131

Tabla 2-15, precipitacin de metales pesados mediante diferentes reactivos. ................................... 132

Tabla 2-16, caractersticas del carbn activo en polvo y granular, [Metcalf-Eddy, 1996]. .............. 135

Tabla 2-17, compuestos con MUY ALTA probabilidad de ser eliminados por carbn activo. ....... 137

Tabla 2-18, Compuestos con ALTA probabilidad de ser eliminados por carbn activo. ................. 138

Tabla 2-19, compuestos con probabilidad MODERADA de ser eliminados por carbn activo. ..... 138

Tabla 2-20, compuestos cuya eliminacin NO es probable con carbn activo. ................................. 138

Tabla 2-21, caractersticas importantes de los procesos de oxidacin directa [VT2, 2006]. ............ 141

Tabla 2-22, procesos comerciales de oxidacin directa [VT2, 2006]. ................................................. 141



Tabla 2-23, Procesos avanzados de oxidacin (heterogneos) [VT2, 2006]. ...................................... 142

Tabla 2-24, Procesos avanzados de oxidacin (homogneos) [VT2, 2006]. ....................................... 143

Tabla 2-25, comparacin de la biosorcin de metales pesados por clulas inertes o clulas vivas. ..................................................................................................................................... 147

Tabla 2-26, comparacin de la velocidad de captacin. ...................................................................... 148

Tabla 2-27, principales procesos de desmineralizacin que se utilizan en la actualidad. ................. 154

Tabla 2-28, materiales y tipo de membranas utilizadas en procesos de smosis inversa. ................ 162

Tabla 2-29, principales iones existentes en aguas crudas. ................................................................... 164

Tabla 2-30, comparacin entre lechos mixtos y EDI. .......................................................................... 171

Tabla 2-31, Resumen de tecnologas de desmineralizacin. ................................................................ 173

Tabla 3-1, consumo de agua de refrigeracin en un ciclo de vapor. .................................................. 182

Tabla 3-2, temperatura y humedad relativa del emplazamiento. ....................................................... 187

Tabla 3-3, datos pluviomtricos del emplazamiento. ........................................................................... 187

Tabla 3-4, composicin de los gases de escape. .................................................................................... 188

Tabla 3-5, parmetros de operacin nominal del ciclo de vapor. ...................................................... 189

Tabla 3-6, anlisis de agua cruda de aporte. ........................................................................................ 190

Tabla 3-7, requerimientos del agua de aporte a la caldera. ................................................................ 192

Tabla 3-8, caudales de purga de caldera. ............................................................................................. 192

Tabla 3-9, caudales de prdidas de agua recomendados. .................................................................... 196

Tabla 4-1, tipos de desbaste. .................................................................................................................. 201

Tabla 4-2, parmetros de evaluacin y ponderacin. .......................................................................... 205

Tabla 4-3, tratamientos de desmineralizacin. .................................................................................... 215

Tabla 4-4, caractersticas del agua obtenida tras el tratamiento de smosis. .................................... 235

Tabla 4-5, potencia y consumo especfico de los diferentes equipos de la planta de tratamiento de agua. ................................................................................................................................ 238



Lista de figuras Figura 1-1, disponibilidad de agua en el ao 2000 y previsin para el 2050. ...................................... 27Figura 1-2, poblacin mundial histrica y estimada, (datos obtenidos de

http://esa.un.org/unpp/). ....................................................................................................... 32Figura 1-3, densidad de poblacin histrica y estimada, (datos obtenidos de

http://esa.un.org/unpp/). ....................................................................................................... 32Figura 1-4, energa primaria consumida histrica y estimada, (datos obtenidos de

http://www.eia.doe.gov). ....................................................................................................... 32Figura 1-5, Pasos habituales en el uso del agua en un sistema urbano. ............................................... 40Figura 2-1, Rejas pozo de gruesos. .......................................................................................................... 52Figura 2-2, esquema tpico de pozo de gruesos. ..................................................................................... 52Figura 2-3, desarenador-desengrasador aireado (obtenido de www.consorcioaa.com). .................... 57Figura 2-4, desarenador rectangular, (obtenido de prueba2.aguapedia.org). .................................... 58Figura 2-5, sistemas de tamizado, tamiz esttico izquierda, tamiz de tornillo derecha. ..................... 61Figura 2-6, decantadores PTAR de San Fernando (obtenida de www.sanfernando.es). ................... 67Figura 2-7, bacterias en tratamiento biolgico (obtenida de madridmas.es). ..................................... 70Figura 2-8, microalga unicelular Botryococcus braunii (obtenida de

www.andaluciainvestiga.com). ............................................................................................. 71Figura 2-9, laguna de oxidacin (obtenida de educasitios.educ.ar). ..................................................... 76Figura 2-10, cuba de aireacin (obtenido de www.juntadeandalucia.es). ........................................... 82Figura 2-11, sistema de aireacin de burbuja gruesa (obtenido de www.retema.es). ......................... 84Figura 2-12, lecho bacteriano con soportes de plstico (obtenido de www.nilsa.com). ...................... 86Figura 2-13, reactor biolgico rotativo de contacto (obtenido de www.walker-process.com). .......... 88Figura 2-14, esquema reactor lecho mvil (obtenido de www.yacutec.com). ..................................... 91Figura 2-15, sistemas de soporte para reactores de lecho mvil (obtenido de

www.yacutec.com). ................................................................................................................ 92Figura 2-16, sistema anaerbico de biomasa suspendida (www.paques.nl). ....................................... 97Figura 2-17, reactor anaerobio de lecho fluidizado [VT2, 2006]. ......................................................... 98Figura 2-18, esquema sistema MBR. .................................................................................................... 100Figura 2-19, proceso de eliminacin de nitrgeno modificado por Ludzack-Ettinger [Metcalf-

Eddy, 1996]. ......................................................................................................................... 105Figura 2-20, proceso de eliminacin de nitrgeno con doble recirculacin de fangos [Metcalf-

Eddy, 1996]. ......................................................................................................................... 105Figura 2-21, proceso anaerbico/aerbico [Metcalf-Eddy, 1996]. ...................................................... 107Figura 2-22, proceso PhoStrip [Metcalf-Eddy, 1996]. ......................................................................... 107Figura 2-23, eliminacin de DBO carbonosa y fsforo mediante SBR. ............................................. 108Figura 2-24, tratamiento de eliminacin de fsforo mediante cal, un paso [Metcalf-Eddy,

1996]. .................................................................................................................................... 109



Figura 2-25, tratamiento de eliminacin de fsforo mediante cal, dos pasos [Metcalf-Eddy, 1996]. .................................................................................................................................... 109

Figura 2-26, procesos de eliminacin simultnea de nitrgeno y fsforo: (a) proceso anaerbio-anxico-aerbio, (b) proceso Bardenpho de 5 etapas, (c) proceso UTC, (d) proceso VIP, [Metcalf-Eddy, 1996]. ............................................................................. 110

Figura 2-27, sistema de fotobiorreactores abiertos (obtenido de cci-calidad.blogspot.com). ........... 111Figura 2-28, sistema de fotobiorreactores cerrado (obtenido de mosingenieros.blogspot.com). ..... 115Figura 2-29, espesadores de fangos por decantacin y flotacin (obtenido de

www.elaguapotable.com). ................................................................................................... 121Figura 2-30, espesamiento por flotacin forzada con aire. ................................................................ 121Figura 2-31, filtro prensa (obtenido de acsmedioambiente.com). ...................................................... 124Figura 2-32, esquema de un filtro banda (obtenido de elaguapotable.com). ..................................... 125Figura 2-33, esquema de centrfuga. ..................................................................................................... 125Figura 2-34, concentracin de metal disuelto en funcin del pH ........................................................ 131Figura 2-35, tipos de carbn activo (obtenido de www.grupoalmont.com.mx). ................................ 135Figura 2-36, columna de carbn activo (obtenido de www.indiamart.com). ..................................... 136Figura 2-37, principios bsicos involucrados en la eliminacin/recuperacin de metales de

soluciones acuosas por biomasa microbiana. .................................................................... 147Figura 2-39, destilador MSF (obtenido de www.water-kingdom.com) .............................................. 155Figura 2-40, destilador MED (obtenido de www.unep.or.jp). ............................................................ 157Figura 2-41, destilacin por compresin de vapor (obtenido de sidem-desalination.com). ............. 158Figura 2-42, esquema smosis inversa [VT2, 2006]. ............................................................................ 160Figura 2-43, skid de smosis inversa (obtenido de envirochemie.com) .............................................. 161Figura 2-44, esquema membranas espirales (obtenido de mmsiberica.com). ................................... 162Figura 2-45, esquema equipo electrodilisis, (obtenido de hispagua.cedex.es). ................................ 167Figura 2-46, esquema electrodesionizacin. ......................................................................................... 169Figura 3-1, esquema simplificado C.T.C.C. obtenido de wikimedia. ................................................. 176Figura 3-2, turbina de gas (obtenido de directindustry.es). ................................................................ 177Figura 3-3, turbina de vapor (obtenido de www.sapiensman.com). ................................................... 178Figura 3-4, esquema general HRSG (obtenido de wikipedia.org). ..................................................... 180Figura 3-5, torres de refrigeracin evaporativa (obtenido de eco.microsiervos.com). ..................... 181Figura 3-6, sistemas de aerocondensadores (obtenido de coolingtower-design.com). ...................... 182Figura 3-7, recuperacin de vapor en caldern de baja presin ......................................................... 193Figura 3-8, recuperacin de vapor en destilador MED ....................................................................... 194Figura 3-9, intercambiador de calor ..................................................................................................... 195Figura 4-1, esquema de la planta de tratamiento de agua. ................................................................. 221Figura 4-2, arqueta de desbaste. ............................................................................................................ 222Figura 4-3, sistema de tamizado tornillo mini, (Hydrowater S.L.) ............................................... 223Figura 4-4, tanque de agua negra .......................................................................................................... 224Figura 4-5, sistema de bombeo de agua del tanque de agua negra (obtenido de

www.absgroup.com.es). ...................................................................................................... 225Figura 4-6, vlvula de retencin con bloqueo (obtenido de www.absgroup.com.es). ....................... 226



Figura 4-7, Reactor biolgico. ............................................................................................................... 227Figura 4-8, tanque de membranas. ....................................................................................................... 229Figura 4-9, difusores ............................................................................................................................... 230Figura 4-10, skid smosis inversa, GE-Water ...................................................................................... 233Figura 4-11, skid electrodesionizacin. ................................................................................................. 236Figura 4-12, equipo ROTAMAT Pipestrainer. ................................................................................. 237



Glosario

- PTA, Planta de tratamiento de agua.

- CT, Central trmica.

- CTCC, Central Trmica de Ciclo Combinado.

- EDAR, Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales.

- HRSG, Heat Recovery-Steam Generator (Recuperador de calor-generador de vapor).

- PCI, Proteccin Contra Incendios.

- H.E., Habitantes Equivalentes.

- ST, Slidos Totales.

- SDT, Slidos Disueltos Totales.

- SS, Slidos en Suspensin.

- SD, Slidos Disueltos.

- SSLM o MLSS, Slidos en Suspensin en el Licor de Mezcla.

- SST o TSS, Slidos Suspendidos Totales.

- SSV o VSS, Slidos en Suspensin Voltiles.

- TRH, Tiempo de Retencin Hidrulico.

- TRS, Tiempo de Retencin de Slidos.

- DBO, Demanda Bioqumica de Oxgeno.

- COT, Carbono Orgnico Total.

- DQO, Demanda Qumica de Oxgeno.

- COVs, Compuestos Orgnicos Voltiles.

- SVI, Sludge Volume Index (indice de volumen del lodo)

- SBR, Sequential Biological Reactor (reactor biolgico secuencial).



- RBC CBR, Rotative Biological Contactor (contactor biologic rotativo).

- MBR, Membrane Biological Reactor (reactor de biomembranas).

- MF, Microfiltracin.

- UF, Ultrafiltracin.

- NF, Nanofiltracin.

- OI, smosis Inversa.

- EDR, Electrodilisis Reversible.

- EDI, Electrodesionizacin.

- MED, Multi Effect Distillation (Destilacin multiefecto).

- MSF, Multi Stage Flash distillation (Destilacin Sbita por efecto Flash).

- CV, Compresin de Vapor.

- OMS, Organizacin Mundial para la Salud.

- OMC, Organizacin Mundial de Comercio.

- MOPTMA, Ministerio de Obras Pblicas, Transporte y Medio Ambiente.

Tratamiento de aguas residuales para aporte a central trmica de ciclo combinado 1.- Introduccin y objetivos


11.. IInnttrroodduucccciinn yy oobbjjeettiivvooss

Objetivos del proyecto ............................................................................................. 12 1.1.1. Anlisis del estado actual de las tecnologas para el tratamiento de agua ................. 12 1.1.2. Diseo de un diagrama para la eleccin de los diferentes procesos en una PTA. ..... 12 1.1.3. Anlisis de alternativas para la combinacin de una PTA y una CT ........................ 12 1.1.4. Aplicacin a un proyecto de central trmica de ciclo combinado ............................. 13

1.2. Introduccin ...................................................................................................... 14 1.2.1. El agua ...................................................................................................................... 14 1.2.2. Clasificacin del agua ............................................................................................... 16

1.2.2.1. Agua pura .......................................................................................................... 16 1.2.2.2. Agua desionizada .............................................................................................. 16 1.2.2.3. Agua potable ..................................................................................................... 16 1.2.2.4. Agua dulce ........................................................................................................ 17 1.2.2.5. Agua salobre ..................................................................................................... 17 1.2.2.6. Agua salada o de mar ........................................................................................ 17 1.2.2.7. Agua residual .................................................................................................... 17

1.2.3. Contaminantes del agua ............................................................................................ 19 1.2.3.1. Indicadores de contaminacin ........................................................................... 19 1.2.3.2. Actividades causantes de la contaminacin ...................................................... 26

1.2.4. Escasez de agua ........................................................................................................ 26 1.2.5. El problema energtico ............................................................................................. 31

1.2.5.1. Vnculo entre Agua y Energa. .......................................................................... 33 1.3. Plantas de tratamiento de aguas residuales .................................................... 35

1.3.1. Necesidad de depuracin de las aguas residuales urbanas ........................................ 35 1.3.2. Caudales de las aguas residuales ............................................................................... 36

1.4. Reutilizacin del agua ....................................................................................... 39 1.4.1. Introduccin .............................................................................................................. 39 1.4.2. Aplicaciones de la reutilizacin. ............................................................................... 42

1.4.2.1. Reutilizacin en el medio urbano ...................................................................... 42 1.4.2.2. Reutilizacin industrial ..................................................................................... 43 1.4.2.3. Reutilizacin agrcola ........................................................................................ 44 1.4.2.4. Produccin de biomasa ..................................................................................... 45 1.4.2.5. Aprovechamiento trmico ................................................................................. 46 1.4.2.6. Recarga de acuferos ......................................................................................... 46



11..11.. OObbjjeettiivvooss ddeell pprrooyyeeccttoo

11..11..11.. AAnnlliissiiss ddeell eessttaaddoo aaccttuuaall ddee llaass tteeccnnoollooggaass ppaarraa eell ttrraattaammiieennttoo ddee aagguuaa

En primer lugar se desarrolla un anlisis previo de las tecnologas utilizables en una planta de tratamiento de agua. Se tratan tanto las tecnologas ampliamente desarrolladas con aos de experiencia como las tecnologas en actual investigacin y desarrollo.

11..11..22.. DDiisseeoo ddee uunn ddiiaaggrraammaa ppaarraa llaa eelleecccciinn ddee llooss ddiiffeerreenntteess pprroocceessooss eenn uunnaa PPTTAA..

Se analizaran las caractersticas de los diferentes procesos, como son costes de ejecucin del proyecto, costes de operacin, utilizacin de terreno, necesidad de mantenimiento, de aporte de qumicos, etc.; y sus posibilidades de aplicacin en funcin de las propiedades de los afluentes y efluentes, agua potable, agua salobre, agua de mar, agua residual, etc.

Para realizar este anlisis se divide la planta de tratamiento de agua en una serie de procesos que de forma generalizada sern:

Pretratamiento.

Tratamiento biolgico.

Tratamiento terciario.

Desmineralizacin.

Tratamiento de afino.

Tratamiento de lodos.

La idea es establecer un diagrama de estados, que pueda aplicarse a los diferentes afluentes de la planta de tratamiento de agua, en funcin de las caractersticas de dicho afluente, las caractersticas requeridas en el efluente, los costes asumibles, la utilizacin de terreno requerida y los objetivos a conseguir (revalorizacin del residuo, eliminacin, innovacin, ecologa,...).

11..11..33.. AAnnlliissiiss ddee aalltteerrnnaattiivvaass ppaarraa llaa ccoommbbiinnaacciinn ddee uunnaa PPTTAA yy uunnaa CCTT

Se analizan posibles alternativas de tratamiento de agua residual en combinacin con una central trmica. En este caso es necesario tener en cuenta que los posibles residuos de una planta de tratamiento de agua pueden ser beneficiosos para una central trmica y viceversa. Gracias a esta posible asociacin se pueden reducir consumos,



vertidos, contaminacin y costes operativos de ambos procesos e incluso obtener un rendimiento econmico de ellos.

11..11..44.. AApplliiccaacciinn aa uunn pprrooyyeeccttoo ddee cceennttrraall ttrrmmiiccaa ddee cciicclloo ccoommbbiinnaaddoo

El objetivo principal es buscar la reduccin, reciclaje y reutilizacin, del agua de aporte a una central trmica. Para ello en primer lugar se establecen medidas de reduccin de consumo, aplicando el concepto de vertido cero.

Una vez establecidos los caudales de agua de la central trmica, se aplicar el diagrama de estados generado, en la eleccin de los diferentes procesos de la planta de tratamiento de agua.

Finalmente se proceder a generar el prediseo de los diferentes equipos y sistemas necesarios para el correcto funcionamiento de la planta, en especial el tratamiento biolgico el cual es el objetivo principal de este proyecto.



11..22.. IInnttrroodduucccciinn

11..22..11.. EEll aagguuaa El agua es uno de los elementos bsicos de soporte de la vida tal como la

conocemos. Sus caractersticas especiales hacen que en su seno se desarrolle gran parte de la vida del planeta. Incluso los organismos que vivimos fuera del ambiente acutico tambin necesitamos el agua como soporte vital y para el transporte de nutrientes, constituyendo alrededor de un 70% de nuestra masa corporal.

La molcula de agua, es una de las molculas ms simples y con mayor presencia sobre la superficie terrestre. Est formada por un tomo de oxgeno rodeado de dos de hidrgeno, separados menos de 100 pm y formando un ngulo de 104,5o. La energa que mantiene unidos estos tomos es elevada, aproximadamente 500 kJ por mol. Por la diferente electronegatividad de los tomos de oxgeno e hidrgeno, la nube electrnica del enlace se reparte asimtricamente y aparece un momento dipolar. Esta situacin produce que los dipolos cercanos se orienten de forma que los polos positivos se acercan a los negativos, dando lugar a lo que se denomina el enlace de hidrgeno. Los enlaces de hidrgeno son interacciones moleculares relativamente fuertes, este enlace entre molculas fuerte ser el que d la mayor parte de las propiedades del agua.

Propiedades:

Posibilidad de encontrar el agua en la naturaleza en sus tres estados de agregacin: slido, lquido y gaseoso.

Su densidad de valor 1 kg/l (ya que la unidad de masa se defini como el peso de un decmetro cbico de agua) y ms concretamente, esta propiedad es distinta respecto a otras sustancias por la disminucin de la densidad en valores de temperatura prximos a 0 C.

La tensin superficial relativamente elevada respecto a otros lquidos.

Su capacidad como disolvente. Por ser una molcula polar puede interaccionar con sustancias inicas produciendo la dispersin de los iones, los cuales se rodean de molculas de agua. Tambin pueden disolver sustancias apolares, aunque en menor medida. La solubilidad suele aumentar con la temperatura aunque en ciertos casos es al contrario, como en los gases.

La capacidad calorfica (energa calorfica que es capaz de almacenar un gramo de una sustancia para que su temperatura suba un grado centgrado). El valor de esta propiedad para el agua es de 1 calora por gramo, la ms alta de los disolventes naturales. Por esta propiedad se convierte en un excelente regulador trmico.

Calor de vaporizacin (energa necesaria para evaporar un gramo de agua). Tambin el valor de esta propiedad es muy elevado en el caso del agua, 540 caloras por gramo. La unin de estas dos ltimas propiedades convierte al agua en el fluido trmico por excelencia tanto para transportar energa (sistemas de calefaccin, turbinas de vapor,) como para enfriar (torres de refrigeracin, sudor,).



Transparencia, el agua en su estado puro es transparente, esto significa que deja pasar la luz a su travs con una disminucin mnima de su intensidad, el agua pura es incolora, adquiriendo su coloracin por los diversos contaminantes o por el reflejo del color del medio. Esta propiedad permite que los organismos auttrofos puedan recibir la energa del sol.

Se estima que en el planeta existen 1387 millones de km3 de agua, que cubren el 71% de la superficie terrestre. Aproximadamente el 97,1% del agua del planeta se encuentra formando los ocanos, un 2,24% forma los glaciares y casquetes polares, el 0,61% son aguas subterraneas, el 0,016% forma lagos, el 0,001% est presente en la humedad atmosfrica y solo el 0,0001% forma los ros. Teniendo en cuenta que el ser humano no puede utilizar el agua ocenica para su consumo directo, solo una mnima cantidad del agua del planeta est a disposicin de usarse sin tratamientos previos.

El agua tiene su propia dinmica en el denominado ciclo del agua, en el cual, el agua superficial tanto ocenica como continental se evapora por la accin de la energa solar, se desplaza con el aire en la atmsfera en forma de vapor y condensa e incluso se congela al cruzarse con frentes fros, generando los meteoros conocidos (lluvia, granizo, nieve) retornando a la superficie. La lluvia puede producirse tanto sobre la superficie ocenica, como sobre la superficie continental. El ser humano solo puede aprovechar de forma directa el agua recogida sobre la superficie continental que gracias al proceso de evaporacin est en condiciones de baja salinidad y contaminantes.

En este ciclo, el hombre ha ido introduciendo modificaciones para poder utilizar el agua para su provecho, sea para su propio consumo personal, para obtener algn beneficio mejorando cosechas, obteniendo energa o utilizndola en los procesos industriales. Este hecho ha ido generando el establecimiento de diferentes ciclos de agua que modifican su circulacin y adems implican una modificacin de sus caractersticas, ya que en estos nuevos ciclos el agua ve alterada su calidad. Esta incidencia sobre la calidad del agua ha ido incrementndose a medida que la actividad humana ha sido ms intensa.

El aumento de la cantidad de vertidos localizados (debido a las concentraciones de poblacin) junto a la sintetizacin de nuevas sustancias (logradas por el aumento de la capacidad tecnolgica) ha provocado una degradacin de la calidad del agua que ha llegado a afectar a algunos de sus usos. La capacidad tecnolgica del hombre tambin ha generado elementos que proporcionan mejoras en la calidad del agua, tanto para su uso como para su devolucin al ecosistema, las tcnicas actualmente ms utilizadas provienen de la observacin y concentracin de los propios procesos naturales.

Definir la calidad del agua es un tema complicado, ya que incluso durante el ciclo del agua natural se producen modificaciones de sus propiedades fsico-qumicas respecto a lo que sera un agua "pura", en cuanto el agua condensa absorbe CO2 y otros contaminantes atmosfricos y una vez en las cuencas fluviales transporta nutrientes, materia disuelta y slidos en suspensin. Si aadimos que cada cuenca presenta unas caractersticas geolgicas, climticas e hidrolgicas propias, esto ya implica distintas calidades de agua. Las diferencias comentadas hasta aqu generalmente son mnimas comparadas con las provocadas por la actividad antropognica.

El agua se utiliza para diferentes usos y cada uso presenta unos requerimientos especficos. No es lo mismo regar un cultivo o llenar una piscina, donde se puede



permitir cierta contaminacin (no txica) del agua, que refrigerar un reactor qumico, donde se requiere agua de excelente calidad.

11..22..22.. CCllaassiiffiiccaacciinn ddeell aagguuaa

11..22..22..11.. AAgguuaa ppuurraa

Se obtiene por destilacin, es muy difcil obtener agua de alta pureza y ms an mantenerla en esta condicin, ya que disuelve los gases atmosfricos, por ejemplo el CO2 formando cido carbnico.

Se utiliza en laboratorios qumicos, en instalaciones de produccin de elementos electrnicos, etc.

11..22..22..22.. AAgguuaa ddeessiioonniizzaaddaa

El agua desionizada es aquella a la cual se le han quitado los cationes, como los de sodio, calcio, hierro, cobre y otros, y aniones como el carbonato, fluoruro, cloruro, etc. mediante un proceso de intercambio inico. Esto significa que al agua se le han quitado todos los iones excepto el H+, o ms rigurosamente H3O+ y el OH-, pero puede contener pequeas cantidades de impurezas no inicas como compuestos orgnicos.

Es parecida al agua destilada en el sentido de su utilidad para experimentos cientficos, por ejemplo en el rea de la qumica analtica donde se necesitan aguas puras libres de iones interferentes.

El agua desionizada tiene valores tpicos de resistividad de 18,2 Mcm-1, o su inversa, una conductividad de 0,055 Scm-1.

El agua desionizada puede cambiar su pH con facilidad al ser almacenada, debido a que absorbe el CO2 atmosfrico. ste, al disolverse, forma cido carbnico, de ah el aumento de la acidez, que puede ser eliminado hirviendo el agua.

El agua desionizada es bastante agresiva con los metales, incluso con el acero inoxidable, por lo tanto debe utilizarse plstico o vidrio para su almacenaje y manejo.

11..22..22..33.. AAgguuaa ppoottaabbllee

Se denomina agua potable o agua para consumo humano, al agua que puede ser consumida sin restriccin. El trmino se aplica al agua que cumple con las normas de calidad promulgadas por las autoridades locales e internacionales.

En la Unin Europea, la normativa 98/83/EU establece valores mximos y mnimos para el contenido en minerales, diferentes iones como cloruros, nitratos, nitritos, amonio, calcio, magnesio, fosfato, arsnico, adems de los grmenes patgenos. El pH del agua potable debe estar entre 6,5 y 8,5. Los controles sobre el agua potable suelen ser ms severos que los controles aplicados sobre las aguas minerales embotelladas.



11..22..22..44.. AAgguuaa dduullccee

El agua dulce es agua que contiene cantidades mnimas de sales disueltas, especialmente cloruro sdico. El ser humano, con un proceso (generalmente de filtracin y desinfeccin), la puede purificar y beberla, lo que se llama proceso de potabilizacin y el agua obtenida se denomina agua potable.

11..22..22..55.. AAgguuaa ssaalloobbrree

Se llama agua salobre al agua que tiene ms sal disuelta que el agua dulce, pero menos que el agua de mar. Tcnicamente, se considera agua salobre la que posee entre 0,5 y 30 gramos de sal por litro, expresados ms frecuentemente como de 0,5 a 30 partes por mil.

El agua salobre es tpica de los estuarios y resulta de la mezcla del agua del ro correspondiente con el agua del mar. Tambin se encuentra agua salobre de origen fsil en ciertos acuferos asociados con rocas salinas. Se puede obtener a partir de la mezcla de agua dulce y agua de mar. Es caracterstico del agua salobre que su salinidad pueda variar considerablemente a lo largo del tiempo y del lugar.

11..22..22..66.. AAgguuaa ssaallaaddaa oo ddee mmaarr

El agua presente en los ocanos recibe el nombre de agua salada por su elevada concentracin en sales. Es una solucin basada en agua que compone los ocanos y mares de la Tierra. Es salada por la concentracin de sales minerales disueltas que contiene, un 3,5% como media, entre las que predomina el cloruro sdico, tambin conocido como sal de mesa. El ocano contiene un 97,25% del total de agua que forma la hidrosfera.

El agua de mar es una disolucin en agua (H2O) de muy diversas sustancias. Hasta los dos tercios de los elementos qumicos naturales estn presentes en el agua de mar, aunque la mayora slo como trazas. Seis componentes, todos ellos iones, dan cuenta de ms del 99% de la composicin de solutos, Cloruro (Cl-), Sodio (Na+), Sulfato (SO42-), Magnesio (Mg++), Calcio (Ca++) y Potasio (K+).

11..22..22..77.. AAgguuaa rreessiidduuaall

Segn la legislacin vigente el agua residual se clasifica segn:

Aguas blancas o de lluvia: Proceden de drenajes o escorrentas. Se caracterizan generalmente, por ser aportaciones intermitentes de gran volumen y alta concentracin en contaminantes durante los primeros 15 a 30 minutos, pasando a continuacin a arrastrar casi exclusivamente materia en suspensin. Incorporan la carga contaminante al atravesar la atmsfera y por lavado del terreno. En algunos casos, pueden tener un elevado valor absoluto en contaminantes, como es la escorrenta agropecuaria.



Aguas residuales domsticas: Son las aguas residuales procedentes de zonas de viviendas y de servicios y generadas principalmente por el metabolismo humano y las actividades domsticas.

Aguas residuales industriales: Son todas las aguas residuales vertidas desde locales utilizados para efectuar cualquier actividad comercial o industrial, que no sean aguas residuales domsticas ni aguas de escorrenta pluvial.

Aguas negras o urbanas: Son las aguas residuales domsticas o la mezcla de las mismas con aguas residuales industriales y/o aguas de escorrenta pluvial. Sus caudales son menores y ms continuos que los de las aguas blancas, su concentracin en contaminantes mayor. Generalmente tienen carcter puntual y su carga contaminante vara en gran medida con el grado de desarrollo de la zona donde se produzcan, cuantificndose en funcin de la poblacin equivalente (poblacin de hecho y carga contaminante de origen industrial).

En la Tabla 1-1, se recogen los valores tpicos de la composicin del agua residual domstica bruta para distintas concentraciones de contaminacin.

Tabla 1-1, Composicin tpica del agua residual domstica bruta, [Metcalf-Eddy,1996]. Concentracin Contaminantes Unidades Dbil Media Fuerte Slidos totales (ST) mg/l 350 720 1.200 Disueltos, totales (SDT) mg/l 250 500 850 Fijos mg/l 145 300 525 Voltiles mg/l 105 200 325 Slidos en suspensin (SS) mg/l 100 220 350 Fijos mg/l 20 55 75 Voltiles mg/l 80 165 275 Slidos sedimentables ml/l 5 10 20 Demanda bioqumica de oxgeno (DBO5, 20C) mg/l 110 220 400 Carbono orgnico total (COT) mg/l 80 160 290 Demanda qumica de oxgeno (DQO) mg/l 250 500 1.000 Nitrgeno (total en forma N) mg/l 20 40 85 Orgnico mg/l 8 15 35 Amonaco libre mg/l 12 25 50 Nitritos mg/l 0 0 0 Nitratos mg/l 0 0 0 Fsforo (total en forma P) mg/l 4 8 15 Orgnico mg/l 1 3 5 Inorgnico mg/l 3 5 10 Cloruros mg/l 30 50 100 Sulfato mg/l 20 30 50 Alcalinidad (como CaCO3) mg/l 50 100 200 Grasa mg/l 50 100 150 Coliformes totales N /100ml 106-107 107-108 107-108 Compuestos orgnicos voltiles (COVs) g/l 400



11..22..33.. CCoonnttaammiinnaanntteess ddeell aagguuaa

11..22..33..11.. IInnddiiccaaddoorreess ddee ccoonnttaammiinnaacciinn

Los primeros indicadores utilizados para definir la calidad del agua hacan referencia a su aspecto: color, olor, sabor..., caractersticas que pueden ser determinadas fcilmente sin necesidad de ningn tipo de instrumentacin. Estas apreciaciones son altamente subjetivas y por lo tanto de difcil sistematizacin.

Las aguas residuales urbanas se caracterizan por su composicin fsica, qumica y biolgica, apareciendo una interrelacin entre muchos de los parmetros que integran dicha composicin. A la hora de realizar una adecuada gestin de dichas aguas, se hace imprescindible el disponer de una informacin lo ms detallada posible sobre su naturaleza y caractersticas. A continuacin se muestran las principales caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas del agua.

Las caractersticas fsicas ms importantes del agua son:

Color, olor y sabor

Color: el agua pura es incolora. Por tanto, la presencia de color indica la existencia de sustancias extraas. Parte de este color puede ser debido a la materia en suspensin que lleva el agua (y que quedar reflejada en la medida de lo turbidez o de los slidos en suspensin), mientras que otra parte es debida a la presencia de sustancias disueltas, que dan lugar a lo que se llama color verdadero. La coloracin de las aguas residuales urbanas determina cualitativamente el tiempo de las mismas. Generalmente vara del beige claro al negro. Si el agua es reciente, suele presentar coloracin beige clara; oscurecindose a medida que pasa el tiempo, pasando a ser de color gris o negro, debido a la implantacin de condiciones de anaerobiosis, por descomposicin bacteriana de la materia orgnica.

Olor: se debe principalmente a la presencia de determinadas sustancias producidas por la descomposicin anaerobia de la materia orgnica: cido sulfhdrico, amoniaco, sustancias orgnicas voltiles. Si las aguas residuales son recientes, no presentan olores desagradables ni intensos. A medida que pasa el tiempo, aumenta el olor por desprendimiento de gases como el sulfhdrico o compuestos amoniacales por descomposicin anaerobia.

Sabor: Suele estar asociado ntimamente al olor. Algunas sustancias, como las sales de cobre, hierro o zinc, pueden modificar el sabor, sin alterar el color de efluente.

Slidos

De forma genrica, los slidos (ST) son todos aquellos elementos o compuestos presentes en el agua residual urbana que no son agua. La materia presente en el agua se puede encontrar disuelta (SD), en suspensin (SS) y/o en forma coloidal. Las sustancias disueltas son aquellas dispersas de forma homognea en el lquido de manera que hay una sola fase. El segundo implica la existencia de dos fases: la correspondiente al lquido (en este caso agua) y la correspondiente a las partculas slidas. Finalmente, la



tercera se encuentra entre las dos, de forma que las partculas son demasiado pequeas para ser eliminadas por procedimientos normales de sedimentacin o filtracin.

Entre los efectos negativos sobre los medios hdricos, caben destacar entre otros, disminucin en la fotosntesis por el aumento de la turbidez del agua, deposiciones sobre los vegetales y branquias de los peces, pudiendo provocar asfixia por colmatacin de las mismas, formacin de depsitos por sedimentacin en el fondo de los medios receptores, favoreciendo la aparicin de condiciones anaerobias o aumentos de la salinidad e incrementos de la presin osmtica.

Slidos en suspensin

Son slidos que no pasan a travs de una membrana filtrante de un tamao determinado (0,45 micras). Dentro de los slidos en suspensin se encuentran los slidos sedimentables, que decantan por su propio peso y los no sedimentables.

Objetos gruesos: trozos de madera, trapos, plsticos, etc., que son arrojados a la red de alcantarillado.

Arenas: bajo esta denominacin se engloban las arenas propiamente dichas, gravas y partculas ms o menos grandes de origen mineral u orgnico.

Parmetros de determinacin de slidos:

Turbidez

La turbidez es un parmetro utilizado habitualmente en aguas naturales como indicador de la presencia de slidos, especialmente coloidales. En este caso, lo que se mide es la extensin con la que un rayo de luz es reflejado a su paso por el agua, con un ngulo de 90. La extensin se encuentra relacionada con la cantidad de materia en suspensin. Esta relacin no es estrictamente lineal, ya que el proceso de dispersin de la luz se encuentra influenciado tanto por el tamao como por las caractersticas superficiales de la materia presente. As, una burbuja que en un agua cristalina no provocara turbidez, s puede incrementarla si se encuentra insertada en un conjunto de partculas coloidales, aunque su presencia no haya alterado la cantidad de slidos en suspensin.

La fuente principal de turbidez en las aguas naturales procede de la erosin y transporte de materia coloidal (arcilla, fragmentos de roca, sustancias del lecho...) por parte de los ros en su recorrido. Otra parte procede de las aportaciones de fibras vegetales que son arrastradas por el ro, as como de los microorganismos que viven en su seno. Finalmente, el tercer bloque procede de las aguas residuales (domsticas y/o industriales) que puede recibir. As, por ejemplo, la presencia de jabones puede provocar una turbidez apreciable.

Filtracin y secado

A veces interesar una descripcin ms detallada de los tipos de slidos presentes. Por ejemplo, discriminar cules de ellos se encontraban en suspensin y cules se encontraban disueltos. En este caso procederemos, en primer lugar, a una separacin de los slidos que estn en suspensin de los que se hallan disueltos, mediante filtracin. Una vez hecha la filtracin, en el filtrado quedarn los solubles,



mientras que los slidos retenidos en el filtro, una vez eliminada el agua que puedan llevar, sern los slidos en suspensin.

Evaporacin

Para determinar la cantidad de slidos totales podemos eliminar el agua y pesar la materia resultante, que se podra asimilar a la materia presente en la muestra inicial. Esta es la base de los mtodos gravimtricos en los que se evapora el agua hasta que quede un residuo slido que representa los slidos presentes, normalmente expresados en miligramos por litro.

Para conseguir la evaporacin, tan slo tendremos que llevar la muestra a una temperatura ligeramente superior a la de ebullicin del agua (puede ser 105C) para evaporar el agua superficial, y despus a una temperatura superior (puede ser 180C) para eliminar el agua que pudiera quedar retenida dentro de las partculas. Si se utiliza este procedimiento se habr determinado la cantidad de slidos totales.

Determinacin de voltiles

Si se quiere determinar qu fraccin de los slidos corresponde a materia orgnica o inorgnica, se deber recurrir a un procedimiento que permita discriminar entre ambas.

El procedimiento, nuevamente, se basa en la aplicacin de energa. A partir de 450C, la materia orgnica se oxida, transformndose a CO2, H2O y otros gases. Por tanto, si los slidos presentes se calientan a esta temperatura se observa una disminucin de materia directamente proporcional a su contenido en materia orgnica. El producto final que queda corresponde a los slidos inorgnicos.

Como la mayora de los mtodos fsicos utilizados en la medida de la calidad del agua, su aplicacin permite una determinacin global de la materia presente, pero no una identificacin especfica de cules son las sustancias concretas, ni de su reactividad y, sobre todo, de su potencial grado de contaminacin.

Temperatura

La temperatura del agua tiene una gran importancia en el desarrollo de los diversos procesos que en ella se realizan.

Un aumento de temperatura modifica la solubilidad (aumentando la de slidos disueltos y disminuyendo la de los gases, de forma general) y duplica la actividad biolgica aproximadamente cada diez grados, (aunque superando un cierto valor caracterstico de cada especie tiene efectos letales para los organismos).

En los efluentes urbanos oscila entre 15 y 20C, lo que facilita el desarrollo de los microorganismos existentes. En los efluentes industriales esta temperatura puede ser mucho mayor, lo que obliga a la legislacin a imponer lmites. La legislacin espaola impone una temperatura mxima de los vertidos de 40C y un incremento mximo de la temperatura de los cauces, a 200 m del vertido, de 1,5 o 3C en funcin de las especies presentes.



Oxgeno disuelto

El oxgeno disuelto es fundamental para la respiracin de los organismos aerobios presentes en el agua residual.

El control de este gas a lo largo del tiempo, aporta una serie de datos fundamentales para el conocimiento del estado del agua residual. La cantidad presente en el agua depende de muchos factores, principalmente relacionados con la temperatura y actividades qumicas y biolgicas, entre otros.

El valor mximo de oxgeno disuelto varia con la temperatura. La concentracin habitual es de aproximadamente 9 mg/l, considerndose que por debajo de 4 mg/l el agua no es apta para desarrollar vida aerbica en su seno.

Demanda bioqumica de oxgeno

La demanda bioqumica de oxgeno es la cantidad de oxgeno necesaria para que los microorganismos aerobios puedan oxidar metablicamente la materia orgnica presente en la muestra de agua. Se determina por diferencia entre el oxgeno disuelto en la muestra inicial y el medido en funcin del tiempo de incubacin. Al ser esta demanda variable con el tiempo se suele determinar a dos tiempos diferentes DBO5 y DBOult, siendo la primera la ms importante.

La Demanda Bioqumica de Oxgeno a los 5 das (DBO5) es la cantidad de oxgeno disuelto (mg O2/l) necesario para oxidar biolgicamente la materia orgnica de las aguas residuales. En el transcurso de los cinco das de duracin del ensayo se consume aproximadamente el 70 % de las sustancias biodegradables.

La DBO nos da informacin de la cantidad de materia orgnica biodegradable presente en una muestra, sin aportar informacin sobre la naturaleza de la misma.

Kg DBO/da = DBO5(mg/L)Q(m3/da) 10-3

Demanda qumica de oxgeno

Mide la cantidad de oxgeno (mg O2/l) necesaria para oxidar los componentes del agua recurriendo a reacciones qumicas. Se determina aadiendo una cantidad perfectamente pesada de dicromato potsico (K2Cr2O7) a un volumen conocido de la muestra, acidulando el medio. El dicromato sobrante se evala mediante un agente reductor. La DQO es igual a la cantidad de dicromato consumido, expresado como mg/L de oxgeno presente en la disolucin.

Carbono orgnico total

Indica la cantidad total de carbono orgnico presente en una muestra, expresndolo en mg/L. En la actualidad existen equipos comerciales que proporcionan simultneamente el contenido total de carbono orgnico, junto al inorgnico y CO2 disuelto, como valores independientes. Es un mtodo instrumental, basado en la combustin total del carbono a CO2 en presencia si es necesario de catalizadores, y la posterior determinacin de CO2 por espectroscopia infrarroja



Aceites y grasas

Son sustancias que al no mezclarse con el agua permanecen en su superficie dando lugar a natas. Su procedencia es tanto domstica como industrial. Son sustancias con requerimientos de oxgeno: materia orgnica y compuestos inorgnicos que se oxidan fcilmente, lo que provoca un consumo del oxgeno del medio al que se vierten.

El contenido en aceites y grasas presentes en un agua residual se determina mediante su extraccin previa con un disolvente apropiado, la posterior evaporacin del disolvente y el pesaje del residuo obtenido. En las aguas residuales urbanas, sin componente industrial, la presencia de grasas y aceites suele ser baja, no ms de un 10%, lo que no evita que puedan provocar problemas tanto en la red de alcantarillado como en las plantas de tratamiento.

Si no se elimina el contenido en grasa antes del vertido del agua residual, puede interferir con los organismos existentes en las aguas superficiales y crear pelculas y acumulaciones de materia flotante desagradables, impidiendo en determinadas ocasiones la realizacin de actividades como la fotosntesis, respiracin y transpiracin.

Fenoles

Son compuestos hidroxiderivados del benceno y de compuestos aromticos polinucleares. Suelen provenir de actividades industriales (plantas de coquizacin, refineras, papeleras, etc.), degradacin de productos fitosanitarios y de la descomposicin de materia vegetal. Son extremadamente txicos, y su presencia en aguas sometidas a procesos de cloracin produce compuestos clorofenlicos txicos y de sabor desagradable.

Acidez, Alcalinidad

Es una medida de la concentracin de iones hidronio (H3O+) en la disolucin, con valores entre 1 y 14. Las aguas con valores de pH menores de 7 son aguas cidas y favorecen la corrosin de las piezas metlicas en contacto con ellas, y las que poseen valores mayores de 7 se denominan bsicas o alcalinas y pueden producir precipitacin de sales insolubles (incrustaciones).

Conductividad

Es la capacidad del agua de conducir la corriente elctrica. Es una medida indirecta de la cantidad de slidos disueltos, aunque tambin depende del tipo de iones, estando relacionada con estos mediante expresin emprica.

SD (mg/L) = 0.8 0 (S cm-1)

El valor mximo instantneo autorizado en vertidos es de 5000 S cm-1.

Dureza

Es otra forma de indicar el contenido inico de un agua, refirindolo a la concentracin total de iones calcio, magnesio, estroncio y bario, aunque se debe fundamentalmente a los dos primeros. La presencia de este tipo de iones en el agua



suele ser de origen natural, y raramente antrpica. Se obtiene a partir de la determinacin por separado del contenido en calcio y magnesio en la muestra o de manera conjunta por complexiometra con EDTA, expresndose en diferentes unidades, mg de Ca2+ equivalente/L.

El problema de las aguas duras se centra en la formacin de precipitados insolubles de carbonatos e hidrxidos. Que al depositarse sobre tuberas y equipos pueden causar problemas de funcionamiento en calderas de vapor, torres de refrigeracin, intercambiadores de calor, filtros, etc. Segn su grado de dureza las aguas pueden clasificarse en muy blandas (0 - 30 mg de Ca+ equivalente/L), blandas (30 60 mg de Ca+ equivalente/L), semiduras (60 130 mg de Ca+ equivalente/L), duras (130 200 mg de Ca+ equivalente/L) y muy duras (ms de 200 mg de Ca+ equivalente/L).

Cloro

El cloro puede aparecer en el agua formando distintas especies, cloruro (Cl-), cloro (Cl2) e hipoclorito (ClO-). La presencia de estas especies es, generalmente, debida a la cloracin del agua para su desinfeccin, y a procesos de salinizacin por aguas marinas.

Nitrgeno

El nitrgeno se presenta en las aguas residuales en forma de amoniaco (NH3) fundamentalmente y, en menor medida, como nitratos (NO3-) y nitritos (NO2-). El amoniaco es uno de los compuestos intermedios formados durante la biodegradacin de los compuestos orgnicos nitrogenados que forman parte de los seres vivos, y junto con el nitrgeno orgnico es un indicador de que un curso de agua ha sufrido una contaminacin reciente. Ambas formas de nitrgeno se determinan frecuentemente en una sola medida (mtodo Kjedhal). La oxidacin aerbica de los compuestos amoniacales y organonitrogenados, conduce a la formacin de nitritos y posteriormente de estos en nitratos. Para la determinacin de nitritos, nitratos y amonio se recurre a mtodos espectrofotomtricos.

Fsforo

El fsforo junto con el nitrgeno, son dos de los nutrientes fundamentales de todos los seres vivos, de forma que, contenidos anormalmente altos de estos en las aguas pueden producir un crecimiento incontrolado de la biomasa acutica (eutrofizacin). Su presencia en las aguas es debida principalmente a los detergentes y a los fertilizantes. Igualmente, las excretas humanas aportan nitrgeno orgnico. El nitrgeno, fsforo y carbono son nutrientes esenciales para el crecimiento de los organismos. Cuando se vierten al medio acutico, pueden favorecer el crecimiento de una vida acutica no deseada. Si se vierten al terreno en cantidades excesivas pueden provocar la contaminacin del agua subterrnea.

Metales pesados

Estn entre los contaminantes ms dainos, y entre ellos se incluyen elementos esenciales para la vida como el hierro junto con otros de gran toxicidad como el cadmio, cromo, mercurio, plomo, etc. Su presencia en el agua es, generalmente indicativo de un vertido de tipo industrial, y dada su gran toxicidad y que interfieren en los procesos de



depuracin (alteran los procesos de biodegradacin) se hace necesaria su eliminacin antes de los mismos.

Parmetros radiolgicos:

Tanto las aguas continentales, como las ocenicas y subterrneas, poseen una radiactividad natural inherente a la composicin de las mismas. De los elementos radiactivos ms presentes en el agua destacan 40K, 226RA, 238U provenientes de la lixiviacin de terrenos granticos. La radioactividad es producida por la emisin de los ncleos atmicos de radiaciones ionizantes (ncleos de helio), (electrones) o (fotones), que al interaccionar con la materia pueden inducir modificaciones, mutaciones sobre materia viva.

Tabla 1-2, contaminantes de importancia en el tratamiento del agua residual [Metcalf-Eddy,1996]. Contaminantes Razn de la importancia

Slidos en suspensin

Los slidos en suspensin pueden dar lugar al desarrollo de depsitos de fango y de condiciones anaerobias cuando se vierte agua residual sin tratar al entorno acutico.

Materia orgnica biodegradable

Compuesta principalmente por protenas, carbohidratos, grasas animales, la materia orgnica biodegradable se mide, en la mayora de las ocasiones, en funcin de la DBO y de la DQO. Si se descargan al entorno sin tratar su estabilizacin biolgica puede llevar al agotamiento de los recursos naturales de oxgeno y al desarrollo de condiciones spticas.

Patgenos Pueden transmitirse enfermedades contagiosas por medio de los organismos patgenos presentes en el agua residual.

Nutrientes

Tanto el nitrgeno como el fsforo, junto con el carbono, son nutrientes esenciales para el crecimiento. Cuando se vierten al entrono acutico, estos nutrientes pueden favorecer el crecimiento de una vida acutica no deseada. Cuando se vierten al terreno en cantidades excesivas, tambin pueden provocar la contaminacin del agua subterrnea.

Contaminantes prioritarios

Son compuestos orgnicos o inorgnicos determinados en base a su carcinogenicidad, mutagenicidad, teratogenicidad o toxicidad aguada conocida o sospechosa. Muchos de estos compuestos se hallan presentes en el agua residual.

Materia orgnica refractaria

Esta materia orgnica tiende a resistir los mtodos convencionales de tratamiento. Ejemplos tpicos son los agentes tensoactivos, los fenoles y los pesticidas agrcolas.

Metales pesados Los metales pesados son, frecuentemente, aadidos al agua residual en el curso de ciertas actividades comerciales e industriales, y puede ser necesario eliminarlos si se pretende reutilizar el agua residual.

Slidos inorgnicos Los constituyentes inorgnicos tales como el calcio, sodio y los sulfatos se aaden al agua de suministro como consecuencia del uso del agua, y es posible que se deban eliminar si se va a reutilizar el agua residual.

Parmetros biolgicos:

Se basan en la presencia de especies relacionadas con los niveles de contaminacin (organismos indicadores). Son especies fciles de aislar y cultivar en laboratorio, inocuos para el hombre y los animales, con relacin cualitativa y cuantitativa con otros patgenos. La presencia de indicadores no implica la existencia de patgenos, indica probabilidad. Estas especies son:

Coliformes totales y fecales: Habitantes de la flora intestinal.

Bacterias aerobias: Indican la eficacia o no del tratamiento.



Estreptococos: Son indicadores complementarios.

En la Tabla 1-2, se exponen los contaminantes de importancia que ms habitualmente se encuentran en el agua residual.

11..22..33..22.. AAccttiivviiddaaddeess ccaauussaanntteess ddee llaa ccoonnttaammiinnaacciinn

Contaminacin natural: El agua disuelve gases presentes en la atmsfera (CO2, O2, N2, etc.), sales del terreno por lixiviacin (Na+, Ca2+, HCO3-,Cl-, etc.), compuestos orgnicos provenientes de seres vivos y su descomposicin y arrastra slidos en suspensin. En algunos casos la concentracin de estas sustancias es suficiente como para hacer no utilizables las aguas (aguas salobres, grandes avenidas, zonas pantanosas).

Contaminacin antrpica: Aquel agua que ha sufrido modificacin en sus propiedades por accin del hombre se define como agua contaminada de origen antrpico. Se suele reservar el trmino agua contaminada a este tipo de alteracin del agua. Dicha contaminacin puede ser causada por diversas actividades:

Produccin industrial: consume en torno al 20% del total del agua empleada por el hombre, estimndose que aproximadamente el 2% del agua utilizada se incorpora a los productos, y el 98% restante se devuelve al medio natural en forma de vapor o lquida. En la mayora de los casos el vertido de estas aguas se realiza con sus caractersticas modificadas en mayor o menor medida. El aporte de contaminantes es caracterstico de cada actividad industrial y puede provenir tanto de las materias primas utilizadas, como de los productos de transformacin o acabado, as como de las operaciones de transmisin de calor.

Desage de aguas residuales domsticas y municipales: Representa el 10% del consumo mundial de agua. Este agua incorpora sustancias procedentes de los residuos de la actividad humana (alimentos, deyecciones, limpieza domstica y viaria, etc.) de naturaleza orgnica, inorgnica y microbiana.

Actividad agropecuaria: Aproximadamente el 70% del consumo mundial de agua dulce corresponde a la agricultura y ganadera, y aunque su carga contaminante puede ser baja, la cantidad de sustancias extraas aportadas al medio natural por este tipo de actividades es la mayor en valor absoluto, y suele consistir en pesticidas, herbicidas, fertilizantes, heces y excreciones lquidas (purines), residuos de la industria de transformacin agrcola, etc.

11..22..44.. EEssccaasseezz ddee aagguuaa La escasez de agua es ya hoy en da uno de los mayores problemas globales. En

el futuro aumentar la cantidad de pases en los que el agua dulce sea un bien escaso. Con ello aumenta tambin el peligro de que se desaten crisis alimentarias. Las hiptesis de reservas de agua escasas hace prever conflictos por su usufructo.

En la actualidad viven aproximadamente 600 millones de personas en 25 pases en los que falta o escasea el agua. Incluso en los lugares donde se dispone de este bien preciado, la mala calidad del agua ocasiona con frecuencia enfermedades que hacen peligrar la vida. Segn estimaciones de la Organizacin Mundial para la Salud (OMS),



hoy ya son 1.200 millones de personas las que no tienen acceso a agua potable limpia. En los pases en vas de desarrollo, aproximadamente el 80% de las enfermedades y defunciones estn relacionadas con el agua contaminada.

La escasez de agua afecta fundamentalmente al Cercano Oriente y a Oriente Medio, as como a amplias zonas de frica. En el futuro podra agudizarse la situacin, dado que se prev que la poblacin de estas regiones se duplique o incluso triplique en los prximos 50 aos.

Figura 1-1, disponibilidad de agua en el ao 2000 y previsin para el 2050.

El agua aparece como el mayor conflicto geopoltico del siglo XXI ya que se espera que en el ao 2025, la demanda de este elemento tan necesario para la vida humana ser un 56% superior que el suministro y quienes posean agua podran ser blanco de un saqueo forzado. Se calcula que para los 6.250 millones de habitantes actuales se necesitara ya un 20% ms de agua. La pugna es, entre quienes creen que el agua debe ser considerada un bien comerciable (como el trigo y el caf) y quienes expresan que es un bien social relacionado con el derecho a la vida. Los alcances de la soberana nacional y las herramientas legales son, tambin, parte de este combate.

El problema no es la falta de agua dulce potable, sino ms bien, la mala gestin y distribucin de los recursos hdricos y sus mtodos. La mayor parte del agua dulce, aproximadamente un 70%, se emplea en la agricultura. De esta cantidad, ms de la mitad se pierde a causa del riego ineficiente.



Mientras que en los ltimos 70 aos la poblacin mundial se triplic, en ese mismo lapso el consumo de agua se sextuplic. Para 2025, el consumo mundial de agua aumentar cerca de un 40%.

Casi la mitad del agua de los sistemas de suministro de agua potable de los pases en desarrollo se pierde por filtraciones, conexiones ilcitas y vandalismo. A medida que la poblacin crece y aumentan los ingresos se necesita ms agua, que se transforma en un elemento esencial para el desarrollo.

El origen de la comercializacin del agua habra que buscarla en noviembre de 2001, cuando los recursos naturales al igual que la salud y la educacin, empezaron a ser objeto de negociaciones en la OMC (Organizacin Mundial de Comercio). La meta final fue la liberalizacin de los servicios pblicos para el 2005. Esto que suena rido y aburrido, puede simplificarse: lo que hasta ahora era regulado por los estados, pasara a ser mercado de libre comercio.

Dentro de este contexto, existen dos escenarios probables:

La apropiacin territorial:

La apropiacin territorial podra realizarse mediante la compra de tierras con recursos naturales (agua, biodiversidad), sin descartar los posibles conflictos armados.

La privatizacin del agua:

En los ltimos tiempos, las grandes corporaciones han pasado a controlar el agua en gran parte del planeta y se especula que en los prximos aos, unas pocas empresas privadas poseern el control monoplico de casi el 75% de este recurso vital para la vida en el planeta.

Mientras existen poblaciones no tienen acceso a la salubridad, grandes corporaciones venden agua pura embotellada para subsanar el mal. Entre 1970 y 2000, la venta de agua embotellada creci ms de 80 veces. En 1970 se vendieron en el mundo mil millones de litros. En 2000, 84 mil millones. Las ganancias fueron de 2.200 millones de dlares.

Los acuferos ms grandes que se conocen son:

Acufero de Areniscas de Nubia con un volumen de 75 mil millones de metros cbicos.

Acufero del Norte del Sahara con un volumen de 60 mil millones de metros cbicos.

Sistema acufero Guaran con un volumen de 37 mil millones de metros cbicos.

Gran Cuenca Artesiana con un volumen de 20 mil millones de metros cbicos.

Acufero Altas Planicies con un volumen de 15 mil millones de metros cbicos.

Acufero del Norte de China con un volumen de 5 mil millones de metros cbicos.



Desafos en la distribucin y tratamiento del agua

La Declaracin Ministerial de La Haya de marzo de 2000 aprob una serie de desafos como base de la accin futura en temas de escasez de agua:

Primer desafo

El primero de ellos apunta a satisfacer las necesidades humanas bsicas, ya que las dolencias relacionadas con el agua son una de las causas ms comunes de enfermedad y de muerte entre los pobres en los pases en desarrollo. Las estadsticas hablan por s mismas.

En 2000, la tasa de mortalidad estimada slo por diarreas relacionadas con la falta de sistemas de saneamiento del agua fue de 2.213 millones de personas. La mayora de los afectados por mortalidad y morbilidad relacionadas con el agua son nios menores de cinco aos.

Segundo desafo

El segundo desafo busca proteger los ecosistemas, y el agua constituye una parte esencial de todo ecosistema. Y no hay dudas de que los ecosistemas acuticos continentales presentan graves problemas.

El caudal de alrededor del 60% de los mayores ros del mundo ha quedado interrumpido por alguna estructura hidrulica.

Tercer desafo

Las necesidades divergentes del entorno urbano constituyen el tercer tema planteado. Segn las estimaciones de los organismos internacionales, el 48% de la poblacin mundial actual vive en pueblos y ciudades. En 2030 la proporcin ser de cerca del 60%.

Las aglomeraciones urbanas concentran desechos, y cuando la gestin de los residuos es precaria o inexistente, las ciudades se transforman en los entornos ms peligrosos que existen en el mundo. De ah que se hace imperiosa la adopcin de ciertas medidas para mejorar el suministro de agua, el saneamiento y el control de las inundaciones en las ciudades. Por ejemplo, la existencia de buenos servicios sanitarios es primordial, ya se trate de empresas pblicas, semi-privadas o privadas, sujetas a una reglamentacin adecuada.

Cuarto desafo

El cuarto desafo habla de asegurar el suministro de alimentos para una poblacin mundial creciente. Con una agricultura no controlada se logra alimentar a unos 500 millones de personas, por eso, para alimentar a la poblacin mundial actual, de seis mil millones de individuos, es necesario recurrir a la agricultura sistemtica.

Si bien la mayor parte de la agricultura depende de la lluvia, es clave el uso eficiente del agua de riego, actualmente situado alrededor del 38% en todo el mundo. Este debera mejorar hasta alcanzar un promedio del 42% en 2030, gracias a la tecnologa y a una mejor gestin del agua de riego.



Quinto desafo

El quinto desafo apunta a promover una industria ms limpia. La utilizacin del agua en los procesos de fabricacin, a menudo en grandes cantidades, es muy corriente. Luego se devuelve a los sistemas locales.

El agua vertida por las industrias puede ser de muy mala calidad y, a no ser que se trate de forma adecuada, es una amenaza para las aguas superficiales y subterrneas en las que se vierte.

La industria puede constituir una amenaza crnica debido al vertido constante de efluentes, o bien una amenaza crtica si, por un fallo accidental, se genera una contaminacin intensa en un perodo corto.

La formacin en materia de gestin de la demanda, combinada con la transferencia de tecnologa, puede beneficiar al medio ambiente y mejorar el rendimiento econmico de las empresas.

Sexto desafo

El sexto desafo consiste en utilizar la energa para cubrir las necesidades del desarrollo. El agua es imprescindible para la produccin de energa. Sus dos aplicaciones principales son la produccin de electricidad de origen hidrulico y su uso a efectos de enfriamiento en centrales trmicas de energa elctrica.

Con todo, la electricidad contribuye a la reduccin de la pobreza en muchas formas. Resulta esencial para la subsistencia de pequeas empresas y para mejorar los servicios mdicos, incluyendo los equipos electrgenos y la refrigeracin de vacunas y medicamentos, entre otras funciones.

Sptimo desafo

La reduccin de los riesgos y hacer frente a la incertidumbre es el sptimo desafo. Las razones hay que buscarlas en el nmero de vctimas de los diversos desastres naturales, ya que aument de 147 millones a 211 millones por ao entre 1991 y 2000.

Las prdidas econmicas derivadas de las catstrofes naturales han aumentado de 30 mil a 70 mil millones de dlares en los Estados Unidos entre 1990 y 1999. Asimismo, alrededor del 97% de las muertes causadas por los desastres naturales han tenido lugar en pases en desarrollo.

En el caso de las inundaciones, el riesgo potencial est relacionado con su magnitud y frecuencia. Es posible calcular la probabilidad de su aparicin y prever las inundaciones en tiempo real.

Medidas

El informe de las Naciones Unidas insta a compartir el agua, no slo entre sus diferentes usos (energa, ciudades, alimentacin, etc.), sino tambin entre los diferentes usuarios (regiones administrativas o pases que comparten una misma cuenca o acufero).



Tambin a identificar y valorar las mltiples facetas del agua, no slo como un valor econmico, sino adems en su dimensin social, religiosa, cultural y ambiental.

El conjunto de desafos deber estar acompaado por una responsabilidad colectiva y una administracin responsable del agua para asegurar un desarrollo sostenible.

11..22..55.. EEll pprroobblleemmaa eenneerrggttiiccoo Desde la revolucin industrial el hombre ha conseguido grandes avances en un

intento por mejorar su calidad de vida. Con la aparicin de la mquina de vapor y las siguientes generaciones de mquinas con capacidad para transformar energa trmica en mecnica, la capacidad para seguir con este progreso aument considerablemente por encima de la capacidad de autoadaptacin de los ciclos naturales.

Este desequilibrio entre la capacidad adquirida por el hombre para modificar los ciclos naturales y la menor velocidad de autoadaptacin de la naturaleza, es el culpable de los actuales problemas medioambientales.

Si nos centramos, por ejemplo, en el ciclo del carbono. Durante millones de aos se produjo una acumulacin de carbono en el subsuelo terrestre en forma de yacimientos de carbn y petrolferos, generados por la descomposicin de materia orgnica. La tecnologa actual permite hacer uso de estos yacimientos para obtener la energa almacenada y liberar todo este carbono acumulado, en forma de dixido de carbono, en solo unas decenas de aos. De forma natural se produce la acumulacin de este carbono por medio de los seres auttrofos, algas, plantas superiores y algunos otros organismos, gracias a la utilizacin, por estas, de la energa proveniente del sol. Pero la tasa de liberacin de carbono actual, es muy superior a la capacidad que tienen estos organismos para acumularlo, de ah el problema ecolgico de acumulacin de CO2 en la atmsfera.

Otro ciclo igualmente importante es el del agua. Este ciclo puede ser relativamente corto en regiones tropicales, donde se produce la evaporacin y precipitacin de la misma de forma habitual, pero en la mayora de los casos el agua que llega a la superficie terrestre en forma de precipitaciones, permanece un largo periodo sobre esta, sufriendo diferentes grados de contaminacin y autodepuracin natural. Ciertos organismos aumentan la concentracin en el agua de unos productos, mientras que otros organismos pueden utilizar dichos productos emitiendo nuevos, en una simbiosis natural. Esta es la base de la depuracin natural del agua, es un equilibrio al que se ha llegado despus de millones de aos de evolucin. Con el aumento de la industria y del consumo de agua domstico, aumenta la contaminacin del agua superficial y no solo crecen los valores de las concentraciones de productos, sino que a su vez, se producen nuevos contaminantes para los que los procesos de depuracin natural no estn adaptados. Todo ello, de forma muy resumida, supone un desequilibrio en el ciclo del agua y el actual problema de escasez de agua de calidad para consumo.

En el contexto actual, de los ya conocidos efectos del cambio climtico, de una creciente poblacin mundial y la mejora de las condiciones de vida en pases hasta ahora subdesarrollados (que lleva a mayores demandas y competencias por el agua y la energa) llega el momento de integrar la gestin de estos recursos, sabiendo que estn



intrnsecamente relacionados. Una muestra de la situacin se presenta en las figuras Figura 1-2, Figura 1-3 y Figura 1-4, donde se esquematiza la demanda mundial de energa y el crecimiento de la poblacin mundial.

Figura 1-2, poblacin mundial histrica y estimada, (datos obtenidos de http://esa.un.org/unpp/).

Figura 1-3, densidad de poblacin histrica y estimada, (datos obtenidos de

http://esa.un.org/unpp/).

Figura 1-4, energa primaria consumida histrica y estimada, (datos obtenidos de

http://www.eia.doe.gov).

Es vital para mantener o mejorar las condiciones de vida actuales que los diferentes sistemas productivos generados por el hombre, se adapten a los ciclos naturales. Para conseguir esta adaptacin existen dos vas principales:

La primera de ellas es reducir la produccin para adaptarse a los equilibrios actuales. Es evidente que nadie est dispuesto a reducir la calidad de vida que aportan los sistemas productivos en la actualidad. Igual de evidente, es que los pases subdesarrollados quieren llegar a los mismos niveles de calidad de vida y por lo tanto no solo resulta muy complicado reducir la produccin, si no que resulta inevitable que esta aumente en los prximos aos.



Una segunda va es la modificacin completa de los ciclos naturales, es decir, que estos incrementen su actividad en todas las etapas del ciclo o crear nuevos ciclos artificiales de corta duracin. Por ejemplo, si queremos liberar una mayor cantidad de carbono a la atmsfera, ser necesario aumentar de igual forma la cantidad de carbono acumulada. En la actualidad se estn desarrollando diferentes sistemas de almacenamiento de CO2, como son la intensificacin de produccin de biomasa, para su uso como alimento o generacin de biocombustibles, o el almacenamiento en yacimientos geolgicos profundos. Otro tema en investigacin es la concepcin de microecosistemas aislados con capacidad para autoregenerarse. En ellos se reducen los ciclos naturales utilizando los organismos ms beneficiosos en cada caso. Esta idea se aplica en las estaciones espaciales experimentales. La realidad es, que todos estos ciclos naturales se encuentran interconectados y no es posible plantearse la modificacin de uno de ellos sin tener en cuenta las consecuencias que esto tiene sobre los otros, como se ha venido haciendo hasta ahora.

En la mayora de los casos la solucin ideal parte de la combinacin de estas dos vas, y debe ser funcin de los actuales cientficos, co

PFC Ismael Hernandez Sanchez

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