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TRATAMIENTO TERCIARIO DE RILES
Tratamiento de Desechos Industriales Ing. Miguel Alcal
Adsorcin con carbn activo
La adsorcin es un proceso donde un slido se utiliza para
eliminar una sustancia soluble del agua. En
este proceso el carbn activo es el slido. El carbn activo se
compone en un 75-80% de carbono y un
5-10% de cenizas.
El carbn activo se produce especficamente para alcanzar una
superficie interna muy grande (entre
500 - 1500 m 2 /g). Esta superficie interna grande hace que el
carbn tenga una adsorcin ideal. El
carbn activo viene en dos variaciones: Carbn activado en polvo
(PAC) y carbn activado granular
(GAC). La versin de GAC se utiliza sobre todo en el tratamiento
de aguas, puede fijar las siguientes
sustancias solubles por adsorcin:
Adsorcin de sustancias no polares como: o Aceite mineral o BTEX
o Poli-hidrocarburos aromticos
(PACs)
o (Cloruro) Fenol
Adsorcin de sustancias halogenadas: I, Br, Cl, H y F
Olor
Sabor
Levaduras
Varios productos de fermentacin
Sustancias no polares (no solubles en agua)
El carbn activo se usa por ejemplo en los siguientes
procesos:
Depuracin de agua subterrnea
Decloracin del agua
Depuracin de aguas para piscinas
Refinamiento de las aguas residuales tratadas
Por qu usar el tratamiento con carbn activado?
El tratamiento con carbn activado puede proporcionar buenos
resultados con una amplia gama de
qumicos como pueden ser combustibles, bifenilos policlorados,
dioxinas y desechos radioactivos.
Asimismo, puede eliminar ciertos tipos de metales, siempre que
los mismos estn presentes en pequeas
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cantidades. El tratamiento con carbn activado puede resultar ms
econmico que otros mtodos de
limpieza. Sin embargo, el carbn activado no destruye los
contaminantes. Eventualmente, los
contaminantes y el carbn gastado pueden ser desechados en un
vertedero controlado o destruidos
mediante el uso de otros mtodos.
El uso del carbn activado en la metalurgia extractiva se ha
intensificado en las ltimas dos dcadas,
emplendose en los procesos de flotacin de minerales, tratamiento
de aguas industriales, purificacin de
electrlitos, recuperacin de metales disueltos en soluciones
acuosas, como modificador del potencial
REDOX, como catalizador, etc.[1]. El carbn activado se emplea
adems para recuperar el oro contenido
en soluciones originadas en diversos procesos de cianuracin,
entre los que figuran actualmente el de
lixiviacin en pilas, carbn en pulpa (CIP) y carbn en lixiviacin
(CIL).
Por lo sealado anteriormente la tendencia actual es adoptar la
tecnologa del carbn activado para la
recuperacin de oro desde soluciones alcalinas diluidas que
contengan cantidades muy pequeas de oro en
solucin, es decir, su aplicacin ha permitido explotar
yacimientos de baja ley, con el concurso de
mtodos de bajo costo de lixiviacin, como es la lixiviacin en
pilas o para tratar pulpas provenientes de
agitacin sin utilizar lavado en contracorriente, como en el
proceso de Carbn en Pulpa, rebajando los
costos de capital para la planta.
La superficie del carbn es no polar por lo cual este resulta afn
a los adsorbatos no polares como son las
materias orgnicas. La adsorcin es un fenmeno superficial en el
cual el adsorbato es retenido sobre la
superficie del carbn debido a las fuerzas de Van der Waals. La
saturacin est representada como su punto de equilibrio. Estas
fuerzas son fsicas, lo cual significa que el proceso es reversible
(a partir del uso
de calor, presin, etc.). El carbn tambin es capaz de absorcin.
En estos casos ocurre una reaccin
qumica en la superficie del carbn que cambia el estado del
adsorbato. Esta es una reaccin irreversible y
est ejemplificada en el proceso de declorinacin el cual se
produce por una reduccin cataltica.
Descripcin del proceso:
El agua es bombeada dentro de una columna que contiene el carbn
activo, el agua deja la columna a
travs de un sistema de drenaje. La actividad del carbn activo de
la columna depende de la temperatura y
de la naturaleza de las sustancias. El agua pasa a travs de la
columna constantemente, con lo que produce
una acumulacin de sustancias en el filtro. Por esa razn el
filtro necesita ser sustitudo peridicamente.
Un filtro usado se puede regenerar de diversas maneras, el carbn
granular puede ser regenerado
fcilmente oxidando la materia orgnica. La eficacia del carbn
activo disminuye en un 5-10% tras cada
regeneracin (1). Una parte pequea del carbn activo se destruye
durante el proceso de la regeneracin y
debe ser sustituda. Si usted trabaja con diversas columnas en
serie, puede estar seguro de que no tendr
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un agotamiento total de su sistema de purificacin.
El sistema ms simple, pero no completamente eficaz, de limpieza
del lecho filtrante es el contralavado
con agua, mediante el cual se produce un arrastre de partculas y
una expansin del lecho de
aproximadamente un 20%. Adems, segn la cantidad y tipo de
sustancias retenidas, ser preciso, cada
cierto tiempo, regenerar el carbn mediante la oxidacin de la
materia orgnica, etc. En estos procesos se
destruye una parte pequea del carbn activo que deber ser
sustituida.
Descripcin de la adsorcin:
Las molculas en fase de gas o de lquido sern unidas fsicamente a
una superficie, en este caso la
superficie es de carbn activo. El proceso de la adsorcin ocurre
en tres pasos:
Macro transporte: Movimiento del material orgnico a travs del
sistema de macro-poros del carbn activo (macro-poros > 50nm)
Micro transporte: Movimiento del material orgnico a travs del
sistema de micro-poros del carbn activo (microporo < 2nm;
meso-poro 2-50nm)
Absorcin: Adhesin fsica del material orgnico a la superficie del
carbn activo en los meso-poros y micro-poros del carbn activo
El nivel de actividad de la adsorcin depende de la concentracin
de la sustancia en el agua, la
temperatura y la polaridad de la sustancia. Una sustancia polar
(= soluble en agua) no puede ser eliminada
o es malamente eliminada por el carbn activo, una sustancia no
polar puede ser totalmente eliminada por
el carbn activo. Cada clase de carbn tiene su propia isoterma de
adsorcin (vase la figura 1) y en el
campo del tratamiento de aguas esta isoterma viene definida por
la funcin de Freundlich.
Funcin de Freundlich:
x/m = sustancia adsorbida por gramo de carbn activo
Ce = diferencia de concentracin (entre antes y despus)
Kf, n = constantes especficas
La segunda curva del carbn activo (figura 2) muestra el
agotamiento del filtro. Normalmente nosotros
colocamos las unidades depuradoras-UV despus de la columna de
carbn activo.
Cul es la diferencia entre adsorcin y absorcin?
Cuando una sustancia se adhiere a una superficie se habla de
adsorcin, es este caso, la sustancia se
adhiere a la superficie interna del carbn activo. Cuando la
sustancia es absorvida en un medio diferente
esto es llamado absorcin. Cuando un gas es atrado dentro de una
solucin se habla de absorcin.
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Figura 1 :se ve la adsorcin isotrmica especfica para el carbn
activo. En el eje horizontal
se encuentra la concentracin, y en el eje vertical la cantidad
necesaria de carbn. Usted
puede utilizar este tipo de grficos para optimizar su
columna.
Fuente figura 1:
http://www.aapspharmscitech.org/scientificjournals/
pharmscitech/volume2issue1/056/manuscript.htm
Figura 2: nos muestra el agotamiento durante el uso de su
columna. En el punto C3 la
columna empieza a romper en el punto mas bajo y cerca del punto
C4 su columna ya no
purifica. Entre el punto C3 y C4 usted necesita regenerar la
columna.
Fuente figura 2: http://www.activated-carbon.com
Factores que influyen en la adsorcin de compuestos presentes en
el agua:
El tipo de compuesto que desee ser eliminado. Los compuestos con
elevado peso molecular y baja solubilidad se absorben ms
fcilmente.
La concentracin del compuesto que desea ser eliminado. Cuanto ms
alta sea la
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concentracin, ms carbn se necesitar.
Presencia de otros compuestos orgnicos que competirn con otros
compuestos por los lugares de adsorcin disponibles.
El pH del agua. Por ejemplo, los compuestos cidos se eliminan ms
fcilmente a pHs bajos.
Segn esto podemos clasificar algunos compuestos segn su
probabilidad de ser eficazmente
adsorbidos por el carbn activo en el agua:
1.- Compuestos con muy alta probabilidad de ser eliminados por
el carbn activo:
2,4-D Deisopropiltatracina Linuron
Alacloro Desetilatracina Malation
Aldrin Demeton-O MCPA
Antraceno Di-n-butilftalato Mecoprop
Atracina 1,2-Diclorobenceno Metazaclor
Azinfos-etil 1,3-Diclorobenceno 2-Metil bencenamina
Bentazona 1,4-Diclorobenceno Metil naftaleno
Bifenil 2,4-Diclorocresol 2-Metilbutano
2,2-Bipiridina 2,5-Diclorofenol Monuron
Bis(2-Etilhexil) Ftalato 3,6-Diclorofenol Naftaleno
Bromacil 2,4-Diclorofenoxi Nitrobenceno
Bromodiclorometano Dieldrin m-Nitrofenol
p-Bromofenol Dietilftalato o-Nitrofenol
Butilbenceno 2,4-Dinitrocresol p-Nitrofenol
Hipoclorito de calcio 2,4-Dinitrotolueno Ozono
Carbofurano 2,6-Dinitrotolueno Paration
Cloro Diuron Pentaclorofenol
Dixido de cloro Endosulfan Propacina
Clorobenceno Endrin Simacina
4-Cloro-2-nitrotolueno Etilbenceno Terbutrin
2-Clorofenol Hezaclorobenceno Tetracloroetileno
Clorotolueno Hezaclorobutadieno Triclopir
Criseno Hexano 1,3,5-Trimetilbenceno
m-Cresol Isodrin m-Xileno
Cinacina Isooctano o-Xileno
Ciclohexano Isoproturon p-Xileno
DDT Lindano 2,4-Xilenol
2.- Compuestos con alta probabilidad de ser eliminados por el
carbn activo:
Anilina Dibromo-3-cloropropano 1-Pentanol
Benceno Dibromoclorometano Fenol
Alcohol benclico 1,1-Dicloroetileno Fenilalanina
cido benzoico cis-1,2- Dicloroetileno cido o-ftlico
Bis(2-cloroetil) ter trans-1,2- Dicloroetileno Estireno
Bromodiclorometano 1,2-Dicloropropano
1,1,2,2-Tetracloroetano
Bromoformo Etileno Tolueno
Tetracloruro de carbono Hidroquinona 1,1,1-Tricloroetano
1-Cloropropano Metil Isobutil Ketona Tricloroetileno
Clorotoluron 4-Metilbencenamina Acetato de vinilo
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3.- Compuestos con probabilidad moderada de ser eliminados por
el carbn activo*:
cido actico Dimetoato Metionina
Acrilamida Etil acetato Metil-tert-butil ter
Cloroetano Etil ter Meti etil ketona
Cloroformo Fren 11 Piridina
1,1-Dicloroetano Fren 113 1,1,2-Tricloroetano
1,2-Dicloroetano Fren 12 Cloruro de vinilo
1,3-Dicloropropeno Glifosato
Dikegulac Imazipur
*(Para estos compuestos el carbn activo es una tecnologa
efectiva solo en ciertos casos).
4.- Compuestos para cuya eliminacin no es probable que el carbn
activo sea efectivo. Sin
embargo s lo es en ciertos casos en los que el flujo o la
concentracin del compuesto son muy
bajos:
Acetona Cloruro de metileno
Acetonitrilo 1-Propanol
Acrilonitrilo Propionitrilo
Dimetilformaldehido Propileno
1,4-Dioxano Tetrahidrofurano
Isopropil alcohol Urea
Cloruro de metilo
Factores que influyen en la adsorcin de compuestos presentes en
el aire:
El tipo de compuesto que desea ser eliminado: En general los
compuestos de alto peso molecular, baja presin de vapor/alto punto
de ebullicin y alto ndice de refraccin
son mejor adsorbidos.
La concentracin: Cuanto mayor sea la concentracin, mayor ser el
consumo de carbn.
La temperatura: Cuanto ms baja sea la temperatura, mejor ser la
capacidad de adsorcin.
Presin: Cuanto mayor sea la presin, mayor ser la capacidad de
adsorcin.
Humedad: Cuanto ms baja sea la humedad, mayor ser la capacidad
de adsorcin.
TIPOS DE CARBN
Propiedad Coco Carbn Mineral Lignito Madera
Microporo Alto Alto Mediano Bajo
Macroporo Bajo Mediano Alto Alto
Dureza Alta Alta Baja Mediana
Cenizas 5% 10% 20% 5%
Cenizas Solubles en Agua Alta Baja Alta Mediana
Polvo Bajo Mediano Alto Mediano
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Regeneracin Buena Buena Pobre Regular
Densidad Aparente 0,42 g/cc 0,48 g/cc 0,3 g/cc 0,35 g/cc
Indice de Yodo 1100 1000 600 100
INTERCAMBIO INICO
Principios de operacin
El intercambio inico se basa en la adsorcin, el cual es un
proceso de separacin en la que ciertos
componentes de una fase fluida se transfieren hacia la
superficie de un slido adsorbente. Generalmente
las pequeas partculas de adsorbente se mantienen en un lecho
fijo mientras que el fluido pasa
continuamente a travs del lecho hasta que el slido est
prcticamente saturado y no es posible alcanzar
ya la separacin deseada, con lo cual el lecho se ha de
regenerar.
La mayor parte de los adsorbentes son resinas, compuestos
orgnicos de gran peso molecular que tiene la
propiedad de disponer de un residuo catinico o aninico
intercambiable, y gracias a su alta porosidad, la
adsorcin puede tener lugar fundamentalmente en el interior de
las partculas, y aumentado as el rea de
contacto. La separacin se produce debido a la diferente afinidad
de las resinas con los cationes y aniones
que se desean eliminar, y por tanto la buena eleccin del lecho
favorecer la separacin de los iones y la
eficacia depender del equilibrio slido-lquido y de las
velocidades de transferencia de materia.
Descripcin de la instalacin
Un aparato de adsorcin est constituido normalmente por un
recipiente cilndrico, cerrado, que en su
interior contiene la resina. Debido a los dos tipos de resinas,
catinicas y aninicas, se acostumbra a
colocar adyacentes dos columnas, cada una con un tipo de resina,
para as eliminar primero los cationes y
con posterioridad los aniones. Las partculas de adsorbente se
colocan en un lecho soportado sobre una
matriz o placa perforada.
La alimentacin circula a travs del lecho en sentido descendente,
y cuando la concentracin de soluto en
el fluido de salida alcanza un cierto valor, o bien para un
tiempo previamente establecido se ha de parar la
operacin y pasar a regenerar dicho lecho. Para evitar estos
inconvenientes, en el trabajo continuo, se
colocan dos columnas, y as mientras una trabaja la otra efecta
la operacin de regeneracin. La
regeneracin de una resina catinica se lleva a cabo aadiendo un
cido fuerte, aportar H+, mientras la
aninica se regenera con bases, compuestos que aporten OH-
Ventajas y aplicaciones
Este es un proceso tpico para ablandar o desionizar el agua,
aunque es recomendable aplicarse despus
de un tratamiento previo adaptado a cada calidad de agua bruta,
y que consista, especialmente, en la
eliminacin de las materias en suspensin, materias orgnicas,
cloro residual, cloraminas, etctera.
Diagrama de flujo. Esquema de un proceso de desionizacin de
agua.
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En intercambio inico, las cuentas polimricas de resina de
intercambio inico estn estructuradas
qumicamente para dar grupos funcionales con cargas negativas o
positivas que atraen y retienen ciertos
contaminantes del agua. La tecnologa de desmineralizacin
convencional puede remover inorgnicos
disueltos, tales como, minerales y sales y algunos orgnicos
disueltos. No remueven coloides, ni
partculas, ni bacterias ni pirgenos.
La resina catinica remueve iones de carga positiva como el
calcio, el magnesio y el sodio, y los
reemplaza con hidrgenos. Las resinas., aninicas remueven iones
de carga negativa como cloruros,
nitratos y slice y los reemplaza con hidrxidos. Los iones de
hidrgeno e hidrxido se unen despus
formando molculas de agua.
En los equipos mixtos de intercambio inico, el agua pasa a travs
del tanque conteniendo una mezcla de
resina catinica y aninica. Los sistemas, mixtos pueden producir
muy alta calidad de agua con
resistividades de 18.2 megaohms por centmetro.
Por ejemplo, las membranas de acetato de celulosa, generalmente
toleran el cloro mejor, pero tiene un
porcentaje de rechazo bajo. La membrana de poliamida de capa
delgada tiene porcentajes de rechazo
mucho mas alto pero son ms sensibles a la degradacin qumica
particularmente de los compuestos
qumicos que contienen cloro.
Los intercambiadores inicos forman un grupo de materiales muy
heterogneo, cuya nica caracterstica
comn es que contienen una carga elctrica fija capaz de enlazar a
iones de carga opuesta. Se clasifican
en dos grandes grupos: intercambiadores orgnicos e
intercambiadores inorgnicos. Ambos grupos
incluyen materiales sintticos y naturales.
:: 3.1. Intercambiadores inicos inorgnicos
Naturales: Son aluminosilicatos como zeolitas, arcillas
minerales y feldespatos.
Sintticos: Generalmente se pueden subdividir en las siguientes
categoras:
- xidos metlicos hidratados, Ej. xido de titanio hidratado, cido
poliantimnico
- Sales insolubles de metales polivalentes, Ej. fosfato de
titanio
- Sales insolubles de heteropolicidos, ej. molibdofosfato
amnico
- Sales complejas basadas en hexacianoferratos insolubles
- Zeolitas sintticas.
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Las zeolitas y las arcillas son minerales de aluminosilicatos
ampliamente distribuidos en la corteza
terrestre. Algunas proceden de la erosin de las rocas, otras
aparecen como depositos sedimentarios y, por
ltimo, algunas tienen origen volcnico.
Las zeolitas son slidos microporosos con una estructura
cristalina bien definida. La unidad constructora
bsica es el tetraedro TO4 (donde T=Si, Al, B, Ga, Ge, P...) cuya
unin tridimensional a travs de los
tomos de oxgeno da lugar a la estructura polidrica tpica de las
zeolitas. Esta estructura tridimensional
presenta pequeos poros y canales en los que se alojan los iones
intercambiables y donde tiene lugar la
reaccin de intercambio inico.
Las unidades TO4 ms comunes son SiO4 -4 y AlO4-5. La formula
general de las zeolitas se puede
escribir como:
Ma/n[(AlO2)a(SiO2)b]xH2O.
La capacidad de intercambio de cationes de las zeolitas proviene
de la carga negativa que lleva asociada
la unidad AlO4. Cuando n Al3+ sustituyen a Si4+, es necesario un
contracatin Mn+ para neutralizar la
carga negativa resultante. El contracatin M suele ser el ion Na+
o H+ (en cuyo caso la zeolita constituye
un cido slido) y tienen la particularidad de ser fcilmente
reemplazables por otros cationes que puedan
difundir a travs de los canales de la zeolita.
Las arcillas minerales son aluminosilicatos estructurados en
capas bidimensionales. Estn formadas por
una capa resultado de combinar tetraedros de SiO4 y otra capa
resultado de combinar octaedros de Al
unido a seis oxgenos o a seis grupos OH. Ambas capas se unen
entre s compartiendo oxgenos. La
capacidad de intercambiar cationes es resultado de la sustitucin
del Si4+ por el Al3+ en la capa
tetradrica, lo cual supone un exceso de carga negativa que es
contrarrestado por cationes susceptibles de
ser reemplazados.
Las zeolitas tienen una estructura de poro rgida, mientras que
las estructuras en capa de las arcillas
minerales tienen cierta elasticidad dependiendo de en que forma
inica se encuentre el mineral. En ambas,
zeolitas y arcillas, las propiedades de intercambio inico se
basan principalmente en la densidad de carga
y en el tamao de poro.
Existen varios polmeros naturales que actan como
intercambiadores inicos, como celulosa, cido
algnico, chitina, chitosan, dextrano y agarosa, y tambin
derivados de stos.
Chitina y chitosan son dos polisacaridos naturales que han
mostrado excelentes propiedades en la fijacin
de metales. La chitina es un polmero lineal de alto peso
molecular de la N-acetil-D-glucosamina, que
abunda en las paredes celulares de algunos hongos y en el
caparazn de crustaceos como cangrejos,
langostas y langostinos. El chitosan es un derivado de la
chitina que se obtiene por hidrlisis de esta
ltima, y consiste en uniones de D-glucosamina. La presencia de
nitrgeno en su estructura hace que sean
susceptibles de emplearse como polmeros quelatantes de
metales.
Estructura del chitosan
El cido algnico es un polisacrico lineal formado por dos
monmeros, el cido D-manurnico y el cido
L-gulurnico. Es un componente del esqueleto de las algas pardas,
de donde se aisla. Debido a esta
funcion de soporte, el cido algnico destaca por ser un polmero
fuerte y a la vez flexible, propiedad que
ha determinado sus aplicaciones industriales.
El cido algnico puede ser soluble o insoluble en agua
dependiendo del cation al cual se asocie su sal.
Las sales sdicas, amnicas o de otros metales alcalinos son
solubles, mientras que las sales de metales
polivalentes, como calcio, son insolubles, con la excepcin del
magnesio. Los cationes polivalentes se
unen al polmero all donde encuentran dos residuos de cido
gulurnico cercanos, por lo que se considera
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que estos cationes son los responsables del entrecruzamiento de
la cadena polimrica. Esta afinidad por
los cationes polivalentes unida a la insolubilidad del polmero
resultante, indican su posible aplicabilidad
como extractante de metales.
Los polisacricos dextrano y celulosa son polmeros de D-glucosa,
(1-6)-glucosa y b(1-4)-glucosa
respectivamente. La agarosa es un polisacrido preferentemente
neutro y es el componente que determina
el poder gelificante del agar. Consiste en cadenas alternadas de
D-galactosa-3,6-3,6-anhidro-L-galactosa.
La celulosa natural tiene propiedades intercambiadoras debido al
pequeo nmero de grupos carboxilo
que contiene su estructura. Se emplea como estructura base para,
mediante derivatizacin, dar lugar a
intercambiadores catinicos, como la carboximetilcelulosa, o
aninicos, como la dietilaminoetil (DEAE)
celulosa.
El dextrano se hace reaccionar con epiclorhidrina que acta
entrecruzando las cadenas para dar polmeros
de estructura tridimensional.
Los tres son matrices comunes empleadas en cromatografia de
intercambio inico y en la separacin de
protenas ya que al tener poros de gran tamao permiten la
separacin de biomolculas cargadas.
Estos intercambiadores se conocen tambin por sus nombres
comerciales, Sephadex (dextrano),
Sepharose (agarosa) y Sephacel (celulosa).
3.2.2. Resinas orgnicas sintticas
Las resinas sintticas de intercambio inico consisten en una
matriz polimrica reticulada por la accin de
un agente entrecruzante y derivatizada con grupos inorgnicos que
actuan como grupos funcionales. Son
los materiales ms habituales en las aplicaciones de intercambio
inico en la industria.
Como ya hemos mencionado, el desarrollo de las resinas sintticas
comenz con la sntesis de las mismas
mediante polimerizacin por condensacin (fenol-formaldehido,
epiclorhidrina-amina) y, posteriormente,
se sintetizaron mediante polimerizacin por adicin . La mayora de
las resinas comerciales estn basadas
en la estructura estireno-divinilbenceno, debido a su buena
resistencia qumica y fsica y a su estabilidad
en todo el rango de pH y a la temperatura. Tambin se emplean
matrices polmericas basadas en el cido
acrlico o metacrlico.
Policondensacin entre fenol y formaldehido
Polimerizacin entre el divinilbenceno y el cido metacrlico
En el proceso de fabricacin de la matriz polimrica, estireno y
divinilbenceno, que son insolubles en
agua, se mezclan mediante un agitador a una velocidad que rompe
la mezcla en pequeas esferas. Estas
esferas a medida que transcurre la reaccin se endurecen formando
perlas esfricas, que es la forma en la
que se suelen presentar estas resinas. En este punto, el
copolmero no esta funcionalizado.
El entrecruzamiento confiere a la resina estabilidad y
resistencia mecnica, as como insolubilidad. El
grado de entrecruzamiento es un factor importante de controlar
ya que no slo determina las propiedades
mecnicas de la resina, sino tambin su capacidad de hincharse
(swelling) y de absorber agua.
El hinchado del polmero se produce cuando el disolvente penetra
en los poros de la estructura
polimrica, ensanchandolos y abriendo, por tanto, la estructura.
A simple vista, se observa un aumento en
el volumen que ocupa la resina. El proceso de swelling favorece
la permeabilidad de iones en la matriz de
la resina y mejora la accesibilidad a los grupos funcionales.
Como inconveniente, el aumento de tamao
de la resina puede dar problemas de exceso de presin si la
resina est empaquetada en una columna y
tambin, que la resina sufra procesos de hichado y desinchado
puede, con el tiempo, afectar a la
estabilidad mecnica del polmero.
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Hay dos formas de obtener una resina de intercambio inico
funcionalizada:
1. Incorporar el grupo funcional durante la polimerizacin, por
ejemplo empleando monmeros ya
funcionalizados.
2. Primero se lleva a cabo el proceso de polimerizacin y despues
de introducen los grupos funcionales
sobre la matriz polimrica mediante las reacciones qumicas
oportunas, como sulfonacin o cloracin-
aminacin.
A pesar de que con el primer proceso se obtiene resinas ms
homogneas, las limitaciones que provoca el
entrecruzamiento hace que el proceso ms utilizado sea el
segundo.
Sobre los polmeros ya funcionalizados pueden realizarse otras
reacciones qumicas para llevar a cabo su
derivatizacin y obtener resinas con grupos funcionales ms
especficos que permitan aplicaciones ms
concretas.
Las resinas pueden clasificarse en funcin de:
Estructura de la red polimrica
Tipo de grupo funcional
Tipos de resinas de intercambio inico segn su estructura de
red
Tipo gel: Tambien conocidas como resinas microporosas ya que
presentan tamaos de poro relativamente
pequeos. En estas resinas el fenmeno swelling es muy importante,
ya que se hinchan en mayor o menor
medida en funcin del porcentaje de agente entrecruzante empleado
durante la polimerizacin y del
disolvente en el que se encuentre la resina.
Por ejemplo, una resina con baja proporcin de divinilbenceno se
hinchar mucho en disolucin acuosa,
abriendo ampliamente su estructura, lo cual permitira la difusin
de iones de gran tamao.
Resinas macroporosas: Tambin llamadas macroreticulares. Durante
la sntesis de estas resinas a partir de
sus monmeros, se utiliza un co-solvente que actua
interponiendose entre las cadenas polimricas creando
grandes superficies internas. Este disolvente se elimina una vez
formada la estructura rgida del polmero.
Las perlas tienen una relacin area/volumen mayor que las resinas
tipo gel, y por tanto, mayor capacidad
de intercambio. La estructura macroreticular favorece la difusin
de los iones, mejorando por tanto la
cinetica de intercambio.
Resinas isoporosas: Se caracterizan por tener un tamao de poro
uniforme, con lo que aumenta la
permeabilidad de los iones en el interior de la red. Son resinas
de alta capacidad, regeneracin eficiente y
de coste mas bajo que las resinas macroporosas.
Tipos de resinas de intercambio inico segn el grupo
funcional
Resinas catinicas de cido fuerte : Se producen por sulfonacin
del polmero con cido sulfrico . El
grupo funcional es el cido sulfnico, -SO3H
Resinas catinicas de cido debil: El grupo funcional es un cido
carboxlico -COOH, presente en uno de
los componentes del copolmero, principalmente el cido acrlico o
metacrlico.
Resinas aninicas de base fuerte: Se obtienen a partir de la
reaccin de copolmeros de estireno-
divinilbenceno clorometilados con aminas terciarias. El grupo
funcional es una sal de amonio cuaternario,
R4N+.
Resinas aninicas de base debil: Resinas funcionalizadas con
grupos de amina primaria, -NH2,
secundaria, -NHR, y terciaria, -NR2. Suelen aplicarse a la
adsorcin de cidos fuertes con buena
capacidad, pero su cintica es lenta.
Resinas quelatantes: En estas resinas el grupo funcional tiene
las propiedades de un reactivo especfico,
ya que forman quelatos selectivamente con algunos iones
metlicos. Los tomos ms frecuentes son
azufre, nitrgeno, oxgeno y fosforo, que forman enlaces de
coordinacin con los metales. Sus ventajas
sobre las demas es la selectividad que muestran hacia metales de
transicin y que el carcter de cido
debil del grupo funcional facilita la regeneracin de la resina
con un cido mineral. No obstante son poco
utilizadas en la industria por ser ms caras que las anteriores y
por tener una cintica de absorcin ms
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lenta. La resina quelatante ms conocida tiene como grupo
funcional el cido iminodiactico, cuya
frmula puede verse en la siguiente figura.
3.2.3. Resinas impregnadas
Constan de un soporte polimrico que se impregna con una
disolucin orgnica que contiene a un
extractante selectivo a un metal en concreto. Estas resinas
tienen un grave inconveniente que es la prdida
de disolvente durante su uso, lo cual reduce su
aplicabilidad.
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SMOSIS INVERSA
El proceso de la smosis inversa utiliza una membrana
semipermeable para separar y para
quitar los slidos disueltos, los organicos, la materia coloidal
submicro organismos, virus,
y bacterias del agua. Los contaminados eliminados son: plomo,
sulfato, calcio, magnesio,
sodio, potasio, manganeso, aluminio, cloro, nitratos, flor,
boro, compuestos orgnicos y
microorganismos. El proceso se llama smosis "inversa" puesto que
requiere la presin
para forzar el agua pura a travs de una membrana, saliendo; las
impurezas detrs. La
smosis inversa es capaz de quitar 95%-99% de los slidos
disueltos totales (TDS) y el
99% de todas las bacterias, as proporcionando un agua segura,
pura.
El ELEMENTO DE LA MEMBRANA DE OSMOSIS INVERSA
-
Mdulos de smosis Inversa
N de membranas 25
Distribucin: 2 etapas
15 membranas en 1 etapa
10 membranas en 2 etapa
Tipo de membranas
Poliamida aromtica
Tipo de arrollamiento
Espiral
Impacto de la desalacin sobre los ecosistemas.
La obtencin de agua desalada genera principalmente dos focos de
contaminacin. La emisin de gases a
la atmsfera derivados de la produccin de la energa elctrica
consumida por la planta y las aguas de
rechazo o salmueras producidas en el proceso de smosis inversa.
En plantas de smosis inversa el
volumen residual es 2.5 a 3 veces el volumen depurado pero el
vertido tiene un contenido en sales mucho
mayor.
Las aguas residuales o salmueras originadas en la desalinizacin
tienen un alto contenido en sales y
contienen sustancias qumicas, cationes sodio, Na, calcio, Ca,
cobre, Cu, hierro, Fe, niquel, Ni, cromo, Cr,
cinc, Zn, adems de aniones, fosfatos, cloro, sulfatos y otras
especies qumicas minoritarias.
-
Los fosfatos originan el proceso de eutrofizacin o crecimiento
excesivo de algas y plantas acuticas, que
cuando mueren, su materia orgnica consume gran cantidad de
oxgeno disuelto en el agua en el proceso
de descomposicin, afectando a la flora y fauna acutica.
el cloro puede formar halometanos, con propiedades cancergenas y
mutgenas.
Aunque si el vertido se realiza en el mar, las corrientes
marinas diluyen rapidamente los residuos y su
impacto es despreciable.
Si la desaladora se abastece de energa elctrica generada a
partir de la quema de combustibles fsiles,
carbn y petrleo en las centrales trmicas, se emitirn gases de
efecto invernadero, como el dixido de
carbono,CO2, y otros gases como el dixido de azufre, SO2 y xidos
de nitrgeno, NOx, responsables de
la lluvia cida. De ah la impostancia de construir desaladoras
que consuman electricidad generada
mediante sistemas de energas renovables, como la energa solar,
elica, mareomotriz, hidrulica,
geotrmica o biomasa.
Compuestos Origen/Funcin Impacto
Metales pesados: Cu, Fe, Ni,
Cr, Zn corrosin
acumulacin en el sistema, estrs a nivel
molecular y celular
Fosfatos anti-incrustantes macronutriente, eutrofizacin
BELGARD'2000 (Ac.
Mlico) anti-incrustantes desconocido
Cl- antifouling formacin compuestos halogenados,
carcingenos y mutgenos
cidos grasos tensoactivos membranas celulares
Sulfuro de sodio anticorrosivo, captura
O2 desconocido
cido sulfrico anti-incrustante en grandes cantidades baja
significativamente el
pH del sistema
Residuos slidos limpieza de membranas turbidez
Salmuera concentrado de agua de
mar variable
Temperatura tratamiento variable
Electrodilisis:
Separacin inica a travs de una serie de membranas situadas
sucesivamente y separadas entre s
milmetros. La aplicacin de campos elctricos genera la migracin
de iones que pasan por estas
membranas que actan como tamices
-
ELECTRODIALISIS
Tecnologa de membrana que se utiliza en la recuperacin de
materias primas. La electrodilisis es la
migracin de iones a travs de una membrana bajo el efecto de una
corriente elctrica.
Las unidades de electrodilisis consisten en lotes de membranas
alternas de intercambio de cationes e
intercambio de aniones, (frecuentemente dos membranas o ms), que
son perrneables a los cationes y
aniones respectivamente.
Bajo los efectos de una corriente elctrica los aniones y
caniones pasan por las membranas y forman una
solucin electroltica concentrada, lo que separa las impurezas
del agua residual que est siendo tratada.
Dicha agua debe filtrarse antes de ser sometida a la
electrodilisis para retirar la materia particulada que
pueda atascar los poros.
Tambin se recomienda el pretratamiento para separar substancias
oxidantes como el hierro o el
manganeso. Si estas cantidades estn presentes en concentraciones
de ms de 0.3 mg/l, para que no se
manchen tanto las membranas. Tambin debe realizarse la
neutralizacin con cido y productos qumicos
para evitar la formacin de escamas, lo que mejora la eficacia y
extiende la duracin de la unidad.
La electrodilisis funciona mejor en corrientes cidas con una
especie inica. Si existen soluciones de
multiples metales (latn o bronce, por ejemplo), las diferencias
en los ndices de movilidad y
concentraciones de equlibrio de los metales puede dificultar el
reciclado del bao. Se han instalado
unidades de electrodilisis para tratar desechos de flor
procedentes de fbricas de cristal y desechos de
cromo procedentes de la electroplasta con cromo, as como para
desalinazar el agua de torres de
refrigeracin.
En la electrodilisis el agua no atraviesa ninguna membrana y son
las sales disueltas las que son desviadas
por el campo elctrico creado y retenidas por membranas. La
limpieza de estas membranas se realiza
invirtiendo la polaridad del campo. Aunque no es absolutamente
necesario, si es conveniente adaptar un
pretratamiento que puede ser fsico-qumico o de
microfiltracin.
-
La electrodilisis es un proceso electroqumico que permite
desalinizar una corriente acuosa mediante el
uso de corriente elctrica. La aplicacin de una diferencia de
potencial en un apilamiento de membranas
convenientemente elegidas (ver figura) permite eliminar la mayor
parte de las sales contenidas en una
disolucin (disolucin a diluir) que pasan a otra (disolucin a
concentrar).
En el campo de la desalacin para obtener agua es muy competitiva
la electrodilisis cuando su contenido
salino es inferior a 5-6 g/l. Por otro lado la electrodilisis es
el proceso ms potente y competitivo cuando
se trate de desalinizar una corriente acuosa que contiene un
producto de alto valor aadido, que puede ser
no inico en ciertas condiciones de acidez.
Las aplicaciones bsicas de la electrodilisis convencional se
pueden agrupar en tres categoras bsicas:
1. Reduccin de la concentracin de electrolito en una
disolucin.
2. Aumento de la concentracin de electrolito en una
disolucin.
3. Separacin de electrolito de no electrolito
CAPACIDADES
Reactor de electrodilisis, 4.4 m2 de rea activa, capaz de tratar
lotes de hasta 600 litros. Sistema
automatizado
LNEAS
Desalinizacin de aguas salobres (
-
Desinfeccin
Ozonizacin
El ozono es el desinfectante ms potente que existe para fines
prcticos en el tratamiento de agua. Mata
toda clase de microorganismos. Y tiene la enorme ventaja de
revertir en oxgeno despus de hacer su
trabajo desinfectante, sin dejar residuos qumicos en el agua.
Usualmente se aplica al agua como paso
final de tratamiento, el ozono residual desaparece en cuestin de
una hora ms o menos.
Mata los microorganismos 30 a 3000 veces ms rpido que otros
desinfectantes qumicos.
No deja residuos qumicos en el agua.
Es un producto natural (oxgeno activo)
Desinfeccin sin dejar sabor desagradable en el agua.
No existe riego de sobredosificacin
No requiere de manejos de productos qumicos.
Bajo costo de operacin
Es, en nuestros das, cada vez ms frecuente tanto desde las
Administraciones Pblicas como desde las
propias industrias, el planteamiento que se realiza de
reutilizar las aguas residuales para usos que, sin
requerir unas condiciones de potabilidad, son perfectamente
aceptables para otros consumos como por
ejemplo y, entre otros, aguas de proceso, agua de riego, agua de
calderas, agua de refrigeracin, agua de
limpieza e, incluso, agua destinada a la infiltracin de acuferos
o a los ros de zonas protegidas por su
inters ecolgico.
Para tratar aguas residuales es necesario tratar con ozono a la
mxima concentracin posible.
Las ventajas son:
Mejor coeficiente en transferencia cuanto ms concentrado sea el
ozono
Mayor rapidez y viabilidad de las reacciones con las distintas
sustancias del agua residual a mayor concentracin de ozono
utilizado.
El tiempo de contacto, dependiendo de las caractersticas de las
aguas a tratar, se cifra entre 10 y 60 minutos, en funcin de si la
generacin es a travs de oxgeno o aire.
Es fundamental prever cmaras multicompartimentadas para tratar
agua residual, debido a la normal
heterogeneidad del efluente. Los diferentes componentes tienen
distinta constante cintica para su
reaccin con el ozono, y por tanto, es mejor tratarlos en etapas
seriadas, con dosificaciones distintas, que
es en lo que se basa un contactor multicmara.
Las ventajas bsicas de un tratamiento por ozono en aguas
residuales son:
-
Eliminacin de color y olores.
Eliminacin de materia orgnica.
Desinfeccin
Eliminacin de otros contaminantes.
ELIMINACIN DE COLOR
El ozono es capaz de eliminar color en la inmensa mayora de las
aguas residuales industriales
ELIMINACIN DE MATERIA ORGNICA
Toda depuracin de un agua residual ya sea industrial o urbana,
est encaminada, como aspecto ms
fundamental a reducir la materia orgnica que posee, en trminos
de D.Q.O. (Demanda qumica de
oxgeno) y D.B.O. (Demanda bioqumica de oxgeno). Son mltiples y
conocidos las distintas
operaciones unitarias que se disean para ello, destacando el
tratamiento biolgico en todas sus variantes.
Sin embargo, muchas veces nos encontramos con el problema de
haber logrado reducir en gran medida la
D.Q.O., pero no haber llegado al grado requerido, despus de
haber sometido el agua a un tratamiento
biolgico. Otras muchas veces no es posible tratar mediante un
biolgico debido a motivos econmicos o,
ms frecuentemente a la imposibilidad de mantener una poblacin
microbiana estable, en las condiciones
de heterogeneidad y variabilidad de la misma en el efluente a
tratar.
Aqu toma importancia el uso de ozono para eliminar materia
orgnica, o bien despus de un tratamiento
biolgico, o, en otras ocasiones, en ausencia del mismo.
DESINFECCIN
Cuando se trata de reutilizar el agua residual despus de su
tratamiento, el principal inconveniente que
nos encontraremos es la presencia de un gran nmero de
microorganismos. Aqu va a cobrar el ozono una
ventaja decisiva con respecto a otros tratamientos, debido a su
gran poder microbicida que, a fin de
cuentas reside en su gran potencial de oxidacin y en su
capacidad de actuar catalticamente con el
oxgeno.
Es de sobra conocido el amplio espectro microbicida del ozono y,
de hecho, se utiliza mucho con estos
fines en el tratamiento de agua potable. Su espectro pasa por
bacterias, virus, esporas, algas, protozoos y
hasta algunos pequeos organismos pluricelulares.
Paralelamente a la desinfeccin se obtiene una mejora en la
calidad del agua final debido a la mejora de
los siguientes parmetros:
Reduccin de color
Reduccin de turbidez
Reduccin de olor
Reduccin de SS
Reduccin de DQO
ELIMINACIN DE OTROS CONTAMINANTES
Existe una gran cantidad de microcontaminantes vulnerables a la
accin del ozono, y que otros
tratamientos no pueden o no llegan a eliminar completamente.
Entre ellos podemos destacar:
Fenoles.
Cianuros, ya sean libres o en complejos.
Detergentes.
Pesticidas.(En especial las triazinas y derivados)
-
Trihalometanos (T.H.M.)
Metales pesados (Fe, Mn, Cd, Ni, Co, Zn, Tl, etc.).
Cloracion
La cloracin de las aguas se considera como el mtodo ms efectivo
y econmicamente factible para la
desinfeccin de las aguas residuales.
Esta prctica ya se ha llevado a cabo en otros pases con
resultados positivos con relacin a la
desinfeccin 1/ . Es por esto, y debido al grave problema que
sufren las playas de la costa de Lima, Per
por la contaminacin bacteriolgica y micolgica, que el organismo
encargado por el saneamiento de
Lima ha decidido clorar las aguas del colector Surco.
Visto desde el aspecto bacteriolgico, este proceso parece ideal.
Sin embargo, las investigaciones indican
que la cloracin de las aguas residuales, aunque reduce el nmero
total de bacterias, aumenta la
proporcin de bacterias resistentes a antibiticos, las cuales son
potencialmente patgenas 2/ .
El cloro, ms all de su actividad desinfectante, sufre un nmero
de reacciones qumicas que deben ser
consideradas, ya que stas tienen entre sus productos compuestos
organoclorados indeseables.
En la ciudad de Lima, se utiliza el cloro gas (CL2) durante el
proceso de cloracin. Este cloro reacciona
con el agua, produciendo cido hipocloroso e in hipoclorito de la
siguiente forma:
Cl2 + H20 = HOCl + H+ + Cl- pK = 3.4
HOCl = H+ + OCl- pK = 7.5
(Las cantidades relativas de las diferentes especies oxidadas
del cloro son una funcin del pH y, a 25 C y
pH 7.5, las actividades del HOCI y del OCI - son iguales. Cabe
anotar que debido a la deficiencia de
electrones del cloro en ambas formas (el cido hipocloroso o el
in hipoclorito) los hace agentes muy
activos y por ldo tanto muy buenos oxidantes. Los protones
producidos en esta reaccin so neutralizados
por el bicarbonato segn:
HCO3 - + H+ = H2C03
H2 CO3 = CO2 + H20
Para lograr la desinfeccin de las aguas se dosifica a niveles
conocidos de cloro activo, en cualquiera de
sus diferentes formas, lo cual decrece luego de un perodo de
contacto. Cabe anotarse que para producir el
efecto desinfectante, el cloro dosificado slo debe ser consumido
parcialmente. Es decir, luego del
perodo de contacto debe mantenerse un nivel adecuado de cloro
residual. A esta variavin, entre el nivel
de cloro terico alcanzado luego de la dosificacin y el nivel de
cloro residual, se le denomina "demanda
de cloro", y se debe a la gran variedad de reacciones entre el
cloro activo y los compuestos presentes en el
agua residual y tambin en algunas circunstancias a su propia
descomposicin.
Podriamos agrupar estas reacciones del siguiente modo:
-
a) Las provocadas por la radiacin solar
b) las que se producen entre el cloro activo y los compuestos
inorgncos
c) Las reacciones del cloro activo con el amoniaco y el nitrgeno
orgnico, y,
d) Las producidas entre el cloro activo y los compuestos
orgnicos.
a) Reacciones provocadas por la radiacin solar.
Se producen debido a la accin de la radiacin ultravoleta que
provee de energa para que se produzca la
reaccin entre el cloro y el agua.
2HOC1 - 2H+ + 2Cl- + 02
b) Reacciones del cloro activo con compuestos norgncos.
Estas reacciones se producen con compuestos norgnicos reducidos,
por ejemplo, Mn(II), Fe(II), NO2-,
S(-II). En general estas reaccones de redox son rpidas, como por
ejemplo en el caso del Fe(II) :
HOC1 + H+ + 2Fe 2+ - 2Fe+3 + Cl- + H20
Las reacciones del cloro con el S(II), NO2siguen este mismo
comportamiento, al igual que el Mn(II) slo
que en este ltimo ocurre solo a pH > 8.5. A pHs altos tambin
se formarn polisulfitos a partir de los
sulfitos.
Si hay NO2- en el efluente el cloro activo lo oxidar a
nitratos:
HOCI + NO2- = NO3- + Cl- + H+
c) Reacciones con el amonio y con el nitrgeno orgnico
Estas son diferentes a las que se producen con los compuestos
inorgnicos y orgnicos. El cloro activo
cuando reacciona con el amonio genera los compuestos denominados
cloraminas (Cuadro 1) y
eventualmente a una variedad de productos libres de cloro que
contienen nitrgeno (Cuadro 2). Los
mecanismos de reaccin son complejos y los productos varan
segn,las condiciones de pH,
concentracin del Cl 2, nivel de amonio y tiempo de contacto.
Puede resumiese como un proceso por
pasos:
NH3(aq) + HOC1 - NH2Cl + H20
NH2Cl + HOC1 - NHCl2 + H2O
NHC12 + HOCI = NCl3 + H20
la formacin de los productos finales de oxidacin dados en el
cuadro 2 dependen de la relacin cantidad
de cloro/cantidad de nitrgeno amoniacal presente.
Con compuestos de nitrgeno orgnico el cloro reacciona fcilmente
dando productos tales como la
metilamna:
HOC1 + CH3NH2 - CH3NHC1 + H20
o de dcloro metilamna:
HOC1 + CH3NHC1 - CH3NHCl2 + H20
d) Reacciones producidas con compuestos orgncos.
-
Son las que consideramos de mayor inters en el proceso de
desinfeccin de aguas residuales.
Las aguas residuales tienen un alto contenido de materia
orgnica. Esta tiene una enorme variedad de
estructuras qumicas las cuales dependen del origen de la misma.
An as, se espera la presencia de
ciertos tipos de materia orgnica. Por ejemplo, se espera
encontrar carbohidratos, cidos grasos y
protenas, a diferentes niveles de biodegradaci6n y otras
materias de origen vegetal y animal; aceites y
grasas, insecticidas, surfactantes y otros residuos sintticos.
Estos compuestos orgnicos tienen
estructuras alifticas y aromticas, y contienen oxgeno, y
nitrgeno. Por ejemplo, los productos de la
semibiodegradac6n de cierto tipo de surfactantes, los cidos
alkilfenox carboxilcos los cuales tienen las
siguientes estructuras qumicas3/
En general, la estructura fenlica y los compuestos alifticos no
saturados son bastante comunes. Por
ejemplo, los derivados de la lignina, los cidos hmicos y
flvicos, los cidos grasos no saturados, etc.
En el caso de compuestos orgnicos, los electrones ms reactivos y
por lo tanto los compuestos ms
fciles de combinar sern aquellos que en su estructura tengan
doble enlace. En la cloracin de
compuestos orgnicos se reconocen ciertos mecanismos tpicos 4/.
Por ejemplo:
1. Reaccin con el anillo aromtico, especialmente el fenlico. Por
ejemplo:
La cloracin puede ser extensiva, es decir, puede encontrarse la
serie de fenoles clorados hasta
pentaclorofenol. La actividad de cada anillo depende del tipo de
compuesto de origen, cabe anotar el
fuerte olor que presentan estos compuestos. Es posible que con
una cloracin intensiva y a
concentraciones ms elevadas se produzcan compuestos orgnicos
clorados de menor pero molecular
como los trihalometanos 5/.
-
Tambin se encuenctra la ruptura del anillo aromtico en la
formacin de cloroformo 6/.
Segn Norwood et al 7/, stos no son los nicos mecanismos en la
formacin de compuestos
organoclorados, ya que a menudo se encuentran compuestos que no
resultaran de estos mecanismos.
Norwood et al sugieren que an falta mucha investigacin para
poder reconocer todos los procesos dentro
de un sistema tan complejo como pueden ser las aguas naturales y
residuales.
-
De igual modo an cuando se han identificado compuestos derivados
de la cloracin, hay muchos otros
que an no han podido ser determinados.
Riesgos de producc6n de txicos y la bioconcentracin de los
mismos
Ms all de las reacciones especficas se han realizado pruebas de
cloracin de aguas residuales
municipales. Glaze et al 8/ cloraron aguas residuales y
posteriormente hicieron anlisis de TOC1 y de
compuestos especficos por cromatografa de gas/espectrometra de
masa. Se encontr que el tratamiento
de aguas residuales resulta en un aumento significativo de TOC1.
En lo que se refiere a compuestos
clorados especficos se encontr una gran variedad de stos. La
gran mayora son derivados de
compuestos aromticos, aunque tambin se encontraron compuestos no
aromticos (ver cuadro 3). Glaze
et al coinciden con Norwood et al en que no todos los compuestos
son el resultado de mecanismos
conocidos.
Una vez formados, los compuestos organoclorados pueden
permanecer en solucin o adherirse a las
partculas suspendidas que se encuentran en el medio acuoso.
Dentro del ecosistema marino, tienen
posibilidad de permanecer suspendidos en el agua, ser
bioconcentrados por organismos marinos o
sedimentar. No se espera la sedimentacin inmediata ya que las
corrientes marinas tienden a ser
suficientemente fuertes para que el transporte sea horizontal y
no vertical. El nivel de bioconcentracin
depende del compuesto y de la especie marina. la bioconcentracin
puede suceder por difusin del
compuesto orgnico por el epitelio del organismo o por consumo de
partculas. Tpicamente, aquellos
organismos con contenido ms alto de grasa concentrarn ms, ya que
estos compuestos son lipoflicos.
Los compuestos alifticos organoclorados no tienden a bioacumular
mucho. Por ejemplo, el cloroformo
tiene un factor de bioconcentracin (FBC)* de 62. Por otro lado,
los compuestos halogenados aromticos
tienden a bioconcentrar ms. Por ejemplo. el mono cloro benzeno
tiene de 2509/ y el tricloro fenol de
190010/.
Es claro que el nivel de bioconcentracin no es el nico parmetro
de importancia, sino que nfluye
tambin la concentracin en la que se encuentra el compuesto en el
ambiente. Es imposible estimar la
concentracin de TOC1 o de compuestos especficos ya que no se ha
realizado ningn estudio afn a este
tema. Sin embargo, pueden esperarse concentraciones
relativamente elevadas debido al alto contenido de
materia orgnica, por un lado, y por otro la alta concentraci6n
de cloro que ser necesario utilizar para
alcanzar los niveles de conformes deseados en los afluentes.
Los compuestos organoclorados son tpicamente txicos y a menudo
cancergenos para el ser humano
como para otros organismos. El hecho de consumir pescado de la
baha limea expone al consumidor a la
ingestin de estos compuestos, lo cual puede, a largo plazo ir en
detrimento de su salud.
Por lo expuesto arriba, es opinin de los autores que previo a la
cloracin de las aguas residuales, debera
de llevarse a cabo una evaluaci6n completa del impacto que
tendra este proceso en el ambiente y en el
ser humano.
Cuadro 1. Productos de la Cloracin del Amonio
Nombre Frmula
Monocloramina NH2Cl
Dicloramina NHCL2
Tricloramna o tricloruro de nitrgeno NCl3
-
Cuadro 2. Posibles Productos de Oxidacin de Amonio por Cloro
Productos de Relacin de Cl2 reducico
N-NH3 oxidado
Nombre Frmula Base Molar Base peso
Hidrazina N2H4 0.5 2.54
Hidroxilamna NH20H 1.0 5.07
Nitrgeno N2 1.5 7.61
Oxido nitroso N20 2.0 10.1
Oxido ntrico NO 2.5 12.7
Ntrito NO2- 3.0 15.2
Tetra6xido de
nitrgeno N204 3.5 17.7
Nitrato NO3 - 4.0 20.3
Cuadro 3. Compuestos Organoclorados hallados como resultado de
la
cloracin de aguas residuales 8
No aromticos
Cloroformo Clorociclohexano
Dibromoclorometano Tetracloracetona
Diclorobutano Pentacloroacetona
3-Cloro-2-metil-1-
eno Hexacloroacetona
Aromticos
O-Diclorobenzeno Tricloroetilbenzeno
p-Diclorobenzeno Triclorocumeno
Cloroetilbenzeno Diclorotolueno
Dicloroetilbenzeno Clorocumeno
N-metil-tricloroanilina Triclorofenol
Triclorodimetoxibenzeno Tetraclorofenol
Tetracloroetil estireno Tetracloro
Triclorometilestireno dimetoxibenzeno
Cloro- metilbenzil alcohol Tricloroftalato
Dicloro- metilbenzil alcohol Tetracloroftalato
* El factor de bioconcentracin es igual a la relacin de la
concentracin en el organismo versus
la concentracin en el agua. Estos factores son obtenidos en el
laboratorio por medio de
experimenos de bioensayo con organismos especficos. Por esta
razn, los nmeros no
deben de ser tomados como absolutos.
LMPARAS DE LUZ ULTRAVIOLETA
-
Es un proceso germicida que logra erradicar la contaminacin
microbiolgica. Con una tecnologa simple
(sin adicin de qumicos ni cambios en la qumica general del
agua), se hace pasar el influente por un
cmara donde se encuentran las lmparas que emiten rayos de luz
ultravioleta. Cuando los
microorganismos tienen contacto con la radiacin UV son
automticamente destruidos, logrando una
exterminacin del 99.99%. No necesita mantenimiento, 100%
automtica, no daa al medio ambiente,
fcil de instalar, ms efectiva que el cloro.
El ultravioleta es una regin de energa del espectro
electromagntico que yace entre la regin de
radiografa y la regin visible. UV por s misma yace en las gamas
de 200 nanmetros (1.0 nanometro
(nm) = 10 metros) a 390 nanmetros. Como los niveles de energa
aumentan como los aumentos de
longitud de onda, las radiografas tienen ms energa que UV y UV
tiene ms energa que el espectro luz
visible.
El espectro UV se divide en cuatro regiones, que se designa el
vaco UV, UV-A, UV-B, y UV-C.
Nosotros particularmente nos enfocamos en los tres ltimos.
UV-A u onda larga ultravioleta, ocurre entre 325 y 390 nm, es
representado por la luz solar. Este rango
tiene poco valor germicida.
UV-B u onda media ultravioleta ocurre entre 295 y 325 nm y es
mejor conocido para su uso en lmparas.
Estas ondas medias tambin se encuentran en la luz solar y
proveen de algn efecto germicida si la
exposicin es suficiente.
UV-C u onda corta ultravioleta ocurre entre 200 y 295 nm y es
donde ms ocurre el efecto germicida. La
ptima accin UV germicida ocurre en 265 nm.
EFECTO DEL ULTRAVIOLETA
Cuando un microorganismo se expone a UV, los ncleos de las
clulas, debido a los procesos photolytic,
esto modifica la; divisin de la clula, y por lo tanto la
reproduccin es prevenida.
UV-C PRODUCTION
La fuente de ultravioleta es basicamente una fusion de un tubo
de silicio cuarzo, tipicamente de con un
diametro comprendido entre 15mm y 25mm y con una longitud que va
desde 100mm hasta 1200mm. El
gas inerte con el cual el tubo es llenado proporciona la
descarga primaria y la accion necesaria para
excitar y vaporizar los minusculos depositos de mercurio.
La baja presion de la lampara UV es solo capaz de producir
lineas entre 185nm y 254nm. Un aumento en
el suministro presente causa que la lampara de UV se caliente
rapidamente aumentando la presion del
mercurio para producir la tipica presion media espectral de
salida.
DOSIS ULTRAVIOLETA
-
La dosis UV es el producto de la intensidad de UV (expresado
como energia por unidad de area)
Por lo que:- DOSIS = I x T
Esto es comunmente expresado como 1mj/cm=2 micro vatio
segundo/cm2
La minima dosis pared expresada por Willand da al usuario el
aseguramiento garantizado del exito del
suceso. Las dosis medias y acumulativas son ofrecidas por otros
dependiendo de las caracteristicas de
turbulencia del flujo las cuales pueden desaparecer cuando el
flujo es variable.
Willand recomendara la dosis de UV apropiada para cada
aplicacion dentro de la calidad del agua,
envejeciendo tubos de arco , standar industriales y desafios
microbiologicos.
APLICACIONES DESINFECCION
LIQUIDOS :- Agua, Siropes, Emulsiones,Sal. SUPERFICIE :-
Empaquetando, Transportadores,
Alimento, Superficies De trabajo. GASES/AIRE :- Preoaracion de
comida, limpieza de cuartos, Aire
acondicionado. REACCIONES FOTOQUIMICAS
OXIDACION :- TOC reduccion, Ozono destruccion, Separacion del
cloro. CATALiSIS :- Separacion del
pesticida, tratamiento de aguas residuales, recuperacion del
suelo. DESODORIZACIN:- Aguas
residuales y emisiones industriales.
LOS FACTORES QUE AFECTAN LA UV
La eficiencia de un sistema UV para eliminar la contaminacin
biolgica es directamente dependiente de
las calidades fsicas del influente de agua.
SOLIDOS SUSPENDIDOS o partculas ocasionan un problema de
blindaje en que un microbio puede
pasar al travs del esterilizador sin realmente tener la
penetracin UV directa. Este blindaje puede ser
reducido por la filtracin mecnica a por lo menos cinco micras en
el tamao.
FIERRO Y MANGANESO en niveles 0.03 ppm de fierro y 0.05 ppm de
manganeso ocasionarn
manchado sobre el cartucho de cuarzo o lmpara. Un apropiado
pretratamiento se requiere para eliminar
este problema de manchado.
CALCIO Y MAGNESIO (Dureza) permitir formacin de incrustaciones
sobre el cartucho de cuarzo o
lmpara. Este problema especialmente se magnificar cuando el
flujo es bajo (o ninguno) los iones de
magnesio y calcio se unen con carbonatos y sulfatos para formar
acumulacin progresiva de
incrustaciones dentro de la cmara de esterilizador y sobre la
lmpara o cartucho.
OTROS COMPUESTOS ABSORBENTES tales como cido hmico y fmico, as
como tambin los
taninos reducirn la cantidad de energa UV disponible para
penetrar el agua y afectar el material gentico
DNA, de la cella.
La temperatura es un factor determinante. La temperatura ptima
de la lmpara UV debe estar cerca de
40 C (104F). Los niveles de UV fluctuarn con niveles de
temperatura excesivamente bajos o altos. Un
cartucho de cuarzo se utiliza para mediar el contacto
agua/lmpara, reduciendo fluctuacin de
temperatura. Un mtodo tpico empleado en un sistema sin cartucho
de cuarzo, es restringirlo
considerando estas fluctuaciones.
-
VENTAJAS
El bajo costo de inversin inicial, as como tambin reduccin de
gastos de operacin cuando se compara con tecnologas similares tales
como ozono, cloro, etcetera.
Proceso de tratamiento inmediato, ninguna necesidad que tanques
de retencin.
Sumamente econmico, centenares de galones pueden tratarse por
centavos de costo de operacin.
Ningn qumico para agregar al abastecimiento de agua, ningn
subproducto.
Ningn cambio en el gusto, olor, pH o conductividad ni la qumica
general de el agua.
La operacin automtica sin mediciones o atencin especial.
La simplicidad y facilidad de mantenimiento, perodo de limpieza
y reemplazo anual de lmpara, sin partes mviles.
Ninguna manipulacin de qumicos txicos, ninguna necesidad de
requerimientos especializados de almacenaje.
La instalacin fcil, dos conexiones de agua y una conexin de
energa.
Ms efectivo contra virus que el cloro.
Es compatible con cualquier proceso de tratamiento de agua, por
ejemplo: Osmosis Inversa, Destilacin, Intercambio Inico,
etctera.
Lamparas germicidas de Luz Ultravioleta Marca Water Tec en PVC
(comerciales e industriales)
MODELO DESCRIPCION GMP Watts BULBOS PRECIO
WTUV-3
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones
3/4", PVC en linea.
3 25 1 $1,773.00
WTUV-8
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones
3/4", PVC en linea.
8 25 1 $2,088.00
WTUV-12
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones
3/4", PVC en linea.
12 39 1 $ 2,655.00
WTUV-30
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones 1",
PVC montaje de pared.
30 78 2 $5,831.00
WTUV-45
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones 1",
PVC montaje de pared.
45 117 3 $ 8,613.00
WTUV-60
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones 2",
PVC montaje de pared.
60 156 4 $ 9,765.00
WTUV-90
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones 2",
PVC montajede piso.
90 234 6 $ 18,600.00
WTUV-120
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones 2",
PVC montajede piso.
120 312 8 $ 22,500.00
WTUV-150
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones 3",
PVC montajede piso.
150 390 10 $ 29,430.00
WTUV-180 Tubo cuarzo, balastra, con 180 468 12 $ 27,531.00
-
indicador LED, conexiones 3",
PVC montajede piso.
WTUV-240
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones 3",
PVC montajede piso.
240 624 16 $ 37,297.00
WTUV-300
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones 3",
PVC montajede piso.
300 780 20 $ 62,757.00
WTUV-300
Tubo cuarzo, balastra, con
indicador LED, conexiones 3",
PVC montajede piso.
400 930 28 $ 90,50000