lunes, 31 de mayo de 2010

Características de las aguas residuales

Sustancias químicas (composición)
Las aguas servidas están formadas por un 99% de agua y un 1% de sólidos en suspensión y solución. Estos sólidos pueden clasificarse en orgánicos e inorgánicos.
Los sólidos inorgánicos están formados principalmente por nitrógeno, fósforo, cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y algunas sustancias tóxicas como arsénico, cianuro, cadmio, cromo, cobre, mercurio, plomo y zinc.
Los sólidos orgánicos se pueden clasificar en nitrogenados y no nitrogenados. Los nitrogenados, es decir, los que contienen nitrógeno en su molécula, son proteínas, ureas, aminas y aminoácidos. Los no nitrogenados son principalmente celulosa, grasas y jabones. La concentración de orgánicos en el agua se determina a través de la DBO5, la cual mide material orgánico carbonáceo principalmente, mientras que la DBO20 mide material ogánico carnonáceo y nitrogenado DBO2.
Aniones y cationes inorgánicos y compuestos orgánicos
Características bacteriológicas
Una de las razones más importantes para tratar las aguas negras o servidas es la eliminación de todos los agentes patógenos de origen humano presentes en las excretas con el propósito de cortar el ciclo epidemiológico de transmisión. Estos son, entre otros:
Coliformes totales
Coliformes fecales
Salmonellas
Virus
Contenido en partículas radioactivas
A efectos del tratamiento, la gran división es entre materia en suspensión y materia disuelta.
La materia en suspensión se separa por tratamientos físicoquímicos, variantes de la sedimentación y filtración. En el caso de la materia suspendida sólida se trata de separaciones sólido - líquido por gravedad o medios filtrantes y, en el caso de la materia aceitosa, se emplea la separación L-L, habitualmente por flotación.
La materia disuelta puede ser orgánica, en cuyo caso el método más extendido es su insolubilizción como material celular (y se convierte en un caso de separación S-L) o inorgánica, en cuyo caso se deben emplear caros tratamientos físicoquímicos como la ósmosis inversa.
Los diferentes métodos de tratamiento atienden al tipo de contaminación: para la materia en suspensión, tanto orgánica como inorgánica, se emplea la sedimentación y la filtración en todas sus variantes. Para la materia disuelta se emplean los tratamientos biológicos (a veces la oxidación química) si es orgánica, o los métodos de membranas, como la ósmosis, si es inorgánica.
También hay otros parámetros a tener en cuenta como fósforo total, nitritos, sulfuros, sólidos disueltos.
Análisis más frecuentes para aguas residuales
Determinación de sólidos totales
Método
Evaporar al baño maría 100 ml de agua bruta tamizada.
Introducir el residuo en la estufa y mantenerlo a 105ºC durante 2 horas.
Pasarlo al desecador y dejar que se enfríe.
Pesar. Sea Y el peso del extracto seco a 105ºC
Calcinar en un horno a 525± 25ºC durante 2 horas.
Dejar que se enfríe en el desecador.
Pesar. Sea Y´ el peso del residuo calcinado.
Cálculos
Peso de la fracción orgánica de los sólidos totales de la muestra=Y-Y´, siendo Y el peso de las materias totales de la muestra e Y’ el peso de la fracción mineral de las materias totales de la muestra.
Análisis microbiológico
En aguas residualesAsesoramiento técnico sobre tratamiento de aguas residuales industriales y urbanasEstudio técnicos para la optimización y puesta a punto de procesos de depuración mediante ensayos de Jar-test.Control de rendimiento de sistemas de depuración biológicos (estudio del influente, efluente, fango activo)Toma de muestras puntual o integrada.Realización de análisis in-situCaracterización físico-química y microbiológica de las aguasAsesoramiento sobre el cumplimiento de la legislación vigente segúne le medio receptor del vertido.
Determinación de la DBO
Es un método que constituye un medio válido para el estudio de los fenómenos naturales de destrucción de las materias orgánicas, representando la cantidad de oxígeno consumido por los gérmenes aerobios para asegurar la descomposición dentro de condiciones bien especificadas de las materias orgánicas contenidas en el agua a analizar.
La curva de consumo de oxígeno es al principio débil y después se eleva rápidamente hasta un máximo sostenido, bajo la acción de la fase logarítmica de crecimiento.
La oxidación de las materias no es sólo la causa del fenómeno, sino que también intervienen la oxidación de nitritos y de las sales amoniacales, así como las necesidades originadas por los fenómenos de asimilación y de formación de nuevas células.
De igual modo, las variaciones se producen también según especie de gérmenes, concentración de estos y su edad, presencia de bacterias nitrificantes y de protozoos consumidores propios de oxígeno que se nutren de las bacterias, entre otras causas. Es por todo esto que este test ha sido constantemente objeto de discusiones y podemos decir que las dificultades de aplicación, interpretación de los resultados y reproductibilidad, se deberán al carácter biológico del método.
El fundamento del método, consiste en medir la cantidad de O2 disuelto en un medio de incubación al comienzo y al final de un período de 5 días, durante el cual la muestra es mantenida al abrigo del aire, a 20° C, y en la oscuridad para inhibir la eventual formación de O2 por las algas.
Para su determinación se dispone de métodos de dilución (el que se explicará a continuación) y métodos instrumentales que se derivan de métodos respirométricos que permiten seguir automáticamente la evolución de la DBO en el curso de oxidación de las materias orgánicas contenidas en el agua.
Las condiciones de la medida, en las que el agua a estudiar está en equilibrio con una atmósfera cuya presión y concentración en oxígeno permanecen constantes, se acercan así a las condiciones reales de la autodepuración de un agua residual.
Método por dilución
Principio
La DBO se define como la cantidad de oxígeno consumido en las condiciones del ensayo, es decir, después de la incubación durante 5 días, a 20ºC y en la oscuridad, para ciertas materias presentes en el agua, principalmente para su degradación por vía biológica
Reactivos
Agua destilada
Agua residual urbana reciente
Solución de fosfatos:
Monohidrógenofosfato de sodio: 8,493 g
Dihidrogenofosfato de potasio: 2,785 g
Agua destilada hasta enrase a 1000 ml
Homogeneizar perfectamente la solución:
·
Solución de sulfato de magnesio de 20 g/l
Solución de cloruro de calcio de 25 g/l
Solución de cloruro de hierro de 1,5 g/l
Solución de cloruro de amonio de 2 g/l
Preparación del agua de dilución:
Se prepara a partir de agua destilada introduciendo en un recipiente:
·
Solución de fosfato…………………………5 ml
Solución de sulfato magnésico…………1 ml
Solución de cloruro cálcico………………1 ml
Solución de cloruro de hierro…………1 ml
Solución de cloruro amónico……………1 ml
Agua destilada hasta enrase a 1000 ml
Esta solución se mantiene a 20ºC y debe de airearse procurando evitar toda contaminación por metales, materias orgánicas, oxidantes o reductores.
Se detendrá la aireación cuando la solución contenga 8 mg/l de oxígeno disuelto.
Dejar en reposo durante 12 horas manteniendo el recipiente destapado
Añadir 5 ml de agua residual urbana por litro de esta solución. (Esta agua de dilución, deberá utilizarse dentro de las 24 horas siguientes a su preparación.)
Procedimiento
Introducir un volumen conocido de agua a analizar en un matraz aforado y completar con el agua de dilución.
Verificar que el pH se encuentra entre 6-8. ( En caso contrario, preparar una nueva dilución llevando el pH a un valor próximo a 7 y después ajustar el volumen)
Llenar completamente un frasco con esta solución y taparlo sin que entren burbujas de aire.
Preparar una serie de diluciones sucesivas.
Conservar los frascos a 20ºC ± 1ºC y en la oscuridad.
Medir el oxígeno disuelto subsistente al cabo de 5 días.
Practicar un ensayo testigo determinando el oxígeno disuelto en el agua de dilución y tratar dos matraces llenos de esta agua como se indicó anteriormente.
Determinar el oxígeno disuelto.
En el curso del ensayo testigo, el consumo de oxígeno debe situarse entre 0,5 y 1,5 g/l. En el caso contrario, la inoulación con el agua destilada no es conveniente y se necesitará modificar la preparación.
Interpretación de los resultados
DBO= F (To-T5)-(F-1)(D0-D5)
Donde:
D0 = Contenido de oxígeno (mg/l) del agua de dilución al principio del ensayo.
D5 = Contenido medio de oxígeno (mg/l) del agua de dilución al cabo de 5 días de incubación.
T0 = Contenido de oxígeno (mg/l) de una de las diluciones de la muestra al principio del ensayo.
T5 = Contenido de oxígeno (mg/l) de una de las diluciones de la muestra al cabo de 5 días de incubación.
F = Factor de dilución.
Determinación de la DQO
La demanda química de oxígeno (DQO) es la cantidad de oxígeno consumido por las materias existentes en el agua y oxidables en condiciones operatorias definidas. La medida corresponde a una estimación de las materias oxidables presentes en el agua, cualquiera que sea su origen orgánico o mineral.
Este ensayo es muy útil para la apreciación del funcionamiento de las estaciones depuradoras.
La DQO está en función de las características de las materias presentes, de sus proporciones respectivas, de las posibilidades de oxidación, etc. Es por esto que la reproductividad de los resultados y su interpretación no podrán ser satisfechos más que en condiciones de metodología bien definidas y estrictamente respetadas.
Toma de muestras
Es preferible realizar la toma de muestras en recipientes de vidrio, puesto que los de plástico pueden contaminar la muestra con materiales orgánicos.
Se deberá proceder a analizar la DQO rápidamente, después de tomar la muestra que además deberá de ser representativa y estar bien homogeneizada.
Antes del análisis, el agua tamizada se decanta en un cono especial durante 2 horas, tomándose entonces el agua residual por sifonación en la zona central de la probeta.
Método del dicromato potásico
Principio
En condiciones definidas, ciertas materias contenidas en el agua se oxidan con un exceso de dicromato potásico, en medio ácido y en presencia de sulfato de plata y sulfato de mercurio.
El exceso de dicromato potásico se determina con el sulfato de hierro y de amonio.
Reactivos
Agua destilada recientemente preparada
Sulfato de mercurio cristalizado.
Solución de sulfato de plata:
Sulfato de plata cristalizado: 6,6 g y enrasar con ácido sulfúrico hasta 1000 ml.
Solución de sulfato de hierro y de amonio 0,025 N*
Sulfato de hierro y amonio: 98 g
Ácido sulfúrico: 20 ml
Enrasar con agua destilada hasta enrase a 1000 ml
El valor de esta solución debe verificarse todos los días.
Solución de dicromato potásico 0,25N:
Dicromato potásico (secado 2 horas a 110ºC): 12,2588 g y enrasar con agua destilada hasta 1000 ml.
Solución de ferroína:
1,10-fenantrolina: 1,485 g
Sulfato de hierro: 0,695 g y enrasar con agua destilada hasta 100 ml.
Disolver la fenantrolina y el sulfato de hierro en agua y completar el volumen. Se puede también utilizar una solución comercial.
Habrá que verificar el valor de la solución de sulfato de hierro y amonio:
En un vaso de precipitado introducir 25 ml exactamente medidos de solución de dicromato potásico 0,25 N y completar a 25 ml con agua destilada.
Añadir 75 ml de ácido sulfúrico y dejar que se enfríe.
Añadir algunas gotas de solución sulfúrica de solución de ferroína y determinar la cantidad necesaria de solución de sufato de hierro y de amonio para obtener el viraje al rojo violáceo.
T= ml K2Cr2O7 x 0,25 ml Fe
Procedimiento
Introducir 50 ml de agua a analizar en un matraz de 500 ml
Añadir 1 g de sulfato de mercurio cristalizado y 5 ml de solución sulfúrica de sulfato de plata.
Calentar, si es necesario, hasta disolución perfecta.
Añadir 25 ml de disolución de dicromato potásico 0,25 N y después 70 ml de solución sulfúrica de sulfato de plata.
Llevar a ebullición durante 2 horas bajo refrigerante a reflujo adaptado al matraz.
Dejar que se enfríe.
Diluir a 350 ml con agua destilada.
Añadir algunas gotas de solución de ferroína.
Determinar la cantidad necesaria de solución de sulfato de hierro y amonio para obtener el viraje al rojo violáceo.
Proceder a las mismas operaciones con 50 ml de agua destilada.
Expresión de los resultados
DQO (mg/l)= 8000 (V0-V1)T/V
Donde
V0 es el volumen de sulfato de hierro y amonio necesario para la determinación (ml)
V1 es el volumen de sulfato de hierro y amonio necesarios para el ensayo en blanco (ml)
T es el valor de la solución de sulfato de hierro y amonio
V es el volumen de la muestra tomada para la determinación.

Demanda biológica de oxígeno (DBO)
El método más usado es el de la demanda biológica de oxígeno, que se simboliza DBO. La DBO se define como la cantidad de oxígeno usada por la materia orgánica en la estabilización del agua residual o servida en un período de 5 días a 20º C. El concepto de DBO es muy usado y, por lo tanto, se requiere una especial comprensión del mismo.
Ejemplo
Oxígeno disuelto al inicio (100 mg/100ml)
Oxígeno disuelto al término (60 mg/100ml)
Esto indica que la DBO del agua en estudio es de 40 mg/100ml. Mientras mayor sea la DBO mayor será la cantidad de materia orgánica disuelta en el agua servida. En general las aguas potables no superan los 5 mg/100ml pero las aguas servidas pueden tener 300 mg/100ml.
Según Mc Kinney (1962), "El test de la D.B.O. fue propuesto por el hecho de que en Inglaterra ningún curso de agua demora más de 5 días en desaguar (desde nacimiento a desembocadura). Así la D.B.O. es la demanda máxima de oxígeno que podrá ser necesario para un curso de agua inglés".

No hay comentarios:

Publicar un comentario