UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID - core.ac.uk · que las vidas son breves mascaradas; Aquí aprendemos a reír con llanto y también a llorar con carcajadas! DEDICATORIA . A mis

UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

IINNVVEESSTTIIGGAACCIINN SSOOBBRREE EELLIIMMIINNAACCIINN DDEE SSAALLEESS MMEETTLLIICCAASS PPOORR PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOOSS

AAVVAANNZZAADDOOSS

TESIS DOCTORAL

Radams Trejo Valencia Ingeniero Ambiental (ITM MEX)

Madrid, 2008

DEPARTAMENTO DE ORDENACIN DEL TERRITORIO, URBANISMO Y MEDIO

AMBIENTE

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

TESIS DOCTORAL

IINNVVEESSTTIIGGAACCIINN SSOOBBRREE EELLIIMMIINNAACCIINN DDEE SSAALLEESS MMEETTLLIICCAASS PPOORR PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOOSS

AAVVAANNZZAADDOOSS

AUTOR

Radams Trejo Valencia Ingeniero Ambiental (ITM MEX)

DIRECTOR:

Aurelio Hernndez Muoz Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Madrid, 2008

D.12

UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID

Tribunal nombrado por el Mgfco. Y Excmo. Sr. Rector de la Universidad

Politcnica de Madrid, el da . De. De 200

Presidente D. ____________________________________________________

Vocal D.____________________________________________________

Vocal D.____________________________________________________

Vocal D.____________________________________________________

Secretario D.____________________________________________________

Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el da ___de___________de

200__ en la E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la U.P.M.

Calificacin:________________________

EL PRESIDENTE: LOS VOCALES: EL SECRETARIO:

NO QUIERO CONVENCER A NADIE, DE NADA

No quiero convencer a nadie de nada. Tratar de convencer a otra

persona es indecoroso, es atentar contra su libertad de pensar o creer o

de hacer lo que le d la gana. Yo quiero slo ensear, dar a conocer,

mostrar, no demostrar. Que cada uno llegue a la verdad por sus propios

pasos, y que nadie le llame equivocado o limitado. (Quin es quin para

decir "esto es as", si la historia de la humanidad no es ms que una

historia de contradicciones y de tanteos y de bsquedas!).

Si a alguien he de convencer algn da, ese alguien he de ser yo mismo.

Convencerme de que no vale la pena llorar, ni afligirse, ni pensar en la

muerte. "La vejez, la enfermedad y la muerte", de Buda, no son ms que

la muerte, y la muerte es inevitable. Tan inevitable como el nacimiento.

Lo bueno es vivir del mejor modo posible. Peleando, lastimando,

acariciando, soando. (Pero siempre se vive del mejor modo posible!)

Mientras yo no pueda respirar bajo el agua, o volar (pero de verdad

volar, yo solo, con mis brazos), tendr que gustarme caminar sobre la

tierra, y ser hombre, no pez ni ave. No tengo ningn deseo que me digan

que la luna es diferente a mis sueos.

Jaime Sabines

A la memoria de D. Alfonso Trejo.

El carnaval del mundo engaa tanto,

que las vidas son breves mascaradas;

Aqu aprendemos a rer con llanto

y tambin a llorar con carcajadas!

DEDICATORIA

A mis padres, D. Radams Trejo Gonzlez y Da. Raquel Valencia

Aguirre, por su enorme amor, incomparable apoyo, e inigualable

conviccin al trabajo. Gracias Pap (Jefe), por tu ejemplo de trabajo

incansable y de amor al servicio; Pero ante todo, gracias por haberme

dado la anestesia precisa para lograr este sueo. Gracias Mam, por

ensearme el valor de la responsabilidad, pero sobre todo, por ser mi

bastin cuando pensaba que la distancia me consuma. Por lo anterior,

y por muchas cosas ms, resultara imposible intentar comprender la

elaboracin de esta investigacin sin ustedes, mis padres.

A mi hermana Aixa, por mostrarme su respaldo, cario y seguridad a

lo largo de esta aventura Gracias por todo Nena!

A mis abuelos, porque a travs de su ejemplo he comprendido que el

trabajo diario rinde frutos. Mi respeto y mi amor siempre para con

ustedes.

A Dreysi (Mi chapis), por apoyarme estoicamente en la realizacin de

este sueo, pero sobre todo, por tu amor inquebrantable a pesar de la

distancia y el tiempo.

A todos y cada uno de los que forman parte de mi hermosa familia.

A D. Aurelio Hernndez Muoz, por su atinada tutora y direccin en

esta etapa de mi vida, quien con base en trabajo ha contribuido a mi

formacin ms all del doctorado, constituyndose en una importante

referencia personal y profesional.

A D. Aurelio Hernndez Lehmann, quien siempre me mostr su apoyo.

A los profesores, D. Jos Rubi, D. Juan Antonio Cortacns, Da. Isabel

del Castillo y D. Manuel Gil, que me brindaron su trato amable,

respetuoso y en muchos casos, su valiosa experiencia.

A Julia, por su paciencia, comprensin y cario para quienes nos

desplazamos de pases tan distantes; Gracias por Todo.

A Jos Alberto (Mi compadre), Luz, Andrea y Emilio, por brindarme su

cario y hacerme sentir en familia. Gracias por todo amigos!

A Iaki y Abilia, de quienes recib su ayuda siempre en la mejor de las

formas.

Al Canal de Isabel II, especialmente a D. Juan y a D. Emilio por la

colaboracin prestada.

Mucho agradecer su amistad, y siempre he de recordarles con cario

en esta etapa de mi vida: Alberto (Siempre dispuesto a colaborar),

David Juregui (Gracias por tus consejos), scar (Che de alegres

conversaciones), Antonio (Amigo de aventuras y desventuras), Ximena,

Cynthia, Hilda, Fabiola, Martha, Gaby, Sofa, Gustavo, Ernesto, Mara

Elena, Lidia, Cenith, y Dora.

Al Instituto Tecnolgico de Minatitln, a la Direccin General de

Educacin Superior Tecnolgica, gracias por su confianza y apoyo.

A D. Arnoldo Pin Ordaz, por la valiosa amistad que a lo largo de los

aos me ha obsequiado. Nunca olvidar su inquebrantable apoyo y

mucho menos sus consejos. Maestro, mi eterno agradecimiento!

A D. Alejandro Barradas Rebolledo, por invitarme a formar parte de

este Doctorado, y por las valiosas horas dedicadas en la bsqueda de

recursos para llevar a cabo lo que bien denomina su sueo.

A D. Ral Chiu Nazaral, por su disposicin para respaldar la

investigacin en el Instituto Tecnolgico de Minatitln.

A D. Manuel Gracida Aguirre, por confiar en la culminacin de este

proyecto.

A D. Alberto Gordillo Martnez, por su amistad, consejos y valioso

apoyo a lo largo de esta etapa.

A D. Porfirio Mandujano Snchez, por ensearme el valor de la

disciplina.

A mis hermanos de formacin en el ITM: Xchitl, Edith, Ricardo,

Gerardo y Miguel, por impulsarme en esta aventura y hacerme sentir

su cario a lo largo del tiempo.

A mis amigos de Mxico que, gracias a la vida, son muchos, y por no

querer omitir alguno, cuando lean estas lneas sabrn que son ellos a

quienes me refiero. Gracias por su amistad.

MUCHAS GRACIAS!

ndice _____________________________________________________________________

NDICE GENERAL

RESUMEN

XXI

ABSTRACT

XXIII

1 ANTECEDENTES

1.1 Antecedentes personales 1.2 Formacin para el doctorado 1.3 Ttulo propuesto para la tesis doctoral 1.4 Inters por el tema 1.5 Lneas de investigacin en desarrollo por parte de la Ctedra de

Ingeniera Sanitaria y Ambiental

2 GENERALIDADES

2.1 Reutilizacin de aguas residuales 2.1.1 Reutilizacin planificada de aguas residuales 2.1.2 Fiabilidad del proceso de regeneracin

2.1.3 Tipos de reutilizacin 2.2 Avances tecnolgicos 2.3 Marco normativo

2.3.1 Calidad del agua 2.3.2 Control de vertidos

2.4 Problemtica 2.5 Teora general de la filtracin

2.5.1 Introduccin 2.5.2 Objetivos de la filtracin 2.5.3 Mecanismos de remocin en la filtracin 2.5.4 Principales variables que intervienen en el diseo de

filtros de medio granular 2.5.5 Descripcin de la operacin de filtracin 2.6 Filtracin por membranas 2.6.1 Introduccin 2.6.2 Operacin de membranas 2.6.3 Clasificacin de las membranas 2.6.4 Configuracin del mdulo de membrana 2.6.5 Aspectos de diseo 2.7 Las membranas en la desinfeccin de las aguas

2.7.1 Microfiltracin (MF) 2.7.2 Ultrafiltracin (UF) 2.7.3 Nanofiltracin (NF) 2.7.4 smosis inversa (OI) 2.7.5 Comparacin tcnico econmica de las membranas 3. OBJETIVOS PREVIOS DE LA INVESTIGACIN 4. INVESTIGACIN BIBLIOGRFICA 4.1 Antecedentes 4.2 Bsqueda bibliogrfica 4.3 Resultados de la investigacin bibliogrfica 4.3.1 Modificacin del pH, conductividad y turbidez

1

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2

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103104106106

______________________________________________________________________ i

ndice _____________________________________________________________________

4.3.2 Modificacin de la dureza y la alcalinidad 4.3.3 Nitrgeno total, fsforo total, DQO y sulfatos 4.3.4 Verificar el grado de eliminacin de metales y sales metlicas (cloruro frrico) empleando membranas de ultrafiltracin y de smosis inversa

4.3.5 Seleccionar el tipo de membrana que retenga los elementos analizados, as como su resistencia al ensuciamiento

4.3.6 Analizar la factibilidad de la reutilizacin del agua obtenida desde el punto de viste tcnico

4.3.7 Analizar la factibilidad de la reutilizacin del agua obtenida desde el punto de vista econmico

4.3.8 Normativa internacional sobre reutilizacin de aguas residuales depuradas

4.3.9 Normas del tipo Californiano 4.3.10 Normas tipo OMS 4.3.11 Normativa espaola por la que se establece el rgimen jurdico de la reutilizacin de las aguas residuales

4.4 Frontera del conocimiento 4.4.1 Anlisis de la bibliografa en relacin al primer objetivo 4.4.2 Anlisis de la bibliografa en relacin al segundo objetivo 4.4.3 Anlisis de la bibliografa en relacin al tercer objetivo 4.4.4 Anlisis de la bibliografa en relacin al cuarto objetivo 4.4.5 Anlisis de la bibliografa en relacin al quinto objetivo 4.4.6 Anlisis de la bibliografa en relacin al sexto objetivo 4.4.7 Anlisis de la bibliografa en relacin al sptimo objetivo 5. OBJETIVOS DEFINITIVOS 6. METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN 6.1 Parmetros a analizar 6.2 Programa de muestreo 6.2.1 Puntos de muestreo 6.2.2 Frecuencia de muestreo 6.2.3 Tcnicas de muestreo 6.3 Tcnicas analticas 6.3.1 Demanda Qumica de Oxgeno (DQO). Test en cubetas 6.3.2 Fsforo total. Test en cubetas 6.3.3 Nitrgeno total. Test en cubetas 6.3.4 Turbidez: UNE-EN 27027: 1995 (ISO 7027:1990) 6.3.5 Conductividad: UNE-EN 27888:1995 (ISO 7828:1985) 6.3.6 pH 6.3.7 Alcalinidad total: NORMA UNE-EN ISO 9963-1 Y 2: 1996 6.3.8 Cloruros: 4500-Cl- B MTODO ESTNDAR 6.3.9 Dureza: Total, clcica y magnsica. UNE 77040:1983 6.3.10 Sodio (Na). Test en cubetas 6.3.11 Sulfatos (SO42-). Test en cubetas 6.3.12 Hierro (Fe). Test en cubetas 6.3.13 Metales totales. UNE 77056:1983 6.4 Equipos de laboratorio 6.5 Instalaciones y planta de ensayo 6.5.1 Depuradora El Endrinal (Collado Villalba) 6.5.2 Plantas pilotos utilizadas para la investigacin de ultrafiltracin y smosis inversa

113117

130

139

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191191191192192192192192195196197197198198199200200201202203207207

209

______________________________________________________________________ ii

ndice _____________________________________________________________________

6.5.3 Descripcin de las plantas piloto 6.5.4 Planta con mdulo de placas y membranas de ultrafiltracin

6.5.5 Planta con mdulo de placas y membranas de smosis inversa

6.6 Descripcin de los ensayos 6.6.1 Descripcin de los ensayos en las plantas piloto de ultrafiltracin y de smosis inversa (operacin simultnea) 6.7 Programacin en el tiempo 7. ENSAYOS DE CHOQUE 7.1 Seleccin de las tcnicas analticas 7.2 Contraste de la instalacin 8. DESCRIPCIN DE LA FASE DE ENSAYOS 8.1 Funcionamiento de la planta de smosis inversa (OI) 8.1.1 Operacin de filtrado 8.1.2 Limpieza qumica 8.1.3 Mantenimiento de la planta 8.2 Funcionamiento de la planta de ultrafiltracin (UF) 8.2.1 Primer flushing o enjuague 8.2.2 Operacin de filtrado 8.2.3 Segundo flushing o enjuague 8.2.4 Limpieza qumica 8.2.5 Tercer flushing o enjuague 8.3 Descripcin de los ensayos definitivos 9. PRESENTACIN DE RESULTADOS 9.1 Resumen de los resultados 9.2 Rendimientos 10. ANLISIS DE RESULTADOS 10.1 Fsico-qumicos 10.2 Metales pesados 10.3 Control del bioensuciamiento 10.4 Comparacin entre la calidad del agua para los diferentes usos y la calidad del agua obtenida 10.4.1 Con respecto a la calidad de las aguas superficiales destinadas a la produccin de agua potable.

10.4.2 Con respecto a la calidad de las aguas para la vida de los peces

10.4.3 Con respecto a la calidad de las aguas para la cra de moluscos

10.5 Comparacin entre la calidad de las aguas depuradas para su reutilizacin y la calidad del agua obtenida 10.5.1 Calidad indicada por la USEPA para ser reutilizada en

diferentes usos 10.5.2 Calidad indicada por el Real Decreto (1620/2007), por el que se establece el rgimen jurdico de la reutilizacin de las aguas depuradas en Espaa.

209

209

213218

218221

227

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233234235235236237237239239240241

297

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389430459

465

465

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468

469

469

470

______________________________________________________________________ iii

ndice _____________________________________________________________________

11. CONCLUSIONES

11.1 Conclusiones en relacin con las tcnicas de filtracin avanzadas

11.2 Comparacin respecto de la normativa sobre calidad del agua para su reutilizacin y la calidad del agua obtenida

11.2.1 Anlisis por parmetros 11.2.2 Usos de acuerdo a la calidad obtenida 12. FUTURAS LNEAS DE INVESTIGACIN 13. BIBLIOGRAFA 14. ANEJOS

475

475

492492505

509

511

521

______________________________________________________________________ iv

ndice _____________________________________________________________________

NDICE DE TABLAS

Tabla 1.1.- Curso 2005 2006: Periodo de docencia 1

Tabla 1.2.- Curso 2006 2007: Periodo de investigacin 1

Tabla 1.3.- Proyectos de la Ctedra Ingeniera Sanitaria (UPM) 3 Tabla 2.1.- Mecanismos de remocin en la filtracin 26

Tabla 2.2.- Variables que intervienen en el diseo de filtros de medio granular 28Tabla 2.3.- Resultados del ensayo de bolas de barro 31Tabla 2.4.- Operaciones de membranas tcnicamente relevantes en el

tratamiento de agua 37

Tabla 2.5.- Mercado americano de membranas y mdulos de membrana en

millones de dlares, ao 2001 98

Tabla 2.6.- Estado de la tcnica por membranas, ao 2001 98

Tabla 4.1.- Palabras clave utilizadas en la investigacin bibliogrfica 105Tabla 4.2.- Caractersticas de la coagulacin-MBR simultnea, tratamiento

primario de efluentesa 108

Tabla 4.3.- Caractersticas de la coagulacin despus de los efluentes

secundarios seguida de microfiltracina 108

Tabla 4.4.- Caractersticas promedio del efluente secundario de la planta de

regeneracin de aguas residuales de Santa Cruz, Tenerife 109

Tabla 4.5.- Eficiencias en la reduccin de la turbidez del efluente secundario en

las plantas de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz, para

los diferentes pretratamientos con coagulacin-floculacin de PAI, y

de filtracin 109

Tabla 4.6.- Calidad del agua de alimentacin despus del tratamiento previo

(antes OI) 110

Tabla 4.7.- Calidad del agua efluente 111

Tabla 4.8.- Caractersticas del influente y efluente 112Tabla 4.9.- Caractersticas del agua residual urbana 112

Tabla 4.10.- Comparacin entre calidad del efluente y los estndares de calidad

del agua 113

Tabla 4.11.- Rendimiento de las plantas piloto de MBR/OI y MF/OI 115

Tabla 4.12.- Rendimiento de las membranas de NF para el tratamiento de

aguas residuales 116

Tabla 4.13.- Niveles de dureza del permeado 116

Tabla 4.14.- Composicin del agua de alimentacin y del permeado 117

______________________________________________________________________ v

ndice _____________________________________________________________________

Tabla 4.15.- Composicin del agua mezclada 117Tabla 4.16.- Parmetros del agua bruta 120Tabla 4.17.- Condiciones de operacin 121

Tabla 4.18.- Reduccin de nutrientes 122

Tabla 4.19.- Concentracin media de parmetros 123

Tabla 4.20.- Caractersticas del agua bruta y los efluentes 124

Tabla 4.21.- Comparacin de los resultados de los dos mtodos de tratamiento 124Tabla 4.22.- Calidad del agua 126

Tabla 4.23.- Comparacin de los resultados despus de la coagulacin 127

Tabla 4.24.- Promedio y eliminacin de materia orgnica 127Tabla 4.25.- Caractersticas de las aguas residuales de curtido 128Tabla 4.26.-Variacin de la alimentacin y sus porcentajes de rechazo 135

Tabla 4.27.- Uso de energa para diversas fuentes de abastecimiento de agua y

aguas residuales 147

Tabla 4.28.- DBO5 y SST en el agua de alimentacin 149Tabla 4.29.- DBO5 de la ultrafiltracin de los tres influentes 149Tabla 4.30.- Normativa de reutilizacin de la EPA 150

Tabla 4.31.- Normativa de reutilizacin del Estado de California 152Tabla 4.32.- Normativa de reutilizacin en el Estado de Florida 153Tabla 4.33.- Normativa de reutilizacin de Israel 154Tabla 4.34.- Normativa de reutilizacin de Sudfrica 156

Tabla 4.35.- Criterios de calidad de agua segn la OMS con base en grupos

expuestos 158

Tabla 4.36.- Criterios de calidad de agua segn la OMS con base en tipos de

cultivos 159

Tabla 4.37.- Normativa de reutilizacin en Tnez 162

Tabla 4.38.- Normativa de reutilizacin en Francia 164

Tabla 4.39.- Normativa de reutilizacin en Nueva Gales del Sur 166

Tabla 4.40.- Normativa de reutilizacin en Chipre 167

Tabla 4.41.- Normativa espaola para la reutilizacin de aguas depuradas 168

Tabla 4.42.- Diferentes procesos de membranas 174Tabla 4.43.- Resumen del primer objetivo 175Tabla 4.44.- Resumen del segundo objetivo 176Tabla 4.45.- Resumen del tercer objetivo 178Tabla 4.46.- Resumen del cuarto objetivo 181

Tabla 4.47.- Resumen del quinto objetivo 183

______________________________________________________________________ vi

ndice _____________________________________________________________________

Tabla 4.48.- Resumen del sexto objetivo 185Tabla 4.49.- Resumen del sptimo objetivo 186Tabla 6.1.- Tcnica (cdigo de test 1.14560) 193

Tabla 6.2.- Tcnica (cdigo de test 1.14543.0001) 194Tabla 6.3.- Tcnica (cdigo de test 1.00613.0001) 195Tabla 6.4.- Tcnica (cdigo de test 1.00885.0001) 200Tabla 6.5.- Tcnica (cdigo de test 1.14548.0001) 201Tabla 6.6.- Tcnica (cdigo de test 1.14896.0001) 202

Tabla 6.7.- Tiempo por unidad de muestreo 222

Tabla 6.8.- Cronograma de la investigacin 225Tabla 7.1.- Tiempo por unidad de muestreo 228

Tabla 7.2.- Ensayos choque realizados: 5 02 2007 229

Tabla 7.3.- Ensayos choque realizados: 6 02 07 230Tabla 7.4.- Ensayos choque realizados: 13 02 07 230Tabla 7.5.- Ensayos choque realizados: 14 02 07 231Tabla 7.6.- Ensayos choque realizados: 19 02 07 231Tabla 7.7.- Ensayos choque realizados: 20 02 07 232

Tabla 9.1.- pH 298Tabla 9.2.- Conductividad 299Tabla 9.3.- Turbidez 299Tabla 9.4.- pH 300

Tabla 9.5.- Conductividad 301Tabla 9.6.- Turbidez 302Tabla 9.7.- pH 303Tabla 9.8.- Conductividad 304Tabla 9.9.- Turbidez 305

Tabla 9.10.- pH 306Tabla 9.11.- Conductividad 307Tabla 9.12.- Turbidez 308Tabla 9.13.- Dureza total 309

Tabla 9.14.- Concentracin de la dureza clcica 310Tabla 9.15.- Concentracin de la dureza de magnesio 311Tabla 9.16.- Alcalinidad total 312Tabla 9.17.- Dureza total 313Tabla 9.18.- Concentracin de la dureza Clcica 314

Tabla 9.19.- Concentracin de la dureza de Magnesio 315

______________________________________________________________________ vii

ndice _____________________________________________________________________

Tabla 9.20.- Alcalinidad total 316Tabla 9.21.- Dureza total 317Tabla 9.22.- Concentracin de la dureza clcica 318

Tabla 9.23.- Concentracin de la dureza de magnesio 319Tabla 9.24.- Alcalinidad total 320Tabla 9.25.- Dureza total 321Tabla 9.26.- Concentracin de la dureza clcica 322Tabla 9.27.- Concentracin de la dureza de magnesio 323

Tabla 9.28.- Alcalinidad total 324Tabla 9.29.- Concentracin del nitrgeno total 325Tabla 9.30.- Concentracin del fsforo total 326Tabla 9.31.- Concentracin de la Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) 327

Tabla 9.32.- Concentracin de cloruros 328Tabla 9.33.- Concentracin de sulfatos 329Tabla 9.34.- Concentracin del nitrgeno total 330Tabla 9.35.- Concentracin del fsforo total 331Tabla 9.36.- Concentracin de la Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) 332

Tabla 9.37.- Concentracin de cloruros 333Tabla 9.38.- Concentracin de sulfatos 334Tabla 9.39.- Concentracin de cloruros 335Tabla 9.40.- Concentracin de sulfatos 336

Tabla 9.41.- Concentracin de cloruros 337Tabla 9.42.- Concentracin de sulfatos 338Tabla 9.43.- Concentracin de sodio 339

Tabla 9.44.- Concentracin de plomo 340

Tabla 9.45.- Concentracin de nquel 341

Tabla 9.46.- Concentracin de cadmio 342Tabla 9.47.- Concentracin de zinc 343Tabla 9.48.- Concentracin de cromo 344Tabla 9.49.- Concentracin de hierro 345

Tabla 9.50.- Concentracin de manganeso 346Tabla 9.51.- Concentracin de sodio 347Tabla 9.52.- Concentracin de plomo 348Tabla 9.53.- Concentracin de nquel 349Tabla 9.54.- Concentracin de cadmio 350

Tabla 9.55.- Concentracin de zinc 351

______________________________________________________________________ viii

ndice _____________________________________________________________________

Tabla 9.56.- Concentracin de cromo 352Tabla 9.57.- Concentracin de hierro 353Tabla 9.58.- Concentracin de manganeso 354

Tabla 9.59.- Concentracin de plomo 355Tabla 9.60.- Concentracin de nquel 356Tabla 9.61.- Concentracin de cadmio 357Tabla 9.62.- Concentracin de zinc 358Tabla 9.63.- Concentracin de cromo 359

Tabla 9.64.- Concentracin de manganeso 360Tabla 9.65.- Concentracin de plomo 361Tabla 9.66.- Concentracin de nquel 362Tabla 9.67.- Concentracin de cadmio 363

Tabla 9.68.- Concentracin de zinc 364

Tabla 9.69.- Concentracin de cromo 365

Tabla 9.70.- Concentracin de manganeso 366

Tabla 9.71.- Modificacin de pH 368Tabla 9.72.- Modificacin de la conductividad 369

Tabla 9.73.- Rendimientos de turbidez 369Tabla 9.74.- Rendimientos de dureza total 370Tabla 9.75.- Rendimientos de dureza clcica 371Tabla 9.76.- Rendimientos de dureza magnesio 372

Tabla 9.77.- Modificacin de la alcalinidad total 373Tabla 9.78.- Rendimientos de nitrgeno total 374Tabla 9.79.- Rendimientos de fsforo total 375Tabla 9.80.- Rendimientos de la Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) 376Tabla 9.81.- Rendimientos de cloruros 377

Tabla 9.82.- Rendimientos de sulfatos 378

Tabla 9.83.- Rendimientos de sodio 379Tabla 9.84.- Rendimientos de plomo 380

Tabla 9.85.- Rendimientos de nquel 381

Tabla 9.86.- Rendimientos de cadmio 382Tabla 9.87.- Rendimientos de zinc 383

Tabla 9.88.- Rendimientos de cromo 384

Tabla 9.89.- Rendimientos de hierro 385Tabla 9.90.- Rendimientos de manganeso 386

______________________________________________________________________ ix

ndice _____________________________________________________________________

Tabla 10.1.- Puntos potenciales de intervencin en el proceso de

bioensuciamiento de membrana 459

Tabla 10.2.- Agentes desinfectantes comnmente usados para controlar el

bioensuciamiento en los sistemas de membrana 463

Tabla 10.3- Comparacin entre la calidad exigida para la produccin de agua

potable con la calidad del agua filtrada 465

Tabla 10.4- Calidad de las aguas requeridas para la vida de los peces y calidad

del agua obtenida en la investigacin 467

Tabla 10.5- Calidad requerida en las aguas para la cra de moluscos y el agua

filtrada 468

Tabla 10.6- Criterios de reutilizacin de la USEPA en usos urbanos 469

Tabla 10.7- Calidad del agua requerida para diversos usos en Espaa y la

calidad del agua obtenida en la investigacin 470

Tabla 11.1.- pH 476

Tabla 11.2.- Conductividad (20C S/cm) 476

Tabla 11.3.- Turbidez (NTU) 477Tabla 11.4.- Dureza total (mg/l CaCO3) 478

Tabla 11.5.- Concentraciones de dureza clcica (mg/l Ca) 479Tabla 11.6.- Concentraciones de dureza de magnesio (mg/l Mg) 480Tabla 11.7.- Alcalinidad total (mg/l CaCO3) 481Tabla 11.8.- Concentraciones de nitrgeno total (mg/l) 482

Tabla 11.9.- Concentraciones de fsforo total (mg/l) 482Tabla 11.10.- Concentraciones de la Demanda Qumica de Oxgeno (mg/l) 483Tabla 11.11.- Concentraciones de cloruros (mg/l) 484Tabla 11.12.- Concentraciones de sulfatos (mg/l) 485Tabla 11.13.- Concentraciones de sodio (mg/l) 485

Tabla 11.14.- Concentraciones de plomo (g/l) 486Tabla 11.15.- Concentraciones de nquel (g/l) 487Tabla 11.16.- Concentraciones de cadmio (g/l) 488Tabla 11.17.- Concentraciones de zinc (g/l) 489

Tabla 11.18.- Concentraciones de cromo (g/l) 490Tabla 11.19.- Concentraciones de hierro (mg/l) 490Tabla 11.20.- Concentraciones de manganeso (g/l) 491Tabla 11.21.- Comparacin de parmetros por norma y el agua obtenida en el

efluente del filtro de arena (canal) 506

______________________________________________________________________ x

ndice _____________________________________________________________________

Tabla 11.22.- Comparacin de parmetros por norma y el agua obtenida en el

efluente de la planta piloto de ultrafiltracin (UF) 506


efluente de la planta piloto de smosis inversa (OI) 507


efluente de la planta piloto de smosis inversa (OI) a partir del

efluente de la planta piloto de ultrafiltracin (en lnea) 507Tabla 11.25.- Comparacin de los sistemas de filtracin estudiados respecto de

las normativas 508

Tabla 14.1.- Concentracin de los parmetros fsico-qumicos en el influente

del filtro de arena (canal) 523

Tabla 14.2.- Concentracin de los parmetros fsico-qumicos en el efluente del

filtro de arena (canal) 524

Tabla 14.3.- Concentracin de los parmetros fsico-qumicos en el efluente de

la planta piloto de ultrafiltracin (UF) 525


la planta piloto de smosis inversa (OI) 526


la planta piloto de smosis inversa (OI), a partir del efluente de la

planta piloto de ultrafiltracin 527

Tabla 14.6.- Concentracin de metales en el influente del filtro de arena (canal) 528

Tabla 14.7.- Concentracin de metales en el efluente del filtro de arena (canal) 529

Tabla 14.8.- Concentracin de metales en el efluente de la planta piloto de

ultrafiltracin (UF) 530


smosis inversa (OI) 531


smosis inversa (OI), a partir del efluente de la planta piloto de

ultrafiltracin 532

______________________________________________________________________ xi

ndice _____________________________________________________________________

NDICE DE GRFICOS

Grfico 9.1.- pH 298

Grfico 9.2.- Conductividad 299

Grfico 9.3.- Turbidez 300

Grfico 9.4.- pH 301



Grfico 9.7.- pH 304



Grfico 9.10.- Concentracin de pH 307



Grfico 9.13. - Dureza total 310

Grfico 9.14. - Concentracin de la dureza clcica 311

Grfico 9.15. - Concentracin de la dureza de magnesio 312

Grfico 9.16. - Alcalinidad total 313













Grfico 9.29. - Concentracin del nitrgeno total 326

Grfico 9.30. - Concentracin del fsforo total 327

Grfico 9.31. - Concentracin de la Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) 328

Grfico 9.32. - Concentracin de cloruros 329

Grfico 9.33. - Concentracin de sulfatos 330

Grfico 9.34. - Concentracin del nitrgeno total 331

______________________________________________________________________ xiii

ndice _____________________________________________________________________

Grfico 9.35. - Concentracin del fsforo total 332

Grfico 9.36. - Concentracin de la Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) 333







Grfico 9.43. - Concentracin de sodio 340

Grfico 9.44. - Concentracin de plomo 341

Grfico 9.45. - Concentracin de nquel 342

Grfico 9.46. - Concentracin de cadmio 343

Grfico 9.47. - Concentracin de zinc 344

Grfico 9.48. - Concentracin de cromo 345

Grfico 9.49. - Concentracin de hierro 346

Grfico 9.50. - Concentracin de manganeso 347

Grfico 9.51. - Concentracin de sodio 348






Grfico 9.57. - Concentracin de hierro 354














______________________________________________________________________ xiv

ndice _____________________________________________________________________

Grfico 9.71. - Modificacin de pH 368

Grfico 9.72. - Modificacin de la conductividad 369

Grfico 9.73. - Rendimientos de turbidez 370

Grfico 9.74. - Rendimientos de dureza total 371

Grfico 9.75. - Rendimientos de dureza clcica 372

Grfico 9.76. - Rendimientos de dureza magnesio 373

Grfico 9.77. - Modificacin de la alcalinidad total 374

Grfico 9.78. - Rendimientos de nitrgeno total 375

Grfico 9.79. - Rendimientos de fsforo total 376

Grfico 9.80. - Rendimientos de la Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) 377

Grfico 9.81. - Rendimientos de cloruros 378

Grfico 9.82. - Rendimientos de sulfatos 379

Grfico 9.83.- Rendimientos de sodio 380

Grfico 9.84.- Rendimientos de plomo 381

Grfico 9.85.- Rendimientos de nquel 382

Grfico 9.86.- Rendimientos de cadmio 383

Grfico 9.87.- Rendimientos de zinc 384

Grfico 9.88.- Rendimientos de cromo 385

Grfico 9.89.- Rendimientos de hierro 386

Grfico 9.90.- Rendimientos de manganeso 387

Grfico 10.1.- Modificacin pH 389

Grfico 10.2.- Modificacin conductividad 390

Grfico 10.3.- Rendimientos turbidez 391










Grfico 10.13.- Rendimientos dureza total 401

Grfico 10.14.- Rendimientos dureza de calcio 402

Grfico 10.15.- Rendimientos dureza de magnesio 403

Grfico 10.16.- Modificacin alcalinidad total 404

______________________________________________________________________ xv

ndice _____________________________________________________________________










Grfico 10.26.- Rendimientos dureza clcica 414



Grfico 10.29.- Rendimientos nitrgeno total 417

Grfico 10.30.- Rendimientos fsforo total 418

Grfico 10.31.- Rendimientos DQO 419

Grfico 10.32.- Rendimientos cloruros 420

Grfico 10.33.- Rendimientos sulfatos 421

Grfico 10.34.- Rendimientos nitrgeno total 422

Grfico 10.35.- Rendimientos fsforo total 423

Grfico 10.36.- Rendimientos DQO 424







Grfico 10.43.- Rendimientos sodio 431

Grfico 10.44.- Rendimientos plomo 432

Grfico 10.45.- Rendimientos nquel 433

Grfico 10.46.- Rendimientos cadmio 434

Grfico 10.47.- Rendimientos zinc 435

Grfico 10.48.- Rendimientos cromo 436

Grfico 10.49.- Rendimientos hierro 437

Grfico 10.50.- Rendimientos manganeso 438

Grfico 10.51.- Rendimientos sodio 439


______________________________________________________________________ xvi

ndice _____________________________________________________________________





Grfico 10.57.- Rendimientos hierro 445














Grfico 11.1.- pH 493



Grfico 11.4.- Nitrgeno total 496

Grfico 11.5.- Fsforo total 497

Grfico 11.6.- Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) 498

Grfico 11.7.- Sodio 499

Grfico 11.10.- Plomo 500

Grfico 11.11.- Nquel 501

Grfico 11.12.- Cadmio 502

Grfico 11.13.- Zinc 503

Grfico 11.14.- Cromo 504

Grfico 11.15.- Manganeso 505

______________________________________________________________________ xvii

ndice _____________________________________________________________________

NDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Rangos normales de varios procesos de filtracin. 27Figura 2.2. Modulo espiral de una hoja 43Figura 2.3. Circulacin de flujos en una membrana tubular 44Figura 2.4. Seccin de un mdulo de fibra hueca 45Figura 9.1. Esquema de puntos de muestreo 297

NDICE DE FOTOGRAFAS

Foto 6.1. Test de DQO 194Foto 6.2. Test de Fsforo 195Foto 6.3. Test de Nitrgeno 196Foto 6.4. Test de Sodio 200Foto 6.5. Test de Sulfatos 201Foto. 6.6 Test de Hierro 202Foto 6.7. Balanza 204Foto 6.8. Fotmetro 204Foto 6.9. Termorreactor 205Foto 6.10. Turbidmetro 205Foto 6.11. Conductmetro 206Foto 6.12. pHmetro 206Foto 6.13 Espectrofotmetro de Absorcin Atmica 207Foto 6.14 Vista general de la planta piloto de ultrafiltracin (UF). 216Foto 6.15 Detalle foto anterior. Mdulo de filtracin UF. 216Foto 6.16 Vista general de la planta piloto de smosis inversa (OI). 217Foto 6.17 Detalle foto anterior. Mdulo de filtracin OI. 217

______________________________________________________________________ xix

RESUMEN

Los procedimientos avanzados de filtracin que utilizan membranas semipermeables

(microfiltracin, ultrafiltracin, nanofiltracin y smosis inversa), constituyen un grupo

de tecnologas limpias, de caracterstica modular, con bajos requerimientos

energticos que preservan la calidad y la funcionalidad de los productos a separar o

concentrar. En este sentido, resultan de especial inters la ultrafiltracin y la smosis

inversa, como procedimientos de afino posteriores al tratamiento biolgico de las

aguas residuales. Esta investigacin estudia la modificacin de algunos parmetros

fisicoqumicos y la eliminacin de metales pesados mediante el empleo de membranas

de ultrafiltracin y smosis inversa. La investigacin experimental se ha llevado a cabo

en las instalaciones de la Estacin Depuradora de Aguas Residuales de El Endrinal

en Collado, Villalba; Considerando como puntos de muestreo el influente y efluente del

filtro de arena (canal) de dicha Estacin Depuradora, as como el permeado de las

plantas piloto de ultrafiltracin y smosis inversa, la finalidad era la de obtener agua de

alta calidad para ser reutilizada en distintos usos. Los resultados obtenidos mediante

el monitoreo de dichos parmetros son comparados con las principales Directivas

Europeas y con el Real Decreto 1620/2007 que recin aplica para Espaa.

Mediante el tratamiento de filtracin por arena se observaron modificaciones en el pH,

la conductividad y la alcalinidad total de una manera descendente en 6,44%, 62,80% y

1,58% respecto a la de los valores medios, al pasar el efluente del filtro de arena por

membranas de ultrafiltracin, estos parmetros se vieron modificados

descendentemente en 7,72%, 78,61% y 57,75%, por smosis inversa un 9,03%

94,90% y 90,11%, al emplear los procesos por membrana en lnea la modificacin es

del 10,25%, 96,78% y 95,54%, respectivamente.

Con el tratamiento de filtracin por arena, la eliminacin de la turbidez mostr un valor

del 61,50% respecto del valor medio, al pasar el efluente del filtro de arena por

membranas de ultrafiltracin la turbidez mostr un valor de 95,42%, mientras que por

smosis inversa mostr un valor del 97,91%, y al emplear los procesos por membrana

en lnea la eliminacin mostrada fue del 99,61%. Mediante el proceso de filtracin por

arena, la eliminacin de la dureza total mostr un valor del 1,91% respecto a su valor

medio, al pasar el efluente del filtro de arena por membranas de ultrafiltracin la

dureza total fue de 45,94%, por smosis inversa un 90,95%, y al emplear los procesos

por membrana en lnea la eliminacin es del 94,99%.

xxi

Con el tratamiento de filtracin por arena la eliminacin de nitrgeno total y fsforo

total fue de 12,44% y 16,27% respecto del valor medio; Mientras que al pasar el

efluente del filtro de arena por membranas de ultrafiltracin la modificacin de estos

parmetros fue del 66,13% y 82,56%. Con el tratamiento de filtracin por arena la

eliminacin de DQO fue de 12,87% respecto del valor medio, al pasar el efluente del

filtro de arena por membranas de ultrafiltracin la DQO fue de 70,34%.

Con el tratamiento de filtracin por arena la eliminacin de cloruros fue de 2,91%

respecto del valor medio, al pasar el efluente del filtro de arena por membranas de

ultrafiltracin los cloruros fueron de 39,01%, por smosis inversa un 93,61%, y al

emplear los procesos por membrana en lnea la eliminacin es del 95,94%. Con el

tratamiento de filtracin por arena la eliminacin de sulfatos fue de 3,02% respecto del

valor medio, al pasar el efluente del filtro de arena por membranas de ultrafiltracin los

sulfatos fueron de 46,31%, por smosis inversa un 97,93%, y al emplear los procesos

por membrana en lnea la eliminacin es del 98,82%.

Respecto a la remocin de los metales estudiados mediante el tratamiento de filtracin

por arena, los rendimientos obtenidos fueron los siguientes: Sodio 6,17%, plomo

4,36%, nquel 12,57%, cadmio 6,18%, zinc 9,00%, cromo 4,46%, hierro 22,56% y

manganeso 2,50%; Al pasar el efluente del filtro de arena por membranas de

ultrafiltracin los rendimientos obtenidos para los metales estudiados son los

siguientes: Sodio 56,05%, plomo 30,25%, nquel 55,18%, cadmio 37,00%, zinc

34,93%, cromo 14,71%, hierro 47,00% y manganeso 17,46%; Al pasar el efluente del

filtro de arena por membranas de smosis inversa los rendimientos obtenidos para los

metales estudiados son los siguientes: Plomo 45,11%, nquel 72,53%, cadmio 58,83%,

zinc 66,48%, cromo 35,60%, y manganeso 29,57%; Al emplear los procesos por

membrana en lnea los rendimientos obtenidos para los metales estudiados son los

siguientes: Plomo 59,63%, nquel 84,58%, cadmio 72,15%, zinc 75,81%, cromo

41,80% y manganeso 40,32%.

Se ha podido establecer que, mediante el empleo de los procedimientos de filtracin

por membranas, especficamente, ultrafiltracin y smosis inversa, es posible cumplir

en su mayora los requisitos establecidos en las diferentes normativas, en relacin con

la reutilizacin. El objetivo fundamental buscado y alcanzado en esta investigacin, es

facilitar el escalonado de procesos de filtracin necesarios para cumplir con las

condiciones exigidas en cualquier tipo de uso, siguiendo las normativas europeas de

calidad segn los usos en la reutilizacin de las aguas.

xxii

ABSTRACT

The advanced processes using membranes (microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration

and reverse osmosis) form a group of adequate and modular technologies, with

different energy requirements, that dont change the characteristics of the substances

separated or concentred. Ultrafiltration and reverse osmosis are very adequate

technologies to complement the biological processes. This investigation studies the

modification of several chemical parameters and the separation of some cations and

heavy metals with the use of ultrafiltration and reverse osmosis.

The experimental investigation has been carried out in the wastewater treatment plant

of El Endrinal in Collado, Villalba. The samples have been taken in the following

points: Influent and effluent of the sand filter of the plant, and in the effluents of the

ultrafiltration and reverse osmosis of the pilot plants installed in the municipal plants

with the finality of produce high quality reclaimed waters. The obtained results are

compared with the main European Directives and with the Real Decreto 1620/2007

recently approved in Spain.

Sand filtration produced modifications in the values of pH, conductivity and alkalinity

with a decrease of 6,44%, 62,80% and 1,58% in relation with the average values. Whit

the use of ultrafiltration these parameters decreased also in a percentage of 7,72%,

78,61% and 57,75%, with reverse osmosis in 9,03%, 94,90% and 90,11%, and with

both membrane processes in line 10,25%, 96,78% and 95,54% respectively.

With sand filtration, turbidity remotion was 61,50%, with ultrafiltration 95,42% and with

reverse osmosis 97,91%, and with both membrane processes in line 99,61%.

With sand filtration, total hardness was reduced 1,91%, with ultrafiltration 45, 94%, with

reverse osmosis 90,95%, with both membrane processes in line 94,99%.

With sand filtration the reduction of total nitrogen and phosphorus was 12,44% and

12,67% respectively, with ultrafiltration 66,13% and 82,56%.

The sand filter reduced DQO in a percentage of 12,87% and with ultrafiltration 70,34%.

xxiii

Chloride reduction with sand filtration was 2,91%, with ultrafiltration 39,01%, with

reverse osmosis 93,61%, and with both membrane processes in line 95,94%.

With sand filtration the reduction of sulphates was 3,02%, with ultrafiltration 43,61%

and with reverse osmosis 97,93%, with both membrane processes in line, the reduction

was 98,82%.

The reductions of cations with sand filtration was the following: Sodium 6,17%, lead

4,36%, nickel 12,57%, cadmium 6,18%, Zinc 9,00%, Chromium 4,46%, iron 22,56%

and manganese 2,50%. With ultrafiltration the reduction were the following: Sodium

56,05%, lead 30,25%, nickel 55,18%, cadmium 37,00%, zinc 34,93%, chromium

14,71%, iron 47,00% and manganese 17,46%. With reverse osmosis the reductions

were the following: Lead 45,11%, nickel 72,53%, cadmium 58,83%, zinc 66,48%,

chromium 35,60% and manganese 29,57%. With both membrane processes in line the

reduction were the following: Lead 59,63%, nickel 84,58%, cadmium 72,15%, zinc

75,81, chromium 41,80% and manganese 40,32%.

It has been possible to establish that the use of the filtration procedures by

membranes, specifically ultrafiltration and inverse osmosis satisfy mainly the

requirements established in the different standards in relation with the wastewater

reuse. The main object of the research has been to scale in different levels the filtration

processes, necessary to meet the requirements for any use, following the European

quality standards related to wastewater reuse.

xxiv

Captulo 1: Antecedentes _____________________________________________________________________

1. ANTECEDENTES

1.1 ANTE CEDENTES PERSONALES Radams Trejo Valencia nace en la ciudad de Acayucan, Veracruz, Mxico, el 1 de

diciembre de 1982. En 1997 2000, lleva a cabo estudios preparatorios, obteniendo el

ttulo de tcnico en informtica. En el periodo 2000 2005 efecta estudios de

Ingeniera en el Instituto Tecnolgico de Minatitln, obteniendo el ttulo de Ingeniero

Ambiental, en 2005. En el ao 2006, labora en la Secretara de Medio Ambiente y

Recursos Naturales Zona Federal Martimo Terrestre del Estado de Veracruz como

analista de evaluaciones de impacto ambiental.

1.2 FORMACIN PARA EL DOCTORADO Realiza el ao acadmico del Doctorado Conjunto Universidad Politcnica de Madrid

Instituto Tecnolgico de Minatitln en el periodo 2005 2006, de la siguiente manera:

Tabla 1.1.- Curso 2005 2006: Periodo de docencia

Asignatura Crditos Calificacin

Procesos de tratamiento de agua potable. 3 Notable

Desinfeccin en la reutilizacin de las aguas y lodos. 5 Notable

Procesos de depuracin de aguas residuales industriales. 4 Notable

Legislacin ambiental, impactos ambientales y auditorias. 4 Sobresaliente

Procesos de eliminacin de nutrientes. 3 Notable

Impacto ambiental de las energas renovables. 5 Notable

Superados los veinte crditos exigidos en la etapa de docencia se procedi a la fase

de investigacin, considerando como tema: Empleo de membranas en la reutilizacin

de las aguas.

Tabla 1.2.- Curso 2006 2007: Periodo de investigacin

Asignatura Crditos Calificacin

Empleo de membranas en la reutilizacin de las aguas 12 Sobresaliente

______________________________________________________________________ 1


El 27 de junio de 2007 recibe el reconocimiento de suficiencia investigadora por parte

de la Comisin de Doctorado del Departamento de Ordenacin del Territorio,

Urbanismo y Medio Ambiente.

1.3 TTULO PROPUESTO PARA LA TESIS DOCTORAL Los trabajos de investigacin para la tesis doctoral se han desarrollado en los cursos

2006 2007 y 2007 2008. El 17 de julio de 2007 se solicita al Director del

Departamento de Ordenacin del Territorio, Urbanismo y Medio Ambiente la

aprobacin del Proyecto de Tesis Doctoral titulado Investigacin sobre eliminacin

de sales metlicas por procedimientos avanzados, bajo la direccin de D. Aurelio Hernndez Muoz. Dicha solicitud fue aceptada el 24 de julio de 2007 por la Comisin

de Doctorado del Departamento de Ordenacin del Territorio, Urbanismo y Medio

Ambiente.

1.4 INTERS POR EL TEMA En mi pas, Mxico, existen carencias respecto al suministro de los recursos hdricos,

no slo en lo concerniente al abastecimiento de agua potable y de los tratamientos

adecuados a las mismas, sino tambin en la reutilizacin de las aguas residuales

depuradas, por lo cual, existe mucho por hacer al respecto. Ante la conveniencia de

profundizar sobre el tema, mediante la investigacin, y con el deseo de aportar en este

sector de la reutilizacin, durante el periodo de docencia llev a cabo los cursos de

procesos de tratamiento de agua potable, depuracin de aguas residuales industriales

y desinfeccin en la reutilizacin de aguas y lodos; Por ello, en este periodo de

investigacin, indagu en la Ctedra de Ingeniera Sanitaria y Ambiental un tema que

me permitiese alcanzar este objetivo personal. Como resultado, expres a mi director

de tesis este inters y fui incorporado a una lnea de investigacin en marcha.

1.5 LNEAS DE INVESTIGACIN EN DESARROLLO POR PART E DE L A CTEDRA DE INGENIERA SANITARIA Y AMBIENTAL

La Ctedra de Ingeniera Sanitaria y Ambiental, est adscrita al Departamento de

Ordenacin del Territorio, Urbanismo y Medio Ambiente de la E.T.S. de Ingenieros de

Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politcnica de Madrid, y todo su

personal pertenece al rea de Tecnologas del Medio Ambiente. Dentro del grupo de

______________________________________________________________________ 2


investigacin de la Ctedra de Ingeniera Sanitaria y Ambiental, hace parte D. Aurelio

Hernndez Muoz; Su actividad investigadora se relaciona con la depuracin de aguas

residuales, tanto urbanas como industriales, as como al tratamiento de las aguas de

abastecimiento; Teniendo actualmente como una de las principales lneas de

investigacin la reutilizacin de aguas residuales depuradas, as como el tratamiento

de aguas por procesos de membrana, lnea de la cual forma parte la presente

investigacin. En esta lnea, los proyectos sobre los que se ha trabajado en los ltimos

tres aos son los siguientes:

Tabla 1.3.- Proyectos de la Ctedra Ingeniera Sanitaria (UPM)

PROYECTO INVESTIGADOR

PRINCIPAL

ENTIDAD FINANCIADORA Y REFERENCIA DEL

PROYECTO

Diseo de un prototipo de biorreactor de

membrana sumergida para la reutilizacin

directa de las aguas residuales en

instalaciones hoteleras y pequeas

urbanizaciones con especial atencin a los

aspectos organolpticos.

Aurelio Hernndez

Muoz

(por parte de la UPM)

Ministerio de Ciencia

y Tecnologa

FIT-310200-2004-109

Empleo de tecnologas de membrana para la

eliminacin de frmacos en efluentes de

depuradoras con la finalidad de reutilizar las

aguas.

Aurelio Hernndez

Lehmann



y Tecnologa

FIT-310200-2004-108

Presencia de sustancias estrognicas en

efluentes de estaciones depuradoras de

aguas residuales y posibles riesgos derivados

de la reutilizacin de efluentes tratados.

Empleo de tecnologas de biorrectores de

membrana sumergida en su eliminacin.

Aurelio Hernndez

Lehmann



y Tecnologa

FIT-310200-2004-105

Presencia de sustancias estrognicas en

estaciones depuradoras de aguas residuales

y posibles riesgos derivados de la

reutilizacin de dichos efluentes tratados.

Aurelio Hernndez

Lehmann


y Tecnologa

FIT-050000-2003-82

Diseo de un prototipo de planta de

electrocoagulacin y electroflotacin para el

tratamiento avanzado de las aguas residuales

con fines de reutilizacin.

Aurelio Hernndez

Lehmann

Ministerio de Medio

Ambiente

015/SGTB/2007/3.1

______________________________________________________________________ 3

Captulo 2: Generalidades _____________________________________________________________________

2. GENERALIDADES

2.1 REUTILIZACIN DE AGUAS RESIDUALES

2.1.1 Reutilizacin planificada de aguas residuales

El agua de calidad para satisfacer las necesidades humanas es un recurso cada vez

ms escaso, y su posesin constituye un factor esencial de civilizacin, de lo que da

testimonio la historia de los asentamientos de la humanidad.

La escasez de recursos hdricos naturales en zonas ridas y semiridas constituye un

problema, a veces dramtico, para la poblacin asentada en ellas, como es el caso de

las regiones mediterrneas, en las que la creciente acumulacin de poblacin unida a

una escasa pluviometra irregularmente distribuida en el tiempo y a unos limitados

recursos superficiales, estn llevando al agotamiento o al deterioro irreversible de los

recursos subterrneos. En este contexto, la reutilizacin de las aguas residuales

urbanas se perfila como una fuente adicional de agua merecedora de ser tenida en

cuenta en la gestin global de los recursos hdricos, junto a medidas ya tradicionales

como los trasvases desde cuencas excedentarias, la construccin de embalses para

regular recursos superficiales y otras medidas ms innovadoras y costosas como la

desalacin de agua de mar. Ciardelli, G. y otros (2000) [23] mencionan que en Europa,

la escasez de recursos hdricos los ha obligado a reutilizar el agua que inicialmente se

desechaba, principalmente en la industria textil debido a los grandes volmenes de

agua usada en los procesos. Por otra parte, Olson, G. (2005) [63] menciona que los

pases de Medio Oriente son los que ms plantas desalinizadoras tienen (49,8% del

total mundial), y han ido reponiendo sus nuevas plantas utilizando la smosis inversa.

El Libro Blanco del Agua en Espaa (2000) [60] seala que la demanda de agua a

nivel de la Unin Europea es aproximadamente 246 km3, con tendencia a mantenerse

constante. La demanda per cpita es 662 m3/habitante/ao, siendo Italia el pas con

una mayor demanda, 1001 m3/habitante/ao, seguido por Espaa con 900

m3/habitante/ao, mientras que en ltimo lugar se encuentra Dinamarca con 175

m3/habitante/ao. A nivel de la Unin Europea, el uso de agua que predomina es la

refrigeracin de las centrales que producen energa elctrica, con un 46%, seguido por

agricultura 30%, uso urbano 14% e industrial 10%. En Estados Unidos sta

distribucin es 42% en agricultura, 39% en refrigeracin, 12% en usos urbanos y 7%

______________________________________________________________________ 5


en usos industriales. En Espaa el consumo total se encuentra distribuido en 68%

para agricultura, 14% para refrigeracin, 13% para usos urbanos y el 5% restante para

la industria.

La existencia de vertidos lquidos urbanos e industriales, con poca o nula depuracin,

que alcanzan cursos superficiales de agua y acuferos, junto a depsitos de residuos

slidos urbanos o industriales no controlados y las aportaciones, poco racionales a

veces, de fertilizantes y fitosanitarios en agricultura, provocan una contaminacin

artificial de las aguas que agrava significativamente su carencia con una importante

prdida de calidad.

Las aguas residuales, como consecuencia de la incorporacin de las aguas de

abastecimiento de los restos de la actividad humana e industrial, pueden ser

contempladas como un "caldo" que contiene millones de microorganismos aerobios y

anaerobios, elementos orgnicos e inorgnicos disueltos y slidos en suspensin.

Adems de la carga orgnica, el uso domstico aporta sustancias minerales, que en

unos casos aadirn valor fertilizante y en otros pueden suponer una carga txica

limitante para su reutilizacin (metales pesados como Cd, Hg o Zn).

Asano, T. y Levine, A. D. (1995) [10] La recuperacin y reutilizacin de las aguas

residuales urbanas se ha incrementado en los ltimos aos, debido en gran parte a la

falta de recursos hdricos y a inadecuadas estructuras econmicas, en particular, en

pases con zonas ridas y semiridas. Sin embargo, la reutilizacin debe ser segura

para evitar daos a la salud pblica y el medio ambiente. La reutilizacin de aguas

residuales es un componente intrnseco del ciclo natural del agua. Mediante el vertido

de estos efluentes a los cursos de agua y su dilucin con el caudal circulante, las

aguas residuales han venido siendo reutilizadas incidentalmente en puntos aguas

abajo de los cauces para aprovechamientos urbanos, agrcolas e industriales. La

reutilizacin directa o planificada del agua a gran escala tiene un origen ms reciente,

y supone el aprovechamiento directo de efluentes, con un mayor o menor grado de

regeneracin, mediante su transporte hasta el punto de utilizacin a travs de un

conducto especfico, sin mediar para ello la existencia de un vertido o una dilucin en

un curso natural de agua.

Angelakis, A. N. y Bontoux, L. (2001) [8] En los pases del norte de Europa, en los que

el agua es abundante, la reutilizacin directa no se plantea. Si acaso, algunas

industrias, debido al alto costo del agua, han mejorado sus procesos de recirculacin

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de agua y de refrigeracin. En otros pases con altas precipitaciones como Irlanda o

Suiza la reutilizacin no es una alternativa considerada. En Alemania, Holanda o el

Reino Unido hay ciertas aplicaciones como la recarga de acuferos, el riego de campos

de golf o la refrigeracin industrial pero, globalmente, representan un pequeo

porcentaje de sus recursos hdricos.

Catalinas, M. P. M y Ortega, M. E. (2002) [17] Mencionan que la reutilizacin puede

ser de dos tipos, directa e indirecta; Indirecta, cuando hace parte del ciclo natural del

agua, y los vertidos de los efluentes van a los cursos de agua, en donde se diluyen y

aguas abajo son reutilizadas en usos urbanos, agrcolas o industriales. Y reutilizacin

directa o planificada cuando el segundo uso se hace a continuacin del primero, sin

incorporar entre ambos ningn cauce pblico y se realiza con efluentes depurados. Sin

embargo, otros autores denominan reutilizacin directa, al uso del agua residual que

no ha sido sometida a un tratamiento previo.

El notable desarrollo alcanzado por la reutilizacin planificada del agua, especialmente

en pases con recursos hdricos suficientes, se ha debido a la necesidad de ampliar los

abastecimientos de agua y de ampliar las formas de gestin de los vertidos de aguas

depuradas. El incremento registrado por las dotaciones de agua de abastecimiento,

junto con el aumento de poblacin experimentado por numerosas zonas urbanas, han

hecho que las fuentes de abastecimiento tradicionales sean insuficientes para atender

las demandas actuales. Las distancias crecientes entre las nuevas fuentes de

abastecimiento y los ncleos urbanos, las limitaciones ambientales para construir

nuevos embalses y las sequas plurianuales han llevado a numerosas poblaciones a

plantearse la utilizacin de aguas depuradas como fuente adicional de agua para

aprovechamientos que no requieran una calidad de agua potable. El proceso de

tratamiento necesario para que un agua depurada pueda ser reutilizada se denomina

generalmente regeneracin y el resultado de dicho proceso agua regenerada. De

acuerdo con su significado etimolgico, la regeneracin de un agua consiste en

devolverle, parcial o totalmente, el nivel de calidad que tena antes de ser utilizada, de

igual manera que la regeneracin de suelos y la regeneracin de playas tratan de

restaurar el estado y la forma que stos tenan en el pasado.

La implantacin de un proyecto de regeneracin de agua tiene dos requisitos

esenciales y complementarios: 1) definir los niveles de calidad adecuados para cada

uno de los posibles usos que se piense dar al agua y 2) establecer los procesos de

tratamiento y los lmites de calidad del efluente recomendados para cada uno de los

______________________________________________________________________ 7


usos previstos. La elaboracin y aprobacin de estos dos aspectos tcnicos de la

regeneracin de agua constituyen generalmente la faceta ms discutida de todo

programa de reutilizacin, debido a la dificultad de establecer una relacin causal entre

la calidad del agua y los posibles efectos sobre la salud y el medio ambiente. Prueba

de ello son la diversidad y heterogeneidad de criterios y normas de calidad

establecidas por diversos pases y organizaciones internacionales sobre la

reutilizacin del agua. El aprovechamiento de un agua regenerada requiere

normalmente: 1) su transporte desde la planta de regeneracin hasta el lugar de

utilizacin, 2) su almacenamiento o regulacin para adecuar el caudal suministrado por

la planta a los caudales consumidos y 3) la definicin de unas normas de utilizacin

del agua que permitan minimizar los posibles riesgos directos o indirectos para el

medio ambiente, las personas que la utilizan, la poblacin circundante al lugar de uso

y los consumidores de cualquier producto cultivado con el agua regenerada. Estos tres

elementos tcnicos constituyen el ncleo central de un programa de reutilizacin

planificada del agua.

2.1.2 Fiabilidad del proceso de regeneracin

Una exigencia caracterstica de los proyectos de regeneracin de agua es la

necesidad de asegurar una fiabilidad notable del proceso de tratamiento y una gestin

adecuada del sistema de reutilizacin del agua. La circunstancia de que la reutilizacin

del agua suela plantearse en muchos casos como la nica fuente alternativa de agua

para el aprovechamiento considerado, sin la proteccin que la dilucin con agua de

mejor calidad pueda ofrecer, pero, sobre todo, el hecho de que la reutilizacin de un

agua suele conllevar en muchos casos la posibilidad de un contacto directo con

personas, animales o plantas, que pueden verse afectados en su salud o desarrollo,

hacen que la fiabilidad de las plantas de regeneracin de agua deba ser elevada y

constituya un elemento esencial tanto de su concepcin como de su explotacin y

mantenimiento.

La fiabilidad de los procesos de tratamiento pasa as a constituir un elemento esencial

de la concepcin y explotacin del sistema de reutilizacin, con prioridad sobre el

rendimiento y eficacia de los propios procesos, que han de satisfacer los lmites de

calidad establecidos para el efluente.

Entre las exigencias relativas a la fiabilidad del proceso de regeneracin cabe destacar

la instalacin de controles continuos de determinados parmetros, la instalacin de

______________________________________________________________________ 8


alarmas y automatismos, la disponibilidad de piezas de recambio, la duplicidad de

equipos y procesos, la existencia de equipos de entrada en funcionamiento automtico

en caso de avera, la existencia de volmenes de reserva de reactivos, especialmente

de desinfectante, y la instalacin de equipos autogeneradores o la duplicidad de

suministros de energa elctrica.

Para evitar que la utilizacin de un agua inadecuadamente regenerada pueda provocar

un riesgo ambiental y sanitario inaceptable, las normas de regeneracin suelen exigir

la instalacin de lagunas de almacenamiento, donde desviar el efluente

inadecuadamente tratado para su tratamiento posterior, o la provisin de un sistema

alternativo de vertido.

En definitiva, la regeneracin del agua se debe concebir como un proceso destinado a

obtener un producto de calidad. La elaboracin y la comercializacin de este producto

deben plantearse en un marco ms amplio que el tradicional de lucha contra la

contaminacin, y con una nueva mentalidad en la concepcin y explotacin de los

procesos de regeneracin diferente a la adoptada generalmente en la depuracin del

agua residual, cuyo resultado final suele considerarse un residuo lquido o slido. Esta

nueva forma de plantear la regeneracin del agua ha hecho que la reutilizacin

planificada del agua haya pasado a ser un elemento esencial de la gestin integral de

los recursos hdricos.

La reutilizacin planificada del agua constituye, junto con la regulacin en embalses y

en acuferos subterrneos para uso eficiente del agua, uno de los elementos bsicos

de la gestin integrada de los recursos en zonas semi-ridas (Ej. las del sur de

California).

2.1.3 Tipos de reutilizacin El agua regenerada se viene empleando para mltiplos usos, entre los que cabe

destacar: 1) los usos urbanos (jardinera, incendios, lavado de calles y automviles), 2)

los usos industriales (refrigeracin, lavado de vagones de ferrocarril), 3) el riego

agrcola y forestal, 4) los usos ornamentales y recreativos, 5) la mejora y preservacin

del medio natural y 6) la recarga de acuferos. La reutilizacin agrcola y de jardinera

constituye el aprovechamiento ms extendido del agua regenerada, tanto para cultivo

hortcola (consumo crudo) como de cultivos con procesamiento posterior, cereales,

______________________________________________________________________ 9


ctricos, y viedos, y tanto mediante riego por aspersin, micro-aspersin y goteo,

como por riego por inundacin.

Atendiendo al posible contacto o ingestin del agua regenerada por parte de las

personas, la reutilizacin se clasifica en: 1) reutilizacin para uso no potable y 2)

reutilizacin para uso potable. Esta ltima categora suele subdividirse a su vez en

otros dos posibles usos: 1) reutilizacin indirecta para uso potable, cuando el agua

regenerada se mezcla con otra masa de agua natural, como ocurre durante la

infiltracin de agua regenerada en un acufero natural del que posteriormente se

extrae agua como materia prima para la elaboracin de agua potable y 2) reutilizacin

directa para uso potable, cuando el agua regenerada se introduce directamente en la

red de distribucin de agua potable, tal como est previsto en el laboratorio espacial

durante su permanencia en rbita.

Es importante sealar que, hasta el momento, los proyectos de regeneracin para

usos no potables son los que han adquirido el mayor desarrollo en numerosas partes

del mundo, habiendo alcanzado unas excelentes cotas de fiabilidad y de aceptacin

por parte de los usuarios y el pblico en general, especialmente en pases

desarrollados donde los recursos hdricos son limitados y la proteccin ambiental es

una prioridad destacada.

2.2 AVANCES TECNOLGICOS

El tratamiento de las aguas residuales es una prctica que, si bien se lleva realizando

desde la antigedad, actualmente resulta algo fundamental para mantener nuestra

calidad de vida. Son muchas las tcnicas de tratamiento con larga tradicin y,

evidentemente, se ha mejorado mucho en el conocimiento y diseo de las mismas a lo

largo de los aos. Al momento de revisar los tratamientos unitarios ms

convencionales no resulta fcil establecer una clasificacin universal. Una de las

formas ms utilizadas es en funcin de los contaminantes presentes en el agua

residual, o tambin en funcin del fundamento del tratamiento (qumico, fsico o

biolgico). Una forma de intentar aunar ambas formas de clasificacin puede ser

considerar que los contaminantes en el agua pueden estar como materia en

suspensin, materia coloidal o materia disuelta. Entre los avances tecnolgicos que

han de contribuir al desarrollo de la reutilizacin planificada del agua cabe destacar la

implantacin progresiva de sistemas de regeneracin de agua basados en la

utilizacin conjunta de sistemas de tratamiento convencionales y otros basados en

______________________________________________________________________ 10


filtracin por membranas, desde la microfiltracin hasta la smosis inversa. Lo anterior,

debido a que las aguas residuales contienen contaminantes como slidos en

suspensin, materia orgnica biodegradable y no degradable, patgenos, metales

pesados (en su mayora provenientes de procesos industriales), por ello, antes de su

reutilizacin es imprescindible someterlas a un proceso de depuracin. Los

tratamientos a aplicar dependern, en cierta medida, del uso final y de la calidad

exigida.

Actualmente en Espaa la lnea de tratamiento ms empleada para la depuracin de

agua residual, con fines de reutilizacin, consiste en someter las aguas efluentes de

un tratamiento biolgico completo a un tratamiento adicional (denominado

comnmente tratamiento terciario) consistente en coagulacin floculacin,

decantacin lamelar, filtracin por arena y desinfeccin.

La coagulacin consiste en agregar ciertos reactivos qumicos, que en primer lugar,

desestabilicen la suspensin coloidal (coagulacin) y que a continuacin favorezcan la

floculacin de las mismas para obtener partculas fcilmente sedimentables. Es una

operacin que se utiliza a menudo, tanto en el tratamiento de aguas residuales

urbanas y potables como en industriales (industria de la alimentacin, pasta de papel,

textiles, etc.) Los coagulantes suelen ser productos qumicos que en solucin aportan

carga elctrica contraria a la del coloide. Habitualmente se utilizan sales con cationes

de alta relacin carga/masa (Fe3+, Al3+) junto con polielectrolitos orgnicos, cuyo

objetivo tambin consiste en favorecer la floculacin:

Sales de Fe3+: Pueden ser Cl3Fe o Fe2(SO4)3, con eficacia semejante. Se

pueden utilizar tanto en estado slido como en disoluciones. La utilizacin de

una u otra est en funcin del anin, si no se desea la presencia de cloruros o

sulfatos.

Sales de Al3+: Suele ser Al2(SO4)3 o policloruro de aluminio. En el primer caso

es ms manejable en disolucin, mientras que en el segundo presenta la

ventaja de mayor porcentaje en peso de aluminio por kg dosificado.

Polielectrolitos: Pueden ser polmeros naturales o sintticos, no inicos

(poliacrilamidas) aninicos (cidos poliacrlicos) o catinicos (polivinilaminas).

Las cantidades a dosificar son mucho menores que para las sales, pero tanto

la eficacia como el coste es mucho mayor.

______________________________________________________________________ 11


Al flculo que se forma por la accin del coagulante, se le debe aumentar el volumen,

peso y cohesin; para aumentar la cantidad del flculo el agua debe ponerse en

contacto con los precipitados; As mismo, para que las partculas coloidales

descargadas elctricamente se incorporen a las partculas del flculo, se debe realizar

una agitacin lenta y homognea. Otra alternativa es usar floculantes que favorecen

cada una de estas operaciones, estos productos pueden aumentar la velocidad de

reaccin o mejorar la calidad del flculo (hacindolo ms pesado, voluminoso y

coherente). Los floculantes se clasifican segn su naturaleza, origen y carga elctrica.

Segn su naturaleza: Orgnica (fabricados a partir de algas, almidones,

derivados de celulosa), o mineral.

Segn su origen: (poliacrilamidas, poliaminas) o natural.

Segn su carga elctrica: Aninica (negativa), catinica (positiva) o no inica.

Posteriormente a la coagulacin floculacin contina la sedimentacin o

decantacin, que es la operacin fsica en la que se aprovecha la fuerza de la

gravedad que hace que una partcula ms densa que el agua tenga una trayectoria

descendente, depositndose en el fondo del sedimentador. Esta operacin ser ms

eficaz cuanto mayor sea el tamao y la densidad de las partculas a separar del agua,

es decir, cuanto mayor sea su velocidad de sedimentacin, siendo el principal

parmetro de diseo para estos equipos. La forma de los equipos donde se lleva a

cabo la sedimentacin es variable, en funcin de las caractersticas de las partculas a

sedimentar (tamao, forma, concentracin, densidad, etc.).

En los tratamientos terciarios, el tercer escaln suele establecer la operacin de

filtracin, que tiene por objetivo retener la mayor cantidad posible de materia en

suspensin. El medio poroso tradicionalmente utilizado es un lecho de arena, de altura

variable, dispuesta en distintas capas de diferente tamao de partcula, siendo la

superior la ms pequea y de entre 0,15 y 0,3 mm. Es una operacin muy utilizada en

el tratamiento de aguas potables, as como en el tratamiento de aguas para

reutilizacin, para eliminar la materia en suspensin que no se ha eliminado en

anteriores operaciones (sedimentacin). En aguas industriales hay mas variedad en

cuanto al material filtrante utilizado, siendo habitual el uso de tierra de diatomeas. Hay

muchas maneras de clasificar los sistemas de filtracin: Por gravedad a presin,

lenta rpida, de torta en profundidad.

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Filtracin por gravedad: El agua circula verticalmente y en descenso a travs

del filtro por simple gravedad. Dentro de este tipo, podemos encontrar dos

formas de operacin, la primera que nos lleva a tener una filtracin lenta,

apenas utilizada actualmente, o una que nos lleve a tener una filtracin rpida.

El mecanismo de separacin de slidos es una combinacin de asentamiento,

retencin, adhesin y atraccin, por lo que se eliminan partculas mucho

menores que el espacio intersticial. Es un sistema muy utilizado en tratamiento

para aguas potables.

Filtracin por presin: Normalmente estos filtros se encuentran contenidos en

recipientes y el agua se ve forzada a atravesar el medio filtrante sometido a

presin. Tambin en este caso puede existir filtracin lenta, debido a que en la

superficie del filtro se desarrolla una torta filtrante. Por otra parte, en la filtracin

rpida se habla de filtracin en profundidad, es decir, cuando la mayor parte de

espesor de medio filtrante est activo para el proceso de filtracin y la calidad

del filtrado mejora con la profundidad. Esta filtracin a presin se suele utilizar

ms en aguas industriales.

En la actualidad y en algunas de sus aplicaciones, los mtodos de filtracin

previamente sealados estn siendo desplazados por operaciones con membranas.

El tratamiento terciario, dependiendo del uso al cual est previsto destinar las aguas

residuales tratadas, puede completarse con una desinfeccin. Las tcnicas ms

empleadas son: Cloracin, ozonizacin, radiacin ultravioleta y tratamientos por

membranas.

La desinfeccin pretende la destruccin o inactivacin de los microorganismos que

puedan causarnos enfermedades, dado que el agua es uno de los principales medios

por el que se transmiten. Los organismos causantes de enfermedades pueden ser

bacterias, virus, protozoos y algunos otros. La desinfeccin se hace imprescindible

para la proteccin de la salud pblica, si el agua a tratar tiene como finalidad el

consumo humano. En el caso de aguas residuales industriales, el objetivo puede ser

no solo desactivar patgenos, sino cualquier otro organismo vivo, si lo que se pretende

es reutilizar el agua. Para llevar a cabo la desinfeccin se pueden utilizar distintos

tratamientos: Tratamiento fsico (calor, radiacin), cidos o bases, etc., pero

fundamentalmente se utilizan agentes oxidantes, entre los que cabe destacar el

clsico Cl2 y algunos de sus derivados, o bien procesos de oxidacin avanzada tales

como la ozonizacin.

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El cloro (Cl2), es el oxidante ms ampliamente utilizado. Hay una serie de factores que

influyen en el proceso: Naturaleza y concentracin de organismos a destruir,

sustancias disueltas o en suspensin en el agua as como la concentracin de cloro y

el tiempo de contacto utilizado. Las sustancias presentes en el agua influyen en gran

medida en la cloracin. En presencia de sustancias orgnicas, el poder desinfectante

es menor. La presencia de amonio consume cloro (formacin de cloraminas). El hierro

y manganeso aumentan la demanda del mismo. En este sentido, es importante

realizar un estudio de la demanda del cloro (breakpoint) para determinar la dosis de

cloro correcta para cada tipo de agua. Adems de la dosis, es tambin importante el

tiempo de contacto, de manera que el parmetro a utilizar es la expresin Ct:

Concentracin de desinfectante final en mg/l (C) y tiempo de exposicin mnimo en

minutos (t). Normalmente la expresin utilizada es Cnt=constante, que para el cloro

adopta valores entre 0.5 y 1.5. Sin embargo, una de las principales desventajas de la

utilizacin del cloro como desinfectante es la posibilidad de formacin, aunque en

cantidades muy reducidas, de compuestos como los trihalometanos. Por otra parte, se

ha observado que el cloro acta sobre las bacterias en concentraciones muy bajas

(0,1 a 2,0 mg/l). Por esto, hay quienes sugirieron que slo podra explicarse

considerando que era el sistema enzimtico de la clula el que quedaba en alguna

forma afectado, por ser muy sensible a bajos niveles de sustancias inhibidoras. Segn

ellos, los compuestos clorados reaccionan con los grupos sulfhdricos presentes en las

enzimas celulares, paralizando el proceso metablico de oxidacin de la glucosa, con

lo que la actividad enzimtica de la clula queda irreversiblemente destruida. En

relacin con la distinta actividad de los compuestos de cloro, Fair y otros sugieren que

se debe a la actividad de la membrana celular, que tiene un comportamiento selectivo,

permitiendo el paso de determinadas sustancias e impidiendo el de otras. El HOCl por

su pequeo tamao molecular y su neutralidad elctrica puede atravesar dicha

membrana ms fcilmente que otros compuestos. Por tanto, la desinfeccin se hara

en dos etapas:

Penetracin de la membrana celular por el compuesto.

Reaccin con las enzimas celulares (deshidrogenada triosefosfrica).

Por otra parte, los protozoos pueden estar como quistes o en forma vegetativa. En el

primer caso son ms resistentes a la desinfeccin que en el segundo, pero en ambos

son ms difciles de destruir que las bacterias. Como ejemplo pede sealarse que:

______________________________________________________________________ 14


Para dosis de cloro libre de 2 mg/l y pH igual a 7,5 se necesita no menos de 4

h de tiempo de contacto para poder eliminar los quistes de amebas.

En cambio para pH igual a 9 y la misma dosis de cloro libre, se requieren 30 h,

lo que indica que el aumento de pH disminuye notablemente con la capacidad

cisticida del cloro.

Sobre la forma como el cloro acta sobre las partculas virales no ha sido investigada

suficientemente. Se cree que el HOCl ataca la envoltura protenica de los virus

reaccionando con ella. Esto explicara la relativa lentitud con que se hace la

desinfeccin, pues la interaccin entre el cloro y las protenas progresa muy

lentamente.

Referente a la destruccin de las esporas por el cloro se produce de manera diferente

que la de las formas vegetativas, pues aquellas no poseen la capacidad de oxidar la

glucosa, su viabilidad no depende de dicha capacidad. De all su mayor resistencia a

la desinfeccin, la cual puede tambin ser causada por la impermeabilidad de su capa

protectora, que impide la difusin de los compuestos clorados hacia el interior de la

clula.

La potencia desinfectante de los compuestos de cloro se expresa por un coeficiente de

letalidad (MORRIS), que da la concentracin de cloro necesario para producir el 99 por

100 de inactividad, en un tiempo de contacto de 10 minutos.

La ozonizacin, es una alternativa de desinfeccin ms potente y sin riesgos como la

formacin de trihalometanos, el tiempo de actuacin es ms corto que el del cloro; el

ozono se hidroliza (desdoblamiento de la molcula) en el agua formando radicales

libres que actan como germicidas. Es efectivo en la eliminacin de virus, bacterias y

protozoos. El alto potencial de oxidacin del ozono hace que sea capaz de oxidar a

todos los iones negativos inorgnicos menos al flor. En efecto, oxida a los iones

manganoso y ferroso, as como a los sulfuros y sulfitos, pasndolos a sulfatos y los

nitritos a nitratos. Los yoduros, bromuros y cloruros los oxida a yodo, bromo y cloro,

siendo la reaccin del yodo el fundamento de su determinacin. En medio bsico,

oxida el in amonio a nitrato, no hacindolo en medio cido. Merced a esta facultad,

reacciona con casi todas las sustancias que se encuentran en el agua, incluyendo las

sales metlicas.

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Con mucha frecuencia existe una relacin directa entre la presencia de iones hierro y

manganoso y el color del agua. La eliminacin del hierro y el manganeso como tales,

no justifica el empleo de ozono; a menudo pueden aplicarse otros procedimientos para

eliminarlos. Sin embargo, estos elementos pueden formar complejos con grupos

aninicos que deben destruirse con anterioridad. En este caso el ozono es el reactivo

que debe elegirse: precipita los elementos no deseables en forma de hidratos

insolubles de valencia elevada y todo ello a los pH que normalmente se encuentran en

las aguas naturales. Esta accin es particularmente interesante en el caso del

manganeso. La transformacin del manganeso en hidrato tetravalente Mn(OH)4, por el

oxgeno del aire, el cual es insoluble, exige un pH superior a 10 en ausencia de

catalizador, y un pH 8,5 en presencia de xidos superiores de manganeso. Por el

contrario, el ozono provoca, sin la presencia de catalizador, una precipitacin total a

partir de un pH de 6,5. Igualmente acta en la eliminacin de metales pesados (Cd, Ni,

Co, Zn).La desventaja es que el ozono es poco transportable, con lo cual se debe

generar in situ y para ello se requiere una gran inversin instalacin, explotacin y

mantenimiento. Cuando se aplica ozono, con una concentracin determinada

insuficiente, ejerce una accin bactericida muy pequea. Si se sobrepasa la

concentracin necesaria, la accin desinfectante es completa y total. La dosis de

ozono en un agua dada, para una determinada acci

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID - core.ac.uk · que las vidas son breves mascaradas; Aquí aprendemos a reír con llanto y también a llorar con carcajadas! DEDICATORIA . A mis