Contaminacion Y Tratamiento Aguas Residuales 5l682o
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Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINATES FÍSICOS: Material flotante, sólidos en suspensión, espumas, residuos oleaginosos, etc. * Actividad Minero-Ind. Metalúrgicas: Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Mn, Hg, Ag, Zn, CN-,... INORGÁNICOS SEGÚN SU
* Industrias: H2S, SO32-, NO2-, NO3-... * Descomposición Materia orgánica: NH4+, NO3-
QUÍMICOS
NATURALEZA * Desechos humanos, animales y vegetales ORGÁNICOS * Compuestos industriales: disolventes, aceites, detergentes, insecticidas, herbicidas,... BIOLÓGICOS: Bacterias, virus y otros microorganismos
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINATES
Aeróbica: {CH2O} + O2 → CO2 + H2O+ iones no SEGÚN SU
DEGRADABLES o BIODEGRADABLES
degradables Anaeróbica: {CH2O} → CH4 + CO2 + H2S
PERSISTENCIA NO DEGRADABLES: NO3-, SO42-, PO43-, Pb2+,Cd2+, Hg2+ y otros
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
CALIDAD DEL AGUA 1.) DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO Y DBO5): Cantidad de oxígeno disuelto (en mg/L) que se consume en la degradación de los compuestos orgánicos por la acción bacteriana. TIPO de AGUA
NIVELES de DBO (mg/L)
Potable
0.75 – 1.5
Contaminada
>5
Residuales
100 - 400
Industriales y Agrícola
> 1000
2.) DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO): Mide la cantidad de materia orgánica, tanto biodegradable como no biodegradable, susceptible de ser oxidada por medios químicos (K2Cr2O7).También se incluye las especies inorgánicas oxidables (yoduros, sulfuros, sulfitos,…) 3.) CARBONO ORGÁNICO TOTAL (COT): Determinado mediante combustión de los compuestos orgánicos y medida por espectroscopía infrarroja del CO2.
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
TIPOS DE TRATAMIENTOS
FACTORES CONDICIONANTES:
PROCEDENCIA DEL AGUA: Acuífero, pozos, embalses, ríos,...
DESTINO FINAL DEL AGUA:
¾ Consumo humano ¾ Aguas residuales : Vertido a las aguas superficiales ¾ Aplicaciones industriales específicas
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ¾ En Andalucía: 77% de vertidos urbanos y 23 % industriales ¾ Composición:
99,9 % Agua
PROTEÍNAS
Agua 70 % Orgánicos
Residual
Carbohidratos Grasas
0.1 % Sólido ARENAS 30 % Inorgánicos Sales Metales
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
TIPOS DE TRATAMIENTOS ¾ PRIMARIO: Reducen el 50 % de sólidos en suspensión y 35 % de la DBO. ¾ SECUNDARIO: Reducen el 90 % de sólidos en suspensión y 90 % de la DBO. ¾ TERCIARIO: Elimina los contaminantes orgánicos persistentes, nutrientes y sales minerales.
¾ PRIMARIO Criba
Eliminador de sólidos suspendidos
Aguas crudas
Aguas vertidas
Unidad de cloración lodos
Tratamiento secundario
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ SECUNDARIO: Lodos Activados
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ ELIMINACIÓN DE LOS LODOS ACTIVADOS ∗ Utilización como fertilizante: Su contenido en metales lo desaconseja ∗ Concentración: espesamiento, flotación o centrifugación ∗ Estabilización de fangos o digestión: aeróbica o anaeróbica y con recuperación de biogas
Digestión anaeróbica
∗ Secado ∗ Incineración con recuperación de energía
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ TERCIARIO:
∗ Cualquier tratamiento posterior al tratamiento secundario ∗ Objetivo: Hacer que el agua sea tan pura como sea posible antes de su vertido o de reutilización. ∗ Técnicas utilizadas: • Métodos de precipitación, sedimentación y filtración. • Adsorción con carbón activo • Técnicas de cambio iónico, ósmosis inversa o electrodiálisis
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES (Fosfatos y nitratos) ο Efluente del tratamiento secundario contiene 300 – 400 mg/L por encima del material inorgánico permitido.
ο EUTROFIZACIÓN: Crecimiento acelerado de plantas acuáticas y algas por la acumulación de elementos nutritivos (fosfatos y nitratos).
ο En Andalucía: aproximadamente el 50 % de los pantanos están o muestran tendencia a la eutrofización.
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
ELIMINACIÓN DE FOSFATOS ∗ Presentes como: compuestos organofosforados, ortofosfatos (H2PO4-, HPO42-, PO43-) y polifosfatos: Na3(PO3)6, Na5P3O10 y Na4P2O7 ∗ Contenido en aguas domésticas: 25 mg/l, eliminable después del tratamiento secundario el 20 %. Concentraciones superiores a 0.5 mg/L producen eutrofización. ∗ Fuente: DETERGENTES
ο DETERGENTES: Componentes: • Surfactante: Ej. dodecilbencensulfonato de sodio (biodegradable) CH3 ( CH2 )
11
• Agentes formadores: Polifosfatos
O NaO P O ONa
• Aditivos: perfumes, blanqueadores, ...
O
O
P O ONa
P O Na O Na
SO3Na
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ MÉTODOS DE ELIMINACIÓN 1. PROCESO DE PRECIPITACIÓN: A)
-
Ca2+ + 2HCO3 + Ca(OH)2 → 2CaCO3(s) + 2H2O -
5Ca2+ + 4OH + 3PO43- → Ca5(OH)(PO4)3(s) + 3H2O B)
Al2(SO4)3.18H2O + 2PO43- → 2AlPO4↓ + 3SO42- + 18H2O FeCl3 + PO43- → FePO4↓ + 3Cl-
3 Reducción del 90-95 % 3 Permite eliminar Sr, Pu y U de desechos radiactivos 3 Bajo coste 2. ZEOLITAS (LINDE Tipo A): Son usadas en lugar de los polifosfatos
{Na12[Al12Si12O48].27H2O}8
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
ELIMINACIÓN del NITRÓGENO ∗ Presentes como: 40% compuestos nitrogenados y 60% como iones NH4+ ∗ Fuente: Drenaje de las tierras y difusión de los efluentes de aguas residuales. ∗ Los tratamientos primario y secundario extraen el 25 % del nitrógeno total
¾ MÉTODOS: I.
ELIMINACIÓN DEL NH3 POR ARRASTRE CON AIRE: El ion NH4+ procedente de la biodegradación de los compuestos residuales nitrogenados, es eliminado por aumento del pH ≈ 11 con cal. El NH3 gaseoso se libera del agua por arrastre con aire en una torre. CaO + H2O → Ca(OH)2
Ca(OH)2 + 2 NH4+ → Ca2+ + 2NH3 + 2H2O
Sus principales desventajas son: (1) dificultad para realizarlo a gran escala y (2) contaminación atmosférica
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
II.
CAMBIADORES IÓNICOS DE IONES NH4+. Es una alternativa atractiva, posibilitada por el uso de la clinoptilolita, una zeolita natural selectiva para los iones NH4+. Regenerada con sales sódicas y cálcicas. Na+(clinoptilolita) + NH4+ → Na+ + NH4+(clinoptilolita)
Heulandita: Ca4[Al8Si28O72].24H2O
III. BIOSÍNTESIS. La producción de biomasa en el tratamiento de aguas residuales y su eliminación de los efluentes origina una pérdida neta de nitrógeno en el sistema.
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
IV.
NITRIFICACIÓN – DESNITRIFICACIÓN.
1. Proceso de Nitrificación: 2NH4+ + 3O2
2NO2- +3O2
as ⎯nitrosomon ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ⎯→ ⎯nitrobacte ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯rias ⎯⎯→
4H+ + 2NO2- + 2H2O 2NO3-
2. Proceso de Desnitrificación: bacterias desnitrificantes 4NO3- + 5{CH2O} + 4H+ ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯→ 2N2(g) + 5CO2(g) + 7H2O
V.
CLORACIÓN.
NH4+ + HClO → NH2Cl + H2O + H+ 2NH2Cl + HClO → N2(g) + 3H+ + 3Cl- + H2O
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
ADSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVO ¾ PROPIEDADES: ∗ Principal método utilizado para eliminar la materia orgánica. ∗ Alta superficie específica (1000 – 1500 m2/g) ∗ Bajo coste y posibilidad de reutilización (pérdidas del 10%) ¾ OBTENCIÓN: 1.- Carbonización materia prima (madera, lignina, turba...) a tª < 600 ºC 2.- Activación: a) Usando CO2 como agente oxidante (600-700 ºC) CO2 + C → 2CO
b) Usando vapor de H2O (800 – 900 ºC)
H2O + C → H2 + CO
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
PROCESOS de CAMBIO IÓNICO ¾ FUNDAMENTO: Sustitución de iones presentes en el agua a tratar por otros que forman parte del cambiador. ¾ TIPOS: a) R-SO3H 1.- Catiónicos b) R-COOH
2.- Aniónicos
a)R-NH3+OHb) R-NH2
R-SO3H + NaCl → R-SO3Na + H+ + Cl2R-COOH + Ca(HCO3)2 → (R-COO)2Ca + 2CO2 + 2H2O R-NH3+OH- + NaCl → R-NH3+Cl- + Na+ + OHR-NH2 + NH4Cl → R-NH3+Cl- + NH3
¾ APLICACIONES: 1. Eliminación de isótopos radiactivos. 2. Descontaminación de aguas con mercurio. 3. Eliminación y recuperación de cromatos y cianuros. 4. Eliminación y recuperación de antibióticos. 5. Recuperación de oro.
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ TIPOS DE ADSORBENTES/ABSORBENTES INORGÁNICOS:
I. ARCILLAS y ZEOLITAS (Naturales y sintéticas).
∗ Las zeolitas naturales: bajo coste, menor estabilidad y CCC que las sintéticas. Pueden requerir un pretratamiento.
Usadas en la eliminación de núclidos radiactivos y de nitrógeno ∗ Las arcillas presentan cierta tendencia a la formación de coloides en algunos medios. ∗ Las arcillas como las zeolitas naturales se atacan parcialmente por ácidos y bases ∗ Las zeolitas sintéticas: elevada estabilidad y CCC. Además pueden actuar como tamices moleculares. II. Óxidos e hidróxidos metálicos: ∗ Alta capacidad de cambio, baja solubilidad y buena estabilidad térmica y a las radiaciones. ∗ Característica principal: M-OH ∗ Alto precio.
III. Sales insolubles de hetero-poliácidos (Fosfomolibdato amónico) IV. Sales complejas (Hexacianoferratos insolubles)
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
PROCESOS DE SEPARACIÓN A TRAVÉS DE MEMBRANAS ∗ Se utilizan para eliminar materia disuelta en el agua. ∗
Clasificación: 1. Membranas semipermeables: filtración sobre arena, microfiltración, ultrafiltración y ósmosis inversa. 2. Membrana de electrodiálisis. Macromoléculas orgánicas
Compuestos orgánicos
coloides bacterias levaduras
•
10 μm
virus
• 1
•
0,1
sales disueltas
•
•
0,01
Nanofiltración Ultrafiltración Microfiltración Filtro de Arena
•
0,001 0,0001 Ósmosis inversa
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ ÓSMOSIS INVERSA ∗ TIPOS DE MEMBRANAS: Acetato de celulosa y poliamidas aromáticas.
∗ FUNDAMENTO: ∗ APLICACIONES: • Permiten la eliminación de coloides, impurezas iónicas, compuestos orgánicos y microorganismos • Recuperación de ciertos metales • Recuperación de NH4NO3 de industrias productoras de abonos nitrogenados • Aguas residuales destinadas a su reutilización para consumo humano
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
ο ELECTRODIÁLISIS ∗ FUNDAMENTO:
∗ CARACTERÍSTICAS DE LA MEMBRANA: Alta ccc, inerte a reacciones redox y de precipitación,
alta resistencia a la temperatura y a los esfuerzos mecánicos. ∗ APLICACIONES: Producción de agua potable a partir de agua salobre poco mineralizada
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
TRATAMIENTOS ACONSEJADOS Riego
Recreo
Reutilización Municipal
Productos no Productos Productos que Sin Con Reutilización No Potable utilizados direct. cocinados; se consumen o o industrial potable consumo humano cultivo de peces crudos Tratamiento primario
***
Tratamiento secundario
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
Filtración
***
***
***
***
Desnitrificación Precipitación química Adsorción con carbón activo Intercambio iónico Desinfección
ESENCIAL,
***
NECESARIO,
RECOMENDABLE
***
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
I. MÉTODOS AVANZADOS DE OXIDACIÓN ¾ FUNDAMENTO: Procesos de degradación oxidativa, mediante formación de radicales (OH) por iluminación con luz suficientemente energética. ¾ REACCIONES:
(1) H2O2 + luz (λ > 253,5 nm) → 2OH Fe3+ + H2O → FeOH2+ + H+ FeOH2+ + luz → Fe2+ + OH
(basado en la reacción foto-Fenton Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH + OH-) (2)
O3 + luz → O2 + O O + H2O → 2OH
¾ FOTOCATÁLISIS: Semiconductores de TiO2 ¾ APLICADAS: Oxidación de la materia orgánica resistente como: aromáticos clorados, pesticidas, PCB’s, dioxinas, etc..
CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINATES FÍSICOS: Material flotante, sólidos en suspensión, espumas, residuos oleaginosos, etc. * Actividad Minero-Ind. Metalúrgicas: Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Mn, Hg, Ag, Zn, CN-,... INORGÁNICOS SEGÚN SU
* Industrias: H2S, SO32-, NO2-, NO3-... * Descomposición Materia orgánica: NH4+, NO3-
QUÍMICOS
NATURALEZA * Desechos humanos, animales y vegetales ORGÁNICOS * Compuestos industriales: disolventes, aceites, detergentes, insecticidas, herbicidas,... BIOLÓGICOS: Bacterias, virus y otros microorganismos
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINATES
Aeróbica: {CH2O} + O2 → CO2 + H2O+ iones no SEGÚN SU
DEGRADABLES o BIODEGRADABLES
degradables Anaeróbica: {CH2O} → CH4 + CO2 + H2S
PERSISTENCIA NO DEGRADABLES: NO3-, SO42-, PO43-, Pb2+,Cd2+, Hg2+ y otros
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
CALIDAD DEL AGUA 1.) DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO Y DBO5): Cantidad de oxígeno disuelto (en mg/L) que se consume en la degradación de los compuestos orgánicos por la acción bacteriana. TIPO de AGUA
NIVELES de DBO (mg/L)
Potable
0.75 – 1.5
Contaminada
>5
Residuales
100 - 400
Industriales y Agrícola
> 1000
2.) DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO): Mide la cantidad de materia orgánica, tanto biodegradable como no biodegradable, susceptible de ser oxidada por medios químicos (K2Cr2O7).También se incluye las especies inorgánicas oxidables (yoduros, sulfuros, sulfitos,…) 3.) CARBONO ORGÁNICO TOTAL (COT): Determinado mediante combustión de los compuestos orgánicos y medida por espectroscopía infrarroja del CO2.
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
TIPOS DE TRATAMIENTOS
FACTORES CONDICIONANTES:
PROCEDENCIA DEL AGUA: Acuífero, pozos, embalses, ríos,...
DESTINO FINAL DEL AGUA:
¾ Consumo humano ¾ Aguas residuales : Vertido a las aguas superficiales ¾ Aplicaciones industriales específicas
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ¾ En Andalucía: 77% de vertidos urbanos y 23 % industriales ¾ Composición:
99,9 % Agua
PROTEÍNAS
Agua 70 % Orgánicos
Residual
Carbohidratos Grasas
0.1 % Sólido ARENAS 30 % Inorgánicos Sales Metales
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
TIPOS DE TRATAMIENTOS ¾ PRIMARIO: Reducen el 50 % de sólidos en suspensión y 35 % de la DBO. ¾ SECUNDARIO: Reducen el 90 % de sólidos en suspensión y 90 % de la DBO. ¾ TERCIARIO: Elimina los contaminantes orgánicos persistentes, nutrientes y sales minerales.
¾ PRIMARIO Criba
Eliminador de sólidos suspendidos
Aguas crudas
Aguas vertidas
Unidad de cloración lodos
Tratamiento secundario
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ SECUNDARIO: Lodos Activados
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ ELIMINACIÓN DE LOS LODOS ACTIVADOS ∗ Utilización como fertilizante: Su contenido en metales lo desaconseja ∗ Concentración: espesamiento, flotación o centrifugación ∗ Estabilización de fangos o digestión: aeróbica o anaeróbica y con recuperación de biogas
Digestión anaeróbica
∗ Secado ∗ Incineración con recuperación de energía
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ TERCIARIO:
∗ Cualquier tratamiento posterior al tratamiento secundario ∗ Objetivo: Hacer que el agua sea tan pura como sea posible antes de su vertido o de reutilización. ∗ Técnicas utilizadas: • Métodos de precipitación, sedimentación y filtración. • Adsorción con carbón activo • Técnicas de cambio iónico, ósmosis inversa o electrodiálisis
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES (Fosfatos y nitratos) ο Efluente del tratamiento secundario contiene 300 – 400 mg/L por encima del material inorgánico permitido.
ο EUTROFIZACIÓN: Crecimiento acelerado de plantas acuáticas y algas por la acumulación de elementos nutritivos (fosfatos y nitratos).
ο En Andalucía: aproximadamente el 50 % de los pantanos están o muestran tendencia a la eutrofización.
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
ELIMINACIÓN DE FOSFATOS ∗ Presentes como: compuestos organofosforados, ortofosfatos (H2PO4-, HPO42-, PO43-) y polifosfatos: Na3(PO3)6, Na5P3O10 y Na4P2O7 ∗ Contenido en aguas domésticas: 25 mg/l, eliminable después del tratamiento secundario el 20 %. Concentraciones superiores a 0.5 mg/L producen eutrofización. ∗ Fuente: DETERGENTES
ο DETERGENTES: Componentes: • Surfactante: Ej. dodecilbencensulfonato de sodio (biodegradable) CH3 ( CH2 )
11
• Agentes formadores: Polifosfatos
O NaO P O ONa
• Aditivos: perfumes, blanqueadores, ...
O
O
P O ONa
P O Na O Na
SO3Na
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ MÉTODOS DE ELIMINACIÓN 1. PROCESO DE PRECIPITACIÓN: A)
-
Ca2+ + 2HCO3 + Ca(OH)2 → 2CaCO3(s) + 2H2O -
5Ca2+ + 4OH + 3PO43- → Ca5(OH)(PO4)3(s) + 3H2O B)
Al2(SO4)3.18H2O + 2PO43- → 2AlPO4↓ + 3SO42- + 18H2O FeCl3 + PO43- → FePO4↓ + 3Cl-
3 Reducción del 90-95 % 3 Permite eliminar Sr, Pu y U de desechos radiactivos 3 Bajo coste 2. ZEOLITAS (LINDE Tipo A): Son usadas en lugar de los polifosfatos
{Na12[Al12Si12O48].27H2O}8
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
ELIMINACIÓN del NITRÓGENO ∗ Presentes como: 40% compuestos nitrogenados y 60% como iones NH4+ ∗ Fuente: Drenaje de las tierras y difusión de los efluentes de aguas residuales. ∗ Los tratamientos primario y secundario extraen el 25 % del nitrógeno total
¾ MÉTODOS: I.
ELIMINACIÓN DEL NH3 POR ARRASTRE CON AIRE: El ion NH4+ procedente de la biodegradación de los compuestos residuales nitrogenados, es eliminado por aumento del pH ≈ 11 con cal. El NH3 gaseoso se libera del agua por arrastre con aire en una torre. CaO + H2O → Ca(OH)2
Ca(OH)2 + 2 NH4+ → Ca2+ + 2NH3 + 2H2O
Sus principales desventajas son: (1) dificultad para realizarlo a gran escala y (2) contaminación atmosférica
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
II.
CAMBIADORES IÓNICOS DE IONES NH4+. Es una alternativa atractiva, posibilitada por el uso de la clinoptilolita, una zeolita natural selectiva para los iones NH4+. Regenerada con sales sódicas y cálcicas. Na+(clinoptilolita) + NH4+ → Na+ + NH4+(clinoptilolita)
Heulandita: Ca4[Al8Si28O72].24H2O
III. BIOSÍNTESIS. La producción de biomasa en el tratamiento de aguas residuales y su eliminación de los efluentes origina una pérdida neta de nitrógeno en el sistema.
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
IV.
NITRIFICACIÓN – DESNITRIFICACIÓN.
1. Proceso de Nitrificación: 2NH4+ + 3O2
2NO2- +3O2
as ⎯nitrosomon ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ⎯→ ⎯nitrobacte ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯rias ⎯⎯→
4H+ + 2NO2- + 2H2O 2NO3-
2. Proceso de Desnitrificación: bacterias desnitrificantes 4NO3- + 5{CH2O} + 4H+ ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯→ 2N2(g) + 5CO2(g) + 7H2O
V.
CLORACIÓN.
NH4+ + HClO → NH2Cl + H2O + H+ 2NH2Cl + HClO → N2(g) + 3H+ + 3Cl- + H2O
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
ADSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVO ¾ PROPIEDADES: ∗ Principal método utilizado para eliminar la materia orgánica. ∗ Alta superficie específica (1000 – 1500 m2/g) ∗ Bajo coste y posibilidad de reutilización (pérdidas del 10%) ¾ OBTENCIÓN: 1.- Carbonización materia prima (madera, lignina, turba...) a tª < 600 ºC 2.- Activación: a) Usando CO2 como agente oxidante (600-700 ºC) CO2 + C → 2CO
b) Usando vapor de H2O (800 – 900 ºC)
H2O + C → H2 + CO
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
PROCESOS de CAMBIO IÓNICO ¾ FUNDAMENTO: Sustitución de iones presentes en el agua a tratar por otros que forman parte del cambiador. ¾ TIPOS: a) R-SO3H 1.- Catiónicos b) R-COOH
2.- Aniónicos
a)R-NH3+OHb) R-NH2
R-SO3H + NaCl → R-SO3Na + H+ + Cl2R-COOH + Ca(HCO3)2 → (R-COO)2Ca + 2CO2 + 2H2O R-NH3+OH- + NaCl → R-NH3+Cl- + Na+ + OHR-NH2 + NH4Cl → R-NH3+Cl- + NH3
¾ APLICACIONES: 1. Eliminación de isótopos radiactivos. 2. Descontaminación de aguas con mercurio. 3. Eliminación y recuperación de cromatos y cianuros. 4. Eliminación y recuperación de antibióticos. 5. Recuperación de oro.
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ TIPOS DE ADSORBENTES/ABSORBENTES INORGÁNICOS:
I. ARCILLAS y ZEOLITAS (Naturales y sintéticas).
∗ Las zeolitas naturales: bajo coste, menor estabilidad y CCC que las sintéticas. Pueden requerir un pretratamiento.
Usadas en la eliminación de núclidos radiactivos y de nitrógeno ∗ Las arcillas presentan cierta tendencia a la formación de coloides en algunos medios. ∗ Las arcillas como las zeolitas naturales se atacan parcialmente por ácidos y bases ∗ Las zeolitas sintéticas: elevada estabilidad y CCC. Además pueden actuar como tamices moleculares. II. Óxidos e hidróxidos metálicos: ∗ Alta capacidad de cambio, baja solubilidad y buena estabilidad térmica y a las radiaciones. ∗ Característica principal: M-OH ∗ Alto precio.
III. Sales insolubles de hetero-poliácidos (Fosfomolibdato amónico) IV. Sales complejas (Hexacianoferratos insolubles)
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
PROCESOS DE SEPARACIÓN A TRAVÉS DE MEMBRANAS ∗ Se utilizan para eliminar materia disuelta en el agua. ∗
Clasificación: 1. Membranas semipermeables: filtración sobre arena, microfiltración, ultrafiltración y ósmosis inversa. 2. Membrana de electrodiálisis. Macromoléculas orgánicas
Compuestos orgánicos
coloides bacterias levaduras
•
10 μm
virus
• 1
•
0,1
sales disueltas
•
•
0,01
Nanofiltración Ultrafiltración Microfiltración Filtro de Arena
•
0,001 0,0001 Ósmosis inversa
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
¾ ÓSMOSIS INVERSA ∗ TIPOS DE MEMBRANAS: Acetato de celulosa y poliamidas aromáticas.
∗ FUNDAMENTO: ∗ APLICACIONES: • Permiten la eliminación de coloides, impurezas iónicas, compuestos orgánicos y microorganismos • Recuperación de ciertos metales • Recuperación de NH4NO3 de industrias productoras de abonos nitrogenados • Aguas residuales destinadas a su reutilización para consumo humano
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
ο ELECTRODIÁLISIS ∗ FUNDAMENTO:
∗ CARACTERÍSTICAS DE LA MEMBRANA: Alta ccc, inerte a reacciones redox y de precipitación,
alta resistencia a la temperatura y a los esfuerzos mecánicos. ∗ APLICACIONES: Producción de agua potable a partir de agua salobre poco mineralizada
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
TRATAMIENTOS ACONSEJADOS Riego
Recreo
Reutilización Municipal
Productos no Productos Productos que Sin Con Reutilización No Potable utilizados direct. cocinados; se consumen o o industrial potable consumo humano cultivo de peces crudos Tratamiento primario
***
Tratamiento secundario
***
***
***
***
***
***
***
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***
Filtración
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Desnitrificación Precipitación química Adsorción con carbón activo Intercambio iónico Desinfección
ESENCIAL,
***
NECESARIO,
RECOMENDABLE
***
Química Inorgánica Ambiental: Tema 9
I. MÉTODOS AVANZADOS DE OXIDACIÓN ¾ FUNDAMENTO: Procesos de degradación oxidativa, mediante formación de radicales (OH) por iluminación con luz suficientemente energética. ¾ REACCIONES:
(1) H2O2 + luz (λ > 253,5 nm) → 2OH Fe3+ + H2O → FeOH2+ + H+ FeOH2+ + luz → Fe2+ + OH
(basado en la reacción foto-Fenton Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH + OH-) (2)
O3 + luz → O2 + O O + H2O → 2OH
¾ FOTOCATÁLISIS: Semiconductores de TiO2 ¾ APLICADAS: Oxidación de la materia orgánica resistente como: aromáticos clorados, pesticidas, PCB’s, dioxinas, etc..
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