El documento describe varios procesos de tratamiento de agua, incluyendo la coagulación, filtración, ablandamiento del agua, remoción de hierro y manganeso, y remoción de metales pesados. Se explican los principios químicos y las etapas de cada proceso, así como los materiales y agentes químicos utilizados comúnmente para cada uno.

3. • El hidróxido gelatinoso así formado arrastra consigo
material en suspensión al sedimentarse. Además, es
probable que se formen dímeros unidos por
puentes de hidroxilos y cargados
positivamente, tales como:
H
|
O
(H2O)3Al
O
|
H

4. • Y los polímeros superiores que interactúan
específicamente con las partículas
coloidales, provocan la coagulación.
• El silicato de sodio parcialmente neutralizado por
ácido ayuda a la coagulación, particularmente
cuando se usa con alumbre.
• Los iones metálicos de los coagulantes también
reaccionan con las proteínas de los virus y las
degradan en el agua.

5. • El sulfato de hierro (II)
hidratado o
• El sulfato de hierro (III)
caparrosa, FeSO4.7H2O, tam
anhidro añadido al agua bién se usa normalmente
forma el hidróxido de como coagulante. Forma un
precipitado gelatinoso de
hierro (III) en una reacción
óxido de hierro (III)
análoga a la del sulfato de hidratado; en su acción
aluminio. Una ventaja del como coagulante, el Fe (II)
tiene que oxidarse a hierro
sulfato de hierro (III) es (III) por su reacción con el
que funciona en un oxígeno disuelto en el agua
a un pH superior a 4.5, o
amplio intervalo de pH, de
con el cloro, que puede
aproxim. entre 4 y 11. oxidar el hierro (II) a
valores más bajos de pH.

6. • Los polielectrolitos naturales y sintéticos se usan en
la floculación de partículas.
• Entre los compuestos naturales usados están el
almidón y los derivados de la celulosa, materiales
proteicos y gomas compuestas por polisacáridos.
Más recientemente han comenzado a usarse
determinados polímeros sintéticos, como son
polímeros neutros y polielectrolitos aniónicos y
catiónicos, los cuales son floculantes eficaces.

7. • La coagulación-filtración es un procedimiento
mucho más eficaz que la filtración sola para la
eliminación del material suspendido en el agua.
• El proceso consiste en la adición de
coagulantes que agregan a las partículas en
otras de mayor tamaño, seguida por la filtración.
Tanto el alumbre como la cal, a menudo
adicionando polielectrolitos, se emplean más
comúnmente para la coagulación.

8. • La etapa de filtración en el proceso de
coagulación-filtración normalmente se realiza en
un sustrato, como arena, gravilla, grava o carbón
de antracita.
• A menudo, para reducir la obstrucción, se usan
varios medios con espacios intersticiales
progresivamente menores.
• Un ejemplo es el filtro rápido de arena que
consiste en una capa de arena sostenida por las
de partículas de gravilla, cuyas partículas son
progresivamente de mayor tamaño al aumentar la
profundidad.

9. • La sustancia que realmente filtra el agua es el
material coagulado que se retiene en la arena. Según
se elimina más material, el aumento del mismo
eventualmente obstruye el filtro y debe ser extraído
por contraflujo.
• Una clase importante de solidos que deben ser
eliminado del agua residual consiste en solidos
suspendidos en el efluente secundario y que
proviene principalmente del lodo que no fue
removido en el proceso de sedimentación.

10. • Estos solidos dan cuenta de una gran parte de la DBO en el
efluente y pueden interferir en otro aspecto del tratamiento
terciario de aguas residuales, como la obstrucción de la
membranas en los proceso de tratamiento de agua por
osmosis inversa.
• La cantidad de material involucrada en este proceso puede ser
bastante alta. Los procesos diseñados para remover lo solidos
suspendidos a menudo eliminan 10-20 mg/L de material
orgánico del efluente secundario del agua residual.
Adicionalmente se elimina una pequeña cantidad de material
inorgánico.

11. • La filtración a través de membranas bajo presión
es un medio especialmente eficaz de eliminar
solidos e impurezas del agua.
• El agua purificada que pasa por una membrana
es la fase permeada y la cantidad menor de
material que no pasa por la membrana es la fase
retenida.

12. • Las membranas normalmente operan con
aperturas menores, se excluyen partículas
menores e incluso moléculas e iones, pero se
requieren presiones superiores y se consume
más energía.
• En orden decreciente de tamaño de los
poros, los procesos más comunes de
membranas son la microfiltración > la
ultrafiltración > la nanofiltración > y la
hiperfiltración.

14. Proceso Presión, atm Contaminantes removidos
Sólidos suspendidos, componentes
Microfiltración <5
emulsionados, bacterias, protozoos
Macromoléculas con masas molares entre
Ultrafiltración 2-8 5,000 y 100,000
(en función del tamaño de poro)
Moléculas con masas molares entre de 200 y
Nanofiltración 5-15
500 (en función del tamaño del poro)
La mayoría de los solutos e iones; el agua
salobre requiere presiones de ósmosis inversa
Hiperfiltración 15-100
de hasta 15 bar; la desalinización del agua de
mar requiere presiones de hasta 100 bar.

15. • Un problema común a todos los procesos de
membrana es el planteado por la fase retenida, que
concentra las sustancias que son eliminadas del
agua.
• En algunos casos, este material puede descargarse
con las aguas residuales y la fase retenida, como es
el caso de la desalinización del agua de mar por
osmosis inversa, donde puede retornarse al mar
diluyéndola antes con la propia agua de mar para no
dañar a los organismos con las elevadas
concentraciones de sales, si estas se descargan
puntualmente.

16. • Otras opciones que dependen de la fuente del agua
tratada, incluyen la evaporación del agua y la
incineración del residuo, la recuperación de material
de algunas aguas residuales industriales y la
evacuación en acuíferos profundos de agua salina.

17. • Las sales de calcio y magnesio, que generalmente
están presentes en el agua como bicarbonatos o
sulfatos, originan la dureza del agua.
• Una de las manifestaciones más comunes de la
dureza del agua son los “grumos” insolubles que se
forman por la reacción del jabón con los iones de
calcio y magnesio.

18. • Aunque los iones que causan la dureza del
agua no forman productos insolubles con
los detergentes, si afectan adversamente su
rendimiento.
• Por consiguiente, el calcio y el magnesio
deben ser eliminados del agua formando
complejos para que los detergentes
funcionen adecuadamente.

20. • Las sales disueltas como los bicarbonatos y los sulfatos
de calcio y de magnesio, pueden ser especialmente
dañinas en el agua de alimentación de las calderas.
Obviamente, la eliminación de la dureza del agua es
esencial para muchos de sus usos.
• Se usan varios procesos para ablandar el agua. A gran
escala, como en las operaciones de ablandamiento del
agua a nivel de comunidades, se usa el proceso de
“soda”-cal.

25. • El agua ablandada por las pantas de ablandamiento
con “soda”-cal usualmente tiene dos defectos.
Primero, debido a efectos de sobresaturación, parte
del CaCo3, y de Mg(OH)2 normalmente permanecen en
solución.
• Si no se eliminan, estos compuestos precipitaran
posteriormente y causaran depósitos dañinos o
enturbiamientos indeseables en el agua.
• El segundo problema resulta del uso de carbonato de
sodio muy básico que da al agua un pH
excesivamente alto, valores de pH de hasta 11.

27. • La fuente de CO2 usada en los procesos de
recarbonatación puede prevenir de la quema de
combustible carbonoso. Frecuentemente se utiliza el
gas de chimenea purificado de una planta térmica.
• El agua ajustada al pH, alcalinidad y concentración
de Ca2+ cercanos a los de saturación de CaCO3 se
denomina agua químicamente estabilizada.
Con esta agua, no hay precipitación de CaCO3 en las
cañerías de agua.

29. • Debe señalarse que la formación química de un
producto muy poco soluble, debido a la eliminación
de solutos indeseables como los iones responsables
de la dureza, el fosfato, el hierro y el
manganeso, debe ser seguida por la sedimentación
en un dispositivo adecuado.
• Frecuentemente, para la remoción completa de
estos sedimentos deben agregarse coagulantes y
emplear la filtración.

32. • El ablandamiento del agua por intercambio iónico no
requiere la eliminación de todos los solutos
iónicos, sólo de los cationes responsables por la
dureza del agua.
• Por consiguiente, generalmente solo es necesario
un intercambiador de cationes.
• Además, se usa la forma de sodio en lugar de la
forma de hidrógeno del intercambiador de
cationes, de forma que los cationes divalentes sean
reemplazados por iones de sodio.

33. • A bajas concentraciones los iones de sodio son inocuos
en el agua para la mayoría de los propósitos y el cloruro
de sodio es una sustancia barata y conveniente para
recargar los intercambiadores catiónicos.
• Existen varios minerales con propiedades de intercambio
iónico. Entre los minerales especialmente notables por
sus propiedades de intercambio esta el silicato de
aluminio o zeolitas.
K2(MgFe)2 A l6 (Si4O10)3 (OH)12
• Las zeolitas sintéticas se preparan secando y moliendo el
gel blanco que se produce al mezclar soluciones de
silicato de sodio y aluminato de sodio.

35. • En la forma de hidróxido, -N+ (CH3)3OH-, el ion
hidroxilo se libera fácilmente, por lo que el
intercambiador se clasifica como fuertemente
básico.

36. • Fig.1 Intercambiador anionico fuertemente
básico. Se muestra el intercambio del ion
cloruro por el hidróxido

37. • El ablandamiento del agua por intercambio de
cationes es ahora un proceso ampliamente
usado, eficaz y barato.
• Sin embargo, en muchas áreas que tienen un flujo
bajo de agua, no es probable que el ablandamiento
por intercambio iónico del agua para uso doméstico
pueda usarse extensamente sin algún deterioro de la
calidad del agua, proveniente de la contaminación del
agua residual por cloruro de sodio.

39. • Durante el proceso de regeneración, debe
usarse un exceso grande de cloruro de sodio –
varios kilogramos (libras) para un ablandador
domestico de agua.
• Ello hace que puedan introducirse cantidades
apreciables de cloruro de sodio disuelto en las
aguas residuales por esta vía.
• Los intercambiadores catiónicos fuertemente
ácidos se usan para la remoción de la dureza del
agua.

41. • Sin embargo, las bases débiles como el ión sulfato
o ion cloruro no son bastantes fuertes para eliminar
el ión hidrógeno del intercambiador de ácido
carboxílico.
• Una ventaja adicional de estos intercambiadores es
que pueden regenerarse casi estequiométricamente
con ácidos fuertes diluidos, evitando así el
problema de contaminación potencial causado por
el uso de NaCl en exceso para regenerar los
intercambiadores catiónicos fuertemente ácidos.
• La quelación o el secuestro, es un método eficaz de
ablandar agua sin tener que eliminar realmente los
iones calcio y magnesio de la solución.

42. • El hierro y el manganeso solubles se encuentran en muchas
aguas subterráneas debido a las condiciones reductoras que
favorecen el estado de oxidación +2, soluble, de estos metales.
• El hierro, es de los dos metales, el que se encuentra más
comúnmente.
En el agua subterránea el nivel del hierro raramente excede
10 mg/L y el manganeso es raramente superior a 2mg/L.
• El método básico para eliminar estos dos metales depende de
su oxidación a estados de oxidación superiores insolubles, lo
cual se consigue generalmente por aireación o aeración.

43. • El cloro y el permanganato de potasio se emplean a
veces como agentes oxidantes para el hierro y el
manganeso.
• Hay evidencias que indican que los agentes
quelantes orgánicos con propiedades reductoras
mantienen al hierro en una forma soluble en el agua.
• En tales casos, el cloro es eficaz porque destruye
los compuestos orgánicos y permite la oxidación del
hierro.

44. • Frecuentemente, se encuentran niveles relativamente
altos de hierro y manganeso insolubles en el agua como
material coloidal, que son difíciles de eliminar.
• Estos metales pueden estar asociados con coloides
húmicos o con material orgánico “peptizante” (proteínico
o de derivados de proteínas, p. ej., aminoácidos), que se
unen a óxidos metálicos coloidales, estabilizando el
coloide.
• Metales pesados como cobre, cadmio, mercurio y plomo
se encuentran en las aguas residuales de varios
procesos industriales y, debido a su toxicidad, sus
concentraciones deben reducirse a niveles muy bajos
antes de ser descargados a las aguas residuales. Se
usan varias estrategias para la remoción de los metales
pesados.

47. • El tratamiento biológico de aguas residuales
elimina eficazmente los metales de agua.
• Estos metales se acumulan en el lodo del
tratamiento biológico, por lo que debe prestarse
una cuidadosa atención a la
evacuación, estabilización y disposición
controlada del lodo.
• Varios procesos de tratamiento físico-químico
eliminan eficazmente lo metales pesados de las
aguas residuales.
• Uno de estos tratamientos es la precipitación con
cal seguida por filtración con carbón activado o
activo.

48. • Esta filtración también puede ser precedida por el
tratamiento con cloruro de hierro para formar un flóculo
de hidróxido de hierro, que elimina eficazmente metales
pesados.
• Similarmente al alumbre, que forma hidróxido de
aluminio, puede agregarse antes de la filtración con
carbón activo, aunque uno de los problemas de los
precipitados de Al es que no se deshidratan fácilmente
y, pueden ser tóxicos para diferentes especies, si son
depositados en suelos sin un control cuidadoso.

49. • Anteriormente, la remoción de los metales
pesados era un beneficio marginal de los
proceso de tratamiento de aguas residuales.
• En la actualidad, sin embargo, se está dando
más consideración a los parámetros de diseño y
operación que refuerzan específicamente la
eliminación de los metales pesados como parte
del tratamiento de las aguas residuales.

50. • Los compuestos orgánicos exóticos en el agua
potable son sospechosos de contribuir al cáncer y
otras enfermedades aun en niveles muy bajos o
vestigiales.
• Los procesos de desinfección del agua que, por su
naturaleza, involucran condiciones químicas
bastante severas, particularmente procesos de
oxidación, tienen tendencia a producir subproducto
de desinfección.

51. • Durante el tratamiento secundario de las aguas residuales
se produce o persisten una variedad de compuestos
orgánicos que deben ser considerados como factores o
criterios para la descarga o la reutilización del agua
tratada.
• Los compuestos húmicos, debido a sus altos pesos
moleculares (1000-5000) y su carácter aniónico, influyen
en algunos de los aspectos físicos y químicos del
tratamiento de aguas residuales.
• Los compuestos extraíbles con éter incluyen a muchos
de los compuestos que son resistentes a la
biodegradación y son de preocupación particular con
respecto a la toxicidad potencial, carcinogenicidad y
mutagenicidad.

52. • En los extractos con éter se encuentran muchos
ácidos grasos, hidrocarburos de la clase de los n-
alcanos, naftalenos, difenilmetano, difenilo, met
ilnaftaleno,isopropilbenceno, dodecilbenceno, f
enol, ftalatos y trietilfosfatos.
• El método estándar para la remoción del
material orgánico disuelto es la adsorción en
carbón activo o activado, un producto que se
obtiene de una variedad de materiales
carbonosos que incluyen la madera, la pulpa
carbonizada, la turba y el lignito.

54. • Un volumen de 28.4 L (un pie cúbico) de partículas
de carbón en polvo puede tener un área combinada
de poro y superficie de aproxim. 256 km2 (10 millas
cuadradas)
• Puede emplearse en un lecho fijo a través del cual
fluye el agua hacia abajo. La acumulación de materia
en forma de partículas requiere el lavado periódico.
• Un lecho expandido en el que las partículas se
mantienen ligeramente separadas por el agua que
fluye hacia arriba (flujo ascendente) puede usarse
con una menor probabilidad de obstrucciones.

55. • El costo económico del material, exige la regeneración
del carbón, lo que se logra calentándolo a 950ºC en una
atmosfera de aire-vapor.
• Este proceso oxida los compuestos orgánicos
adsorbidos pasándolos a la fase gaseosa y regenera la
superficie del carbón, con aproxim. un 10 % de perdida.
• La eliminación de compuestos orgánicos también puede
lograrse mediante polímeros sintéticos adsorbentes.
Tales polímeros, como la “Amberlita” XAD-4
tienen superficies hidrófobas y atraen fuertemente a
compuestos orgánicos relativamente insolubles, como
los plaguicidas clorados.

56. • Bajo condiciones apropiadas de operación, estos
polímeros remueven virtualmente todos los solutos
orgánicos no iónicos. Por ejemplo, el fenol se reduce
de 250 mg/L a menos de 0.1 mg/L por un
tratamiento apropiado con Amberlita XAD – 4.
• La oxidación electroquímica puede resultar efectiva
en algunos casos. Los haces de electrones de alta
energía producidos por los aceleradores de electrones
de alto voltaje tienen también potencial para destruir
los compuestos orgánicos.

57. • Debido a su amplia aplicación y a su
persistencia, los herbicidas han demostrado
ser particularmente problemáticos para la
fuente de agua potable.
• Los más solubles, como los
clorofenoxiésteres , son los que tienen mayor
probabilidad de entrar en las fuentes de agua
potable, uno de los más molestos es la
atrazina, que se manifiesta a menudo por su
metabolito desetilatrazina.

58. • El tratamiento con carbón activado o activo es el
mejor medio para eliminar herbicidas y sus
metabolitos de las fuentes de agua potable.
• Un problema con el carbón activo es el de la
precarga, en que la materia orgánica natural en el
agua (como los compuestos húmicos), satura el
carbón e impide la incorporación de compuestos
orgánicos contaminates, como herbicidas.
• Los pre-tratamientos para eliminar esta materia
orgánica, como la floculación y la precipitación de
estas sustancias húmicas, puede aumentar
significativamente la eficacia del carbón activado
para la remoción de herbicidas y otros compuesto
orgánicos.

59. • Para que el reciclaje completo del agua sea
factible, es esencial la eliminación de los solutos
inorgánicos disueltos.
• El efluente del tratamiento secundario de aguas
residuales contiene generalmente 300-400 mg/L más
de material inorgánico disuelto que el suministro de
agua municipal.
• Por consiguiente, es obvio que reciclar al 100% el
agua sin la remoción de los compuestos inorgánicos
causaría la acumulación de un nivel intolerable de
material disuelto.

60. • Incluso cuando el agua no se destina para la
reutilización inmediata, la eliminación de los
nutrientes inorgánicos fósforo y nitrógeno, es muy
deseable para reducir la eutrofización aguas abajo
en una corriente hídrica.
• En algunos casos, la remoción de metales traza
tóxicos es necesaria.

61. El intercambio iónico y los procesos de
membrana son los medios más rentables de
remover los materiales inorgánicos del agua.
Estos procesos se discuten a continuación.

62. • El proceso de intercambio iónico usado para la eliminación de
compuestos inorgánicos consiste en pasar el agua
sucesivamente sobre un intercambiador catiónico sólido y otro
aniónico, lo que reemplaza los cationes y los aniones por el ión
hidrogeno y el ion hidroxilo, respectivamente, de manera que
cada equivalente de sal es reemplazado por una mol de agua.

64. • El intercambiador catiónico se regenera con
un ácido fuerte y el aniónico con una base
fuerte.
• La desmineralización por intercambio iónico
produce generalmente agua de una calidad
muy alta.
• Desafortunadamente, algunos compuesto
orgánicos en el agua residual ensucian los
intercambiadores iónicos y el crecimiento o
desarrollo microbiano en ellos puede
disminuir su eficiencia.

65. • La electrodiálisis consiste en aplicar una
corriente directa a través de un reservorio o
corriente de agua, separado en capas
verticales por membranas alternamente
permeables a los cationes y aniones.
• Los cationes migran hacia el cátodo y los
aniones hacia el ánodo. Cationes y aniones
entran ambos en una capa de agua y dejan la
capa adyacente.

66. • Así, las capas de agua enriquecidas en sales se alternan
con capas de las cuales se han eliminado o removido las
sales.
• El agua en las capas enriquecidas se recircula hasta
cierto grado, para prevenir la acumulación excesiva de
salmuera.
• En la figura se muestran los principios involucrados en el
tratamiento por electrodiálisis.
• El ensuciamiento causado por varios materiales puede
provocar problemas en el tratamiento del agua por
osmosis inversa

68. • Experimentos con plantas piloto indican que la
electrodiálisis tiene potencial para ser un método
práctico y económico para eliminar o remover hasta un
50% de los compuestos inorgánicos disueltos del
efluente secundarios de las aguas residuales, después
del tratamiento previo para eliminar las sustancias que
producen ensuciamiento.
• Tal nivel de eficiencia permitiría el reciclaje repetido del
agua sin que los materiales inorgánicos disueltos
alcancen niveles inaceptables.

69. • La osmosis inversa es uno de los varios procesos
de membrana conducidos bajo presión, para la
purificación del agua, entre los que también se
incluyen la nanofiltración, la ultrafiltración y la
microfiltración.
• La osmosis inversa es una técnica muy útil y bien
desarrollada para la purificación y desalinización del
agua.
• Como se ilustra en la figura, consiste en forzar el
agua a través de una membrana semipermeable que
permite el paso del agua pero no de otro material.

70. • Este proceso, que no es una simple separación a
través de tamices o ultrafiltración, depende de la
sorción preferencial del agua en la superficie de una
membrana porosa de acetato de celulosa o
poliamida.
• El agua pura de la capa sorbida es forzada a través
de los poros en la membrana bajo presión. El
diámetro óptimo del poro depende del espesor de la
capa de agua pura sorbida y puede ser varias veces
el diámetro de las moléculas del soluto y del
disolvente

72. • La nanofiltración es un proceso de filtración de
membrana a presión que no elimina los iones de
sales monovalentes, que si lo son por la
osmosis, pero puede ser eficaz en la remoción de la
dureza (Ca2+) .
• La nanofiltración opera a presiones mas bajas que la
osmosis inversa y requiere, por tanto, menos
energía y menos gasto. Recientemente ha ganado
popularidad como proceso de tratamiento de agua
potable.

73. • El tratamiento avanzado de aguas residuales o
desechos líquidos requiere normalmente la remoción
del fósforo para reducir el crecimiento de algas.
• Las algas pueden desarrollarse a niveles de PO43_ de
sólo 0.05 mg/L, y la inhibición de su crecimiento
requiere niveles por debajo de este nivel.
• Dado que las aguas residuales municipales contienen
típicamente alrededor de 25mg/L de fosfato (en forma
de ortofosfatos, polifosfatos y fosfatos insolubles), la
eficiencia de la eliminación del fosfato debe ser
bastante alta para prevenir el crecimiento de algas.

74. • El tratamiento de lodo remueve cerca del 20% del fosforo
de las aguas residuales. Así, como una fracción
apreciable del fosforo principalmente biológico, se
elimina con el lodo.
• Los detergentes y otras fuentes aportan cantidades
importantes de fosforo a los efluentes residuales
domésticos y una parte considerable del ion fosfato
permanece en el efluente.
• Sin embargo, algunos compuestos residuales, como los
carbohidratos de las plantas azucareras, son tan
deficientes en fosforo que se requiere la adición de un
suplemento de fosforo inorgánico al efluente residual
para el desarrollo adecuado de los microorganismos que
degradan estos residuos.

75. • Químicamente, el fosfato se elimina más
comúnmente por precipitación. En la tabla se
muestran algunos precipitantes comunes y sus
productos.
• Los procesos de precipitación son capaces de
remover por lo menos el 90 – 95% del fosforo a un
costo razonable. La cal tiene como ventajas su bajo
costo y la facilidad de regeneración.

76. PRECIPITANTE (S) PRODUCTOS
Ca5HO(PO4)3
Ca(OH)2
(hidroxiapatita)
Ca5F(PO4)3
Ca(OH)2 + NaF
(fluoropatita)
Al2(SO4)3 AlPO4
FeCl3 FePO4
MgSO4 MgNH4PO4
Tabla. Precipitantes químicos para el fosfato y sus productos

77. • Después del fosforo el nitrógeno es el nutriente de
algas que se elimina más comúnmente en el
tratamiento avanzado de aguas residuales.
• En la tabla se resumen las técnicas que se usan más
a menudo para la remoción del nitrógeno.
• En las aguas residuales municipales generalmente
el nitrógeno está presente como nitrógeno orgánico
o amoniaco.
• El amoniaco es el producto primario del
nitrógeno, producido por la mayoría de los procesos
de tratamiento biológico de aguas residuales.

78. Proceso Principios y condiciones
El ión es el producto inicial de la biodegradacion del residuo
Arrastre de nitrogenado. Se remueve subiendo el pH a alrededor de 11
con cal y desprendiendo el gas amoniaco del agua por el aire
amoniaco por en una torre de arrastre.
aire La formacion de incrustaciones, la congelación y la
contaminación atmosférica son las principales desventajas.
Intercambio de
un ión amonio
La producción de biomasa en el sistema de tratamiento de
Biosíntesis aguas residuales y su eliminación posterior del efluente dan
lugar a una pérdida neta de nitrógeno del sistema.

79. Nitrosomas
Nitrobacter
Nitrificación –
Desnitrificación
Bacterias
desnitrificantes
Cloración

82. • Quizás el problema de tratamiento de agua más urgente en este
momento tiene que ver con el lodo colectado o producido
durante el tratamiento del agua.
• Encontrar un lugar seguro para evacuar el lodo o un uso para
el mismo, es una cuestión problemática, que se agrava por el
número creciente de plantas de tratamiento de agua.
• Antes de tratamiento, en las aguas residuales existe una cierta
cantidad de lodo que debe segregarse.
• Este lodo incluye desechos humanos, basura molida y
particulada, residuos orgánicos, barro y material particulado
inorgánico procedente de la escorrentía del agua de tormentas
y desechos orgánicos e inorgánicos de fuentes comerciales e
industriales.

83. • Hay varios tipos principales de lodos generados en
una planta de tratamiento de aguas residuales.
• El primero de estos es el llamado lodo primario
separado al inicio del tren de tratamiento.
• Después está el lodo orgánico o biomasa de los
reactores de lodos activados o lodo activo, de filtros
percoladores o de reactores biológicos rotatorios.
• El tercero es el lodo inorgánico, proveniente de la
adición de productos químicos, como el que se
produce en la eliminación del fósforo u otras
sustancias que están disueltas en el agua residual y
que no son eliminadas por organismos depuradores.

84. • Habitualmente, todos estos lodos se someten a digestión o
degradación anaerobia en un reactor diseñado para prevenir
que ocurra la acción bacteriana en ausencia del aire.
• Esto reduce la masa y el volumen del lodo e idealmente da
lugar a la formación de un humus estabilizado y un gas rico en
metano. También se destruyen en el proceso agentes
portadores de enfermedades, como los organismos patógenos
aerobios.
• La desecación del lodo se emplea para convertirlo de un
material esencialmente líquido a un sólido húmedo que no
contiene más de aproximadamente 85% de agua. Esto puede
lograrse con lechos de secado que consiste en capas de arena
y grava.

85. • También pueden emplearse dispositivos mecánicos, incluso la
filtración a vacío, la centrifugación y los filtración prensa. El
calor, generado a lo largo del proceso de digestión, puede
usarse para ayudar al poder de secado.
• Rico en nutrientes, el lodo contiene: 5% de N, 3% de P y 5% de
K en peso seco, podría usarse para mejorar y acondicionar el
suelo, mejora las propiedades y el CIC del suelo. El lodo de las
aguas residuales es un colector eficiente de metales pesados y
puede contener niveles elevados de zinc, cobre , níquel y
cadmio.
• Estos y otros metales tienden a permanecer inmovilizados en
el suelo por quelación con la materia orgánica, adsorción en
minerales arcillosos y formado precipitados insolubles, tales
como óxidos o carbonatos.

86. • El control previo de la contaminación de metales pesados de fuentes
industriales ha reducido grandemente el contenido de estos metales
en el lodo y ha permitido que este pueda ser usado mas ampliamente
en los suelos.
• Durante el tratamiento de la corriente secundaria, el lodo se
deshidrata, estabiliza y desinfecta por una variedad de procesos, que
incluyen espesamiento por gravedad, flotación por aire disuelto,
digestión o degradación anaerobia, degradación aerobia, filtrado al
vacío o con filtro prensa, centrifugación, tratamiento con lechos de
arena secante, sedimentación en lagunas de lodos, oxidación con aire
húmedo, filtración a presión y tratamiento “Purifax”.

87. • Esta corriente secundaria contribuye a la demanda de
oxigeno bioquímico y a los sólidos en suspensión de la
corriente principal.
• Los lodos de alumbre tienen normalmente un 98% o más
de agua y son muy difíciles de desecar.
• También los compuestos de hierro (II) y los de hierro (III)
se usan para la remoción de impurezas de las aguas
residuales por precipitación de Fe(OH)3. El lodo contiene
Fe(OH)3 en forma de precipitado esponjoso, que es difícil
de desecar más allá del 10 o el 12% en sólidos.
• El carbonato de calcio se recupera fácilmente de los
lodos de cal y puede ser recalcinado para producir
CaO, que puede reciclarse usándolo en el mismo
proceso.

88. • Los lodos de hidróxidos metálicos se producen en la
eliminación de metales como el plomo, cromo, níquel y zinc del
agua residual aumentando el pH a tal nivel que precipiten los
hidróxidos correspondientes o los óxidos de metal hidratados.
• Los microorganismos patógenos (causantes de enfermedades)
pueden persistir en el lodo generado por el tratamiento de
aguas residuales.
• Se recomiendan varias vías para reducir significativamente los
niveles de patógenos en el lodo de las aguas residuales. La
degradación aerobia de organismos anaerobios implica la
agitación con aire del lodo por periodos de 40 a 60 días (los
tiempos más largos se emplean con temperaturas bajas del
lodo).

90. • El ácido hipocloroso, HOCI, es un ácido débil que se
disocia según la reacción, con una constante de
ionización de 2.7 x 10-8
HOCI → H+ + OCI-
• A veces las sales de hipoclorito sustituyen al gas
cloro como desinfectante y, para ello, normalmente
se usa hipoclorito de calcio, Ca(OCI)2. Los
hipocloritos son más seguros de manipular que el
cloro gaseoso.

91. • Las dos especies químicas formada por el cloro en el
agua, HOCI y OCI-, se conocen como cloro libre disponible.
• El cloro libre disponible es muy eficaz para matar las bacterias.
• Demasiado amoniaco en el agua es considerado indeseable
porque ejerce una demanda excesiva por el cloro.
• Para relaciones molares Cl:N suficientemente altas en aguas
que contienen y amoniaco, algo de HOCI y OCI- permanece sin
reaccionar en la solución y se forma una pequeña cantidad de
NCl3.
• La proporción Cl:N a la que esto ocurre se llama punto de
ruptura. La cloración más allá del punto de ruptura asegura la
desinfección. Tiene la ventaja adicional de destruir los
compuestos mas comunes que causan olor y sabor en el agua.

92. • El cloro se usa para tratar otros tipos de agua
además del agua potable.
• Se emplea para desinfectar los efluentes de las
pantas de tratamiento de aguas residuales, como
aditivo del agua en las torres de enfriamiento de las
plantas de energía eléctrica y para controlar los
microorganismos en el procesado o procesamiento
de alimentos.

94. • A valores de pH alrededor de la neutralidad, el dióxido de
cloro en el agua permanece mayormente como ClO2
molecular hasta que contacta un agente reductor con el
cual reaccionar.
• El dióxido de cloro es un gas que reacciona
violentamente con la materia orgánica y es explosivo
cuando se expone a la luz.
• Por estas razones , no se almacena ni se envía a grandes
distancias, sino que se general in situ por procesos
como la reacción del cloro gaseoso con el hipoclorito de
sodio sólido:
2 NaClO2 (s) +Cl2(g) - →2 ClO2 (g) + 2NaCl (s)

96. • El ozono es usado en ocasiones como desinfectante en lugar
del cloro, particularmente en Europa, la figura muestra los
componentes principales de una planta de tratamiento de agua
con ozono.
• Básicamente, el aire se filtra, se enfría, se seca y se eleva su
presión, para luego someterlo a una descarga eléctrica
de, aproximadamente, 20.000 V. El ozono producido se bombea
entonces a una cámara de contacto donde el agua está en
contacto con el ozono durante 10 – 15 minutos.
• La posible producción de compuestos tóxicos organoclorados
en el proceso de la cloración del agua ha incrementado el
interés en la “ozonización” como se le conoce a este proceso
en España el primero u “ozonización” como se nombra en
México y otros países latinoamericanos.

97. • Además, el ozono es más destructivo frente a los virus que el
cloro. Desafortunadamente, la solubilidad del ozono en el agua
es relativamente baja, lo cual limita su poder desinfectante.
• El ozono oxida los contaminantes del agua directamente a
través de la reacción con O3 e indirectamente generado el
radical hidroxilo, HO, que es un reactivo oxidante fuerte. La
característica principal del ozono es la proporción en que se
descompone espontáneamente en agua, según la reacción
global.
2O3 → 3O2(g)

100. • Virtualmente todos los compuestos cuya eliminación se realiza
en plantas de tratamiento convenientemente
diseñadas, pueden ser absorbidos o degradados en el suelo.
De hecho, la mayoría de estos compuestos son esenciales
para la fertilidad del suelo.
• El efluente residual puede proporcionar el agua que es esencial
para el crecimiento de las plantas, además de los nutrientes –
fosforo, nitrógeno y potasio- usualmente proporcionados por
los fertilizantes.
• El agua residual también contiene elementos traza esenciales y
vitaminas. Es masa, la degradación de desechos orgánicos
proporciona el CO2 esencial para la producción fotosintética
de la biomasa de las plantas.

101. • El suelo puede considerarse como un filtro natural
para las aguas residuales. La mayoría de los
compuestos que forman la materia orgánica disuelta
se degradan rápidamente en el el suelo, y, en
principio, el suelo constituye un excelente sistema
de tratamiento primario, secundario y terciario para
el agua contaminada.
• El suelo tiene características físicas, químicas y
biológicas que pueden permitir la desintoxicación,
biodegradación, descomposición química y la
fijación física y química de los contaminantes del
agua residual

102. • Son importantes varias características del suelo para
determinar sus usos para el tratamiento edáfico de estos
desechos líquidos.
• Estas características incluyen su forma física, su
capacidad de retención de agua, grado de aireación,
contenido orgánico, características acido-base y
comportamiento redox.
• El suelo es un medio natural para varios organismos
vivos que pueden influir en la biodegradación de los
contaminantes que van en las aguas residuales como las
que contiene desechos industriales.
• De estos, los más importantes son las bacterias,
incluyendo las de los géneros Agrobacterium,
Arthrobacteri, Bacillus, Flavobacterium y Pseudomonas.

103. • Los actinomicetos y los hongos son importantes en
la degradación de la materia vegetal y pueden estar
involucrados en la biodegradación de residuos.
• Otros organismos unicelulares que pueden estar
presentes en o sobre el suelo son los protozoos y
las algas.
• Animales que habitan en el suelo, como las
lombrices de tierra, afectan a los parámetros del
suelo como la textura.

104. • Los desechos que pueden tratarse mediante el suelo son
las sustancias orgánicas fácilmente
biodegradables, particularmente las contenidas en las
aguas residuales municipales y en el agua residual de
algunas instalaciones industriales, como las
procesadoras de alimentos.
• Sin embargo mediante la aclimatación durante un
periodo de tiempo largo, pueden desarrollarse cultivos
bacterianos del suelo que son efectivos degradando
compuestos, normalmente recalcitrantes, presentes en el
agua residual industrial.

105. • Los microorganismos aclimatados se encuentran
particularmente en sitios contaminados, como
aquellos en los cuales el suelo ha sido expuesto al
petróleo crudo durante muchos años.
• Los microorganismos en el suelo exhiben
diversas actividades enzimáticas que les permiten
degradar sustancias sintéticas.
• Incluso el suelo esterilizado puede mostrar
actividad enzimática debido a las enzimas
extracelulares secretadas por los
microorganismos en el suelo.

106. • Algunas de estas son las enzimas hidrolasas como
las que catalizan la hidrolisis de los compuestos
organofosforados mostrados por la reacción:

107. • Donde R es un grupo alquílico, Ar es un grupo
sustituyente que es frecuentemente Arilico y X es
azufre u oxígeno.
• Otro ejemplo de una reacción catalizada por enzimas
del suelo es la oxidación de compuestos fenólicos
por la difenol oxidasa.

108. .
• El tratamiento edáfico es • No es adecuado para
el más usado para los ácidos, bases, sales, comp
desechos de la refinería uestos inorgánicos
de petróleo y es aplicable tóxicos. Ní metales
a tratamiento de pesados, ní compuestos
combustibles y desechos Orgánicos muy solubles,
ocasionados en tanques volátiles o inflamables.
subterráneos de
almacenamiento.
Tambien para desechos
químicos orgánicos
biodegradables, incluso
organohalogenados.