El documento describe diferentes métodos de desinfección de aguas residuales, incluyendo la cloración, ozonización y radiación ultravioleta. Explica los procesos químicos involucrados, equipos, factores que afectan la eficacia y consideraciones ambientales para cada método. La cloración usa cloro gaseoso, sales de hipoclorito o dióxido de cloro para desinfectar mediante reacciones químicas. La ozonización y radiación UV usan ozono y luz respectivamente para desactivar microorgan

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UNIDAD II
OPERACIONES UNITARIAS QUÍMICAS

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Operaciones Unitarias Químicas
aplicadas al tratamiento de agua residual

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CLORACIÓN
Compuestos más utilizados:
 Cloro gas (Cl2)
 Sales de hipoclorito: NaOCl y Ca(OCl)2
 Dióxido de cloro (ClO2)

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CLORACIÓN
 Hidrólisis:
Cl2 + H2O ↔ HOCl + H+ + Cl-
 Ionización:
HOCl ↔ H+ + OCl-
Cloro libre disponible
Eficiencia de HOCl >> OCl-

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CLORACIÓN
 Sales de hipoclorito:
Ca(OCl)2 + 2H2O  2HOCl +Ca(OH)2
NaOCl + H2O  HOCl + NaOH

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Distribución del ácido hipocloroso y del ión hipoclorito a
diferentes valores de pH

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CLORACIÓN
Reacciones con el amoníaco:
NH3 + HOCl  NH2Cl + H2O
NH2Cl + HOCl  NHCl2 + H2O
NHCl + HOCl  NCl3 + H2O
Cloraminas: Cloro combinado disponible
• pH
• Temperatura
• Tiempo de
contacto
• Cl: NHn

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CLORACIÓN
Cloración al Breakpoint
El cloro es un fuerte agente oxidante que
reaccionará con diversas sustancias pudiendo
reducirlo a Cl-
 Punto de quiebre en la gráfica de dosis de cloro vs.
Cloro residual.
 Permite garantizar la cantidad de cloro libre disponible
para lograr la desinfección (Demanda de cloro)

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CLORACIÓN
Cloración al Breakpoint
Reacciones para la oxidación de las cloraminas:
NH2Cl + NHCl2 + HOCl  N2O + 4HCl
4NH2Cl + 3Cl2 + H2O  N2 + N2O + 10HCl
2NH2Cl + HOCl  + N2 + H2O + HCl
NH2Cl + NHCl2  N2 + 3HCl

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CLORACIÓN
Cloración al Breakpoint

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CLORACIÓN
Cloración al Breakpoint

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CLORACIÓN
 Relación de Selleck, Collins y White:
Eficacia germicida de los diversos compuestos del cloro
Donde:
Nt = número de coliformes en después de la desinfección (tiempo t)
N0= Número de organismos antes de la desinfección (tiempo t0)
Ct = Concentración residual del agente químico (mg/L)
t= tiempo de residencia (min)
Coliformes: especies bacterianas indicadores de contaminación del agua

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CLORACIÓN
Eficacia germicida de los diversos compuestos del cloro

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CLORACIÓN
Factores que influyen
 Tiempo de contacto:
Ecuación de Chick:
Donde:
Nt = número de coliformes en después de la desinfección (tiempo t)
N0= Número de organismos antes de la desinfección (tiempo t0)
k = Constante, (gráfico –ln (N/N0) vs. T en papel logarítimico
t= tiempo de residencia (min)

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CLORACIÓN
Factores que influyen
 Características del agua residual:
• Los compuestos orgánicos saturados y los carbohidratos
tienen poca o nula demanda de cloro.
• Compuestos orgánicos insaturados y con anillos
policíclicos no tienen poder desinfectante y pueden dar
falsos positivos en los análisis de cloro residual.
Mayores dosis y tiempos de contacto

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CLORACIÓN
Factores que influyen
 Características de los microorganismos:
 Edad
 Resistencia

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CLORACIÓN
Dosis típicas para la desinfección
Procedencia del efluente mg/L
Agua residual cruda 6-25
Decantación primaria 5-20
Planta de precipitación química 2-6
Planta de filtros percoladores 3-15
Planta de fangos activados 2-8
Planta de filtros multimedios 1-5
Para mayor confiabilidad se deberán determinar experimentalmente

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CLORACIÓN
Precauciones para la manipulación del cloro:
• El gas cloro es sumamente venenoso y corrosivo. Requiere
ventilación para la extracción del gas a nivel del suelo.
• El hipoclorito cálcico debe guardarse en un local seco y frío,
apartado de otros productos químicos y en recipientes
anticorrosivos.
• El hipoclorito sódico ( en solución) se descompone por la luz y el
calor.

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CLORACIÓN
Equipos de cloración

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CLORACIÓN
Equipos de cloración

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CLORACIÓN
Equipos de cloración

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CLORACIÓN
Equipos de cloración

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CLORACIÓN
Impactos ambientales
Compuestos
orgánicos
Cl+ THM
(Trihalometanos)
Ácidos húmicos
y flúvicos
CHF3
CHClF2
CHCl3…
Volátiles
Cancerígenos
DECLORACIÓN

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DECLORACIÓN
 Consiste en la eliminación de la totalidad del cloro
residual combinado que existe tras la cloración.
 Agentes:
 Dióxido de azufre
 Carbón activado
 Sulfito sódico
 Metabisulfito sódico

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DECLORACIÓN
 Parámetros básicos de control:
 Dosificación adecuada
 Mezcla adecuada en el punto de aplicación

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DECLORACIÓN
 Dióxido de azufre
Reacciones con cloro:
SO2 + H2O  HSO3
- + H+
HOCl + HSO3
-  Cl- + SO4
2- + 2H+
SO2 + HOCl + H2O  Cl- + SO4
2- + 3H+
Reacciones con cloraminas:
SO2 + H2O  HSO3
- + H+
NH2Cl + HSO3
- + H2O  Cl- + SO4
2- + NH4
+ + H+
SO2 + NH2Cl + 2H2O  Cl- + SO4
2- + NH4
+ + 2H+

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DESINFECCIÓN CON OZONO
Es un elemento oxidante en extremo fuerte que tiene
propiedades bactericidas similares al cloro.
Es extremadamente irritante y tóxico
Es químicamente inestable.
 Debe ser generado en el sitio o cerca del punto donde se va
a usar.
 Se emplean tanques de contacto cubiertos.

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DESINFECCIÓN CON OZONO
Se produce al aplicar un voltaje elevado entre dos placas en
presencia de un gas que contenga oxígeno.

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DESINFECCIÓN CON OZONO
Reacciones con el agua:
O3 + H2O  HO3
+ + OH-
HO3
+ + OH-  HO + 2 O2
HO + HO2  H2O + O2
El ozono es 1,5 veces mas oxidante que el cloro

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DESINFECCIÓN CON OZONO

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DESINFECCIÓN CON OZONO
Impactos ambientales
Los residuos de ozono pueden ser tóxicos para la vida acuática.
 Debido a la inestabilidad química no se encontraran el
momento en que el efluente es descargado a las aguas que lo
receptoras.
Algunas investigaciones reportan que la ozonización puede
producir mutaciones tóxicas o compuestos cancerígenos, aunque
estos son muy inestables.
 Aumenta la concentración de oxígeno disuelto en el efluente,
cercanos a niveles de saturación.

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DESINFECCIÓN CON UV
Se denomina radiación ultravioleta o radiación UV a la radiación
electromagnética cuya longitud de onda está comprendida
aproximadamente entre los 400 nm (4x10-7 m) y los 15 nm (1,5x10-8 m).
Su nombre proviene de que su rango empieza desde longitudes de onda
más cortas de lo que los humanos identificamos como el color violeta

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DESINFECCIÓN CON UV
Es un efectivo bactericida y virucida para aguas residuales con una
formación mínima o nula de compuestos químicos.
Fuente de radiación:
Para producir energía UV se cargan, mediante la aplicación de
un arco eléctrico, lámparas con tubos de cuarzo que contienen vapor de
Hg. La energía generada por la excitación del vapor genera la emisión de
luz UV.

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DESINFECCIÓN CON UV
La Luz UV desinfecta el agua alterando el componente ADN-ARN
de los microorganismos e impidiendo su reproducción; es un
medio físico que inactiva bacterias, esporas, protozoos, hongos y
virus.

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EQUIPOS Además del tubo de cuarzo se requiere una cámara de desinfección
que pone en contacto el agua con la luz UV conduciéndola cerca de
los emisores.
 Equipos de instalación a tubería o de canal abierto.
 Para tuberia: FLUJO TRANSVERSAL (grandes cantidades de agua
potable y residual) Y FLUJO PARALELO (pñas cantidades de agua,
preferiblemente potable)
DESINFECCIÓN CON UV

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DESINFECCIÓN CON UV

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Factores que influyen en la desinfección
 Flujo a tratar
 Calidad del agua: interferencias
 Transmitancia: penetración de luz
DESINFECCIÓN CON UV

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DESVENTAJAS
 Baja dosificacion puede no desactivar efectivamente
algunos virus, esporas o quistes.
 Algunos organismos pueden repara el daño:
fotoreactivacion o reparación en oscuro
 Turbidez y sólidos (agua residual) interfieren con el
proceso.
DESINFECCIÓN CON UV

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DESINFECCIÓN CON UV
Debido a que la luz UV no es un agente químico no produce
residuos tóxicos.
Algunos compuestos químicos pueden ser alterados por la luz
UV. Las investigaciones muestran que los compuestos formados
son inofensivos o reducidos a formas inocuas.
Se considera que la desinfección con luz UV no tiene impactos
ambientales
Impactos ambientales

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Operaciones unitarias aplicadas para la desinfección de
aguas residuales
LUZ
UV
CLORO OZONO
Destrucción Física Química Química
Costo capital Bajo Medio Alto
Costo operación Bajo Medio Alto
Desinfección 1-5
seg.
Bueno Impredecible
Peligro para el Personal No Medio Alto
Cambio químico del
Agua
No Si Si
Efectos residuales No Si Si