RESIDUALES INDUSTRIALES
C) Características químicas de las aguas residuales
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-Carbohidratos: son las primeras sustancias degradadas por las bacterias, con producción de ácidos orgánicos (por esta razón, las aguas residuales estancadas presentan una mayor acidez). Entre los principales ejemplos se pueden citar los azúcares, el almidón, la celulosa y la lignina (madera).
-Proteínas: son el principal componente del organismo animal, pero también están presentes también en los vegetales, por lo que en las aguas de Torraspapel no habrá en exceso. Son biodegradables, bastante inestables, y responsables de malos olores.
-Aceites y grasas: Incluyen un gran número de sustancias, que tienen como principal característica que se depositan en la superficie impidiendo la oxigenacion del agua y la penetracion de la luz solar.
Además de esto último, las grasas no son deseables porque provocan mal olor, forman espuma, inhiben la vida de los microorganismos, provocan problemas de mantenimiento, etc.
-Tensoactivos: Son sustancias orgánicas que integran los detergentes y son utilizados para la limpieza. El principal problema que causan es que consumen oxigeno e impiden la penetración de la luz.
Todos los componentes orgánicos citados anteriormente podemos representarlos mediante una serie de parámetros, los cuales a continuación se nombran y explican:
- Demanda biológica o bioquímica de oxígeno (DBO)
Es la cantidad de oxígeno necesaria para destruir, estabilizar o degradar la materia orgánica presente en una muestra de agua por acción biológica.
Esta prueba se realiza durante cinco o tres días a 20 ºC (DBO5, DBO3).
Generalmente se suele hacer la DBO5, realizando una incubación durante cinco días a 20ºC, tras la cual se mide el oxígeno consumudo por las bacterias durante la oxidación de la materia orgánica presente en el agua residual.
La demanda de Oxígeno de las aguas residuales se debe a tres clases de materiales:
o Materia orgánica carbonosa usada como fuente de alimentación por los organismos aerobios.
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o Nitrógeno oxidable derivado de nitritos, amoniaco y compuestos de nitrógeno orgánico, que sirven de sustrato para bacterias especificas del género Notrosomas y Nitrobacter, que oxidan el nitrógeno amoniacal en nitritos y nitratos.
o Compuestos reductores químicos, como sulfitos (SO3-2), sulfuros (S-2) y el ion ferroso (Fe+2), que son oxidados por oxígeno disuelto.
- Demanda química de oxígeno (DQO).
Es la cantidad de oxigeno necesario (mg/l) para oxidar la materia orgánica presente en una muestra con un oxidante químico como el permanganato potásico o el dicromato potásico, a 150 ºC durante dos horas. Para una misma muestra el valor de la DQO es siempre superior al de la DBO5 porque muchas sustancias orgánicas pueden oxidarse químicamente, pero no biológicamente.
La DQO se usa para comprobar la carga orgánica de aguas residuales que, o no son biodegradables o contienen compuestos que inhiben la actividad de los microorganismos.
- Carbono orgánico total (COT).
Es un indicador de los compuestos orgánicos, fijos o volátiles, naturales o sintéticos, presentes en las aguas residuales (celulosa, azucares, aceites, etc.). Su medida facilita la estimación de la demanda de oxigeno ligada a los vertidos y establece una correlación con la DBO y la DQO.
En presencia de sustancias nitrogenadas, la medida del COT está menos sujeta a interferencias por dichas sustancias que la medida de la DTO (demanda total de oxigeno).
Mide la cantidad total de carbono procedente de la materia orgánica, lo hace por oxidación selectiva del carbono orgánico. La prueba se realiza mediante la introducción de una cantidad conocida de muestra en un horno a alta temperatura, el carbono se oxida a CO2, y se cuantifica mediante un analizador de infrarrojos.
- Demanda total de oxígeno (DTO).
Mide el consumo de oxigeno según reacciones químicas que se desarrollan por combustión catalítica de la materia orgánica.
En las micas condiciones, los compuesto azufrados se oxidan, dando SO2
y SO3, en una relación fija.
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Esta prueba se realiza en una cámara de combustión catalizada con platino, en la cual se produce una transformación de la materia orgánica en productos finales estables.
- Demanda teórica de oxígeno (DTeO).
Es la que corresponde a la cantidad estequiometrica de Oxígeno necesaria para oxidar completamente un determinado compuesto. Es la cantidad teórica de Oxígeno requerida para transformar completamente la fracción orgánica de aguas residuales en gas carbónico (CO2) y agua (H2O).
Gases de las aguas residuales.
El agua residual también contiene pequeñas concentraciones de gases disueltos. A continuación se nombran algunos de los más importantes:
- Oxígeno disuelto (O2). Proveniente del aire que eventualmente entra en contacto con las superficies del agua residual en movimiento.
Su ausencia o valores bajos pueden originar malos olores. Es necesario para la degradación aeróbica del tratamiento secundaria, el cual se explicara más adelante.
- Sulfuro de hidrógeno (H2S). Se genera a partir de compuesto azufrados, como consecuencia de la fermentación anaerobia de los microorganismos. Produce olores muy desagradables.
Componentes y parámetros inorgánicos de las aguas residuales.
- Grado de acidez (pH).
Mide la concentración de iones hidrógeno en el agua. Un pH elevado indica una baja concentración de iones H+, y por tanto una alcalinización del medio. Por el contrario, un pH bajo indica una acidificación del medio.
Estas variaciones tienen una repercusión muy importante sobre las biocenosis existentes.
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En las aguas residuales urbanas rondan la neutralidad, mientras que en las industriales pueden oscilar enormemente. En general debe oscilar entre 6 y 9.
- Potencial redox (oxidación reducción).
Es la capacidad de una disolución para liberar o captar electrones, expresado en voltios.
El potencial oxido-reductor (rH) de un agua es el logaritmo decimal, cambiado de signo, de la presión (en atmosferas) del hidrógeno gaseoso en equilibrio con el hidrogeno molecular disuelto en la solución. Es un parámetro o indicador que permite hacer observaciones interesantes en las estaciones de depuración.
- Nitrógeno.
Elemento que se encuentra en las aguas residuales, que se puede degradar generando amoniaco que con el tiempo se oxidara formando nitritos y nitratos posteriormente.
Tanto el nitrógeno como el fósforo se utilizan en las estaciones depuradoras de aguas residuales como nutrientes para los microorganismos, pero este proceso será explicado más adelante.
Los nitratos constituyen la especie nitrogenada más abundante y de mayor interés de las aguas residuales. Estos constituyen parte de los nutrientes esenciales para muchos organismos autótrofos o fotosintéticos y en este sentid, su presencia en el agua puede ocasionar fenómenos de eutrofización en ríos y lagos, La eutrofización es el crecimiento desmedido de algunas especies vegetales que cubren con un manto vegetal la superficie del agua, impidiendo de esta forma su oxigenación natural.
Además, el consumo de agua con alta concentración de nitratos puede causar una enfermedad infantil conocida como “metahemoglobinemia”, que se caracteriza por la dificultad de la sangre para absorber oxígeno, pero este caso en las aguas residuales es prácticamente imposible de que se dé, ya que no son aguas de consumo humano.
- Fósforo.
Se presenta casi exclusivamente bajo la forma de fosfatos (H3PO4, ortofosfórico, HPO3, metafosfórico y H4P2O7, pirofosfórico), siendo el más importante de ellos el ortofosfato por calentamiento.
El fósforo en el agua proviene de diversas fuentes. De algunos procesos de tratamiento de aguas que utilizan pequeñas cantidades de fosfatos condensados como agentes floculantes; de los procesos de lavado con detergentes tanto a nivel industrial como doméstico; de las aguas
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residuales de los procesos agrícolas, en donde los ortofosfatos constituyen uno de los principales productos fertilizantes.
A su vez, el fósforo orgánico deriva fundamentalmente de procesos biológicos y por ende, su presencia en esta forma, está asociada principalmente a las aguas residuales domésticas y a las aguas residuales de algunas industrias alimenticias.
Su control es importante ya que entorpece los procesos de depuración.
- Alcalinidad.
La alcalinidad de una muestra de agua es su capacidad para reaccionar o neutralizar iones hidronio (H+) hasta un valor de pH igual a 4,5. La alcalinidad es causada principalmente por los bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos presentes en solución y, en menor grado, por los boratos, fosfatos y silicatos, que puedan estar presentes en la muestra.
La alcalinidad en el agua se expresa como la concentración equivalente de iones hidroxilo, en mg/l, o como la cantidad equivalente de CaCO3 en mg/l. La alcalinidad entendida como la concentración de metales alcalinotérreos, tiene importancia en la determinación de la calidad del agua para riego y es, además, un factor importante en la interpretación y el control de los procesos de purificación de aguas residuales.
-Cloruros.
El ión cloruro se encuentra con frecuencia en las aguas residuales, en concentraciones que varían desde unas pocas ppm hasta varios gramos por litro. Este ion ingresa al agua de forma natural, mediante el lavado que las aguas de lluvia realizan sobre el suelo, aunque es mas común que aparezca en mayores concentraciones en las aguas residuales urbanas que en las industriales, ya que también proceden de las excretas humanas.
Un contenido de cloruro elevado en el agua, interfiere el desarrollo del crecimiento vegetal y en este sentido, su medición es importante cuando el propósito del agua es el riego de cultivos. Del mismo modo, las concentraciones elevadas de cloruro, corroen las tuberías de conducción y demás estructuras metálicas, en las aguas que se utilizan para fines industriales, por lo que hay que tenerlos en cuenta cuando las concentraciones son altas.
-Azufre.
El azufre en aguas residuales es el ion sulfato. Los sulfatos se reducen químicamente a sulfuros y a sulfuros de hidrógeno (H2S) bajo la acción bacteriana en condiciones anaeróbias.
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Su presencia común en las aguas residuales se debe en parte a la descomposición de la materia orgánica, presente a veces en los residuos industriales, pero procedente casi siempre de la reducción bacteriana de los sulfatos.
La concentración umbral para H2S en agua limpia está comprendida entre 0.025 y 0.25 mg/l. El H2S ataca directa e indirectamente a los metales y ha producido corrosiones graves en las conducciones de cemento por oxidarse biológicamente a H2SO4 en las paredes de las tuberías.
Desde el punto de vista analítico, se distinguen tres categorías de sulfuros en el agua y aguas residuales:
A) Sulfuro total, que incluye H2S y HS- disuelto, así como sulfuros metálicos solubles en ácido, presentes en la materia en suspensión.
Los sulfuros de cobre y de plata son tan insolubles que no responden a determinaciones ordinarias de sulfuro; pueden ignorarse a efectos prácticos.
B) Sulfuro disuelto, que permanece tras haber eliminado los sólidos en suspensión por floculación y depósito.
C) Sulfuro de hidrógeno no ionizado, que puede calcularse a partir de la concentración de sulfuro disuelto, el pH de la muestra y la cte de ionización práctica de H2S.
Los sulfuros producen además olores pútridos.
- Metales pesados.
Suelen aparecer en aguas residuales de ciertas industrias, como por ejemplo de la minería. Si sus concentraciones son altas pueden ocasionar problemas muy serios, ya que son bioacumulables.
- Arenas.
Entendemos como tales una serie de partícula de tamaño apreciable y que en su mayoría son de naturaleza mineral, aunque pueden llevar adherida materia orgánica. Las arenas enturbian las masas de agua cuando están en movimiento, o bien forman depósitos de lodos si encuentran condiciones adecuadas para sedimentar.