TRABAJO DE INVESTIGACION

ROLANDO CASTAÑEDA ORTEGA

Química Inorgánica II

UNIVERSIDAD DE LA COSTA

BARRANQUILLA

Introducción

La presente investigación se da a conocer, el concepto del Agua, la importancia, sus propiedades, y los parámetros de tratamiento que se le debe dar. El agua juega un papel muy importante en el mundo y en la vida de todos, ya que sin esta no podríamos vivir. Por lo que nuestro organismo necesita de ella para poder cumplir sus funciones de la mejor manera. Esta necesita ciertos parámetros de tratamiento de acuerdo al uso que se le quiera dar, los cuales daremos a conocer a continuación.

Objetivos

Objetivos Específicos: dar a conocer la importancia del agua, sus propiedades y el tratamiento adecuado que se le debe dar.

Objetivo General: conocer la importancia que tiene la química en todos esos procesos o tratamientos que se le dan al agua.

Resumen

El Agua es un compuesto molecular constituido de hidrógeno y oxígeno de formula H2O. Cada molécula está constituida por un átomo de oxigeno unido por enlace covalente a los átomos de hidrógeno; en esta unión el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno por lo que forma un enlace covalente polar. El agua es muy importante en la vida de un ser humano, ya que la gran parte de nuestro cuerpo está constituido por agua. Pero esta debe tener primero una serie de tratamientos o preparación para que sea apta para el uso que se le quiere dar, ya sea para el consumo o cualquier otro uso. Los cuales tienen una serie de parámetros o pasos a seguir para que dicho tratamiento se realice de la mejor manera y sea seguro.

El Agua

La molécula del agua es dipolar; o sea, presenta un polo positivo y uno negativo. Es una molécula formada por dos elementos: oxígeno e hidrógeno, en la siguiente proporción: una parte de oxígeno y dos partes de hidrógeno, unidos por medio de enlaces y representada por H2O. Esta estructura le permite que muchas otras moléculas iguales sean atraídas y se unan con gran facilidad, formando enormes cadenas que constituyen el líquido que da la vida a nuestro planeta.

El papel del agua en la naturaleza

El agua es la sustancia más abundante sobre la Tierra y constituye el medio ideal para la vida.

Cada océano, río o lago posee su propia flora y fauna, adaptada a vivir ahí. Por esa razón, la mayoría de los organismos marinos no pueden vivir en agua dulce, como tampoco los seres dulceacuícolas podrían hacerlo en el medio marino.

Dentro de los recursos hídricos de nuestro planeta, el mar es el que encierra las formas más variadas de vida, desde la más microscópicas o simples, formadas por una sola célula, como los protozoarios, hasta las gigantescas ballenas. Las aguas dulces también poseen gran diversidad de organismos, tales como numerosas plantas que sirven de alimento a los peces herbívoros.

El agua resulta esencial para todos los seres vivos que habitan este planeta, porque forma parte, en mayor o menor proporción, de la constitución de cada uno de ellos. Así, por ejemplo, constituye el 98% en un melón, el 80% en un pez y el 65% en un ser humano.

En el caso del hombre, este necesita más del agua que de cualquier otro alimento para sobrevivir, ya que en la formación y funcionamiento de nuestro organismo se requiere de este vital compuesto. De hecho, si nuestros pulmones no estuvieran siempre húmedos, no podríamos respirar. Si la saliva no mojara el alimento, no podríamos ingerirlo. Sin el agua, que forma parte de la sangre, no se transportarían los alimentos por todo el cuerpo y nuestras células no se alimentarían y tampoco podrían eliminar las toxinas. Y si las lágrimas no humedecieran nuestros ojos, estos se irritarían.

Las propiedades del agua

Aunque mires el agua de mar muy azul o, en una laguna, muy verde, al tomar en tu mano un poco de esas aguas verás que no poseen ningún color (incoloro), no tiene olor (inodoro) y en el caso del agua potable, esta tampoco tiene sabor.

Este líquido tiene densidad, que es la relación entre la masa y el volumen. De ahí que un kilo de agua ocupe el volumen de un litro.

Al igual que el aire, el agua tiene una fuerza con la que empuja; esta se llama presión. El agua por sí misma no posee una forma definida. Por eso es que toma la forma del recipiente que la contiene.

La temperatura y la presión atmosférica determinan los diferentes estados del agua. Así, a una temperatura de 0° C se produce la congelación, con la que el agua se convierte en hielo. En cambio, a una temperatura de 100° C, el líquido se transforma en vapor y este proceso se llama ebullición.

Así, cuando el sol calienta el agua, esta se convierte en vapor de agua. Algo similar ocurre cuando se calienta el agua en una cafetera: al ebullir, sale un humo blanco, el vapor.

El agua puede, también, pasar directamente del estado sólido al gaseoso, y este proceso se llama sublimación. Esto se produce cuando el vapor de agua, que pesa menos que el aire, sube a grandes alturas en la atmósfera y forma nubes. Estas, al enfriarse, hacen que el agua se transforme en hielo y adquiera el estado sólido, el cual, dependiendo de la temperatura del momento, puede precipitar a la superficie terrestre en forma de nieve y de granizo.

Propiedades Químicas del Agua

1. Reacciona con los óxidos ácidos2. Reacciona con los óxidos básicos3. Reacciona con los metales4. Reacciona con los no metales5. Se une en las sales formando hidratos6. Los anhídridos u óxidos ácidos reaccionan con el agua y forman ácidos

oxácidos.7. Los óxidos de los metales u óxidos básicos reaccionan con el agua para

formar hidróxidos. Muchos óxidos no se disuelven en el agua, pero los óxidos de los metales activos se combinan con gran facilidad.

8. Algunos metales descomponen el agua en frío y otros lo hacían a temperatura elevada.

9. El agua reacciona con los no metales, sobre todo con los halógenos, por ej: Haciendo pasar carbón al rojo sobre el agua se descompone y se forma una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno (gas de agua).

10.El agua forma combinaciones complejas con algunas sales, denominándose hidratos.

El agua como compuesto químico:

Habitualmente se piensa que el agua natural que conocemos es un compuesto químico de fórmula H2O, pero no es así, debido a su gran capacidad disolvente toda el agua que se encuentra en la naturaleza contiene diferentes cantidades de diversas sustancias en solución y hasta en suspensión, lo que corresponde a una mezcla.El agua químicamente pura es un compuesto de fórmula molecular H2O. Como el átomo de oxígeno tiene sólo 2 electrones no apareados, para explicar la formación de la molécula H2O se considera que de la hibridación de los orbitales atómicos 2s y 2p resulta la formación de 2 orbitales híbridos sp3. El traslape de cada uno de los 2 orbitales atómicos híbridos con el orbital 1s1 de un átomo de hidrógeno se forman dos enlaces covalentes que generan la formación de la molécula H2O, y se orientan los 2 orbitales sp3 hacia los vértices de un tetraedro triangular regular y los otros vértices son ocupados por los pares de electrones no compartidos del oxígeno. Esto cumple con el principio de exclusión de Pauli y con la tendencia de los electrones no apareados a separarse lo más posible.

Experimentalmente se encontró que el ángulo que forman los 2 enlaces covalentes oxígeno-hidrógeno es de 105º y la longitud de enlace oxígeno-hidrógeno es de 0.96 angstroms y se requiere de 118 kcal/mol para romper uno de éstos enlaces covalentes de la molécula H2O. Además, el que el ángulo experimental de enlace sea menor que el esperado teóricamente (109º) se explica como resultado del efecto de los 2 pares de electrones no compartidos del oxígeno que son muy voluminosos y comprimen el ángulo de enlace hasta los 105º.Las fuerzas de repulsión se deben a que los electrones tienden a mantenerse separados al máximo (porque tienen la misma carga) y cuando no están apareados también se repelen (principio de exclusión de Pauli). Además núcleos atómicos de igual carga se repelen mutuamente.

Las fuerzas de atracción se deben a que los electrones y los núcleos se atraen mutuamente porque tienen carga opuesta, el espín opuesto permite que 2 electrones ocupen la misma región pero manteniéndose alejados lo más posible del resto de los electrones.

El agua es un compuesto tan versátil principalmente debido a que el tamaño de su molécula es muy pequeño, a que su molécula es buena donadora de pares de electrones, a que forma puentes de hidrógeno entre sí y con otros compuestos que tengan enlaces como: N-H, O-H y F-H, a que tiene una constante dieléctrica muy grande y a su capacidad para reaccionar con compuestos que forman otros compuestos solubles.

El agua es, quizá el compuesto químico más importante en las actividades del hombre y también más versátil, ya que como reactivo químico funciona como ácido, álcali, ligando, agente oxidante y agente reductor.

DifusiónProceso mediante el cual ocurre un flujo de partículas (átomos, iones o moléculas) de una región de mayor concentración a una de menor concentración, provocado por un gradiente de concentración. Si se coloca un terrón de azúcar en el fondo de un vaso de agua, el azúcar se disolverá y se difundirá lentamente a través del agua, pero si no se remueve el líquido pueden pasar semanas antes de que la solución se aproxime a la homogeneidad.

Ósmosis

Fenómeno que consiste en el paso del solvente de una solución de menor concentración a otra de mayor concentración que las separe una membrana semipermeable, a temperatura constante. En la ósmosis clásica, se introduce en un recipiente con agua un tubo vertical con el fondo cerrado con una membrana semipermeable y que contiene una disolución de azúcar.

A medida que el agua pasa a través de la membrana hacia el tubo, el nivel de la disolución de azúcar sube visiblemente. Una membrana semipermeable idónea para este experimento es la que existe en el interior de los huevos, entre la clara y la cáscara. En este experimento, el agua pasa en ambos sentidos a través de la membrana. Pasa más cantidad de agua hacia donde se encuentra la disolución concentrada de azúcar, pues la concentración de agua es mayor en el recipiente con agua pura; o lo que es lo mismo, hay en ésta menos sustancias diluidas que en la disolución de azúcar. El nivel del líquido en el tubo de la disolución de azúcar se elevará hasta que la presión hidrostática iguale el flujo de moléculas de disolvente a través de la membrana en ambos sentidos. Esta presión hidrostática recibe el nombre de presión osmótica. Numerosos principios de la física y la química intervienen en el fenómeno de la ósmosis en animales y plantas.

Capilaridad

Es el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de pequeño diámetro (tubo capilar), o en un medio poroso (por ej. un suelo), debido a la acción de la tensión superficial del líquido sobre la superficie del sólido. Este fenómeno es una excepción a la ley hidrostática de los vasos comunicantes, según la cual una masa de líquido tiene el mismo nivel en todos los puntos; el efecto se produce de forma más marcada en tubos capilares, es decir, tubos de diámetro muy pequeño. La capilaridad, o acción capilar, depende de las fuerzas creadas por la tensión superficial y por el mojado de las paredes del tubo. Si las fuerzas de adhesión del líquido al sólido (mojado) superan a las fuerzas de cohesión dentro del líquido (tensión superficial), la superficie del líquido será cóncava y el líquido subirá por el tubo, es decir, ascenderá por encima del nivel hidrostático. Este efecto ocurre por ejemplo con agua en tubos de vidrio limpios. Si las fuerzas de cohesión superan a las fuerzas de adhesión, la superficie del líquido será convexa y el líquido caerá por debajo del nivel hidrostático. Así sucede por ejemplo con agua en tubos de vidrio grasientos (donde la adhesión es pequeña) o con mercurio en tubos de vidrio limpios (donde la cohesión es grande). La absorción de agua por una esponja y la ascensión de la cera fundida por el pabilo de una vela son ejemplos familiares de ascensión capilar. El agua sube por la tierra debido en parte a la capilaridad, y algunos instrumentos de escritura como la pluma estilográfica (fuente) o el rotulador (plumón) se basan en este principio.

Parámetros Tratamiento de Agua de una Caldera

Los principales parámetros involucrados en el tratamiento del agua de una caldera, son los siguientes:

1. pH: El pH representa las características ácidas o alcalinas del agua, por lo que su control es esencial para prevenir problemas de corrosión (bajo pH) y depósitos (alto pH). ‰

2. Dureza: La dureza del agua cuantifica principalmente la cantidad de iones de calcio y magnesio presentes en el agua, los que favorecen la formación de depósitos e incrustaciones difíciles de remover sobre las superficies de transferencia de calor de una caldera. ‰

3. Oxígeno: El oxígeno presente en el agua favorece la corrosión de los componentes metálicos de una caldera. La presión y temperatura aumentan la velocidad con que se produce la corrosión.

4. Hierro y cobre: El hierro y el cobre forman depósitos que deterioran la transferencia de calor. Se pueden utilizar filtros para remover estas sustancias. ‰

5. Dióxido de carbono: El dióxido de carbono, al igual que el oxígeno, favorecen la corrosión. Este tipo de corrosión se manifiesta en forma de ranuras y no de tubérculos como los resultantes de la corrosión por oxígeno. La corrosión en las líneas de retorno de condensado generalmente es causada por el dióxido de carbono. El CO2 se disuelve en agua (condensado), produciendo ácido carbónico. La corrosión causada por el ácido carbónico ocurrirá bajo el nivel del agua y puede ser identificada por las ranuras o canales que se forman en el metal. ‰

6. Aceite: El aceite favorece la formación de espuma y como consecuencia el arrastre al vapor. ‰

7. Fosfato: El fosfato se utiliza para controlar el pH y dar protección contra la dureza. ‰

8. Sólidos disueltos: Los sólidos disueltos la cantidad de sólidos (impurezas) disueltas en al agua. ‰

9. Sólidos en suspensión: Los sólidos en suspensión representan la cantidad de sólidos (impurezas) presentes en suspensión (no disueltas) en el agua. ‰

10.Secuestrantes de oxígeno: Los secuestrantes de oxígeno corresponden a productos químicos (sulfitos, hidrazina, hidroquinona, etc.) utilizados para remover el oxígeno residual del agua. ‰

11.Sílice: La sílice presente en el agua de alimentación puede formar incrustaciones duras (silicatos) o de muy baja conductividad térmica (silicatos de calcio y magnesio). ‰

12.Alcalinidad: Representa la cantidad de carbonatos, bicarbonatos, hidróxidos y silicatos o fosfatos en el agua. La alcalinidad del agua de alimentación es importante, ya que, representa una fuente potencial de depósitos.

13.Conductividad: La conductividad del agua permite controlar la cantidad de sales (iones) disueltas en el agua.

Principales parámetros del Agua Residual

Los parámetros característicos, mencionados en la Directiva Europea, son:

temperatura pH sólidos en suspensión totales (SST) o materia orgánica valorada como DQO y DBO (a veces TOC) nitrógeno total Kjeldahl (NTK) nitrógeno amoniacal y nitratos

También hay otros parámetros a tener en cuenta como fósforo total, nitritos, sulfuros, sólidos disueltos.

Tratamiento del agua residual

Diagrama de una planta convencional de tratamiento de aguas residuales.

Toda agua servida o residual debe ser tratada, tanto para proteger la salud pública como para preservar el medio ambiente. Antes de tratar cualquier agua servida se debe conocer su composición. Esto es lo que se llama caracterización del agua. Permite conocer qué elementos químicos y biológicos están presentes y da la información necesaria para que los ingenieros expertos en tratamiento de aguas puedan diseñar una planta apropiada al agua servida que se está produciendo.

El proceso de tratamiento del agua residual se puede dividir en cuatro etapas: pre tratamiento, primaria, secundaria y terciaria. Algunos autores llaman a las etapas preliminar y primaria unidas como etapa primaria.

Etapa preliminar

1. La etapa preliminar debe cumplir dos funciones:2. Medir y regular el caudal de agua que llega a la planta

Extraer los sólidos flotantes grandes y la arena (a veces, también la grasa).

Normalmente las plantas están diseñadas para tratar un volumen de agua constante, lo cual debe adaptarse a que el agua servida producida por una comunidad no es constante. Hay horas, generalmente durante el día, en las que el volumen de agua producida es mayor, por lo que deben instalarse sistemas de regulación de forma que el caudal que ingrese al sistema de tratamiento sea uniforme.

Asimismo, para que el proceso pueda efectuarse normalmente, es necesario filtrar el agua para retirar de ella sólidos y grasas. Las estructuras encargadas de esta función son las rejillas, tamices, trituradores (aveces), desgrasadores y desarenadores. En esta etapa también se puede realizar la preaireación, cuyas funciones son: a) Eliminar los compuestos volátiles presentes en el agua servida, que se caracterizan por ser malolientes, y b) Aumentar el contenido de oxígeno del agua, lo que ayuda a la disminución de la producción de malos olores en las etapas siguientes del proceso de tratamiento.

Etapa primaria

Tiene como objetivo eliminar los sólidos en suspensión por medio de un proceso de sedimentación simple por gravedad o asistida por coagulantes y floculantes. Así, para completar este proceso se pueden agregar compuestos químicos (sales de hierro, aluminio y poli electrolitos floculantes) con el objeto de precipitar el fósforo, los sólidos en suspensión muy finos o aquellos en estado de coloide.

Las estructuras encargadas de esta función son los estanques de sedimentación primarios o clarificadores primarios. Habitualmente están diseñados para suprimir aquellas partículas que tienen tasas de sedimentación de 0,3 a 0,7 mm/s. Asimismo, el período de retención es normalmente corto, 1 a 2 h. Con estos parámetros, la profundidad del estanque fluctúa entre 2 a 5 m.

En esta etapa se elimina por precipitación alrededor del 60 al 70 % de los sólidos en suspensión. En la mayoría de las plantas existen varios sedimentadores primarios y su forma puede ser circular, cuadrada a rectangular.

Etapa secundaria

Tiene como objetivo eliminar la materia orgánica en disolución y en estado coloidal mediante un proceso de oxidación de naturaleza biológica seguido de sedimentación. Este proceso biológico es un proceso natural controlado en el cual participan los microorganismos presentes en el agua residual, y que se desarrollan en un reactor o cuba de aireación, más los que se desarrollan, en menor medida en el decantador secundario. Estos microorganismos, principalmente bacterias, se alimentan de los sólidos en suspensión y estado coloidal produciendo en su degradación anhídrido carbónico y agua, originándose una biomasa bacteriana que precipita en el decantador secundario. Así, el agua queda limpia a cambio de producirse unos fangos para los que hay que buscar un medio de eliminarlos.

En el decantador secundario, hay un flujo tranquilo de agua, de forma que la biomasa, es decir, los flóculos bacterianos producidos en el reactor, sedimentan. El sedimento que se produce y que, como se dijo, está formado fundamentalmente por bacterias, se denomina fango activo.

Los microorganismos del reactor aireado pueden estar en suspensión en el agua (procesos de crecimiento suspendido o fangos activados), adheridos a un medio de suspensión (procesos de crecimiento adherido) o distribuidos en un sistema mixto (procesos de crecimiento mixto).

Las estructuras usadas para el tratamiento secundario incluyen filtros de arena intermitentes, filtros percoladores, contactores biológicos rotatorios, lechos fluidizados, estanques de fangos activos, lagunas de estabilización u oxidación y sistemas de digestión de fangos.

Etapa terciaria

Tiene como objetivo suprimir algunos contaminantes específicos presentes en el agua residual tales como los fosfatos que provienen del uso de detergentes domésticos e industriales y cuya descarga en cursos de agua favorece la eutrofización, es decir, un desarrollo incontrolado y acelerado de la vegetación acuática que agota el oxígeno, y mata la fauna existente en la zona. No todas las plantas tienen esta etapa ya que dependerá de la composición del agua residual y el destino que se le dará.

Unidades compactas de potabilización

En las unidades de potabilización moducompactas se realizan tres procesos:

Floculación: A esta cámara llega el agua del sistema de mezcla rápida, diseñada para trabajar con distintos gradientes de velocidad que permiten la formación del floc.

Sedimentación: Cámara de precipitación compuesta por módulos de sedimentación de alta tasa tipo colmena, en donde se decantaran los lodos generados en la fase de floculación.

Filtración: Los medios filtrantes utilizados son arenas de diferentes tamaños y antracita donde se filtra el agua para eliminar partículas de diámetro muy pequeños que no fueron eliminados en el proceso de sedimentación. – No requiere un sistema de bombeo para el retrolavado.

                                                  

El desarrollo de la sociedad reclama cada vez más agua, pero no solo a veces escasea el agua sino que su calidad en los puntos donde se encuentra y capta, desgraciadamente se ha ido deteriorando día a día con el propio desarrollo, esto obliga a un tratamiento cada vez amplio y complejo técnicamente. La eliminación de materias en suspensión y en disolución que deterioran las características físico- químicas y organolépticas así como la eliminación de bacterias y otros microorganismos que pueden alterar gravemente nuestra salud son los objetivos perseguidos y conseguidos en la estaciones de tratamiento a lo largo de todo un proceso que al final logra suministrar un agua transparente y de una calidad sanitaria garantizada.

El tratamiento del agua es el proceso de naturaleza físico-química y biológica, mediante el cual se eliminan una serie de sustancias y microorganismos que implican riesgo para el consumo o le comunican un aspecto o cualidad organoléptica indeseable y la transforma en un agua apta para consumir. Todo sistema de abastecimiento de aguas que no esté provisto de medios de potabilización, no merece el calificativo sanitario de abastecimiento de aguas. En la potabilización del agua se debe recurrir a métodos adecuados a la calidad del agua origen a tratar. Estación de Tratamiento de Agua Potable (ETAP) es la instalación donde se lleva a cabo el conjunto de procesos de tratamiento de potabilización situados antes de la red de distribución y/o depósito, que contenga más unidades de tratamiento.

Conclusión

De la presente investigación podemos concluir que el agua es muy importante en nuestras vidas, ya que diariamente necesitamos de ella. También que es muy importante seguir los parámetros o los pasos del tratamiento que se le quiere dar, porque si este no se realiza como debe ser pueden ser muchos los afectados. Y todos estos tratamientos se logran gracias a todos esos procesos químicos por lo que esta atraviesa para que así podamos darle uso sin ninguna clase de riesgo.

Bibliografía

www.PropiedadesDelAgua.com www.LaQuimicaDel Agua.com www.tratamientoAgua.com