7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 1/72

Universidad nacional de Piura

Escuela de postgrado

Maestría de ingeniería ambiental y

seguridad industrial

Métodos de Tratamiento físico

químico de aguas subterráneas

contaminadas

Curso :

Contaminacin y tratamiento de

suelos y aguas subterráneas

!ocente:

"ng# $enato Umeres Cáceres# Msc

alumno:

% ing# &danaque Timana &nt'ony

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 2/72

&()*T) +,-.

Introducción

Hoy en día existe un problema el cual sucede si ser visto llamado contaminación deaguas subterráneas ya sea de forma natural o antrópica para objetivos del trabajo se

mencionan los diferentes tratamientos físico químicos con los cuales se remedia hoy

en día este problema ya se in situ o ex situ.

La principal ventaja de los tratamientos in situ es que permiten tratar el agua

subterránea sin ser llevados a la superficie, resultando en ahorros significativos. n

los procesos de in situ, por lo general requieren períodos más largos de tiempo, y hay

menos certe!a sobre la uniformidad de tratamiento a causa de la variabilidad en lascaracterísticas del acuífero y la eficacia del proceso es más difícil de verificar.

Las tecnologías de tratamiento in situ físico"químicas se incluyen# aspersión de aire,

bioslurping,  oxidación química  , po!os  direccionales , extracción en doble fase  ,

tratamiento t$rmico  , hydrofracturing mejoras  , extracción con aire  , pasivo % reactiva

tratamiento paredes 

l tratamiento ex situ, es que generalmente requiere de pla!os más cortos, y hay máscerte!a sobre la uniformidad de tratamiento debido a la capacidad de monitorear 

continuamente la me!cla y el agua subterránea. x situ de tratamiento, sin embargo,

requiere de bombeo de agua subterránea, lo que lleva a aumentos de costes y de la

ingeniería para el equipo, es posible permitir, y manejo de materiales.

&uele ser rentable y se puede completar en cortos períodos de tiempo 'en

comparación con el tratamiento biológico(.

Las tecnologías de tratamiento físico químico ex situ disponibles son# adsorción %

absorción, los procesos avan!ados de oxidación ,  extracción con aire  ,granulado de

carbón activado 'gac( % fase líquida adsorción de carbón, intercambio iónico

 precipitación coagulación % floculación , separación , aspersión 

2

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 3/72

I. Tratamientos físico químicos in situ para aguas subterráneas

La principal ventaja de los tratamientos in situ es que permiten tratar el agua

subterránea sin ser llevados a la superficie, resultando en ahorros significativos. n

los procesos de in situ, por lo general requieren períodos más largos de tiempo, y hay

menos certe!a sobre la uniformidad de tratamiento a causa de la variabilidad en las

características del acuífero y la eficacia del proceso es más difícil de verificar.

Los tratamientos )ísico químico utili!a las propiedades físicas de los contaminantes o

el medio contaminado para destruir 'es decir, convertir químicamente(, o por separado

por la contaminación. *aredes de tratamiento pasivo por separado y destruir los

contaminantes de las aguas subterráneas en el terreno.

Las tecnologías de tratamiento in situ físico"químicas se incluyen#

 aspersión de aire 

 Bioslurping 

 Oxidación química 

 pozos direccionales  Extracción en doble fase 

 Tratamiento Térmico 

 !drofracturing "e#oras 

 extracción con aire 

 $asi%o & 'eacti%a Tratamiento $aredes 

I.(. )spersión de )ire 

La inyección de aire 'air sparging( es una t$cnica in situ que se aplica a la !ona

saturada y a la !ona de succión capilar+ y es complementaria a la extracción de

vapores. onsiste en la introducción de aire por debajo del nivel freático a trav$s

de canales excavados verticales u hori!ontales. stos -ltimos permiten el

tratamiento de una mayor área. l aire inyectado hace burbujear la !ona saturada

y se despla!a el equilibrio vapor"líquido, volatili!ándose los / más insolubles,

que se suelen extraer mediante un sistema de extracción de vapores.

3

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 4/72

*igura (+ Esquema de sistema de extracción de %apores

sta tecnología es dise0ada para funcionar con altos caudales de aire para

mantener el contacto entre aguas subterráneas y suelo y aumentar la cantidad de

agua subterránea tratada. 1demás, el oxígeno a0adido en la corriente de entrada

a las aguas y al suelo de la !ona no saturada estimula el crecimiento de

microorganismos y, por tanto, la biodegradación de contaminantes por debajo y

por encima del nivel freático.

,enta#as+

" )ácilmente el equipo disponible+ fácil instalación.

" 1 cabo con el menor trastorno posible a las operaciones del sitio.

" Los tiempos de tratamiento corto 'generalmente menos de 2 a 3 a0os en

condiciones óptimas(.

" 4o requiere de la eliminación, tratamiento, almacenamiento, o las

consideraciones de descarga para las aguas subterráneas.

" *uede mejorar la absorción por los &/.

-es%enta#as+

" 4o se puede utili!ar para el tratamiento de los acuíferos confinados.

4

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 5/72

" &uelos estratificados puede causar aspersión de aire a ser infructuosa.

"  1lgunas interacciones entre los químicos complejos, física, y procesos

biológicos no se comprenden bien.

" *otencial para inducir la migración de los componentes.

" 5equiere piloto de pruebas detalladas y de control para garanti!ar el

control de vapor y límites de migración.

I.. Extracción de ,apores

La extracción de vapores 'soil vapor extraction( es una t$cnica in situ que se

aplica a la !ona no saturada de suelos para la extracción de contaminantes

volátiles de tipo orgánico. onsiste en la perforación de po!os por encima del nivel

freático, en los que se genera un vacío, de forma que se bombean los /

contenidos en el suelo. La profundidad de aplicación de los po!os es de 2,6

metros, aunque se han aplicado satisfactoriamente hasta los 78 metros. Los

gases que se extraen son recogidos y tratados, de forma que se separan los

contaminantes para su tratamiento posterior o almacenamiento en condiciones de

mayor seguridad.

Los po!os de extracción pueden combinarse con po!os de inyección de aire para

favorecer la evaporación de los contaminantes. l n-mero de po!os de inyección

y de extracción para un área contaminada puede variar desde uno a cientos, en

función de la extensión de la contaminación y de las características del suelo.

tras mejoras a la t$cnica básica que se pueden utili!ar son las siguientes#

9mpermeabili!ar la superficie mediante geomembranas impermeables que

faciliten el flujo hacia los po!os y aumenten el radio de influencia de losmismos.

9nstalación de respiraderos.

9nyección de aire caliente que aumente la temperatura y favore!ca la

volatili!ación de los /.

Los factores a tener en cuenta para comprobar las limitaciones de la t$cnica son#

,olatilidad# cuanto mayor sea la volatilidad de los contaminantes más

fácilmente serán extraídos.

5

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 6/72

)dsorción# no son m$todos válidos cuando el suelo presenta una alta

capacidad de adsorción, ya que los contaminantes van a estar retenidos en

el suelo.

$ermeabilidad al aire# se generará una corriente de aire favorable cuanto

más poroso sea el suelo.

Temperatura# favorece la volatilidad.

umedad# desfavorable, los / quedarán en el agua que hay en los poros

al extraerlos y su tratamiento ex situ ya no puede ser el de una corriente

gaseosa.

*igura + Esquema típico del proceso de extracción de %apor a %acio.

*or tanto, los contaminantes objetivo de extracción son los /  y algunos derivados

del petróleo y la tecnología será aplicable sólo a a los que presenten una presión de

vapor mayor a 8,6 mm Hg. La t$cnica no será aplicable para la eliminación de

petróleos,  metales pesados, *:  o dioxinas, pero como el proceso implica el flujo

6

Presión

Zona saturada

Zona

Empaque

)iltros de carbónactivado

Salidade aire

Zona de

Nivel deuncionamien

Pantall 

entoniZona

insaturad

*o!os demonitoreo

apa de cemento

 1ireambiente

entonita

!guasu"terranea

!gua

su"terr#nea

Napa

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 7/72

continuo de aire por el suelo, esto a menudo promueve la biodegradación in situ de

estos compuestos orgánicos de volatilidad baja.

*igura /+ 0ombinación de las técnicas de extracción de %apor del suelo !

aireación del suelo+ la primera act1a por encima del ni%el freático2 !

la segunda por deba#o.

I./.  Bioslurping 

:ioslurping combina elementos de bioventeo vacío y potenciado por el bombeo de

producto libre de recuperar agua subterránea  y el suelo, y para los suelos

biorremediar.  l sistema utili!a un bioslurper ;&lurp; tubo que se extiende a la

capa de producto libre. 1l igual que una pajita en un vaso se0ala líquido, la

bomba extrae líquido 'incluidos los de productos libres( y el gas del suelo hasta el

tubo en la corriente del proceso mismo. 1scensores de lu! de bombeo no líquidos

de fase acuosa 'L41*Ls(, como el petróleo, la parte superior de la tabla de agua y

de la franja capilar  'es decir, un área justo por encima de la !ona saturada, donde

el agua es sostenida por las fuer!as capilares(. l L41*L es traído a la superficie,

donde se separa el agua y el aire. Los procesos biológicos en el t$rmino

;bioslurping; se refieren a la degradación biológica aeróbica de los hidrocarburos,

cuando se introduce aire en la !ona no saturada. sto equivale a bioventeo, una

tecnología que se describe por separado. uando se completan las actividades

$

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 8/72

de libre remoción del producto, el sistema de bioslurping convierte fácilmente en

un sistema de bioventeo convencional para completar la rehabilitación.

3as limitaciones ! las preocupaciones 

Los factores que pueden limitar la aplicabilidad y eficacia del proceso de

bioslurping incluyen#

" :ioslurping es menos efica! en estrecha 'baja permeabilidad( los suelos.

" :ajo contenido de humedad del suelo puede limitar la biodegradación y la

eficacia de bioventeo, que tiende a secar los suelos.

" <e biodegradación aeróbica de muchos compuestos clorados puede no ser 

efica! a menos que exista un metabolito presente." Las bajas temperaturas de remediación lenta.

" on frecuencia, el gas de salida del sistema bioslurper requiere tratamiento

antes del alta. &in embargo, el tratamiento del gas de salida sólo puede ser 

necesario poco despu$s del inicio del sistema, reducir las tasas de

combustible.

" n algunos sitios, los sistemas de bioslurper pueden extraer grandes

vol-menes de agua que pueden necesitar ser tratado antes de la aprobación

de la gestión en función de la concentración de contaminantes en el agua de

proceso.

" *uesto que el combustible, agua y aire son removidos del subsuelo en una

secuencia, me!cla de las fases se produce. stas me!clas pueden requerir 

aceite especial separadores de agua % o el tratamiento antes de que el agua de

proceso puede ser dado de alta.

 )plicabilidad 

:ioslurping se usa para remediar suelos contaminados por el combustible, así

como de las aguas subterráneas contaminadas con L41*Ls combustible. *uede

ayudar a remediar los suelos contaminados con nonhalogenated volátiles

compuestos orgánicos  volátiles '/(  y semi"compuestos orgánicos volátiles

'&/s(.  s aplicable en sitios con mesas de agua de más de 38 pies.

%

Salida de airetratado

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 9/72

*igura 4+ Esquemas del proceso de Bioslurping

&

!gua

'lu(o de"ido algradiente presión

!gua separadaSeparaciónaire ) liquido

'lu(o en l*nea +ori,ontal

Napare#tica

Trat#

Trat#de

!guatratada

Salida de airetratado

Paquete de fltros

'lu(o de aire

om"a devacio

Separador tierra

-iquido org#nicoa disposición

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 10/72

I.4. Oxidación química 

=ecnología más empleada es la oxidación química, en la que se van a

transformar compuestos susceptibles de ser oxidados 'aldehídos, ácidos

orgánicos, fenoles, cianuros, plaguicidas, compuestos organoclorados...( en

otros compuestos inocuos, como agua y dióxido de carbono. La t$cnica se base

simplemente en la introducción en el terreno de los oxidantes, a trav$s de po!os

a diversas alturas, sin que sea necesario bombear los productos de la oxidación.

4o obstante, se observa que se obtiene una mayor efectividad de la t$cnica si

establece un sistema cerrado, reinyectando lo obtenido por el po!o de

extracción, con ello se ayuda a que se me!cle mejor el oxidante con los

productos que constituyen la contaminación.

*igura 5+ Esquema del proceso de Oxidación química

Los oxidantes más com-nmente empleados son#

• Ozono 6O/7# el o!ono puede oxidar los contaminantes directamente o por la

formación de radicales hidroxilo 'H>(. ?unto con el peróxido de hidrogeno 'H@@(,

las reacciones de oxidación que induce el o!ono son las más eficaces en medios

ácidos. La reacción de oxidación es de cin$tica de primer orden, lo que hace que

sea sumamente rápida. 1unque su carácter gaseoso hace problemático su

./

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 11/72

manejo. <ebido a su alta reactividad e inestabilidad, se debe producir en puntos

cercanos al lugar de tratamiento. *or otro lado, la descomposición in"situ del

o!ono puede conllevar una oxigenación beneficiosa que favore!ca la

bioestimulación.

• $eróxido de 8idrógeno 6O7# al utili!ar el peróxido de hidrógeno en forma

líquida en combinación con el ión ferroso ')e@A( se da lugar a lo que se conoce

como reactivo fenton, que induce la formación de radicales hidroxilo 'H>(, unos

oxidantes muy fuertes no específicos que pueden degradar rápidamente gran

variedad de compuestos orgánicos. Las reacciones son sumamente rápidas y

siguen una cin$tica de segundo orden. ste proceso es muy efectivo bajo

condiciones muy ácidas 'pH B @" C(, y resulta inefica! en condiciones moderadas

o fuertemente alcalinas.

• $ermanganato# se introduce en el suelo en forma líquida en disolución o en forma

sólida combinado con el potasio 'DEnC( o el sodio '4aEnC(, y es más

económico que los oxidantes anteriores. La estequiometría de reacción del

permanganato en sistemas naturales es compleja debido a sus m-ltiples estados

de valencia. Las reacciones de oxidación son algo más lentas que en el caso del

o!ono y el peróxido, y siguen una cin$tica de segundo orden. <ependiendo del pH

del medio, la oxidación puede ser por transferencia directa de electrones o por 

generación de radicales. Las reacciones del permanganato son efectivas sobre un

rango de pH de 3,6 a 2@.

La oxidación química es una t$cnica muy adecuada para la eliminación de ciertos

contaminantes orgánicos, sobre todo cuando $stos se encuentran a profundidades

considerables, a las que otros m$todos no pueden llegar. *ero va a resultar un

m$todo caro de remediación. 

I.5. $ozos -ireccionales

=$cnicas de perforación de po!os se utili!an para la posición hori!ontal, o en un

ángulo, para llegar a los contaminantes no se puede acceder mediante la

perforación vertical directa. *uede ser utili!ada para mejorar in situ tecnologías,

así como el bombeo de agua subterránea, bioventeo, &/, lavado del suelo, y

en el po!o de extracción de con aire.

..

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 12/72

*igura 9+ Esquema del proceso de pozos direccionales.

I.9. Extracción en dos fases 

La extracción de doble fase es un sistema de tratamiento similar a la extracción

de vapores del suelo pero con po!os de extracción más profundos los cualesllegan a la !ona saturada. &e aplica un fuerte vacío por medio de los po!os de

extracción para extraer simultáneamente agua subterránea y vapores del

subsuelo. uando los vapores y el agua subterránea llegan a la superficie se

separan y se someten a un tratamiento. n suelos densos y arcillosos la

extracción de doble fase es más efica! que el m$todo corriente de extracción de

vapores. uando la extracción de doble fase se combina con medidas

biocorrectivas, aspersión de aire o bioaireación, la limpie!a lleva menos tiempo.

Los vapores extraídos generalmente necesitan un tratamiento, pero el coste deltratamiento de los vapores y líquidos extraídos es bajo en comparación con el

coste de las t$cnicas que requieren excavación. l equipo es relativamente fácil

de instalar. 1demás se puede usar efica!mente en combinación con otras

t$cnicas de tratamiento y tambi$n es efica! para sitios con diferentes

condiciones.

La extracción de vapores del suelo y la aspersión de aire pueden ser buenas

opciones para lugares contaminados con solventes, otros compuestos orgánicos

.2

0n1ección de aire

Zona saturada de

Etracción de aire con

apa re#tica

Superfcie del

Zona de recolección

Zona contaminada

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 13/72

volátiles como el tricloroetano, tricloroetileno, benceno, tolueno, etilbenceno y

xileno y combustibles.

omo las propiedades del suelo tienen un efecto muy importante en el

movimiento de los vapores del suelo, la eficacia y el dise0o de sistemas de

extracción de vapores del suelo y aspersión de aire dependen en gran medida

de las propiedades del suelo. La extracción de vapores del suelo da mejor 

resultado en suelos con materiales sueltos no saturados, como arena, grava y

limo grueso o lecho de roca fracturado. &in embargo, se ha usado en suelos más

densos, aunque el tratamiento podría llevar más tiempo. 1demás, cuanta más

humedad contenga el suelo, más lenta será la extracción.

*igura :+ Esquema del proceso de extracción en doble fase.

I.:.  Tratamiento Térmico 

l tratamiento térmico in situ pretende favorecer la degradación y destrucción

de los compuestos químicos a trav$s de su calentamiento, con el que se

consigue#

" La movili!ación de los compuestos semivolátiles nocivos

" l aumento de la cinetica de la reacciones de degradación como la oxidación

" l incremento del metabolismo de las bacterias encargadas de la bioremediación

.3

!ire limpio

epuración deaire

Nivel re#tico

Po,o de etracción de

Purga dea ua Soplante

!rena

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 14/72

l principio del m$todo t$rmico consiste en calentar el suelo y las aguas

contaminadas. l calor ayuda o mover los químicos a trav$s del suelo hacia po!os

de recolección, así como a destruir o evaporara ciertos tipos de elementos

químicos. 1l evaporarse se convierten en gases que se mueven más fácilmente a

trav$s del suelo. Los po!os de recolección capturan los elementos químicos y

gases+ y los conducen a la superficie para su limpie!a.

l calentamiento del suelo se usa en combinación con otras t$cnicas que prevean

la recogida de los vapores producidos y su tratamiento en superficie, o la adición

de bacterias adaptadas a la degradación de los compuestos orgFnicos presentes

o nutrientes para facilitar su metaboli!ación.

Los m$todos t$rmicos pueden resultar particularmente -tiles para los líquidos defase no acuosa, llamados L)41, que no se disuelven ni se mueven fácilmente en

el agua subterránea. *or esa ra!ón, los L)41 pueden constituir una fuente de

contaminación de agua subterránea durante periodos prolongados si no se les da

tratamiento. ntre los m$todos de tratamiento t$rmico in situ se cuentan#

" In!ección de %apor+ &e fuer!a o inyecta la entrada de vapor al subsuelo a trav$s

de po!os perforados en la !ona contaminada. l vapor caliente el área y movili!a,

evapora y destruye los químicos nocivos.

*igura ;+ Esquema del proceso de In!ección de %apor.

" In!ección de aire caliente+ &imilar a la inyección de vapor, salvo que en lugar de

vapor se inyecta aire caliente. ste calienta el suelo y hace que los elementosnocivos se evaporen.

.4

7ases 1 agua contaminadaretiradas 1 descontaminadas

Po,o derecolección

!gua 1suelocontaminados

apor apor

apor apor

!gua su"terr#nea

Superfcie del suelo

Po,o Po,o

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 15/72

*igura <+ Esquema del proceso de In!ección de aire caliente.

" In!ección de agua caliente# &imilar a la inyección de vapor, salvo que en este

caso se rempla!a el vapor por agua caliente.

" 0alentamiento con resinas eléctricas+  Hace pasar corriente el$ctrica por 

debajo de la superficie a trav$s de po!os hecho de acero. l calor de la corriente

convierte en vapor el agua del suelo y de las napas subterráneas, que evaporalos químicos nocivos.

*igura (=+ Esquema del proceso de 0alentamiento con resinas eléctricas.

.5

'lu(o decalor

'lu(o devolta(e

Po,o de etracciónrespiradero

apor removido a vacio

Sistema controlde volta(e

0nstrumentación1 control

Servicio local.38% 9

Sistema de vacio

Zona de calor

Electrodo

Zonacontaminada

Soplador de aire caliente

Po,os de in1ección devapor

Zona contaminada

:espiradero de

Salida de aire

anales colectoresde gas del

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 16/72

" 0alentamiento por radio frecuencia+ consiste típicamente en colocar una antena

que emite ondas de radio en un po!o. Las ondas radio calientan el suelo y ello

hace que los químicos nocivos se evaporen.

" 0onducción térmica+ se aplica claro a trav$s de los po!os de acero o mediante

una manta que cubre la superficie del suelo. 1l calentar la !ona contaminada, los

elementos nocivos se destruyen o se evaporan. La manta se utili!an en los sitios

donde la contaminación del suelo es poco profunda. <e lo contrario, se utili!an

po!os de acero.

*igura ((+ Esquema del proceso de 0onducción térmica.

I.;.  *racturación 

3a fracturación se emplea a menudo en combinación con otras de las t$cnicas

descritas, ya que se trata de un procedimiento por el cual se induce una

fracturación en suelos o terrenos en general muy compactos, de forma que las

t$cnicas que se basan en la movili!ación de los contaminantes pueden actuar 

mejor. &e basa en dos posibilidades#

" 3a fracturación 8idráulica utili!a agua, que es bombeada a presión a trav$s depo!os. La fuer!a del agua favorece la fracturación del material que compone el

.6

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 17/72

terreno en cuestión, así como la apertura de las fracturas ya existentes. *ara

fracturar suelos a profundidades considerables se a0ade arena al agua, que

favorece la fracturación y que las fracturas permane!can abiertas.

" 3a fracturación neumática utili!a aire a presión para fracturar la roca 'figura @8(,

y a menudo tambi$n favorece la movili!ación de los contaminantes.

*igura (+ Esquema de un sistema de fracturación neumática2 empleando

aire a presión2 para a!udar a la mo%ilización de los

contaminantes del suelo.

n algunos casos se puede llegar a plantear la utili!ación de explosivos.

n definitiva, es una t$cnica auxiliar, que en unos casos ayuda a introducir los

reactivos requeridos para el tratamiento descontaminante, y en otros favorece la

migración de los productos del proceso hacia los po!os de extracción, y en

general, favorece la liberación de los contaminantes contenidos en el terreno, y su

migración a trav$s del mismo.

I.<. Barreras 'eacti%as $ermeables

 

.$

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 18/72

Las barreras reactivas permeables ':5*( o *5:, seg-n sus siglas en ingl$s,

constituyen una t$cnica in situ de descontaminación que consiste en la

intercepción del paso del agua subterránea para eliminar los contaminantes

presentes en ella mediante procesos físicos, químicos o biológicos. &e trata de un

sistema reactivo completado por un sistema adicional que conduce el flujo de

agua hacia la barrera.

Las *5: se construyen cavando una !anja larga y estrecha en el camino de las

aguas subterráneas contaminadas. La !anja se llena de material reactivo capa!

de eliminar las sustancias químicas da0inas. Los materiales reactivos se me!clan

con arena para facilitar que el agua fluya a trav$s de la pared, en lugar de

alrededor de ella. 1 continuación se expone un esquema básico del

funcionamiento de esta t$cnica#

*igura (/+ Esquema del proceso de barreras reacti%as permeables.

Los materiales o compuestos reactivos van a eliminar los contaminantes

presentes en el agua de dos maneras posibles#

• -egradación+ las sustancias da0inas se transforman mediante reacción química

en compuestos inocuos o inofensivos. *or ejemplo, el hierro granulado puede

transformar algunos tipos de disolventes que presentes compuestos clorados ensustancias químicas inofensivas. =ambi$n se puede conseguir la degradación de

.%

!guacontaminada !gua tratada

;esa de agua

:esiduos

'lu(o de aguasu"terr#nea

:arreras reactiva permeable

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 19/72

los contaminantes estimulando el crecimiento de microorganismos que

transforman en su metabolismo las sustancias perjudiciales en @ y agua. *ara

ello las paredes de las barreras estarán rellenas de nutrientes y oxígeno.

• )dsorción o retención# las sustancias químicas quedan atrapadas en las

paredes de la barrera permeable. &e utili!a carbón activo, que es capa! de

adsorber las sustancias en su superficie+ y agentes precipitantes como la cali!a,

que provocan la precipitación de los compuestos nocivos en forma de sólidos que

quedan retenidos en las paredes de la barrera.

l sistema de conducción del flujo de agua hacia la barrera es empleado sobre todo en

aquellos casos en que las dimensiones del penacho contaminante hacen

económicamente inviable la utili!ación de una -nica barrera. 1 este sistema se le

conoce como embudo"puerta y puede consistir en paredes impermeables situadas en

la parte inferior y superior de la barrera reactiva, que obligan al agua a pasar por ella.

 1lgunos de los contaminantes que pueden ser eliminados de las aguas subterráneas

empleando la t$cnica de las barreras reactivas se exponen en la siguiente tabla, que

contiene además el material reactivo correspondiente#

0O"$>E?TO? E3I"I@)-O? >TI3IA)@-O B'$

0ontaminantes a tratar )gentes tratantes

" Halocarbones ')Gs...(, metales reducibles " Hierro metálico granulado

" Halocarbones, metales reducibles " Eetales reducidos

" Halocarbones " *ares de metales

" Eetales 'r , 4i, *b, u, En, , 1s, &e, /...(,

aguas ácidas" ali!as

" Eetales, compuestos orgánicos

'tetracloroeteno, tricloroeteno, cloruro de

vinilo...(

" Eateriales adsorbentes 'carbón

activo(

" Eetales reducibles, compuestos orgánicos " 1gentes reductores

" Hidrocarburos del petróleo ':=I...( " 1ceptores biológicos de electrones

*ara el dise0o de las :5* se hace necesaria la reali!ación de una compleja

modeli!ación del comportamiento del agua subterránea que incluya la

.&

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 20/72

modeli!ación de su flujo y la modeli!ación del transporte de partículas o plumas

dentro de ese flujo.

na ve! construidas, las barreras carecen de partes móviles, equipamiento y

ruido. Los materiales reactivos que se sit-an en las !anjas no perjudican las

aguas subterráneas ni a las personas. &u funcionamiento es óptimo en suelos

arenosos poco compactados con flujo sostenido de aguas subterráneas y la

contaminación no debe encontrarse por debajo de los 26 metros de profundidad.

Las :5* constituyen una t$cnica emergente en el tratamiento de aguas

subterráneas que está demostrando gran eficacia y que, además, presenta

considerables ventajas económicas frente a otras t$cnicas como el bombeo y

posterior tratamiento en superficie 'pump and treat(. *or otro lado cuenta con una

serie de limitaciones o inconvenientes#

• Lentitud, ya que depende del flujo natural de agua subterránea.

• <ificultad de construcción y dise0o.

• Los materiales reactivos usados van a ir perdiendo propiedades con el tiempo. *or 

ejemplo, el carbón activo dejará de adsorber contaminantes cuando se sature.

I.(=. 3a atenuación natural controlada 'E41, monitored natural attenuation(

&e basa en el aprovechamiento y potenciación los procesos naturales para

eliminar o reducir la contaminación en los suelos y las aguas subterráneas. La

atenuación natural tiene lugar en la mayoría de las áreas contaminadas, pero

para que se produ!ca a ritmo suficiente como para que se pueda considerar un

mecanismo efectivo de descontaminación deben darse las condiciones

adecuadas en el subsuelo para que se produ!ca la descontaminación de forma

efectiva. <e no ser así, la eliminación de la contaminación no será ni losuficientemente rápida ni completa. Los científicos supervisan o verifican la

existencia de esas condiciones para asegurarse de que funciona la atenuación

natural. 1 eso se le denomina atenuación natural controlada o E41 'por sus

siglas en ingl$s(.

uando el medio ambiente se halla contaminado con sustancias químicas, la

naturale!a las elimina por cuatro vías#

). )cción bacteriana+  Las bacterias que viven en el suelo y en las aguassubterráneas utili!an algunas sustancias químicas como alimento. uando las

2/

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 21/72

sustancias químicas están completamente digeridas, las transforman en agua y

en gases inofensivos.

*igura (4+ Bacterias atrapando sustancias químicas contaminantes 6en marrón7

para su alimentación.

B. ?orción+ Las sustancias químicas se pegan o sorben al suelo, que

las fija al lugar. <e ese modo no se eliminan las sustancias químicas pero sí se

impide que contaminen las aguas subterráneas y que escapen del lugar, al

menos mientras las condiciones físico"químicas del suelo permane!can

estables.

*igura (5+ ?orción de contaminante 6marrón7 por el suelo.

0. "ezcla ! dilución+ 1l pasar las aguas subterráneas a trav$s del suelo, la

contaminación se puede me!clar con el agua limpia. <e ese modo se diluye la

contaminación.

*igura (9+ Efecto de dilución de contaminante 6marrón7 por efecto del flu#o de

aguas subterráneas.

2.

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 22/72

-. E%aporación+ 1lgunas sustancias químicas, como el petróleo y los solventes,

se evaporan, lo que significa que se convierten de líquidos a gases dentro del

suelo. 1demás, si esos gases escapan al aire en la superficie del terreno, la lu!

del sol puede destruirlos.

*igura (:+ E%aporación ! descomposición de contaminante por efecto del calor 

solar.

La E41 funciona con mayor eficacia en los sitios donde se ha eliminado previamente

la fuente de contaminación. on posterioridad, los procesos naturales se deshacen de

la peque0a cantidad de contaminación que queda en el suelo y en las aguas

subterráneas. l suelo y las aguas subterráneas se examinan con regularidad para

garanti!ar que hayan quedado limpios.

&eg-n el área, la E41 puede dar los mismos resultados, con casi la misma rapide!,

que otros m$todos. <ado que la E41 se reali!a bajo tierra, no es necesario excavar ni

construir. *or ende, no hay que eliminar desechos soterrándolos, afectando menos al

medio ambiente. 1simismo, permite a los trabajadores evitar el contacto con la

contaminación. La E41 requiere menos equipamiento y trabajo que la mayoría de los

otros m$todos y por lo tanto resulta más económica.

*uede que la supervisión durante a0os sea costosa, pero el costo sigue siendo menor que el de otros m$todos. La E41 es el -nico m$todo de descontaminación que se usa

en algunos sitios &uperfund '&1( donde hay contaminación de las aguas

subterráneas. La E41 tambi$n se emplea en derrames de petróleo y gasolina de los

tanques.

22

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 23/72

II. Tratamientos físico químicos Ex situ para aguas subterráneas

La principal ventaja de tratamiento ex situ, es que generalmente requiere de pla!os

más cortos, y hay más certe!a sobre la uniformidad de tratamiento debido a la

capacidad de monitorear continuamente la me!cla y el agua subterránea. x situ de

tratamiento, sin embargo, requiere de bombeo de agua subterránea, lo que lleva a

aumentos de costes y de la ingeniería para el equipo, es posible permitir, y manejo de

materiales.

=ratamiento físico químico que utili!a las propiedades físicas de los contaminantes o el

medio contaminado para destruir 'es decir, convertir químicamente(, por separado, o

contener la contaminación. xidación / es una tecnología de destrucción, y todas

las otras tecnologías incluidas en este apartado son las tecnologías de separación.

&uele ser rentable y se puede completar en cortos períodos de tiempo 'en

comparación con el tratamiento biológico(. l equipo es de fácil acceso y no es de

ingeniería o de alto consumo energ$tico. =ratamiento de residuos de las t$cnicas de

separación se requieren tratamiento o eliminación, que se sumará a los costes totales

del proyecto.

Las tecnologías de tratamiento físico químico ex situ disponibles#

 1dsorción % 1bsorción  xidación avan!ada  xtracción con aire   Jranulado de arbón 1ctivado 'J1( % )ase Líquida adsorción de carbón  9ntercambio iónico  *recipitación coagulación % floculación   &eparación 

   1spersión 

II.(. )dsorción ! )bsorción

23

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 24/72

Los mecanismos de adsorción son generalmente categori!ados como de

adsorción física, quimisorción o adsorción electrostática.

<$biles fuer!as moleculares, como las fuer!as de /an <er Kaals, proporcionan la

fuer!a motri! para la adsorción física, mientras que una reacción química que

forma un enlace químico entre el compuesto y la superficie del sólido en

quimisorción.

<e adsorción electrostática implica la adsorción de iones a trav$s de las fuer!as

de oulomb, y normalmente se conoce como intercambio de iones, que se aborda

por separado en los módulos de intercambio iónico.

n los líquidos, las interacciones entre el soluto y el disolvente tambi$n

desempe0an un papel importante en establecer el grado de adsorción.

l más com-n es adsorbente de carbón activado granulado 'J1(.

tros adsorbentes naturales y sint$ticas son# al-mina activada, esponja de forraje,

adsorción de la lignina, las arcillas de adsorción, y resinas sint$ticas.

)l1mina acti%ada

 1l-mina activada es un filtro de los medios de comunicación hecha por el

tratamiento de mineral de aluminio de forma que se vuelve porosa y muy

adsorbente. limina gran variedad de contaminantes, incluyendo exceso de fl-or,

ars$nico y selenio. l medio requiere la limpie!a periódica con un adecuado

regenerante, tal es el caso del alumbre o ácidos con el fin de seguir siendo efica!.

*orra#e Espon#a

s una esponja de celulosa con la incorporación de una amina que contiene

polímeros quelantes que selectivamente absorben los metales pesados disueltos.

l polímero está íntimamente unido a la celulosa con el fin de minimi!ar la

separación física de la matri! de soporte. Los grupos funcionales en el polímero 'es

decir, aminas y grupos carboxilo( proporcionar afinidad selectiva de metales

pesados en los estados, tanto catiónicos y aniónicos, preferentemente formando

complejos con grupos en transición de metales pesados.

3a lignina de adsorción & absorpción 0la!

24

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 25/72

 1dsorción de la lignina y las arcillas adsorbentes se utili!an para el tratamiento de

efluentes líquidos contaminados por compuestos orgánicos, inorgánicos y metales

pesados. l flujo de residuos se trata, debido a la adherencia molecular de los

contaminantes a una superficie de adsorción.

'esinas

5esinas sint$ticas son más caras que el carbón activado granulado 'J1(, pero

puede ser dise0ado para lograr un mayor grado de selectividad y capacidad de

adsorción que ciertos compuestos de carbono activado.

Las resinas son típicamente regeneran los ácidos, bases o disolventes orgánicos,

en lugar de m$todos t$rmicos, por lo que son más adecuados para compuestos

t$rmicamente inestables, tales como explosivos de, y son resistentes a ladesactivación debidos a la adsorción de los sólidos disueltos.

 1demás, las resinas tiendes a ser más resistentes a la abrasión que el carbón

activado, el aumento de su vida -til.

*igura (;+ Esquema del proceso de barreras reacti%as permeables.

II.. $roceso de oxidación a%anzada

La oxidación / es un proceso de destrucción que oxida los componentes orgánicos y

explosivos en las aguas subterráneas, aguas residuales mediante la adición de

oxidantes fuertes y la irradiación con lu! /. xidación de contaminantes objetivo es

causada por una reacción directa con los oxidantes, fotólisis /, ya trav$s de la acción

sin$rgica de lu! ultravioleta, en combinación con el o!ono ' 3(  y % o peróxido de

hidrógeno 'H @  @(.  &i se consigue la minerali!ación completa, los productos finales dela oxidación son el dióxido de carbono, agua y sales. La ventaja principal de oxidación

25

arrera reactiva

!guacontaminada

E<uente

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 26/72

/ es que es un proceso de destrucción, en lugar de extracción con aire o adsorción

en carbón, por lo que los contaminantes se extraen y se concentran en una fase

separada. Los procesos de oxidación / puede ser configurado en modo de lote o de

flujo continuo, en función del rendimiento que se trate.

l proceso de oxidación / es general reali!ado con lámparas de baja presión de

operación a los 6 vatios de electricidad para los sistemas de o!ono y las lámparas

que funcionen a 26 MK a 8 MK para los sistemas de peróxido de hidrógeno.

*igura (<+ Esquema del proceso de oxidación a%anzada.

n grupo de procesos adecuado para el tratamiento de contaminantes orgánicos en

aguas, especialmente -tiles para la degradación de compuestos no biodegradables,

son los procesos de oxidación avan!ada '*1s( o, tambi$n llamados tecnologías de

oxidación avan!ada '=1s(.

stos procesos se basan en la generación in situ de especies químicas con un alto

poder de oxidación como los radicales hidroxilo 'HN(, oxidante químico de carácter no

selectivo y con un elevado potencial de oxidación capa! de reaccionar rápidamentecon muchos compuestos. Los principales objetivos de la aplicación de *1s son#

26

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 27/72

" Einerali!ación de los contaminantes, especialmente los orgánicos recalcitrantes,

hasta su completa transformación en dióxido de carbono, agua y aniones

inorgánicos, evitando la formación de subproductos o residuos 'procesos de

carácter destructivo(." <egradación de contaminantes orgánicos en compuestos más biodegradables y%o

menos tóxicos 'pretratamiento antes de un proceso biológico(." liminación de color y%o olor." <esinfección.

*otenciales de oxidación en medio ácido a @6 O de los principales oxidantes

químicos, en la cual queda reflejado el elevado poder de oxidación de los radicales

hidroxilo con respecto a otros oxidantes se clasifican en#.

II..(. 'E,I?I@ -E 3O? -I*E'E@TE? TI$O? -E $O)s

). *otólisis

ntre las t$cnicas de oxidación fotolítica se pueden diferenciar la fotólisis con

radiación / y la llevada a cabo mediante ultravioleta a vacío '//(.

&e denomina radiación ultravioleta '/( a la radiación electromagn$tica cuya

longitud de onda está comprendida aproximadamente entre los C88 nm 'Cx28"P

m( y los 26 nm '2,6x28"Q m(. &u nombre proviene de que su rango empie!a desde

2$

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 28/72

longitudes de onda más cortas de lo que los humanos identificamos como el color 

violeta. La )igura @8 muestra el espectro de la radiación ultravioleta y los

diferentes subtipos en que se divide.

*igura =. Espectro de la radiación ultra%ioleta.

La fotólisis directa supone la interacción de la lu! con las mol$culas para provocar 

su disociación en fragmentos más simples. *or esta ra!ón, en todo proceso en el

que se emplee la radiación /, la fotólisis podría tener lugar. La intensidad y la

longitud de onda de la radiación o el rendimiento cuántico del compuesto que se

pretende eliminar son factores que influyen en el rendimiento del proceso. omo

fuente de radiación /, habitualmente, se utili!an lámparas de vapor de mercurio.

l proceso // se basa en las reacciones que tienen lugar bajo el empleo de

radiación / con un espectro de emisión comprendido entre 2C8 y @88 nm. n este

caso, las fuentes de radiación generalmente empleadas son lámparas de excímeros

de xenón. n estas condiciones, dos procesos de degradación son posibles# la

fotólisis directa de los compuestos orgánicos, y la formación de especies radicales

oxidantes como los radicales hidroxilo.

B. $O)s basados en el empleo de ozono

l o!ono es un potente agente oxidante, capa! de reaccionar con un gran n-mero

de compuestos orgánicos e inorgánicos. &u alto potencial de oxidación y la

ausencia de la formación de subproductos peligrosos durante el proceso han hecho

crecer la importancia de esta t$cnica en el tratamiento de aguas durante las

pasadas d$cadas. l principal inconveniente es la necesidad de generación deo!ono a partir de oxígeno, para lo cual se emplea una descarga el$ctrica sobre una

2%

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 29/72

corriente de aire u oxígeno puro. ste paso consume grandes cantidades de

energía dificultando el escalado del proceso.

l mecanismo de oxidación mediante o!ono es un proceso complejo que tiene lugar 

por dos vías# reacción directa con el o!ono disuelto '3( o la oxidación indirecta a

trav$s de la formación de radicales 'HN(. La intensidad de ambos mecanismos

durante la degradación de un compuesto depende de factores como la naturale!a

del contaminante, la dosis de o!ono o el pH del medio. 4ormalmente, en

condiciones ácidas 'pH R C( prevalece la o!oni!ación directa 'reacción 2( mientras

que a pH S 7, la vía indirecta es la más importante.

3 3 A H" A HA T @ HB A C @ 'reac 1(

l tratamiento por o!oni!ación puede mejorar al a0adir peróxido de hidrógeno y%o

radiación / al sistema '3%H@@, 3%/, 3% H@@%/(. <e este modo se consiguen

reducir los tiempos de operación y los costes del proceso 'reac. @ U C(.

3 A A hV T H@@ 'reac 2 (

H@@ A hVT @ H" 'reac 3(

3 A H@@T H" A H@N A @ 'reac 4(

0. $O)s basados en el empleo de peróxido de 8idrógeno

l peróxido de hidrógeno es un reactivo químico seguro, abundante y de sencillo

manejo, ampliamente usado para la prevención de la contaminación. &in embargo,

por si mismo no posee unas buenas propiedades oxidantes, sino que debe ser 

combinado con otras sustancias o catali!adores para incrementar su eficacia.

n este grupo de *1s se encuentran el proceso )enton y todas sus variaciones')enton"liMe, foto")enton, electro")enton( y el proceso /% H@@.

-. $O)s en condiciones de operación se%eras

<entro de este grupo se encuentran las t$cnicas de oxidación denominadas#

oxidación h-meda y sus variantes, oxidación supercrítica y oxidación subcrítica.

stos procesos se diferencian del resto de *1s por sus severas condiciones de

operación 'elevadas presiones y temperaturas( y por la concentración de

2&

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 30/72

contaminantes en las aguas residuales que se someten al tratamiento,

generalmente más elevadas.

La oxidación supercrítica tiene lugar por encima del punto crítico correspondiente al

agua '= S 3P6 O y * S @@,2 E*a(, mientras la oxidación subcrítica opera en un

rango de temperatura entre 2@6 y 388 O y presiones de 8,6 a @8 E*a.

La oxidación h-meda 'K( implica la degradación de la materia orgánica a elevada

presión y temperatura mediante el empleo de oxígeno gas o aire. uando el

oxígeno se sustituye por peróxido de hidrógeno se habla de oxidación h-meda con

peróxido 'K*(. n este caso, las condiciones de operación son menos severas

reduci$ndose los costes. La eficacia de la oxidación h-meda se puede mejorar 

mediante la utili!ación de catali!adores metálicos, siendo denominada en este caso

oxidación h-meda catalítica 'K(.

E. *otocatálisis 8eterogénea

La fotocatálisis se define como la aceleración de una reacción fotoquímica por la

presencia de un metal semiconductor que es activado mediante la absorción de

radiación con una energía por encima de su salto de banda. l t$rmino heterog$neo

hace referencia a que los contaminantes están presentes en una fase fluida

mientras el catali!ador está en fase sólida. l catali!ador más empleado es el

dióxido de titanio '=i@( debido a su elevada estabilidad química, su bajo coste y los

excelentes resultados que ha demostrado proporcionar.

La primera reacción del proceso de fotocatálisis es la absorción de la radiación /

por el catali!ador, con la formación de pares hueco"electrón seg-n la reac 6. stos

electrones, debido a su alto poder reductor, reducen el oxígeno adsorbido formandoel ion radical superóxido '@N"(, como recoge la reac. + mientras que los huecos

son capaces de provocar la oxidación de las especies adsorbidas H@ y%o H"  a

radicales HN de acuerdo a las reac. P y Q que serán los que posteriormente oxidan

la materia orgánica. uando la materia orgánica tambi$n se adsorbe en la

superficie del catali!ador, puede ser directamente oxidada por transferencia de un

electrón del metal del catali!ador.

=i@ A hV T e" A hA 'reac 5 (

=i@ 'e"( A @ T =i@ A @N" 'reac 6 (=i@ 'hA( A H@ T =i@ A HN A HA 'reac 7 (

3/

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 31/72

=i@ 'hA( A H" T =i@ A HN 'reac 8 (

Las mayores ventajas de este *1 son que trabaja a presión y temperatura

ambiente, la posibilidad de utili!ar la lu! solar para la irradiación del catali!ador y el

bajo coste del catali!ador. 1demás, este sistema es capa! de alcan!ar la

minerali!ación completa de muchos compuestos. &in embargo, presenta

desventajas importantes como las dificultades a mayor escala para conseguir 

alcan!ar una radiación uniforme en toda la superficie del catali!ador o la necesidad

de un tratamiento posterior de separación para recuperar el catali!ador en

suspensión, lo cual encarece el proceso.

*. Oxidación electroquímica

La aplicación de corriente el$ctrica 'de @ a @8 1( entre dos electrodos en agua

produce la generación de radicales hidroxilo HN y la producción de peróxido de

hidrógeno en el medio de reacción. Los radicales HN, que son los que oxidan la

materia orgánica, se forman debido a la oxidación de las mol$culas de agua en el

ánodo 'reac 7(, mientras que el peróxido de hidrógeno se genera por la reducción

del oxígeno en el cátodo 'reac 28(#

H@ TH" A HA A e" 'reac 9(

@ A @ HA A @ e" T H@@ 'reac 10 (

l uso de la oxidación electroquímica está limitado debido a los elevados costes de

operación. La eficacia del sistema se puede mejorar agregando )e '99(, en el

proceso que se conoce como electro")enton. &i se usa un ánodo de sacrificio de

hierro, que provee de cantidades estequiom$tricas para la reacción )enton,

entonces el proceso de denomina peroxicoagulación.

C. Oxidación mediante ultrasonidos

La oxidación mediante ultrasonidos 'o cavitación ac-stica( es uno de los *1s

menos estudiado. &u fundamento es la generación de burbujas de cavitación. La

cavitación se define como el fenómeno de formación, crecimiento y colapso de

microburbujas o cavidades que tiene lugar en un intervalo muy corto de tiempo

'milisegundos( y libera gran cantidad de energía.

3.

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 32/72

ada burbuja act-a como un microreactor con condiciones de operación

supercríticas. n un sistema acuoso sometido a ondas de ultrasonidos con una

frecuencia de @8 H!, cada burbuja de cavitación, puede alcan!ar los C888 D de

temperatura y 2888 bares de presión, condiciones capaces de provocar la ruptura

de los enlaces químicos. Los compuestos orgánicos disueltos se vapori!an en el

interior de las burbujas y se degradan por pirólisis, mientras el vapor de agua de las

burbujas se descompone en átomos de hidrógeno y radicales HN 'reac 22(#

H@ A ultrasonido T HN A HN 'reac 11(

 1sí, la degradación de los compuestos orgánicos puede tener lugar mediante la

acción de radicales hidroxilo 'mecanismo de oxidación( o debido a las elevadas

temperaturas 'mecanismo pirolítico(.

. Oxidación mediante radiaciones electromagnéticas de alta frecuencia

Los procesos que emplean radiaciones electromagn$ticas de alta frecuencia se

basan en la interacción de los electrones acelerados con los átomos y mol$culas

del medio, generando de esta manera formas excitadas y especies radicalarias. Los

radicales libres formados oxidan la materia orgánica. sta t$cnica es empleada con

propósitos de desinfección, donde la radiación interact-a con membranas celulares,

en!imas o ácidos nucleicos destruyendo microorganismos.

II... 0O@?I-E')0IO@E? ?OB'E E3 ')@CO -E )$3I0)0I@ -E 3O? $O)s

na recomendación del rango de aplicación de los diferentes tipos de *1s se recoge

en la )igura @2. <icha figura indica un posible rango de aplicación de cada proceso en

función de la carga de materia orgánica y el flujo de corriente residual a tratar. ada

área muestra el proceso más efica! dentro de sus límites. &e ha de tener en cuenta

que los valores mostrados se indican como guía general, pero cada caso debe ser 

considerado individualmente.

32

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 33/72

*igura (. Espectro de la radiación ultra%ioleta.

II../. $O)s 0O"O DGREEN PROCESSES 

Los procesos de oxidación avan!ada '*1s( han sido considerados como procesos

de tratamiento afines a los principios de la química sostenible, es decir, respetuosos

con el medioambiente. 1lgunas de las ra!ones para sostener esta afirmación son#

" Euchos *1s no generan subproductos 'son procesos destructivos capaces

de alcan!ar la minerali!ación completa( ni residuos." mplean reactivos químicos inocuos." &on procesos catali!ados." *ermiten el empleo de fuentes de energía renovables como la radiación solar." *ueden llevarse a cabo a temperatura y presión ambiente." *oseen una alta versatilidad.

II./. Extracción de aire

La extracción con aire es una tecnología completa de escala, en la que se dividen

los compuestos orgánicos volátiles que se encuentran en las aguas subterráneas

en gran medida por el aumento de la superficie del agua contaminada expuesta al

aire. =ipos de m$todos de aireación son torres de aireación, aireación difusa, la

aireación de bandeja, y la aireación de pulveri!ación.

33

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 34/72

xtracción con aire consiste en la transferencia de masa de contaminantes

volátiles del agua al aire.

*ara la remediación de aguas subterráneas, este proceso se reali!a típicamente

en una torre de relleno o un tanque de aireación.

La extracción con aire hace uso de un equipo de extracción con aire que fuer!a

aire a trav$s del agua contaminada. n general, este equipo consiste en un

tanque de gran tama0o que contiene un material de relleno de plástico, acero o

cerámica. l agua contaminada se bombea hacia dentro del tanque y se rocía

sobre el material de relleno. l agua se escurre a trav$s de los espacios entre el

material de relleno hasta el fondo del tanque. 1l mismo tiempo, un ventilador 

ubicado en el fondo sopla aire hacia arriba. 1 medida que el aire sube a trav$s del

agua que se está escurriendo, produce la evaporación de los contaminantes.

l aire transporta los contaminantes evaporados hasta la parte superior del tanque

donde se capturan y limpian. La dispersión del agua sobre el material de relleno

permite que el aire en ascenso pueda cubrir más agua contaminada y evaporar 

mayor cantidad de contaminantes. l agua que se escurre hacia el fondo del

tanque es recolectada y anali!ada para asegurar que se encuentre limpia. &i

todavía hay presencia de contaminantes, el agua puede ser reciclada por el

sistema o limpiada mediante el empleo de otro m$todo.

Los equipos utili!ados varían en tama0o y estructura. 1lgunos soplan el aire a

trav$s del tanque, en lugar de for!arlo en dirección ascendente. tros no hacen

uso del aire for!ado sino que, por el contrario, simplemente se basan en el

escurrimiento de agua a trav$s del aire del tanque para poder evaporar los

químicos. ada unidad se dise0a específicamente para los tipos y cantidades dequímicos nocivos presentes en el agua que se encuentra en un sitio específico.

La extracción con aire otorga los mejores resultados en aguas que contienen

elementos químicos muy volátiles, tales como combustibles y solventes. La

extracción con aire retira alrededor del 77 W de estos químicos cuando se dise0a

en forma correcta. La extracción con aire no puede eliminar metales, bifenilos

policlorados ni otros químicos que no se evaporan. Los equipos que se utili!an

son simples de construir en el sitio y su mantenimiento es sencillo. &e hanutili!ado para limpiar agua contaminada en cientos de sitios.

34

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 35/72

*igura + Torre de relleno.

*igura /+ Tanque de aireación

II.4. )dsorción con carbón acti%o

La adsorción por carbón activado tiene una larga historia de uso en el tratamiento

de los residuos municipales, industriales y peligrosos.l carbón activo viene en

dos variaciones# arbón activado en polvo '*1( y carbón activado granular 

'J1(.

35

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 36/72

)ase de adsorción de carbono líquido es una completa tecnología de escala en la

que el agua subterránea se bombea a trav$s de uno o más recipientes que

contienen carbón activado para adsorber los contaminantes orgánicos disueltos.

uando la concentración de contaminantes en el efluente de la cama supere un

determinado nivel, el carbono puede ser regenerada en su lugar, quitar y

regenerada en una instalación fuera de sitio, o retirados y eliminados. l carbono

utili!ado para explosivos o metales, el agua subterránea contaminada

probablemente no pueden ser regenerados y deben ser retirados y eliminados

correctamente.

 Las dos configuraciones del reactor más com-n para los sistemas de adsorción

de carbono son los de lecho fijo 'v$ase la figura( y los pulsos o de lecho móvil.

La configuración fija la cama es el más ampliamente utili!ado para la absorción de

líquidos. l tratamiento previo para la eliminación de sólidos suspendidos de las

corrientes para ser tratados, es una consideración importante del dise0o. &i no se

eliminan los sólidos en suspensión en una corriente de líquido puede acumularse

en la columna, provocando un aumento en la caída de presión. uando la caída

de presión se vuelve demasiado alta, los sólidos acumulados deben ser 

removidos, por ejemplo, por el lavado. l proceso de eliminación de sólidos

requiere tiempo de inactividad de adsorción y puede resultar en la p$rdida de

carbono y la interrupción de la !ona de transferencia de masa.

9mpregnando con silicona el carbón, podrían aumentar la eficiencia de la

eliminación y extender la duración de la operación. =ambi$n puede ser más

seguro para regenerarse.

La duración del J1 es generalmente a corto pla!o, sin embargo, si lasconcentraciones son lo suficientemente bajos, la duración puede ser de largo

pla!o. La duración de la operación y mantenimiento depende del tipo de

contamínate, la concentración y volumen, requisitos de limpie!a de

reglamentación, y las concentraciones de metales. La versión de J1 se utili!a

sobre todo en el tratamiento de aguas, puede fijar las siguientes sustancias

solubles por adsorción#

•  1dsorción de sustancias no polares como#o  1ceite mineral

36

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 37/72

o :=I

o *oli"hidrocarburos aromáticos '*1s(

o 'loruro( )enol

•  1dsorción de sustancias halogenadas# 9, :r, l, H y )

• lor

• Justo

• Levaduras

• /arios productos de fermentación

• &ustancias no polares 'sustancias las cuáles no son solubles en agua(

l carbón activo se usa por ejemplo en los siguientes procesos#

• <epuración de agua subterránea

• <ecloración del agua

• <epuración de aguas para piscinas

• 5efinamiento de las aguas residuales tratadas

*igura 4+ )dsorción con carbón acti%o

&eg-n esto podemos clasificar algunos compuestos seg-n su probabilidad de ser 

efica!mente adsorbidos por el carbón activo en el agua#

a. ompuestos con mu! alta probabilidad de ser eliminados por el carbón activo#

3$

ar"ón pasado !gua tratada

om"a devacio

!gua contaminada

'iltro

ama decar"ónactivado

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 38/72

@,C"< <eisopropiltatracina Linuron 1lacloro <esetilatracina Ealation 1ldrin <emeton" E*1 1ntraceno <i"n"butilftalato Eecoprop 1tracina 2,@"<iclorobenceno Eeta!aclor

 1!infos"etil 2,3"<iclorobenceno @"Eetil bencenamina:enta!ona 2,C"<iclorobenceno Eetil naftaleno:ifenil @,C"<iclorocresol @"Eetilbutano@,@":ipiridina @,6"<iclorofenol Eonuron:is'@"tilhexil( )talato 3,"<iclorofenol 4aftaleno:romacil @,C"<iclorofenoxi 4itrobenceno:romodiclorometano <ieldrin m"4itrofenolp":romofenol <ietilftalato o"4itrofenol:utilbenceno @,C"<initrocresol p"4itrofenolHipoclorito de calcio @,C"<initrotolueno !onoarbofurano @,"<initrotolueno *arationloro <iuron *entaclorofenol<ióxido de cloro ndosulfan *ropacinalorobenceno ndrin &imacinaC"loro"@"nitrotolueno tilbenceno =erbutrin@"lorofenol He!aclorobenceno =etracloroetilenolorotolueno He!aclorobutadieno =riclopirriseno Hexano 2,3,6"=rimetilbencenom"resol 9sodrin m"Iilenoinacina 9sooctano o"Iilenoiclohexano 9soproturon p"Iileno<<= Lindano @,C"Iilenol

b. ompuestos con alta probabilidad de ser eliminados por el carbón activo#

 1nilina <ibromo"3"cloropropano 2"*entanol:enceno <ibromoclorometano )enol 1lcohol bencílico 2,2"<icloroetileno )enilalanina Xcido ben!oico cis"2,@" <icloroetileno Xcido o"ftálico:is'@"cloroetil( $ter trans"2,@" <icloroetileno stireno

:romodichloromethane 2,@"<icloropropano 2,2,@,@"=etracloroetano:romoformo tileno =olueno=etracloruro de carbono Hidroquinona 2,2,2"=ricloroetano2"loropropano Eetil 9sobutil Detona =ricloroetilenolorotoluron C"Eetilbencenamina 1cetato de vinilo

c. ompuestos con probabilidad moderada de ser eliminados por el carbón activoY#

 Xcido ac$tico <imetoato Eetionina 1crilamida til acetato Eetil"tert"butil $terloroetano til $ter Eeti etil Metona

loroformo )reón 22 *iridina2,2"<icloroetano )reón 223 2,2,@"=ricloroetano2,@"<icloroetano )reón 2@ loruro de vinilo

3%

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 39/72

2,3"<icloropropeno Jlifosato 9ma!ipur Y'*ara estos compuestos el carbón activo es una tecnología efectiva solo en

ciertos casos(.

d. ompuestos para cuya eliminación no es probable que el carbón activo seaefectivo. &in embargo sí lo es en ciertos casos en los que el flujo o la

concentración del compuesto son muy bajos#

 1cetona loruro de metileno 1cetonitrilo 2"*ropanol 1crilonitrilo *ropionitrilo<imetilformaldehido *ropileno2,C"<ioxano =etrahidrofurano9sopropil alcohol realoruro de metilo

II.4.(. *actores que influ!en en la adsorción de compuestos presentes en el

aire+

l tipo de compuesto que desea ser eliminado# n general los compuestos de

alto peso molecular, baja presión de vapor%alto punto de ebullición y alto índice

de refracción son mejor adsorbidos.

3a concentración+  uanto mayor sea la concentración, mayor será el

consumo de carbón.

3a temperatura+ uanto más baja sea la temperatura, mejor será la capacidad

de adsorción.

$resión+ uanto mayor sea la presión, mayor será la capacidad de adsorción.

umedad+ uanto más baja sea la humedad, mayor será la capacidad de

adsorción.

II.5. I@TE'0)"BI)-O' I@I0O

s una reacción química en la que los iones móviles hidratados de un sólido son

intercambiados equivalentemente, por iones de igual carga en solución. l sólido

3&

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 40/72

tiene una estructura de red de pesca abierta y los iones móviles neutrali!an

el$ctricamente a los grupos cargados, o potencialmente cargados, que están

adheridos a la matri! sólida, conocido como intercambiador iónico. l intercambio

de cationes ocurre cuando el catión móvil, cargado positivamente y unido al grupo

cargado negativamente, este a su ve! fijo en el intercambiador iónico, se cambia

por otro catión en solución. <e modo semejante, el intercambio aniónico ocurre

cuando el anion móvil, cargado negativamente y unido a un grupo unido

positivamente y fijo sobre la resina intercambiadora, se intercambia por otro anion

en la solución.

n 2Q6@, Kay descubrió que la eliminación del amoniaco de líquidos acuosos que

se hacían pasar a trav$s de ciertos suelo eran en realidad un intercambio con

calcio de un tipo especial de silicato que existía en los suelos. l verdadero

estimulo para las resinas orgánicas intercambiadoras se presento cuando 1dams

y Holmes publicaron sus resultados sobre las resinas orgánicas intercambiadoras,

completamente sint$ticas, y describieron las resinas cambiadoras aniónicas. n la

actualidad el intercambio iónico se ha vuelto un valioso proceso de conversión

química. &u utili!ación a gran escala industrial está muy extendida, incluso en la

producción comercial de agua desminerali!ada con baja conductividad el$ctrica

Los primeros productos empleados en la industria como intercambiadores iónicos

fueron las !eolitas inorgánicas de origen natural, como los silicatos de aluminio. La

siguiente mejoría consistió en la introducción de intercambiadores iónicos

orgánicos, hecho a partir de productos naturales sulfonados como el carbón, la

lignita y la turba, sin embargo, la mayoría de las resinas intercambiadoras de

iones de alta capacidad se basan en el poliestireno y divinilbenceno '&</:(.

Eás del Q8W de las resinas intercambiadoras se emplean para tratamientos deagua. La literatura que se refiere a las m-ltiples aplicaciones de los

intercambiadores iónicos, es muy extensa. *ueden escogerse para eliminar y

purificar, por ejemplo uranio, itrio, de soluciones acuosas diluidas+ para retirar 

impure!as de soluciones acuosas, como en el jarabe del a!-car para mejorar la

cristali!ación, en la tecnología de alimentos, para catali!adores, o simplemente

para secar solventes no polares.

n el intercambio iónico, la fase sólida contiene grupos enla!ados o unidos queportan una carga iónica, ya sea positiva o negativa, en combinación con iones

4/

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 41/72

libres de carga opuesta que se pueden despla!ar. Los primeros intercambiadores

iónicos fueron polímeros de silicatos inorgánicos de tipo microcritalino+ !eolitas o

arenas verdes, que se relacionaban con los tamices moleculares.

Los siguientes iones son generalmente encontrados en aguas crudas#

0ationes )nionesalcium 'a@A( loruro 'l"(

Eagnesio 'Eg@A( :icarbonato 'H3"(

&odio '4aA( 4itrato '43"(

*otasio 'DA( arbonato '3@"(

Hierro ')e@A( &ulfato '&C@"(

 1 estos siguieron los carbones oxidados 'carboxilados( o sulfonados, la mayoría

de los intercambiadores iónicos en uso hoy en día se basan en resinas sint$ticas,

casi siempre poliestireno copolimeri!ado con divinilbenceno 'para conferir la

cantidad necesaria de enlaces cru!ados(+ son permeables solo a dimensiones

moleculares, excepto cuando se superponen deliberadamente una red de poros

mas bastos. n la siguiente figura @6 se ilustra de manera esquemática la

estructura molecular de un intercambiador en forma de iones de hidrogeno.

*igura 5. -istribución estructural de los iones intercambiables iónico orgánico2

sintético

Las resinas para intercambio catiónico contienen por lo general, grupos enla!ados

al ácido sulfonico+ en un grado menor, estos grupos pueden ser del tipo carboxilo,

fosofonico, dosfinico, etc. Las resinas aniónicas comprenden grupos de amonio

cuaternario 'fuertemente básicos( u otros grupos amino 'd$bilmente básicos(.

4.

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 42/72

l intercambio iónico se expresa como una reacción reversible que comprende

cantidades químicamente equivalentes+ como ejemplo del intercambiador 

catiónico, se citara la reacción ya conocida para suavi!ar el agua#

bien,

II.5.(. Tipos de resinas

a. 'esinas catiónicas de ácido fuerte+ Las resinas catiónicas fuertemente acídicas

derivan su funcionalidad de los grupos ácidos sulfónicos. stos intercambiadores

catiónicos de ácido fuerte funcionan a cualquier nivel de pH, dividen todas las

sales, y requieren una cantidad sustancial de regenerante. sta es la resina que

se escoge para casi todas las aplicaciones de suavi!ado y como primera unidad

en un desminerali!ador de dos lechos, o como componente catiónico de un lecho

mixto.

b. 'esinas catiónicas de ácido débil+ Las resinas catiónicas d$bilmente acídicas

contienen grupos carboxílicos como sitios de intercambio. La resina es altamente

eficiente, ya que es regenerada con casi 288W de la cantidad estequiom$trica de

ácido, comparado con el @88W a 388W requerido para los cationes de ácido

fuerte.

Las resinas catiónicas d$biles están sujetas a una menor capacidad por un

aumento en la velocidad de flujo, temperaturas bajas, y una proporción entre la

dure!a y la alcalinidad menor de 2.8.

c. 'esinas aniónicas de base fuerte+ Las resinas aniónicas de basicidad fuerte

derivan su funcionalidad de los sitios de intercambio de amonio cuaternario. Los

dos grupos principales de resinas aniónicas de base fuerte son las de =ipo 2 y

=ipo @, dependiendo del tipo de amina que se utili!a durante el proceso de

activación química. Zuímicamente, los dos tipos difieren en el tipo de especie de

sitios de intercambio de amonio cuaternario que exhiben# los sitios de =ipo 2

tienen tres grupos de metilo+ en los de =ipo @, un grupo de etanol reempla!a a uno

de los grupos de metilo.

42

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 43/72

Las resinas de =ipo 2 son adecuadas para la eliminación total de aniones en todas

las aguas. &on más difíciles de regenerar y se hinchan más al pasar de la forma

de cloruro a la de hidróxido que las de =ipo @. &on más resistentes a altas

temperaturas y deben ser usadas en aguas de alta alcalinidad y alto contenido de

silicio.

Las resinas de tipo @ tambi$n presentan la eliminación de todos los aniones, pero

pueden ser menos efectivas en eliminar el silicio y dióxido de carbono de las

aguas donde estos ácidos d$biles constituyen más del 38W del total de aniones.

Los aniones de =ipo @ brindan mejores resultados en aguas que contienen

predominantemente ácidos de minerales libres 'cloruros y sulfatos(, como en el

efluente de una unidad de catión seguida por un descarbonador. Las resinas de

=ipo @ que funcionan en forma de cloruro son típicamente usadas endesalcalini!adores.

d. 'esinas aniónicas de base débil+  Las resinas aniónicas de basicidad d$bil

contienen el grupo funcional de poliamina, que act-a como adsorbedor de ácido,

eliminando los ácidos fuertes 'acide! de mineral libre(, de la corriente del efluente

de cationes. sta resina d$bilmente ioni!ada es regenerada de manera eficiente

por cantidades de base casi estequiom$tricas 'tales como el hidróxido de sodio(,

que restauran los sitios de intercambio a la forma de base libre. Las resinasaniónicas d$biles deben ser usadas en aguas con niveles elevados de sulfatos o

cloruros, o donde no se requiera la eliminación de la alcalinidad y del silicio.

II.5.. -esionización

*ara muchas aplicaciones de laboratorio e industriales se requiere la alta pure!a

del agua, la cual est$ esencialmente libre de contaminantes iónicos. 1gua de esta

calidad se puede producir con la <esioni!ación.

Los dos tipos más comunes de desioni!ación son#

• <esioni!ación de <os amas

• <esioni!ación de amas Eixtas

a. -esionización de -os 0amas

43

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 44/72

l <esioni!ador de <os amas consiste en dos recipientes# no conteniendo

una resina de intercambio de cationes en forma de hidrógeno 'H A( y el otro

conteniendo una resina de aniones en forma de hidroxil 'H "(. l agua fluye a

trav$s de la columna de cationes, donde todos los cationes son

intercambiados por iones de hidrógeno.

b. -esionización de 0ama "ixta

n los desioni!adores de cama mixta, las resinas del intercambio de cationes

y de aniones están íntimamente me!cladas y contenidas en un solo recipiente

a presión. La me!cla minuciosa de cationes intercambiadores y aniones

intercambiadores en una columna sencilla hace al desioni!ador de cama

mixta equivalente a la serie larga de plantas de dos camas. omo resultado,

la calidad del agua obtenida de un desioni!ador de cama mixta es

apreciablemente más alta que la que se produce en una planta de dos

camas.

*igura 9 + -iagrama Típico de Equipo de intercambio iónico

II.9. $recipitación2 coagulación ! floculación

La precipitación de los metales ha sido el m$todo principal de tratamiento de

aguas residuales cargadas de metales industriales. omo resultado del $xito dela precipitación de metales en estas aplicaciones, la tecnología se está

44

!cido

!gua tratada

!ire

!gua cruda

:esinamita

:esinamita

!iretratado

=lcali

!guatratada

!gua

cruda

!gua

tratada

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 45/72

considerando y seleccionadas por su uso para sanear las aguas subterráneas

que contienen metales pesados, incluidos sus isótopos radiactivos. n las

aplicaciones de tratamiento de agua subterránea, el proceso de precipitación del

metal se utili!a a menudo como un tratamiento previo para otras tecnologías de

tratamiento 'como la oxidación química o extracción con aire(, donde la

presencia de metales que interfieren con los procesos de tratamiento.

La precipitación de los metales de agua contaminada implica la conversión de

las sales de metales pesados a las sales insolubles que precipitan. l

precipitado puede ser eliminado del agua tratada por m$todos físicos tales como

la aclaración 'la solución( y % o filtración. l proceso por lo general utili!a el

ajuste del pH, la adición de una precipitación química, y floculación. *or lo

general, los metales precipitan de la solución en forma de hidróxidos, sulfuros, o

carbonatos. La solubilidad de los metales contaminantes específicos y las

normas de limpie!a requerida dictará el proceso utili!ado. n algunos casos, el

dise0o del proceso permitirá la generación de lodos que pueden ser enviados a

los recicladores para la recuperación de metales.

II.9.(.0O)C>3)0I@

l agua puede contener una variedad de impure!as, solubles e insolubles+ entre

estas -ltimas destacan las partículas coloidales, las sustancias h-micas y los

microorganismos en general. =ales impure!as coloidales presentan una carga

superficial negativa, que impide que las partículas se aproximen unas a otras y

que las lleva a permanecer en un medio que favorece su estabilidad. n el

tratamiento del agua, es com-n referirse a los sistemas coloidales como

hidrófobos o suspensores cuando repelen el agua, que pueden contener varios

tipos de arcillas+ e hidrófilos o emulsores cuando presentan afinidad con ella,soluciones verdaderas.

*igura :+ TamaFo aproximado de las partículas ! su distribución.

45

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 46/72

*ara que estas impure!as puedan ser removidas, es preciso alterar algunas

características del agua, a trav$s de los procesos de coagulación, floculación,

sedimentación 'o flotación( y filtración.

La coagulación se lleva a cabo generalmente con la adición de sales de aluminio y

hierro. ste proceso es resultado de dos fenómenos#

• l primero, esencialmente químico, consiste en las reacciones del coagulante con

el agua y la formación de especies hidroli!adas con carga positiva. ste proceso

depende de la concentración del coagulante y el pH final de la me!cla.• l segundo, fundamentalmente físico, consiste en el transporte de especies

hidroli!adas para que hagan contacto con las impure!as del agua.

ste proceso es muy rápido, toma desde d$cimas de segundo hasta cerca de 288

segundos, de acuerdo con las demás características del agua# pH, temperatura,

cantidad de partículas, etc$tera. &e lleva a cabo en una unidad de tratamiento

denominada me!cla rápida. <e allí en adelante, se necesitará una agitación

relativamente lenta, la cual se reali!a dentro del floculador. n esta unidad las

partículas chocarán entre sí, se aglomerarán y formarán otras mayores

denominadas flóculos+ estas pueden ser removidas con mayor eficiencia por los

procesos de sedimentación, flotación o filtración rápida.

46

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 47/72

La remoción de las partículas coloidales está relacionada estrictamente con una

adecuada coagulación, pues de ella depende la eficiencia de las siguientes etapas#

floculación, sedimentación y filtración.

La coagulación está fundamentalmente en función de las características del agua y

de las partículas presentes, las mismas que definen el valor de los parámetros

conocidos como pH, alcalinidad, color verdadero, turbiedad, temperatura, movilidad

electrofor$tica, fuer!a iónica, sólidos totales disueltos, tama0o y distribución de

tama0os de las partículas en estado coloidal y en suspensión, etc$tera.

*ara tener una idea de la importancia de la calidad del agua cruda, es necesario

comentar, por ejemplo, que un agua que presenta color 'de origen coloidal( y

turbiedad relativamente baja a temperatura superior a 26 [, sin tomar en cuenta

los demás parámetros de calidad, puede ser candidata potencial al uso de filtración

directa y se obviará, en la mayoría de los casos, la necesidad de floculación y

sedimentación.

). Estabilidad e inestabilidad de los coloides

Las suspensiones coloidales están sujetas a ser estabili!adas y desestabili!adas.

• ntre las fuer!as de estabili!ación o repulsión podemos mencionar las

siguientes#a( La carga de las partículas.b( La hidratación, que generalmente es importante para los coloides hidrofílicos,

aunque tienen menor importancia en este caso.

• Los factores de atracción o desestabili!ación son los siguientes#a( La gravedad. s insignificante en la desestabili!ación de las partículas

coloidales y, por lo tanto, no se tratará con mayor detalle.b( l movimiento bro\niano. *ermite que las partículas entren en contacto, lo

que constituye un requerimiento para la desestabili!ación.c( La fuer!a de /an der Kaals. na fuer!a d$bil de origen el$ctrico, postulada

por primera ve! por el químico holand$s ?ohanns <idericM van der Kaals. s

un factor muy importante, pues constituye la principal fuer!a atractiva entre

las partículas.B. ?>?T)@0I)? G>H"I0)? E"$3E)-)? E@ 3) 0O)C>3)0I@

4$

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 48/72

0oagulantes

a. ?ulfato de aluminio

*uede estar en forma sólida o líquida. La sólida se presenta en placas compactas,

gránulos de diverso tama0o y polvo.

&u fórmula teórica es 1l@'&C(3 .2Q H@.

&u concentración se define, en general, por su contenido en al-mina, expresada en

 1l@3, es decir, 2PW aproximadamente.

La densidad aparente del sulfato de aluminio en polvo es del orden de 2.888 Mg%m3.

l contenido en al-mina 1l@3 de la forma líquida fluct-a generalmente entre Q y

Q,6W+ es decir, CQ a C7W en equivalente polvo o tambi$n 38 a 68 g de 1l@'&C(3 .

2Q H@ por litro de solución acuosa.

l sulfato de aluminio es una sal derivada de una base d$bil 'hidróxido de aluminio(

y de un ácido fuerte 'ácido sulf-rico(, por lo que sus soluciones acuosas son muy

ácidas+ su pH varía entre @ y 3,Q, seg-n la relación molar sulfato%al-mina.

*or esta ra!ón, su almacenamiento debe hacerse en un lugar seco, libre de

humedad. s necesario tener en cuenta esta tendencia ácida para la preparación

de las soluciones y los empaques para su distribución, y emplear, por lo general,

materiales de plástico. Las principales reacciones del sulfato de aluminio con la

alcalinidad son#

2( &ulfato de aluminio 'líquido o sólido(# 1l@'&C(3 A 3 a'H3( @ → 3 a&C A @ 1l'H(3 A @

@( &ulfato de aluminio A cal# 1l@'&C(3 A 3 a'H( @ → 3 a&C A @ 1l'H(3

3( &ulfato de aluminio A soda cáustica# 1l@'&C(3 A 4aH → @ 1l'H(3 A 3 4a@&C

C( &ulfato de aluminio A carbonato sódico# 1l@'&C(3 A 3 4a@ 3 A 3 H@ → @ 1l'H(3 A 3 4a@&C A 3 @

 1l@'&C(3 A 4a@ 3 A H@ → @ 1l'H(3 A3 4a@&C A 4aH3

Otras especies alumínicas

4%

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 49/72

&e pueden emplear tambi$n otras sales de aluminio como el cloruro de aluminio y

el aluminato sódico. l cloruro de aluminio 1ll3 se presenta en forma sólida o

líquida y se utili!a preferentemente esta -ltima 'masa volum$trica de 2,@7 Mg%dm3,

equivalente a un contenido en 1l@3 de 22,CW(.

5eacciones de cloruro de aluminio#

@ 1ll3 A 3 a'H3(@ → @ 1l'H(3 A 3 al@ A @

5eacciones de aluminato sódico#

4a1l@ A a'H3(@ A H@ → 1l'H(3 A a3 A 4aH3

l 3 A @ @ A C H@ →@ 4aH3 A 1l 'H(3

b. 0loruro férrico *e0l/&e presenta en forma sólida o líquida+ esta -ltima es la más utili!ada en el

tratamiento del agua. La forma sólida es cristalina, de color pardo, delicuescente, de

fórmula teórica )el3 . H@. &e funde fácilmente en su agua de cristali!ación a 3C

[, por lo que es necesario protegerla del calor.

La forma líquida comercial tiene un promedio de C8W de )el3. *ara evitar toda

confusión entre los contenidos de producto puro o de producto comercial, es

recomendable expresar la dosis de coagulantes en )e equivalente+ es decir, @8,6Wpara la fórmula sólida y 2CW aproximadamente para la solución acuosa comercial.

n presencia de hierro, las soluciones acuosas de cloruro f$rrico se reducen

rápidamente a cloruro ferroso )el@. sta reacción explica su gran poder corrosivo

frente al acero, y la necesidad de seleccionar adecuadamente el material de los

recipientes de almacenamiento, de preparación y de distribución. Las principales

reacciones del cloruro f$rrico en el agua#

2( on la alcalinidad@ )el3 A 3 a'H3(@ → 3 al@ A @ )e'H(3 A @

@( on la cal

@ )el3 A 3 a'H(@ → 3 al@ A @ )e'H(3

3( on el aluminato sódico

3 4a1l@ A )el3 A H@ → 3 1l'H(3 A )e'H(3 A 3 4al

c. ?ulfato ferroso *e?O4 .: O

4&

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 50/72

l sulfato ferroso usado en el tratamiento de agua es un polvo de color verde muy

soluble y tiene una masa volum$trica aparente próxima a 788 Mg%m3. &u contenido

en hierro es de aproximadamente 27W. *or su naturale!a ácida, el pH de una

solución al 28W es de @,Q aproximadamente. *or esta ra!ón, para su

almacenamiento y preparación se usa material plástico. Las principales reacciones

del sulfato ferroso son#

2( on la alcalinidad del agua

)e&C A a'H3(@ → )e'H(@ A a&C A @ @

n aguas aereadas, el hidróxido ferroso formado se oxida a hidróxido f$rrico#

@ )e 'H(@ A 2%@ @ A H@ → @ )e 'H(3

@( 5eacción con el cloro

@ )e&C A l@ A 3 a'H3(@ → @ )e'H(3 A @ a&C A al@ A @

&i se usan sulfato ferroso y cloro para el tratamiento del agua, pueden dosificarse

por separado o bien oxidarse previamente la solución de sulfato ferroso con cloro.

&e obtiene entonces una me!cla de sulfato y cloruro f$rrico, a la que se conoce

comercialmente con el nombre de cloro"sulfato f$rrico, seg-n la reacción#

3 )e&C A 3%@ l@ → )e@'&C(3 A )el3

3( 5eacción con la cal)e&C A a'H(@ → )e'H(@ A a&C

d. ?ulfato férrico *e 6?O47/

l sulfato f$rrico es un polvo blanco verdoso, muy soluble en el agua, su masa

volum$trica aparente es 2.888 Mg%m3. <ebido a que en solución acuosa se hidroli!a y

forma ácido sulf-rico, es necesario prevenir los efectos de su acide!. Las principales

reacciones del sulfato f$rrico#

2( on la alcalinidad

)e@ '&C(3 A 3 a'H3(@→ @ )e 'H(3 A 3 a&C A @

@( on la cal

)e@ '&C(3 A 3 a'H3(@→ @ )e 'H(3 A 3 a&C

"odificadores de p

5/

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 51/72

omo se ha visto, para lograr mejores resultados en el tratamiento, en algunos

casos será necesaria regular la alcalinidad del agua o modificar su pH+ para ello se

emplean#

" ]xido de calcio o cal viva# a " Hidróxido de sodio# 4aH

" Hidróxido de calcio# a 'H(@ " Jas carbónico# @

" arbonato de sodio# 4a@3 " Xcido sulf-rico# H@&C

" Xcido clorhídrico# Hl

)!udantes de coagulación

&i un polímero contiene grupos ioni!antes, se lo conoce como polielectrolito. Los

polímeros sólidos son generalmente poliacrilamida o poliacrilamida hidroli!ada

a7 $olímeros no iónicos+ oxido de polietileno, poliacrilamida

b7 $olielectrolitos aniónicos+ ácido poliacrilico, poliacrilamida hidroli!ada, sulfatode poliestireno, cat"floc 'polidialildimetilamonio(. 9limina de polietileno

0. 0I@TI0) O ET)$)? -E 3) 0O)C>3)0I@

onsiderando la discusión teórica que antecede, &tumm y ^Eelia identificaron

varias etapas en el proceso de coagulación.

a( Hidrólisis de los iones metálicos multivalentes y su consecuente polimeri!ación

hasta llegar a especies hidrolíticas multinucleadas.

b( 1dsorción de las especies hidrolíticas en la interfa! de la solución sólida paralograr la desestabili!ación del coloide.

c( 1glomeración de las partículas desestabili!adas mediante un puente entre las

partículas que involucra el transporte de estas y las interacciones químicas.d( 1glomeración de las partículas desestabili!adas mediante el transporte de las

mismas y las fuer!as de /an der Kaals.e( )ormación de los flóculos.f( *recipitación del hidróxido metálico.

5.

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 52/72

*igura ;. "odelo esquemático del proceso de coagulación

-. "E0)@I?"O? -E 0O)C>3)0I@ $'E-O"I@)@TE?

La coagulación mediante sales inorgánicas se produce predominantemente por 

medio de dos mecanismos#

a. 1dsorción de las especies hidrolíticas por el coloide, lo que provoca la

neutrali!ación de la carga.b. oagulación de barrido, en la que se producen las interacciones entre el coloide y

el hidróxido precipitado.

52

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 53/72

*igura <. 0oagulación por adsorción *igura /=. 0oagulación de barrido o

arrastre de partículas

E. *)0TO'E? G>E I@*3>JE@ E@ E3 $'O0E?O

" 9nfluencia de la concentración de coagulante" &on la concentración de coloides 'medida normalmente mediante la cantidad

de turbiedad o color presente en el agua(" La alcalinidad y el ph" l tama0o de las partículas" La temperatura.

II.9.. *3O0>3)0I@

). "ecánica del proceso

4ormalmente, la floculación se anali!a como un proceso causado por la colisión

entre partículas. n ella intervienen, en forma secuencial, tres mecanismos de

transporte#

 1. )loculación pericin$tica o bro\niana. &e debe a la energía t$rmica del fluido.:. )loculación ortocin$tica o gradiente de velocidad. &e produce en la masa del

fluido en movimiento.

53

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 54/72

. &edimentación diferencial. &e debe a las partículas grandes, que, al precipitarse,

colisionan con las más peque0as, que van descendiendo lentamente, y ambas se

aglomeran.

 1l dispersarse el coagulante en la masa de agua y desestabili!arse las partículas,

se precisa de la floculación pericin$tica para que las partículas coloidales de

tama0o menor de un micrómetro empiecen a aglutinarse. l movimiento

bro\niano act-a dentro de este rango de tama0o de partículas y forma el

microflóculo inicial. 5eci$n cuando este alcan!a el tama0o de un micrómetro

empie!a a actuar la floculación ortocin$tica, promoviendo un desarrollo mayor del

microflóculo. ste mecanismo ha sido estudiado en lugares donde la temperatura

baja alrededor de cero grados, rango dentro del cual el movimiento bro\niano se

anula y, por consiguiente, tambi$n lo hace la floculación pericin$tica. n este caso,

se comprobó que la floculación ortocin$tica es totalmente ineficiente y no tiene

importancia alguna sobre partículas tan peque0as.

*or lo tanto, la aglomeración de las partículas es el resultado de la actuación de

los tres mecanismos de transporte mencionados más arriba.

B. *actores que influ!en en la floculación

@aturaleza del agua

La coagulación y, por consiguiente, la floculación son extremadamente sensibles a

las características fisicoquímicas del agua cruda, tales como la alcalinidad, el pH y

la turbiedad. 1lgunos iones presentes en el agua pueden influir en el equilibrio

fisicoquímico del sistema, en la generación de cadenas polim$ricas de los

hidróxidos que se forman o en la interacción de estos polímeros con las partículas

coloidales, lo que afectará el tiempo de floculación.

Influencia del tiempo de floculación o 0ompartimentalización

n todos los modelos propuestos para la floculación, la velocidad de aglomeración

de las partículas es proporcional al tiempo.

:ajo determinadas condiciones, existe un tiempo óptimo para la floculación,

normalmente entre @8 y C8 minutos. Eediante ensayos de prueba de jarras 'jar 

54

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 55/72

tests(, se puede determinar este tiempo, que, resultó ser de alrededor de 3P

minutos. La permanencia del agua en el floculador durante un tiempo inferior o

superior al óptimo produce resultados inferiores, tanto más acentuados cuanto

más se aleje este del tiempo óptimo de floculación.

Influencia del gradiente de %elocidad

La velocidad de aglomeración de las partículas en la floculación ortocin$tica,

aparece el parámetro de gradiente de velocidad como un factor de

proporcionalidad. uanto mayor es el gradiente de velocidad, más rápida es la

velocidad de aglomeración de las partículas. Eientras tanto, a medida que los

flóculos aumentan de tama0o, crecen tambi$n las fuer!as de ci!allamiento

hidrodinámico, inducidas por el gradiente de velocidad. Los flóculos crecerán

hasta un tama0o máximo, por encima del cual las fuer!as de ci!allamiento

alcan!an una intensidad que los rompe en partículas menores.

La resistencia de los flóculos depende de una serie de factores# <e su tama0o,

forma y compactación+ del tama0o, forma y naturale!a de las micropartículas+ y

del n-mero y forma de los ligamentos que unen a las partículas.

Influencia de la %ariación del caudal

s conocido que al variarse el caudal de operación de la planta, se modifican los

tiempos de residencia y gradientes de velocidad en los reactores.

B. *3O0>3)-O'E?

&e acostumbra clasificar a los floculadores como mecánicos o hidráulicos deacuerdo con el tipo de energía utili!ada para agitar la masa de agua. *uede

hacerse una clasificación más amplia si se tiene en cuenta el modo como se

reali!a la aglomeración de las partículas. <e acuerdo con este principio, podemos

clasificarlos del siguiente modo#

55

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 56/72

*loculadores de contacto de sólidos

Los floculadores de contacto de sólidos o de manto de lodos son controlados por 

la concentración de sólidos. omo esta varía continuamente, es necesaria unaconstante atención del operador. 4ormalmente forman parte  de los tanques de

decantación de flujo vertical y constituyen unidades relativamente  compactas.

 1ntes de que aparecieran los decantadores de placas, paralelos o tubulares. *or 

este  motivo, y por ser unidades cuyo control y operación son muy difíciles, no

serán tratadas con más detalle.

*igura /(+ *loculadores de contacto de sólidos

*loculadores de potencia

n los floculadores de potencia, las partículas son arrastradas por el flujo de agua a

trav$s del tanque de floculación sin que prácticamente exista concentración de

sólidos. 4ormalmente, los gradientes son prefijados. n algunos casos, pueden ser 

ajustados por el operador. <e acuerdo con la forma de disipación de energía, se

pueden clasificar en hidráulicos y mecánicos.

56

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 57/72

idráulicos

Los floculadores hidráulicos utili!an la energía hidráulica disponible a trav$s de una

p$rdida de carga general o específica.

a7 -e pantallas

Los floculadores hidráulicos más utili!ados son los de pantallas, de flujo hori!ontal o

de flujo vertical. n los primeros, el agua circula con un movimiento de vaiv$n, y en

los segundos, la corriente sube y baja sucesivamente, contorneando las diversas

pantallas 'figura 3@(.

Los floculadores de pantallas de flujo hori!ontal son más recomendables para

peque0os caudales. Las pantallas pueden ser hechas de madera o de láminas de

asbesto y cemento. &e puede dotar al sistema de floculación de dispositivos tales

como ranuras o marcos de fijación, etc$tera, a fin de hacer posible el ajuste de

espaciamiento entre las pantallas, así como el gradiente de velocidad. =ales

dispositivos pueden encarecer o complicar el proyecto+ por eso, deben merecer 

especial atención del proyectista. Los de flujo vertical pueden aplicarse a caudales

mayores. &on más profundos, tienen C metros o más de profundidad.

*igura /. *loculadores de pantallas

b7 *loculador )labama

l floculador 1labama está constituido por compartimentos ligados entre sí por la

parte inferior a trav$s de curvas de 78[ volteadas hacia arriba. l flujo es

ascendente y descendente en el interior del mismo compartimento. Las boquillas

permiten ajustar la velocidad a las condiciones de cálculo o de operación 'figura

5$

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 58/72

33(. stas unidades son muy vulnerables a las variaciones de caudal. )ácilmente

se pueden generar  espacios muertos y cortocircuitos.

*igura //. *loculador %ertical tipo )labama

c7 elicoidal

n el proyecto ilustrado en la figura 3C, el agua es admitida tangencial"mente por la

parte superior y sale de la cámara de floculación a trav$s de una curva dotada de

unas guías paralelas como una turbina )rancis, lo que ayuda a generar el

movimiento helicoidal.

*igura /4. *loculador 8elicoidal

n los floculadores helicoidales, la energía hidráulica se usa para generar un

movimiento helicoidal en el agua, inducido por su ingreso tangencial en la cámara

de floculación.

d7 -e medio poroso

5%

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 59/72

La floculación en medios porosos se está aplicando principalmente en peque0as

instalaciones, debido a su elevada eficiencia y bajo costo. &e distinguen dos tipos

básicos# floculación en un medio poroso fijo 'o floculación en medio granular( y

floculación en un medio poroso expandido 'floculación en lechos de arena

expandida(.

"La floculación en medio granular tiene flujo normalmente es laminar y la eficiencia es

extraordinaria. *uede flocular satisfactoriamente en pocos minutos."l floculador de lecho de arena expandido consiste en una columna a trav$s de la cual

el agua cruda pasa en sentido ascendente, despu$s de haber recibido el

coagulante.

La velocidad del agua es ajustada de tal modo que la expansión sea de alrededor de

a 28W. sto evita la obstrucción del medio poroso.

*igura /5. )loculador de medio poroso

La arena contribuye a que se logre una agitación uniforme durante el proceso de

floculación.

e7 *loculadores de mallas

l uso de telas generalmente ha sido restringido a la función de filtración gruesa en

la remoción de cuerpos flotantes o en suspensión de dimensiones relativamente

grandes, en tomas de agua y en la entrada de las plantas de tratamiento de aguas

5&

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 60/72

residuales. on esta finalidad, generalmente se emplean mallas con una abertura

que varía entre @ y @8 milímetros, de alambre de acero galvani!ado o acero

inoxidable, o de hilos de nylon.

*igura /9. *loculador de T. 'iddicK "ecánicos

Los floculadores mecánicos utili!an energía de una fuente externa, normalmente

un motor el$ctrico acoplado a un intercambiador de velocidades, que hace posible

la pronta variación de la intensidad de agitación.

a7 -e paletas

Los floculadores mecánicos más utili!ados son, sin duda, los de movimiento

giratorio con paletas paralelas o perpendiculares al eje. l eje puede ser hori!ontal

o vertical. stos -ltimos normalmente son más ventajosos, porque evitan cadenas

de transmisión, y tambi$n los po!os secos para la instalación de los motores. &u

mantenimiento es difícil, pero cuando han sido bien proyectados, duran a0os sin

dar mayores problemas.

*igura /:. )loculadores mecánicos de paletas

onstituyen una alternativa simple, adoptada en decenas o centenas de instalaciones

con resultados satisfactorios.

6/

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 61/72

b7 -e turbina

Los floculadores del tipo turbina se dimensionan del mismo modo que los

me!cladores rápidos. omo las velocidades perif$ricas máximas son superiores a

8,P6 m%s, el agua tenderá a girar acompa0ando el movimiento de la turbina, a no

ser que se prevea la instalación de deflectores o pantallas para estabili!ar el

movimiento 'figura 3Q(.

*igura /;. )loculador mecánico de turbina

*igura /<. Esquema típico de 0oagulación & *loculación & ?edimentación.

II.:. ?eparación

6.

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 62/72

Los procesos de separación tratar de separar los contaminantes de su medio 'es

decir, las aguas subterráneas y % o material de unión que las contienen(. x situ de

la separación de los desechos pueden ser reali!adas por muchos de los procesos#

destilación, de filtración , ultrafiltración y microfiltración, cristali!ación de

congelación, pervaporación de la membrana y por ósmosis inversa.

II.:.(. -estilación

La destilación es un proceso que implica la separación química de vapori!ación y

condensación que se utili!a para separar los componentes de diferentes presiones

de vapor 'volatilidad( en un líquido o flujo de gas.

La destilación simple se reali!a de una sola etapa en la que se aplica calor a una

me!cla líquida en un alambique, causando una parte del líquido a vapori!ar. stos

vapores son posteriormente enfriado y condensado producir un producto líquido

llamado destilado.

l destilado se enriquece con los componentes de mayor volatilidad. *or el

contrario, la me!cla restante se enriquece con los componentes menos volátiles.

sta me!cla se denomina el producto de fondos. *uesta en escena de m-ltiples es

utili!ado en la mayoría de las operaciones de destilación comercial para obtener 

una mejor separación de los componentes orgánicos.

*igura 4=+ Esquema destilación natural

62

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 63/72

*igura 4(+ Esquema destilación simple.

II.:..*iltración por membranas

na alternativa a la filtración convencional la ofrecen los filtros de membrana que

consisten en materiales finos capaces de separar sustancias cuando una presión

es aplicada a trav$s de ellos. La filtración por cartuchos es un proceso físico en

el cual el agua se hace pasar a trav$s de una membrana con poros de tama0o

variable, que puede estar entre 8,@ y 2,8 micrómetros.

La exigencia mundial de disponer de agua de mayor calidad ha favorecido el

desarrollo de la tecnología de membranas, dado que estos procesos tienen una

capacidad excelente de separación de sustancias disueltas y se han

desarrollado productos que corresponden a ultra", nano" y micro" filtración.

). "icro filtración

La separación por membrana microm$trica contiene poros de aproximadamente

8,83 a 28 _m, retiene pesos moleculares mayores a 288.888 daltons y usa

presiones de influente relativamente bajas, como 288 a C88 M*a.

Jeneralmente es capa! de remover material particulado como arena, arcilla,

Giardia, Cryptosporidium, algas y algunas especies bacterianas. 4o retiene viruspero tiene cierta capacidad de remoción de compuestos orgánicos lo que reduce

63

'uente de calor

:e<u(o

olumna

Evaporador

ondensador

:e<u(o

!gua tratada

alor

!guacontaminada

Producto contaminado

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 64/72

el potencial de descomposición de la membrana, problema com-n con esta

tecnología.

Los filtros son peque0os, pueden ser operados en forma automática y son

efectivos para remoción de material particulado, bacterias y materia orgánica

natural, que llegan a impartir color, sabor y olor desagradable al agua. xisten

varios tipos de membrana como la espiral, tubular y de fibra capilar hueca,

siendo más usadas las dos -ltimas porque permiten un lavado automático de la

membrana.

*ara aumentar la vida media de las membranas se pueden incluir pre"filtros o

usar carbón activado o coagulantes como pretratamientos. stos filtros son

fáciles de operar y mantener cuando se tienen índices bajos de turbiedad. n

caso de que la turbiedad sea elevada, los filtros se descomponen rápidamente y

será necesario el reempla!o en el corto pla!o, por lo que con frecuencia se hace

uso de desinfectantes químicos para prevenir la descomposición y el lavado

periódico de la membrana.

l lavado de la membrana se reali!a a contra flujo haciendo pasar agua o aire a

presión a trav$s de la membrana para remover los sólidos acumulados en la

superficie de la membrana misma.

l uso de desinfectantes químicos despu$s de la filtración implica que se podrán

generar subproductos de la cloración, mencionados con anterioridad. La micro

filtración se usa tambi$n como pretratamiento en la potabili!ación por ósmosis

inversa o por nano filtración.

B. >ltra filtración

La ultra filtración se reali!a por medio de membrana de tama0o de poro

aproximado entre 8,88@ y 8,2 _m y ejercicio de presión para que el agua atraviese

la membrana. on este tama0o de poro pueden retenerse mol$culas con pesos

moleculares mayores a 28.888 daltons y se opera a presiones que oscilan entre

@88 y P88 M*a. La ultra filtración impide el paso de bacterias y la mayoría de los

virus, pero es permeable a algunos tipos de virus y de materia disuelta, como

sustancias h-micas.

&e recomienda la desinfección con cloro despu$s de la ultra filtración.

64

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 65/72

ste tipo de procesos puede ser completamente automati!ado, no requiere el uso

de compuestos químicos, produce un agua de calidad buena y constante y es de

manejo sencillo. l costo de inversión y operación no es bajo pues se renueva

continuamente la membrana.

La mayor parte del material coloidal, especies de alto peso molecular, material

particulado, especies orgánicas e inorgánicas son retenidos en estas membranas.

<e las especies biológicas se retienen proto!oarios, bacterias y la mayoría de los

virus conocidos. n cuanto a especies metálicas como quelatos de hierro y

manganeso requieren un proceso previo de separación para evitar la

descomposición de la membrana.

Las membranas para ultrafiltración se fabrican en forma tubular o de hojas planas

con las que se elaboran los filtros.

La ultrafiltración está limitada por el proceso de descomposición de la membrana,

ya mencionado en relación a la micro filtración, y por el costo relativamente

elevado.

0. @anofiltración

Las membranas de nanofiltración poseen un tama0o de poro a-n menor a las

anteriores, de 8,882 _m. n ellas se retienen mol$culas de peso molecular mayor 

a 2.888 daltons. Las presiones a las que deben trabajar estas membranas sonsensiblemente mayores que las anteriores y usualmente pueden estar entre 88

M*a y 2.888 M*a. *ueden remover virtualmente todo tipo de bacterias, virus,

quistes y material disuelto h-mico. <ado el bajo contenido de materia orgánica

presente despu$s de la nanofiltración, no se generan subproductos de la

cloración, si se a0ade esta sustancia para impartirle un efecto desinfectante

residual al agua.

<ado que se remueve una gran cantidad de sustancias disueltas en el agua,incluso alcalinidad 'carbonatos y bicarbonatos(, el agua adquiere características

65

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 66/72

corrosivas una ve! tratada por este proceso por lo que generalmente se requiere

la adición de alg-n álcali para reducir este problema.

La presión elevada a la que se maneja el agua genera altos costos de energía y

esto ha provocado un uso muy limitado de esta tecnología.

*igura 4+ Esquema filtración.

66

'iltración de

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 67/72

*igura 4/+ Esquema clasificación por tamaFo partículas a filtrar.

II.:./.0ristalización de 8ielo

 

Los procesos de cristali!ación )ree!e elimina purificada disolvente de la

solución en forma de cristales congelados. uando una solución que contiene

contaminantes disueltos lentamente está congelado, se forman cristales de hielo

de agua en la superficie, y los contaminantes se concentran en la solución

restante 'llamado ;licor madre;(. Los cristales de hielo puede separarse de las

aguas madres, se lavan y se fundió para producir un chorro de agua casi pura.

l flujo de residuos contaminados, aguas madres, y cualquier precipitado

sólidos, generalmente son más susceptibles de tratamiento posterior por la

destrucción y las tecnologías convencionales debido a la estabili!ación de las

concentraciones más altas.

6$

ristali,ador

:ecolector dea ua

ompresorrerigerante

Separador de cristales

!guacontaminada

!gua

 >orre deenriamient

:erigerante

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 68/72

*igura 44+ Esquema 0ristalización de 8ielo

II.:.4."embrana $er%aporación

 *ervaporación membrana es un proceso que utili!a membranas permeables a

los que preferentemente adsorber compuestos orgánicos volátiles '/( de

agua contaminada. l agua contaminada pasa primero a trav$s de un

intercambiador de calor, elevando la temperatura del agua. l agua caliente

entra en el módulo de pervaporación, que contiene membranas compuestas de

un polímero organofílica poroso, similar a la goma de silicona, formado en las

fibras capilares. <ifusa / por el vacío de la membrana de la interfase agua a

trav$s de la pared de la membrana. l agua tratada sale del módulo de

pervaporación, mientras que los vapores orgánicos viajan desde el módulo a un

condensador, donde vuelven a la fase líquida. Los materiales condensados

orgánicos representan sólo una fracción del volumen de aguas residuales inicial

y puede ser posteriormente eliminados en un ahorro de costes.

II.:.5. Osmosis In%ersa

 

ste proceso, tambi$n conocido como hiperfiltración, se basa en el uso de una

membrana semipermeable que permite el paso de agua, mas no de iones

disueltos.

La membrana tiene poros menores a 28 ` '2 nm(. l agua es sujeta a una alta

presión que la obliga a pasar a trav$s de la membrana+ todas las sales disueltas

permanecen en una solución que se concentra de sales, motivo por el cual se le

conoce como salmuera o agua de recha!o o retrolavado.

6%

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 69/72

La proporción de volumen entre el agua de recha!o y el agua producida da una

idea de la eficiencia del sistema. &i bien la ósmosis inversa puede remover 

prácticamente cualquier contaminante orgánico o inorgánico del agua, tiene

como desventaja los altos costos de capital y de operación necesarios, el

manejo del agua de recha!o puede convertirse en un problema pues los

contaminantes se concentran en $sta, los pretratamientos son indispensables,

las membranas tienen la tendencia a descomponerse y el agua de recha!o

puede llegar a ser @6 a 68W del caudal de alimentación, lo que significa un gran

desperdicio de agua .

=odas estas tecnologías compiten de cierta manera con la fotocatálisis, cuya

efectividad se centra en dos áreas principales# la desinfección y la remoción de

compuestos orgánicos. n la tabla siguiente se presenta una descripción de las

capacidades y limitaciones de las tecnologías mencionadas. omo se observa,

los m$todos convencionales de filtración son de manejo sencillo, costos

moderados y eficiencias medias. *or otro lado, los m$todos de filtración por 

membranas son de manejo más complicado, con costos elevados y eficiencias

altas. Las limitaciones se indican en cada rubro pero en general puede decirse

que se agrupan en la generación de residuos que pueden llegar a considerarse

residuos peligrosos, descomposición de las membranas por presencia de

bacterias, desperdicio de agua por la generación de salmuera o agua de recha!o

y recrecimiento de bacterias.

6&

:eactivo

su*mico

!gua contaminada

om"a dealta presión

smosis inversa

:esiduo

tratamiento

!gua tratada

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 70/72

*igura 45+ Esquema ósmosis in%ersa

II.;. )spersión

=ecnología relativamente simple que se utili!a para volatili!ar compuestos orgánicos

volátiles de las aguas subterráneas contaminadas. l proceso implica la distribución a

presión de agua cargada de / a trav$s de un estándar de sistema de rociadores de

riego. l riego por aspersión transferencias de / de la fase acuosa disuelta a la

fase de vapor, por el cual los compuestos orgánicos volátiles son liberados

directamente a la atmósfera.

*igura 49+ Esquema )spersión

Bibliografía

=ratamiento de agua para consumo humano *lantas de filtración rápida. .

Eanual 9 =eoría tomo 2. Lima. + *9&. + @88C. , 9. 38. p. 9lus.tab.

'*&*9&*:8C.287.(

=ratamiento de agua para consumo humano *lantas de filtración rápida Eanual

9/ peración, mantenimiento y control de calidad. Lima. + *9&. + *acheco

&ecades, /ictoria. @886. '*&*9&*:86.223.(

$/

om"a de recirculación

!gua contaminada

Sistema de

Estación de

 >ratamientoe<uentes

ontaminaste

larifcador

 >anque de fltro

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 71/72

=ratamiento de agua para consumo humano *lantas de filtración rápida Eanual

99 dise0o de plantas de tecnología apropiada. Lima. + *9&. + @88C.

'*&*9&*:8C.222.(

=ratamiento de agua para consumo humano *lantas de filtración rápida Eanual

99 dise0o de plantas de tecnología apropiada. Lima. + *9&. + @88C.

'*&*9&*:8C.222.(

http#%%\\\.frtr.gov%matrix@%section2%toc.html

http#%%\\\.epa.gov%oust

http#%%\\\.cpeo.org%techtree%ttdescript.htm

http#%%\\\.miliarium.com%*royectos%&uelosontaminados%<escontaminacion&u

elos%=ecnicas9n&itu%=ecnicas&tripping%=ecnicas&tripping.asp

)nexo

0lasificación de filtros

$.

7/21/2019 Trabajo Fina de Tratamiento de Suelos y Aguas Subterráneas

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-fina-de-tratamiento-de-suelos-y-aguas-subterraneas 72/72