Hidrosfera Como Materia Prima

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    02-Feb-2016

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Generalidades del agua, agua de mar como materia prima, contaminacin del agua y tratamiento de aguas residuales.

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  • HIDROSFERA: GENERALIDADES DEL AGUA, AGUA DE MAR COMO MATERIA PRIMA, CONTAMINACION

    DEL AGUA Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

    SILVIA ARACELY PARDO SANCHEZ

    QUIMICA INDUSTRIAL 2015-I- PROGRAMA DE ING. INDUSTRIAL

    UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA EXTENSION SOACHA

    1

    QUIMICA INDUSTRIAL

  • 2

  • 3

  • Constituyen un recurso fundamental ara el sector industrial, as como para el desarrollo de las

    actividades agropecuarias y domesticas. Aparentemente las reservas de agua en el planeta

    parecen ilimitadas, se puede decir que es un recurso inagotable.

    De los 1,4 * 1018 m3 de agua existente en la tierra, amas de un 97% corresponde a agua salada en ocanos y mares y mas del 70% de los recursos potenciales del agua dulce se

    encuentran en forma de hielo (Antartica).

    Las existencias en lagos, ros y aguas subterrneas tcnicamente accesibles arrojan cifras importantes si se tiene en cuenta el total.

    Tanto la localizacin de los recursos hdricos como las exigencias de calidad de la aplicaciones, constituyen factores que limitan la disponibilidad real de los mismos.

    El notable incremento de las cifras de consumo y la alteracin negativa de las caractersticas del agua (contaminacin), que se produce en la mayor parte de las

    operaciones de uso de la misma han hecho que progresivamente el agua haya adquirido el

    carcter de un BIEN, cuya utilizacin esta sujeta a principios de economa de consumo.

    EL AGUA

  • APLICACIONES DEL AGUA EN LA INDUSTRIA

    Las aplicaciones del agua en la industria son numerosas, dada su economa y disponibilidad relativa. 1. Se utiliza como fluido refrigerante y para la produccin de vapor,

    como disolvente y vehculo de arrastre. 2. Como materia prima sujeta a transformacin qumica, el agua

    puede ser fuente de H2 y/o de O2. La obtencin de estos elementos a partir de agua puede realizarse por va electroltica, pero tanto uno como otro se producen industrialmente por procedimientos de mayor viabilidad tecnolgica, partiendo de otras materias primas (el aire en el caso del O2 y el petrleo, gas natural y carbn en el del H2).

    3. La electrolisis del agua, que fue mtodo de fabricacin del H2 queda suprimida si se requiere producir cantidades pequeas con alto nivel de pureza (sector de hidrogenacin de grasas).

    4. Economa del hidrogeno a futuro, crisis del petrleo, en regiones con alta disponibilidad elctrica.

    5

  • EL AGUA NATURAL: COMPOSICION DEL AGUA NATURAL Y REPERCUSIONES

    6

    El agua, tal como se encuentra en los sistemas naturales aparece siempre acompaada de distintos compuestos disueltos o en suspensin, que determinan el estado de calidad de la misma.

    Estudio analtico de las caractersticas del agua: determina posibilidades de empleo y operaciones de tratamiento para su uso en aplicaciones concretas. La valoracin de la calidad del agua es inseparable del uso especifico a que se destine y se realiza en funcin del mismo. (Ej: Ca2+ Mg2+).

    Las aguas pueden encontrarse impurificadas por compuestos solidos, lquidos o gaseosos, en estado disuelto o en suspensin. Entre las sustancias presentes en las aguas naturales con mayor frecuencia cabe citar las siguientes: Gases disueltos, sales orgnicas disueltas, materia orgnica disuelta y solidos en suspensin.

  • 7

    GASES DISUELTOS:

    Principalmente O2 y CO2. La presencia de otros compuestos como NH3 , SH 2 o CH4, es indicio de contaminacin orgnica. O2 es esencial para la vida acutica y su concentracin constituye una medida indirecta del grado de contaminacin del sistema, de utilidad complementaria en la localizacin de focos emisores y para evaluar su impacto. La solubilidad del O2 esta determinada por variables como la temperatura, presin y presencia d sales disueltas.

    SALES INORGANICAS DISUELTAS:

    Especial significado las de Ca2+ y Mg2+ responsables de la dureza del agua. La variabilidad de la solubilidad de estas sales determina la posibilidad de formacin de depsitos e incrustaciones sobre superficies metlicas calientes, razn por la cual requieren control en agua para calderas.

    MATERIA ORGANICA DISUELTA:

    Puede ser de origen natural (materia hmica) o artificial (vertidos contaminantes). Biodegradable por presencia de microorganismos aerobios en agua (se transforman en productos inocuos con repercusin ecolgica) y de materia orgnica no oxidable por va biolgica que recibe el nombre de refractaria o persistente (permanecen en agua por largos periodos, siendo su accin qumica toxica un riesgo potencial).

    SOLIDOS EN SUSPENSION:

    Puede ser de naturaleza orgnica e inorgnica y de origen natural o artificial .

    Su presencia denota turbiedad en las aguas y las inhabilita para aplicaciones corrientes. La capacidad de adsorcin de algunos de los solidos constituye un factor importante en el transporte de contaminantes en los sistemas acuticos naturales.

  • EVALUACION DE LAS CARACTERISTICAS DEL AGUA

    Color: se mide a travs de la absorbancia a una

    longitud de onda previamente

    seleccionada por barrido, dentro del

    espectro visible.

    La acidez o alcalinidad: se mide a

    travs del pH, para determinar

    corrosividad del agua.

    Solidos en suspensin: se

    analiza por filtracin pesada. Medidas de turbiedad mediante

    tcnicas fotoelctricas.

    Concentracin de solidos disueltos totales: por gravimetra previa

    evaporacin. La fraccin orgnica e inorgnica se evala

    gravimtricamente despus de quemar residuos de evaporacin a una T que no cause volatilizacin.

    Anlisis de cationes: se realiza por absorcin

    catinica.

    La presencia de materia orgnica: a travs de

    distintos ndices como COT, DQO, y DBO.

    Anlisis de compuestos especficos: Holometanos, policlorobifenilos y fenoles

    por cromatografa.

    La presencia de aniones y cationes como CN-, NO2-, NO3-,y fosfatos mediante electrodos especficos o

    cromatografa inica.

    8

  • CARACTERISTICAS DEL AGUA

    9

    El volumen total de agua del planeta equivale a 1400 millones de km3. El 90% no es utilizable por los seres vivos por estar combinada en la

    litosfera. El 10% restante se distribuye as: 97.6% en los ocanos 1.9% en los casquetes polares y glaciares 0.5% como agua dulce, la mayor parte (94% en los acuferos). Por tanto,

    slo el 0.03% son aguas superficiales libres en la corteza terrestre. Cerca de 12000 km3 de agua, la mayor parte en forma de vapor, se

    encuentra en cualquier momento en la atmsfera. Cada da se evaporan o transpiran 1120 km3 de agua dentro de la

    atmsfera. Las aguas subterrneas representan el 0,47 % de los recursos totales. Los

    acuferos aportan el 30% del caudal de los ros, mientras que los embalses slo regulan el 15% de los caudales.

  • CARACTERISTICAS FISICO QUIMICAS DEL AGUA

    Las aguas naturales, al estar en contacto con diferentes agentes (aire, suelo, vegetacin, subsuelo, etc.), incorporan parte de los mismos por disolucin o arrastre.

    Esto hace que las aguas dulces presenten un elevado nmero de sustancias en su composicin qumica natural.

    Entre los compuestos ms comunes que se pueden encontrar en las aguas dulces estn:

    como constituyentes mayoritarios: los carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloruros y nitratos.

    como constituyentes minoritarios: los fosfatos y silicatos, metales como elementos traza y gases disueltos como oxgeno, nitrgeno y dixido de carbono.

    El agua de lluvia presenta los cationes: Na+, K+, Ca2+, Mg2+

    los aniones: HCO3, Cl, Br, I, SO4

    2, NO3, PO4

    3

    y dixido de carbono, oxgeno, ozono, nitrgeno, argn, etc. 10

  • 11

    Fsicos Color Olor Turbidez Slidos en suspensin Temperatura Densidad Slidos Conductividad Radioactividad

  • 12

    Qumicos pH Materia Orgnica (Carbono orgnico total ,COT) DBO DQO Nutrientes Nitrgeno y compuestos derivados (amonaco, nitratos, nitritos, etc.) Fsforo y compuestos derivados (fosfatos) Aceites y grasas Hidrocarburos Detergentes Cloro y cloruros Fluoruros Sulfatos y sulfuros Fenoles Cianuros Haloformos Metales Pesticidas

  • 13

    Biolgicos

    Coliformes totales y fecales

    Estreptococos fecales

    Salmonellas

    Enterovirus

  • 14

    Gases disueltos

    Oxgeno

    Nitrgeno

    Dixido de carbono

    Metano

    cido sulfhdrico

  • 15

    Parmetros fsicos (I)

    Color Es el resultado de la presencia de materiales de origen vegetal tales como

    cidos hmicos, turba, plancton, y de ciertos metales como hierro, manganeso, cobre y cromo, disueltos o en suspensin.

    Constituye un aspecto importante en trminos de consideraciones estticas.

    Los efectos del color en la vida acutica se centran en la disminucin de la transparencia, que provoca un efecto barrera a la luz solar, traducido en la reduccin de los procesos fotosintticos.

    Olor Es debido a cloro, fenoles, cido sulfhdrico, etc. La percepcin del olor no constituye una medida, sino una apreciacin y

    tiene, por tanto, un carcter subjetivo. El olor raramente es indicativo de la presencia de sustancias peligrosas en

    el agua, pero s puede indicar la existencia de una elevada actividad biolgica. Por ello, en el caso de aguas potable, no debera apreciarse olor alguno, no slo en el momento de tomar la muestra sino a posteriori (10 das en recipiente cerrado y a 20C).

  • 16

    Parmetros fsicos (II)

    Turbidez Es una medida de la dispersin de la luz por el agua por la presencia de

    materiales suspendidos coloidales y/o particulados. La materia suspendida puede indicar un cambio en la calidad del agua

    y/o la presencia de sustancias inorgnicas finamente divididas o de materiales orgnicos.

    La turbidez es un factor ambiental importante ya que la actividad fotosinttica depende en gran medida de la penetracin de la luz.

    La turbidez interfiere con los usos recreativos y el aspecto esttico del agua.

    La turbidez constituye un obstculo para la eficacia de los tratamientos de desinfeccin.

    La transparencia del agua es muy importante en las de aguas potables y en el caso de industrias que producen materiales destinados al consumo humano.

    Slidos en suspensin Comprenden a todas aquellas sustancias que estn suspendidas en el

    seno del agua y no decantan de forma natural.

  • 17

    Parmetros fsicos (III)

    Temperatura La temperatura de las aguas residuales es importante a causa de sus

    efectos sobre la solubilidad del oxgeno y, en consecuencia, sobre la velocidad en el metabolismo, difusin y reacciones qumicas y bioqumicas.

    El empleo de agua para refrigeracin (por ejemplo en las centrales nucleares) conlleva un efecto de calentamiento sobre el medio receptor que se denomina contaminacin trmica.

    Temperaturas elevadas implican la aceleracin de la putrefaccin, con lo que aumenta la DBO y disminuye el oxgeno disuelto.

    Densidad Las medidas de densidad son necesarias en aguas de alta salinidad

    para convertir medidas de volumen en peso. Es prctica comn medir volumtricamente la cantidad de muestra

    usada para un anlisis y expresar los resultados como peso/volumen (por ejemplo, mg/L). Aunque ppm y mg/L slo son medidas idnticas cuando la densidad de la muestra es 1, para muchas muestras se acepta el pequeo error que se introduce al considerar que 1 ppm es 1 mg/L.

  • 18

    Parmetros fsicos (IV)

    Slidos Se denominan as a todos aquellos elementos o compuestos presentes en el

    agua que no son agua ni gases. Atendiendo a esta definicin se pueden clasificar en disueltos y en suspensin. En cada uno de ellos, a su vez, se pueden diferenciar los slidos voltiles y los no voltiles.

    La medida de slidos totales disueltos (TDS) es un ndice de la cantidad de sustancias disueltas en el agua que proporciona una indicacin de la calidad qumica. Analticamente se define como residuo filtrable total (en mg/L).

    El trmino slidos en suspensin describe a la materia orgnica e inorgnica particulada existente en el agua. Su presencia participa en el desarrollo de la turbidez y el color del agua, mientras que la de slidos disueltos determina la salinidad del medio, y en consecuencia la conductividad del mismo.

    Conductividad Es la medida de la capacidad del agua para transportar la corriente elctrica y

    permite conocer la concentracin de especies inicas presentes en ella. La contribucin de cada especie inica a la conductividad es diferente por lo

    que su medida da un valor que no est relacionado con el nmero total de iones en solucin. Depende tambin de la temperatura.

    Est relacionada con el residuo fijo por la expresin conductividad (S/cm) x f = residuo fijo (mg/L)

    El valor de f vara entre 0.55 y 0.9.

  • 19

    Parmetros fsicos (V)

    Radiactividad La contaminacin radiactiva se origina por los

    radioelementos naturales (uranio, torio y actinio) y sus productos de descomposicin, procedentes tanto de fuentes naturales, como por las actividades humanas: pruebas de armamento nuclear, operaciones relacionadas con la obtencin de energa atmica, extraccin de minerales, generacin de energa, usos industriales o en medicina, etc.

    La mayora de los compuestos radioactivos tienen muy baja

    solubilidad en agua y son adsorbidos en las superficies de las partculas, por lo que los niveles de radiactividad en aguas naturales son normalmente bajos.

    Las aguas superficiales presentan unas concentraciones ms

    bajas que las aguas subterrneas.

  • 20

    Parmetros qumicos (I)

    pH Se define como

    pH = log 1/[H+] = log [H+]

    Su medida tiene amplia aplicacin en el campo de las aguas naturales y residuales. Es una propiedad que afecta a muchas reacciones qumicas y biolgicas.

    El valor del pH compatible con la vida pisccola est comprendido entre 5 y 9. Para la mayora de las especies acuticas, la zona de pH favorable se sita entre 6.0 y 7.2. Fuera de este rango no es posible la vida como consecuencia de la desnaturalizacin de las protenas.

    La alcalinidad es la suma total de los componentes en el agua que tienden a elevar el pH (bases fuertes y sales de bases fuertes y cidos dbiles).

    La acidez es la suma de componentes que implican un descenso de pH (dixido de carbono, cidos minerales, cidos poco disociados, sales de cidos fuertes y bases dbiles).

    Ambas, controlan la capacidad de tamponamiento del agua (para neutralizar variaciones de pH provocadas por la adicin de cidos o bases).

    El principal sistema regulador del pH en aguas naturales es el sistema carbonato (dixido de carbono, ion bicarbonato y cido carbnico).

  • 21

    Parmetros qumicos (II)

    Materia orgnica La materia orgnica existente en el agua, tanto la disuelta como la

    particulada, se valora mediante el parmetro carbono orgnico total (TOC, total organic carbon).

    Los compuestos orgnicos existentes en el medio acutico se pueden clasificar atendiendo a su biodegradabilidad (posibilidad de ser utilizados por microorganismos como fuente de alimentacin) y para su medida se utilizan los parmetros DQO y DBO.

    Demanda qumica de oxgeno DQO Es la cantidad de oxgeno consumido por los cuerpos reductores

    presentes en el agua sin la intervencin de los organismos vivos. Efecta la determinacin del contenido total de materia orgnica oxidable, sea biodegradable o no.

    Demanda bioqumica de oxgeno DBO Permite determinar la materia orgnica biodegradable. Es la cantidad

    de oxgeno necesaria para descomponer la materia orgnica por la accin bioqumica aerobia.

    Esta transformacin biolgica precisa un tiempo superior a los 20 das, por lo que se ha aceptado, como norma, realizar una incubacin durante 5 das, a 20C, en la oscuridad y fuera del contacto del aire, a un pH de 7-7.5 y en presencia de nutrientes y oligoelementos que permitan el crecimiento de los microorganismos. A este parmetro se le denomina DBO5.

  • 22

    Parmetros qumicos (III)

    Nutrientes Los nutrientes promueven respuestas biolgicas como el florecimiento del plancton y un

    excesivo desarrollo de ciertas algas que pueden impedir el empleo del agua con algunos fines.

    Los ms importantes son los compuestos de nitrgeno y fsforo, contaminantes comunes en residuos industriales y municipales y en las aguas de lavado de campos.

    Nitrgeno y derivados Las formas inorgnicas del nitrgeno incluyen nitratos (NO3

    ) y nitritos (NO2), amonaco

    (NH3) y nitrgeno molecular (N2). El amonaco es un gas incoloro a presin y temperatura ambiente altamente soluble en agua.

    Cuando se disuelve en agua se forman iones amonio (NH4+), establecindose un equilibrio

    qumico entre ambas formas. La presencia de nitratos proviene de la disolucin de rocas y minerales, de la descomposicin

    de materias vegetales y animales y de efluentes industriales. Tambin hay contaminacin proveniente de su uso como abonos y fertilizante.

    En aguas residuales, su presencia es mnima debido al estado reductor de este medio. En depuradoras de aguas residuales la produccin de NO3

    debe tenerse en cuenta pues se convierte en factor limitante del crecimiento en sistemas hdricos en presencia de fsforo: eutrofizacin.

    El nitrgeno Kjeldahl (NTK) mide la cantidad de nitrgeno amoniacal y de nitrgeno orgnico. Indica el contenido protenico del agua.

    Fsforo y derivados El fsforo elemental no se encuentra habitualmente en el medio natural, pero los

    ortofosfatos, pirofosfatos, metafosfatos, polifosfatos y fosfatos orgnicamente unidos s se detectan en aguas naturales y residuales.

    Se le considera un macronutriente esencial, siendo acumulado por una gran variedad de organismos vivos.

  • 23

    Parmetros qumicos (IV)

    Aceites y grasas En este grupo se incluyen los aceites y las grasas que se encuentren en

    estado libre, ya sean de origen animal, vegetal o mineral (fundamentalmente, los derivados del petrleo).

    La mayora de estos productos son insolubles en el agua, pero pueden existir en forma emulsionada o saponificada.

    Hidrocarburos Bajo esta denominacin se encuentran agrupados una serie de

    compuestos cuya caracterstica comn es presentar en su estructura tomos de carbono y de hidrgeno.

    Se pueden diferenciar dos grupos: los hidrocarburos derivados del petrleo y los hidrocarburos aromticos policclicos (PAHs). Estos ltimos son cancergenos.

    Detergentes Son las sustancias que poseen unas importantes propiedades limpiadoras. Son productos complejos constituidos por uno o varios agentes

    surfactantes y compuestos minerales asociados a materias orgnicas mejorantes, a enzimas y a secuestrantes.

    Los ms caractersticos son los surfactantes, productos qumicos orgnicos que reducen la tensin superficial del agua.

  • 24

    Parmetros qumicos (V)

    Cloro y cloruros El cloro elemental es un gas amarillo-verdoso altamente soluble en agua

    que dismuta hidrolizndose a cido hipocloroso (HOCl) y cido clorhdrico (HCl). A su vez, el cido clorhdrico se disocia a iones hidrgeno y cloruro, mientras que el cido hipocloroso, que es un cido dbil, se disocia parcialmente en iones hidrgeno e iones hipoclorito (OCl). Las proporciones relativas de Cl2, HOCl y OCl

    en equilibrio (cloro libre disponible) se encuentran controladas por el pH, la temperatura y la fuerza inica.

    El cloro en agua reacciona fcilmente con las sustancias nitrogenadas para producir compuestos clorados (cloro disponible combinado).

    El cloro que permanece en agua despus de un tratamiento se denomina cloro residual. El conjunto de cloro libre y cloro combinado se nombra como cloro residual total (TRC, total residual chlorine). La medida de TRC se considera suficiente para definir las toxicidad sobre los organismos acuticos de agua dulce.

    El in cloruro se encuentra ampliamente distribuido en forma de cloruro sdico, potsico o clcico. El gran inconveniente es el sabor desagradable que comunica al agua. Es tambin susceptible de ocasionar corrosin en las canalizaciones y en los depsitos.

    Fluoruros La mayora de los fluoruros asociados con cationes monovalentes son

    solubles en agua y los formados con cationes divalentes son insolubles normalmente.

  • 25

    Parmetros qumicos (VI)

    Sulfatos El in sulfato (SO4

    2), muy soluble en agua, es la forma oxidada estable del azufre. Los sulfatos de plomo, bario y estroncio son insolubles.

    El sulfato disuelto puede: a) ser reducido a sulfito y volatilizado a la atmsfera como H2S b) precipitado como sales insolubles c) incorporado a organismos vivos. Los sulfatos, en condiciones anaerbicas, son fuente de oxgeno para

    las bacterias, convirtindose en H2S. Se pueden producir por oxidacin bacteriana de los compuestos

    azufrados reducidos. Cianuros Como cianuros se incluyen una serie de diversos compuestos orgnicos

    caracterizados por el grupo CN. Los grmenes aerobios responsables de la depuracin y los peces son sensibles a un contenido de 0.1 mg/L de HCN.

  • 26

    Parmetros qumicos (VII)

    Fenoles Los compuestos fenlicos afectan a las especies

    pisccolas de diversas formas: por toxicidad directa tanto a los peces como a los organismos que les sirven como alimento y por disminucin de la cantidad de oxgeno disponible por la elevada demanda de oxgeno de estos compuestos.

    Haloformos Son derivados orgnicos de los halgenos (F, C1,

    Br, I). Los ms abundantes en el agua son los trihalometanos, el tetracloruro de carbono y el dicloroetano.

  • 27

    Parmetros qumicos (VIII)

    Metales Compuestos constituidos por los diferentes elementos metlicos. Sus caractersticas dependen, entre otros factores, del metal que

    est incorporado. Desde la perspectiva de los potenciales efectos perjudiciales que

    puedan generar los metales ms importantes son mercurio y cadmio.

    El mercurio puede formar numerosas especies, unas bastante solubles y otras muy insolubles. La concentracin de mercurio en medios acuosos es relativamente pequea pero de una elevada toxicidad potencial como consecuencia de los procesos de bioacumulacin.

    El cadmio se encuentra en las aguas como ion divalente, formando compuestos orgnicos e inorgnicos, principalmente cloruros y carbonatos.

    Los carbonatos, sulfuros, e hidrxidos presentan una baja solubilidad en agua.

    La solubilidad del ion cadmio disminuye con el incremento de pH (se favorece la formacin del hidrxido).

    El cadmio presenta una toxicidad elevada con efecto acumulativo.

  • 28

    Parmetros qumicos (IX)

    Pesticidas Segn sus usos, se clasifican en insecticidas, fungicidas, herbicidas,

    acaricidas, nematocidas, rodenticidas, etc. Tambin pueden clasificarse atendiendo a sus caractersticas qumicas: se

    usan sustancias minerales como azufre, sulfato de cobre, arseniato de plomo y, sobre todo, compuestos orgnicos clorados como son los insecticidas (DDT, lindano, aldrn, dieldrn, etc.) y los herbicidas derivados de fenoxicidos.

    Hay tambin steres fosforados (insecticidas: paratin, malatin, etc) y compuestos orgnicos u organometlicos, cuyas molculas llevan incorporadas grupos funcionales muy variados: derivados de la urea, de las triacinas, carbamatos y ditiocarbamatos, etc.

    En el medio acutico, la toxicidad de los pesticidas vara en funcin de su naturaleza y segn las especies y su estado de desarrollo (huevo, alevn, adulto).

    Para los peces, los insecticidas clorados son 100 veces ms txicos que los derivados organofosforados. Los herbicidas son mucho menos txicos que los insecticidas (2000 a 3000 veces menos).

    Los pesticidas fosforados son mucho ms txicos para el hombre y los mamferos que los pesticidas clorados.

  • 29

    Parmetros qumicos (X)

    Oxgeno disuelto

    Es necesario para la vida de los peces y otros organismos acuticos. El oxgeno es moderadamente soluble en agua. Su solubilidad depende de la temperatura, salinidad, turbulencia del agua y presin atmosfrica

    La solubilidad disminuye cuando aumenta la temperatura y la salinidad y cuando disminuye la presin atmosfrica.

    La solubilidad del oxgeno atmosfrico en aguas dulces, a saturacin y al nivel del mar, oscila aproximadamente entre 15 mg/L a 0C y 8 mg/L a 25C.

  • CARACTERISTICAS DEL AGUA DE MAR

    El agua de mar constituye el 97.6 % de los recursos de agua pero su uso est muy restringido para la actividad humana dada su elevada concentracin en sales: 3.5%. Los porcentajes de los compuestos ms abundantes son

    2.7% de cloruro sdico

    0.3% de cloruro magnsico

    0.2% de sulfato magnsico

    0.1% de sulfato clcico

    0.2% de otras sales.

    Ausencia de sales de potasio

    30

  • SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS

    31

    1

    Conocidas las caractersticas de un agua y las exigencias de calidad para su utilizacin o vertido, se establece la secuencia de operaciones necesarias para su acondicionamiento o depuracin.

    2

    Aguas blandas: para empleo domestico o industrial y la depuracin e aguas residuales previo vertido o reutilizacin: diferencia campo de tecnologa de tratamiento de aguas.

    3

    Tcnicas de tratamiento de aguas blandas: coagulacin-floculacin, sedimentacin y filtracin a travs de arena para la eliminacin de solidos en suspensin, precipitacin mediante Ca(OH)2 y Na2CO3 o intercambio inico para reduccin de la dureza. Correccin del pH y empleo de agentes qumicos para el control de la corrosin y la oxidacin qumica mediante Cl2, ClO2 o NaClO, para evitar riesgos con MO, Materia orgnica, nitrgeno amoniacal y nitritos entre otros.

    4 Los sistemas basados en membranas , ultrafiltracin y osmosis inversa,

    estn adquiriendo en los ltimos aos significado como tcnicas de eliminacin de compuestos orgnicos e inorgnicos no deseables.

  • SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS

    32

    5

    En cuanto a la depuracin de aguas residuales, existen numerosas operaciones que tienen como criterio el tipo de contaminante a eliminar. Tres bloques de tratamiento: dirigidos hacia materia en suspensin: contaminantes orgnicos biodegradables y y comp. especficos.

    6

    TRATAMIENTOS PREVIOS: CRIBADO, DISLACERACION y DESARENADO, se emplean para eliminacin de solidos gruesos, arenas.

    TRATAMIENTO DE DESINFECCION: Cloracin y ozonizacin fundamentalmente, para control de patgenos.

    7

    TRATAMIENTO PRIMARIO: sedimentacin con agentes floculantes cuando se requiere provocar coagulacin y floculacin de las materias solidas. Se emplean sales de Hierro, Aluminio y polmeros orgnicos anionicos y catinicos o no inicos. Filtracin y flotacin, el ultimo muy costoso.

    8

    TRATAMIENTOS SECUNDARIOS: 1). Sistemas de lodos activos en los que la biomasa (micoorganismos aerobios), se ponen en contacto con aguas a tratar. 2). Filtros biolgicos. 3). Discos rotatorios: de pelcula fija. 3). Lagunas de estabilizacin: reas de clima suave, reutilizacin riego agrcola.

    9

    TRATAMIENTOS TERCIARIOS: eliminacin de contaminantes especficos. Adsorcin mediante carbono activo, osmosis inversa. Eliminacin de iones metlicos pesados, tcnicas de adsorcin coloidal, oxidacin qumica. Eliminacin de nutrientes (N y P), nitrificacin y desnitrificacin.

  • 33

  • 34

  • 35

  • EL AGUA COMO MATERIA PRIMA: PRODUCCION DE HIDROGENO

    La descomposicin del agua por reaccin con los constituyentes de otras materias primas con duce a la obtencin de H2 como producto mas noble.

    La produccin industrial de H2. se lleva a cabo por:

    REFORMADO: mediante vapor de agua o gas natural.

    COMBUSTION PARCIAL: de fracciones petroliferas pesadas.

    GASIFICACION: de carbones.

    36

    En el reformado y la gasificacin el agua participa en la reaccin, el H2. derivado es econmicamente muy rentable.

    Es necesario independizar la produccin de H2. de los combustibles fsiles cuya sustitucin se pretende . La

    electrolisis es el mejor procedimiento.

  • 37

    EL AGUA COMO MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCION DE HIDROGENO:

    LA ELECTROLISIS DEL AGUA La palabra electrolisis provienen de las races electro, electricidad y lisis, separacin. La electrolisis es un proceso que consiste en la descomposicin de una sustancia

    mediante una corriente elctrica de electrolitos la cual separa el Hidrogeno del Oxigeno.

    Bsicamente se trata de una reaccin qumica de oxido reduccin, durante el transcurso de la cual se transfieren electrones de una especie qumica a otra.

    Como se trata de un proceso qumico no espontaneo es necesario utilizar energa elctrica para que la reaccin en cuestin se lleve a cabo.

    En la historia diversos autores modificaron el procedimiento mediante experimentos, perfeccionando la electrolisis del agua.

    Jan Rudolph Deiman y Paets Adriaan van Troostwijk utilizo en 1789 una maquina electrosttica para producir electricidad.

    En 1800, Alessandro Volta invento la pila voltaica. William Nicholson y Althony Carlisle la utilizaron para la electrolisis del agua. Zenobe Gramme invento la maquina de Gramme en 1869. Dmitry Lachinov en 1888 desarrollo un mtodo de sntesis industrial del hidrogeno y

    oxigeno mediante electrolisis.

  • EL AGUA COMO MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCION DE HIDROGENO:

    LA ELECTROLISIS DEL AGUA

    Muchas celdas electrolticas pueden carecer de electro catalizadores. Por ejemplo: el agua destilada por si sola no permite que la electrolisis se producida al conectar corriente, debido a que esta no conduce la corriente elctrica, no posee electrolitos.

    Los que se emplean para facilitar la reaccin sin alteracin del producto se denominan CATALIZADORES.

    La eficacia de la electrolisis se incrementa a travs de la adicin de un electrolito (sal, acido o base) y el uso de electro catalizadores.

    Un proceso de electrolisis es capaz de transformar materias primas tan econmicas como la sal y el agua, en productos industrialmente valiosos como NaOH (soda caustica), Cl (Cloro), e Hidrogeno. Este mtodo conocido como Cloro-alcali, consume un 0.5% de toda la energa elctrica de EU.

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  • 41 La hidrolisis del agua pura requiere el exceso de energa en forma de sobretensin para

    superar la activacin de diversas barreras. Sin el exceso de energa de la electrolisis del agua pura se produce muy lentamente o nada, debido en parte a la limitada auto-ionizacin del agua. El agua pura tiene una conductividad elctrica de una millonsima de agua de mar.

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    LA ELECTROLISIS DEL AGUA

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    Ctodo duccin H e H

    nodo Oxidacin OH O H O e

    accin global H O H Ol g g

    ( ):Re

    ( ):

    Re : ( ) ( ) ( )

    2 2

    2 12 2

    12

    2

    2 2

    2 2 2

    La descomposicin del agua en Hidrogeno y Oxigeno requiere el empleo de aporte energtico equivalente a la entalpia de

    formacin que es de 68,3 Kcal/mol a 25C. Solo 56,7 Kcal/mol a 25C se suministra en

    forma de trabajo til. El CONSUMO ENERGETICO es la cantidad de

    energa consumida por el aparato para producir una unidad de producto.

    RENDIMIENTO ENERGTICO: Cantidad de producto que se obtiene con 1kWh de

    energa. Mide la relacin entre el trabajo til (energa libre) y energa elctrica.

  • EL AGUA COMO MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCION DE HIDROGENO:

    LA ELECTROLISIS DEL AGUA

    43 La electrolisis del agua contribuye en la actualidad con menos del 2% de H2. total producido en el mundo. Se realiza por ser de bajo costo especialmente donde se

    dispone de energia hidroelectrica. .

    La produccin total de Hidrogeno en el mundo, actualmente se sita por encima de 25 Toneladas/ao, que se consumen en mas de un 98%, para usos de la propia instalacin, de la que la planta de hidrogeno representa un componente.

    La principal aplicacin del H2. (50%), es su empleo como materia prima en la produccin de NH3.

    Entre un 35 a 40% del consumo de H2. se emplea en procesos de refinera de petrleo, hidrosesulfuracin y refinera de lubricantes.

    El 10 a 15% restante en la fabricacin de metanol (en mayor parte), ciclohexano, oxoalcoholes y anilinas.

    La electrolisis no tiene ninguna representacin, son los hidrocarburos la materia prima utilizada.

    Otras aplicaciones menores en la industria metalurgica, electrnica y de alimentacin (hidrogenacin de grasa vegetales) constituyen mercados mas importantes del H2. electroltico.

  • EL AGUA COMO MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCION DE HIDROGENO:

    DESCOMPOSICION DEL AGUA EN CICLOS TERMOQUIMICOS

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    El concepto de economa del hidrgeno se lleva tratando durante varias dcadas y ha recibido especial atencin durante los ltimos

    aos. Algunas valoraciones del potencial de una economa del hidrgeno han centrado su atencin en su produccin, al ser un

    aspecto crucial en el desarrollo de un sistema viable. Existen diferentes procesos para obtener hidrgeno, entre los que pueden citarse el reformado de gas natural, la gasificacin de carbn y la

    electrolisis de agua. Aunque estos procesos se encuentran comercialmente disponibles, se est investigando en el desarrollo de

    otros procesos alternativos, cuyo inters reside en su carcter sostenible. Uno de ellos es la descomposicin termoqumica de agua.

    La produccin de hidrgeno mediante descomposicin de agua empleando ciclos termoqumicos consiste en descomponer la molcula de agua en los

    tomos de hidrgeno y oxgeno de los que est constituida, mediante una serie de reacciones qumicas que permiten su liberacin en etapas diferenciadas.

  • El proceso de descomposicin termoqumica de agua requiere emplear sistemas adicionales, implicados generalmente en tres etapas:

    1. Produccin de oxgeno

    2. Produccin de hidrgeno

    3. Regeneracin de materiales.

    Estos sistemas se caracterizan por proporcionar cantidades apreciables de hidrgeno y oxgeno, y por requerir temperaturas inferiores a la necesaria para la disociacin trmica del agua. No obstante, los elevados niveles trmicos an requeridos para estos procesos hacen necesario su integracin con otros procesos que proporcionen un foco caliente a la temperatura necesaria.

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    EL AGUA COMO MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCION DE HIDROGENO:

    DESCOMPOSICION DEL AGUA EN CICLOS TERMOQUIMICOS

  • Durante los ltimos aos la produccin hidrgeno mediante ciclos termoqumicos ha recibido especial atencin debido a la creciente preocupacin sobre las fuentes de energa y el impacto ambiental asociado a su uso. Este es el motivo de la realizacin/recopilacin de diversos estudios sobre la produccin de hidrgeno mediante diferentes ciclos (como p.e.: Zn/ZnO, Fe3O4/FeO, Mn3O4/MnO). Muchos de estos ciclos se estudian acoplados a procesos de concentracin de energa solar o generacin de energa nuclear, y estn relacionados con estudios realizados de forma paralela en reactores de energa solar concentrada y en reactores nucleares.

    Actualmente se est trabajando en la disminucin de las temperaturas requeridas por los diferentes ciclos, al aumentar sus ventajas y el rendimiento del proceso de concentracin de la energa solar a medida que disminuye la temperatura requerida para llevar a cabo el proceso. Para ello se estn introduciendo modificaciones en ciclos ya conocidos, y se contina con la bsqueda de nuevos ciclos alternativos.

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    EL AGUA COMO MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCION DE HIDROGENO:

    DESCOMPOSICION DEL AGUA EN CICLOS TERMOQUIMICOS

  • HIDROSFERA: EL AGUA DE MAR COMO

    MATERIA PRIMA

    SILVIA ARACELY PARDO SANCHEZ

    QUIMICA INDUSTRIAL- PROGRAMA DE ING. INDUSTRIAL

    UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA EXTENSION SOACHA

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    QUIMICA INDUSTRIAL

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