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martes, 10 de enero de 2012

¿Qué es el Agua? Curiosidad para los pescadores. Química del Agua.



¿Qué es el agua?

Mucho se habla en las orillas, mientras pescamos sobre el agua, su contaminación, vertidos..........pero sabemos realmente ¿qué es el agua?


El agua es una substancia muy importante, Una gran parte del cuerpo de un organismo esta formado por agua. ¿Pero qué es exactamente el agua? Dentro del cuerpo de un ser humano hay un esqueleto, que hace nuestro cuerpo sólido y se cerciora de que nosotros podemos sostenernos en pie sin desplomarnos. El agua es también una clase de esqueleto. Consiste en partículas minúsculas, los átomos. Justo como todas otras substancias en la tierra. Uno de estos átomos se llama hidrógeno y el otro se llama oxígeno. Como usted sabe probablemente el aire que respiramos también contiene oxígeno. Una partícula de agua es llamada molécula. Cuando muchas moléculas de agua se derriten podemos ver esa agua, beberla o usarla por ejemplo para tirar de la cisterna.



¿Cómo se forma una molécula de agua?

Una molécula de agua consiste en tres átomos diferentes; un átomo de hidrógeno y dos átomos de oxígeno, que son enlazados juntos como pequeños imanes. Los átomos consisten en la materia, que tienen un núcleo en el centro.
La diferencia entre los átomos es expresada por números atómicos. El número atómico de un átomo depende del número de protones en el núcleo del átomo. Los protones son partículas pequeñas cargadas positivamente. El hidrógeno tiene un protón en el núcleo y el oxígeno tiene ocho. Hay también partículas sin carga en el núcleo, llamados neutrones.
Al lado de los protones y de los neutrones, los átomos también consisten en electrones cargados negativamente, los cuales pueden ser encontrados en una nube de electrones rodeando al núcleo. El número de electrones en un átomo es igual al número de protones en el núcleo. La atracción entre los protones y los electrones es lo que mantiene al átomo junto.

¿Cuánto pesa una molécula de agua?

El peso de una molécula es determinado por las masas atómicas de los átomos que la constituyen. La masa atómica de un átomo es determinada por la suma del número de protones y de neutrones en el núcleo, porque los electrones apenas pesan cualquier cosa. Cuando las masas atómicas de los átomos por separado se saben, uno simplemente tiene que sumarlas, hallando la masa atómica total de la molécula, expresada en gramos por mol. Un mol es una expresión del peso molecular de una molécula, derivado del peso de una molécula de hidrógeno, que es 1 mol.
El hidrógeno tiene una masa atómica relativa de 1 g/mol y el oxígeno tiene una masa atómica relativa de 16 g/mol. El agua consiste en un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Esto significa que la masa de una molécula de agua es 1g + 1g + 16g = 18 g/mol.
Cuando el número de moles del agua se sabe, uno puede calcular cuántos gramos de peso tiene éste, usando el peso molar del agua.
El peso molar de los átomos por separado se encuentran en la tabla periódica de Mendelejef.

¿En qué estados (fases) puede el agua ser encontrada?
El agua existe en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. A una temperatura normal cerca de 25 o C es líquido, pero por debajo de 0 o C se congelará y se volverá hielo. El agua se puede encontrar en estado gaseoso sobre 100 o C, éste es el llamado punto de ebullición del agua, en el cual esta comienza a evaporarse. El agua da lugar al gas y este es inodoro e incoloro.
Cómo de rápido el agua se evapora depende de la temperatura; si la temperatura es alta el agua se evaporará más pronto.

¿Qué sucede si el agua cambia de fase?

Los cambios de líquido a sólido o a gas se llaman cambios de fases. Cuando una sustancia tal como el agua cambia de fase, su aspecto físico cambia, pero no sus propiedades químicas. Esto es porque la estructura química sigue siendo igual, pero las moléculas que la constituyen flotarán un poco más separadas. En el estado sólido las moléculas de agua están bastante juntas, pero en el estado líquido están separadas un poco más. El agua llega a ser líquida como resultado de la dispersión de las moléculas. Cuando el agua cambia de líquido gas las moléculas se dispersan aún más, esa es la razón por la que no podemos detectarla.

¿Por qué el hielo flota en el agua?

Cuando las sustancias se congelan, las moléculas que la forman generalmente se acercan más. El agua tiene una anormalidad aquí: se congela por debajo de 0 o C, pero cuando las temperaturas caen a 4 o C, el agua comienza a ampliarse y consecuentemente la densidad es más alta. La densidad de una sustancia significa el peso en kilogramos por metro cúbico de dicha sustancia. Cuando dos sustancias se mezclan pero no se disuelven una en la otra, la sustancia con la densidad más pequeña flota en la otra sustancia. En este caso la sustancia es hielo, debido a la densidad creciente del agua.

¿Por qué no son todas las sustancias solubles en agua?
La polaridad determina si una sustancia es soluble en agua. Una sustancia polar es una substancia que tiene dos clases de polos, como un imán. Cuando otra sustancia es también polar los dos polos de las sustancias se atraen y consecuentemente las sustancias se mezclan. Una sustancia que se disuelve en agua.
Las sustancias que no contienen ningún polo se llaman substancias no polares. El aceite por ejemplo es una sustancia no polar, por eso el aceite no se disuelve en agua. De hecho flota en el agua, como el hielo, debido a su densidad más pequeña.

¿Qué es un agua dura?
Cuando el agua es referida como dura esto simplemente significa, que contiene más minerales que el agua ordinaria. Estos son especialmente minerales de calcio y magnesio. El grado de dureza es mayor cuanto más calcio y magnesio hay disuelto.
El magnesio y el calcio son iones positivamente cargados. Debido a su presencia, otras sustancias cargadas positivamente se disolverán menos fácil en aguas duras que en aguas que no contengan calcio y magnesio. Esta es la causa en realidad por la cual el jabón no se disuelve en agua dura.

¿Cuáles son las características físicas y químicas del agua?

Las características físicas de una sustancia son las características que tienen que ver con el aspecto de la sustancia. Las características químicas son las características que se utilizan a menudo en química, para tratar el estado de una sustancia. Las características físicas y químicas pueden decirnos algo sobre el comportamiento de una sustancia en ciertas circunstancias.

¿Qué características físicas y químicas hay?
Hay diversas características físicas y químicas, las cuales son a menudo usadas alternativamente . Podemos nombrar las siguientes:
- densidad. La densidad del agua significa el peso de cierta cantidad de agua. Se expresa generalmente en kilogramos por metro cúbico (físico)
- características termales. Esto se refiere a que le sucede al agua cuando se calienta; en que temperatura se convierte a estado gaseoso y estas clases de cosas (física)
- conductividad. Esto significa que cantidad de electricidad el agua puede conducir. Se expresa en una magnitud química. (física)
- absorción de luz. Esta es la cantidad de luz que cierta cantidad de agua puede absorber en un cierto plazo de tiempo (químico)
- viscosidad. Esto significa el syrupiness del agua y el que determina la movilidad del agua. Cuando se aumenta la temperatura, la viscosidad disminuye; esto significa que el agua será menos móvil en temperaturas más altas (físicas)
- el pH. El pH tiene su propia escala, funcionando para arriba a partir la 1 a 14. El pH demuestra si una sustancia es ácido (pH 1-6), neutro (pH 7) o básico (pH 8-14). El número de átomos de hidrógeno en la sustancia determina el pH. Cuanto más átomos de hidrógeno una sustancia contenga, más bajo es el pH. Una sustancia que contiene muchos átomos del hidrógeno es ácida. Podemos medir el pH sumergiendo un papel de color especial en la sustancia, los colores muestran que pH tiene la sustancia (producto químico)
- alcalinidad. Es la capacidad del agua de neutralizar un ácido o una base, de modo que el pH del agua no cambie. (producto químico)

Creo que es un buen resumen para aprender un poco sobre el agua, tan necesaria para la vida en nuestro planeta. Sin ella no podríamos vivir y mucho menos practicar nuestro deporte favorito. Desde aquí animo a que tratemos de conservar este bien tan preciado y no lo malgastemos de forma inútil.

Un saludo a todos compañeros

Read more: http://www.lenntech.es/faq-quimica-agua.htm#ixzz1j5NayAzq

domingo, 13 de marzo de 2011

Depuración de las aguas Residuales. Cuidemos nuestros ríos.


1.     ¿Qué es una depuradora de Aguas Residuales?

Bajo la denominación de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas, se agrupan las instalaciones en las que las aguas procedentes de las redes de alcantarillado de las poblaciones o núcleos habitados se someten a tratamiento, con el fin de reducir sus niveles de contaminación hasta cotas aceptables y legales. Normalmente, tras su depuración las aguas son vertidas a cauces públicos o al mar.
El término Estación Depuradora de Aguas Residuales (E.D.A.R.), se puede confundir erróneamente con Estación Depuradoras (E.D.) el cual, a su vez se puede confundir con una Estación de Tratamiento de Agua Potable (E.T.A.P), que comúnmente se llama depuradora. También existen expertos en la meteria que prefieren el término Estación de Tratamiento de Aguas Residuales ( E.T.A.R.),  esto viene de la traducción inglesa del término Wastewater Treatment Plant (WWTP). Dada la variedad de nomenclatura existente para designar este tipo de plantas, se ha decidido establecer como término único y correcto Estación depuradora de Aguas Residuales (EDAR) para designar este tipo de instalaciones.
Es importante destacar que  una EDAR  se debe entender como una fábrica donde llega materia prima (Agua Bruta), y sale un producto (Agua Tratada), y varios subproductos (fangos y gas).
A grandes rasgos, el tratamiento consiste en separar los diversos productos y sustancias de desecho que, bien en suspensión o disolución, arrastran las aguas. Estos productos y sustancias fundamentalmente son: plásticos, grasas, materias orgánicas, metales, arenas, productos químicos, etc. Esto es debido a que, juntamente con los vertidos domésticos, se recogen los variados vertidos de las industrias, que tienen conexión con la red urbana de alcantarillado.
Las instalaciones suelen estar situadas al aire libre y, únicamente cuando se ubican en las proximidades de una población o en su interior, se sitúan bajo techo en edificios de tipo industrial. Es de destacar que el proceso requiere amplias superficies de balsas o depósitos sin cubrir, bien sea en situación elevada o a ras de suelo.
Este tipo de plantas funcionan las 24 horas del día y su proceso está muy automatizado. El personal es reducido en proporción a la magnitud de las instalaciones y sus misiones se reducen a labores de vigilancia, control del funcionamiento, toma de muestras y laboratorio.

1.1 El papel del Ingeniero Químico en la Depuración de Aguas Residuales

El problema de la contaminación del agua es lo suficientemente amplio para ser abordado por técnicos de diferentes disciplinas, sobre todo para lograr que los tratamientos aplicados sean lo más efectivos posibles y supongan un coste mínimo para los ciudadanos.
Hace unos años la mayoría de las aguas residuales eran de origen urbano o doméstico cuya composición no variaba significativamente. En consecuencia los métodos de tratamiento de estas aguas están relativamente normalizados, estos métodos consistían en la construcción de grandes depósitos de hormigón, donde se lleva a cabo una sedimentación o aireación, operación con filtros percoladores, cloración, cribado, etc.
Este problema se ha agravado con la llegada de la industrialización. Como resultado de la gran variedad de procesos industriales, se han comenzado a producir aguas residuales de muy  diverso tipo, lo que requiere tratamientos más complejos. El tratamiento de aguas residuales actualmente lleva consigo tantos procesos de tratamiento, equipos y operaciones unitarias, que se hizo evidente que la ingeniería química debería tener una participación prioritaria en la resolución de los problemas de aguas residuales.
De hecho, incluso las aguas residuales municipales actuales ya no son aguas negras como lo eran antes, sino una combinación de aguas domésticas e industriales, por lo tanto los problemas técnicos y económicos que llevan consigo tales tratamientos requiere de la intervención de ingenieros químicos en el diseño y mantenimiento de estas instalaciones.

1.2 La Necesidad de Depurar las Aguas Residuales.

Se denominan aguas residuales a las aguas que han sido utilizadas en las viviendas, en la industria, en la agricultura y en los servicios, pudiéndose incluir también las que proceden de lluvia y discurren por las calles y espacios libres, por los tejados, patios y azoteas de los edificios.
Cuando un vertido de agua residual sin tratar llega al cauce de un río o al mar produce varios efectos sobre él:
-          Tapiza la vegetación de las riberas con residuos sólidos gruesos que lleva el agua residual, tales como plásticos, restos de alimentos, etc.
-          Acumulación de sólidos en suspensión sedimentables en fondo y orillas del cauce, tales como arenas y materia orgánica.
-          Consumo del oxígeno disuelto que tiene el cauce por descomposición de la materia orgánica y compuestos amoniacales del agua residual.
-          Formación de malos olores por agotamiento del oxígeno disuelto del cauce que no es capaz de recuperarse.
-          Entrada en el cauce de grandes cantidades de microorganismos entre los que pueden haber elevado número de patógenos. Con el riesgo que esto supone para la salud de los seres vivos que entren en contacto con esta agua.
-          Posible aumento de la eutrofización al portar grandes cantidades de fósforo y nitrógeno.
            Con la depuración de las aguas residuales se persigue una serie de objetivos:
-          Reducir al máximo la contaminación y, por lo tanto, proteger el medio ambiente.
-          Mantener la calidad de vida de los individuos.
-          Ahorrar energía.
-          Aprovechar los residuos obtenidos.
Para poner de manifiesto la importancia del saneamiento y depuración de aguas residuales nos vamos a centrar en Madrid, la capital de España, que cuenta con el mejor sistema de saneamiento de aguas negras, teniendo asegurado prácticamente el tratamiento del 100% de las aguas residuales que produce. Para ello, se cuenta con siete depuradoras principales (una octava está en construcción) y con más de 60 secundarias.
Este sistema de saneamiento cuenta con más de 3000 km de red de alcantarillado, de los cuales, el 40% son visitables. Las aguas urbanas son transportadas a los colectores primarios, y de aquí a las EDAR, para tratar al año 530 millones de m3 de agua, a más de 18 m3 por segundo.
Cualquiera de las siete depuradoras principales de Madrid poseen tres líneas básicas para su funcionamiento: agua, fango y gas, pudiendo disponer, en algunos casos, de una línea complementaria de aire destinada a la eliminación de olores.
            En todas estas plantas de tratamiento el proceso de línea de agua comienza por un tratamiento previo de desbaste, desarenado y desengrasado, seguido por el tratamiento primario de decantación. A continuación se realiza el tratamiento secundario, de tipo biológico, por fangos activados en balsas de aireación en las que se inyecta aire por medio de soplantes. Este proceso es seguido por una posterior decantación secundaria y, en caso necesario, ser complementado con un proceso de cloración con el que termina la regeneración del agua residual.
            En la línea de fangos se trata el resultado de los decantadores primarios y secundarios, el cual es espesado y sometido a un proceso biológico de digestión anaerobia. A continuación pasa por un proceso de acondicionamiento químico con reactivos y se procede a su secado mecánico. El fango, ya acondicionado y seco, queda preparado para su retirada y posterior compostaje, que permitirá su utilización como abono agrícola.
            Durante el proceso de digestión de fangos se produce un gas biológico rico en metano que puede alimentar motogeneradores y producir energía eléctrica. En el año 1996 se produjeron 51 millones de Kwh entre todas las plantas de Madrid

1.3  Partes y Funcionamiento de una Estación depuradoras de aguas residules.

Gestionar una EDAR requiere una serie de conocimientos sobre Química, Física, Mecánica, Informática e Ingeniería, por lo que un buen jefe de planta debe de dominar todos y cada uno de estos temas.

Una depuradora básicamente tiene dos líneas, la línea de agua (que es la más conocida), y la línea de fangos (la menos conocida y la más problemática).

A)    Línea de Aguas. Es la parte de la depuradora donde el agua residual se somete a una serie de procesos físicos y biológicos para eliminar la contaminación que lleva.

1)  El agua llega a la estación depuradora a través de un sistema de colectores.
2)  Unas rejas retienen los sólidos más gruesos.

 3)  El agua es impulsada a una cota que le permitirá circular por los diferentes elementos de la planta. 
4)  El pretratamiento termina con el desarenador-desengrasador donde, por procesos mecánicos, sedimentan las arenas y se retiran los flotantes o grasas.
5)  Se separan por medios físicos parte de las partículas en suspensión que contiene el agua. El decantador primario no es más que un depósito donde estas partículas sedimentan por la acción de la gravedad, dichas partículas son retiradas y forman lo que se conoce por el nombre de fangos primarios.

En esta etapa y para ayudar a la eliminación de la materia suspendida se puede realizar un tratamiento físico-químico. Éste consiste en añadir una sustancia química, (un floculante), para facilitar que las partículas se junten y se compacten, de esta forma se obtienen partículas más grandes también llamados flóculos.
6)  Tratamiento Biológico: Se elimina la carga contaminante restante por medios biológicos ya que determinadas bacterias se alimentan de la materia orgánica, tanto disuelta como en suspensión. Para ello necesitamos un depósito llamado reactor biológico y una aportación de oxígeno. 




Sin lugar a dudas este es el proceso más depurativo de todos y donde reside la clave para el buen funcionamiento de una estación depuradora de aguas residuales. También hay que matizar que este proceso no se puede analizar de forma individual, sino que va estrechamente unido al decantador secundario, donde se recirculan parte de las bacterias al reactor para que la concentración de las mismas sea constante.
7) Edificio de soplantes: Desde el edificio de soplantes se aporta el aire al reactor biológico que las bacterias necesitan para poder asimilar la materia orgánica.
 8) Decantador Secundario. Por su peso, los sólidos formados en el reactor se depositan en el fondo del decantador secundario y así se separan del agua. El agua ya limpia vuelve a la naturaleza y continúa su ciclo. 


Como se ha dicho anteriormente el biorreactor y el decantador secundario constituyen lo que se denomina tratamiento de lodos activos y se estudia de forma conjunta.

B)    Línea de Fangos. Los fangos procedentes del tratamiento primario y del tratamiento secundario pasan de ser, en esta línea, de un subproducto inútil a un recurso valioso para aprovechamiento agrícola.
9) Bombeo de fangos primarios. Los fangos decantados en el tratamiento primario son incorporados a la línea de fangos a través del bombeo de fangos primarios. 
10) El bombeo de fangos secundarios está en la cabecera de la línea de fangos. 
11) Espesador de fangos. El barro procedente de los decantadores es aún prácticamente líquido. El primer paso en su proceso es un espesamiento, que por un lado se traduce en un nuevo decantador: el espesador de fangos primarios por gravedad. Una parte de los lodos procedentes de los decantadores secundarios, retorna a la línea de agua en cabecera del proceso biológico. Así se consigue mantener la concentración de bacterias como se citaba anteriormente. 
12) Espesador de fangos por flotación. El resto de los fangos procedentes del tratamiento biológico van a un espesante de fangos secundarios por flotación. Aquí se aumenta la concentración del fango. 
13) Digestor anaerobio. Una vez el barro espesado, pasa al digestor anaerobio donde se reduce la materia orgánica presente. 


En esta etapa se llevan a cabo dos funciones principales: generación de gas metano y eliminación de los agentes patógenos contenidos en los fangos. Esta etapa es importante porque si no se realiza correctamente y los agentes patógenos permanecer en el fango, éste no podrá ser empleado como abono agrícola y tendremos que pagar por enviar el fango a vertedero o incluso depósitos de seguridad.
14) Tanques de Gas. La digestión anaerobia viene acompañada por una liberación de gas metano que, en el caso de plantas grandes se puede aprovechar como fuente de energía. Este gas se acumula en el gasómetro. 


15) Si hay exceso de gas, al no poder liberarlo a la atmósfera, dispondremos de una antorcha que nos permitirá quemarlo. 

16) El fango digerido pasa al depósito de almacenamiento de fangos, donde se acumula para alimentar el proceso de deshidratación. 
17) En el edificio de deshidratación de fangos, se elimina la máxima parte de agua posible, para hacer el barro menos voluminoso y más económico de transportar. Hay procedimientos diversos: los principales son el filtro banda, filtros prensa o centrífugas. 

18) Una vez deshidratados, los fangos pasan a un silo desde donde son enviados a su destino definitivo, agricultura, jardinería, construcción, etc.