2.2.4.1 Metodo de tratamiento de agua de usos industriales

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
INGENIERÍA QUÍMICA
2.2.4.1
METODOS DE TRATAMIENTO DE AGUA USOS
INDUSTRIALES
Se emplean muchos métodos y combinaciones de ellos, pero todos abarcan
tres procesos básicos: a) Tratamiento físico, b) Tratamiento químico y c)
Tratamiento fisicoquímico.
TRATAMIENTO FÍSICO
El tratamiento físico abarca los procesos mediante los cuales las impurezas se
separan del agua sin producirse cambios en la composición de las sustancias.
TRATAMIENTO QUÍMICO
El tratamiento químico es uno de los procesos en los que la separación de las
impurezas del agua implica la alteración de la composición del material
contaminante.
TEMPERATURA DEL AGUA
La temperatura del agua es importante porque regula el diseño del equipo y los
balances de calor de muchos procesos químicos. En la mayoría de los lugares la
temperatura del agua de superficie tiende a seguir la temperatura atmosférica a lo
largo del año. El agua de pozo profundo, por lo tanto, es mejor que el agua
superficial para los cambiadores de calor, ya que su temperatura es más uniforme.
REQUISITOS PARA EL AGUA EN LAS INDUSTRIAS QUÍMICAS
1. Disponibilidad de agua subterránea y de superficie, y la fluctuación de la
cantidad, calidad y temperatura con las estaciones del año.
2. Calidad del agua mediante análisis microscópicos y bacteriológicos.
3. Contaminación existente o prevista por influencia de los desperdicios
industriales o domésticos.
4. Evaluación de los requerimientos futuros para los diversos servicios con objeto
de prevenir una expansión futura.
5. Disponibilidad y costo del agua municipal comparada con el desarrollo de una
fuente privada de suministro.
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AGUA PARA LA GENERACION DE VAPOR
La revolución industrial se baso en el uso del agua como medio para convertir en
trabajo mecánico la energía.
Aun que los combustibles fósiles pueden ser remplazados por energía nuclear, la
producción de vapor a partir del agua parece que conservara.
Cuando el agua se convierte en vapor, las sustancias disueltas en el agua sufren
algunos de estos tres efectos:
1.- Se concentra en el agua como sólidos disueltos.
2.- Se precipita y forman depósitos o incrustaciones en las superficies en
Donde tiene lugar la ebullición.
3.- Son arrastradas por el vapor y transportadas al recalentador y al
Equipo que finalmente recibirá el vapor. Al mismo tiempo, el agua
Esta reaccionando continuamente con el acero.
El acondicionamiento tiene por objeto disminuir el costo de la generación de
vapor evitando descomposturas del equipo y reduciendo el trabajo de
mantenimiento.
El agua, es el fluido de trabajo principal en los sistemas de vapor y una de las
sustancias naturales más abundantes.
Por consiguiente existen 2 grupos principales de abastecimientos de agua
que son superficiales y subterráneas. En los primeros se encuentran los ríos,
corrientes, arroyos, lagos y almacenamientos, en los segundos los pozos y
manantiales.
El vapor de agua en las nubes es bastante puro, pero una vez que la lluvia
cae a través de la atmósfera recoge polvo y gases, y una vez en el suelo recoge
impurezas de este. Los abastecimientos
superficiales contienen materia
suspendida erosionada de los bancos de un rió como lodo, basura, y turbiedad,
rocas, así como materia orgánica y color de aguas negras, desechos industriales y
vegetación muerta.
Los abastecimientos subterráneos, por del efecto filtrante en la percolacion
a través del terreno generalmente se encuentran libres de material sólido
suspendido y bajo su contenido orgánico, pero debido a la presencia de gases y al
mayor contacto con el suelo y rocas en su mayor parte contienen mas materia
disuelta que los abastecimientos superficiales.
La naturaleza de esta materia disuelta depende de la composición de las
rocas en contacto. Por ejemplo, la dureza (calcio y magnesio) proviene de calizas
y yeso; sílice del cuarzo, hierro y manganeso de los constituyentes metálicos del
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suelo. Generalmente los pozos profundos se encuentran mas mineralizados que
los pozos superficiales o someros.
A pesar de su mayor contenido de sólidos disueltos, las aguas de los pozos
tienen la ventaja de mayor claridad y menor contaminación bacterial, lo que los
hace más propias para usos potables. También son de menor temperatura lo que
los hace preferible para enfriamiento. Aun más, su composición química es más
constante que la de los abastecimientos superficiales la que varía con la lluvia, y
esto facilita el control de su tratamiento.
Los abastecimientos superficiales en varios lugares tienen la ventaja de su
disponibilidad en gran cantidad. Las aguas de los lagos o almacenamientos
generalmente; son más claras que las de los ríos, debido a la sedimentación de la
materia suspendida. Sin embargo el fondo de estos cuerpos de agua pueden
agitarse durante las tormentas, cerca de la orilla, lo que aumenta la turbiedad. Así
como cambios de la misma, aumentando la concentración de sólidos en
suspensión y sedimentación.
El agua de enfriamiento empleada en los laboratorios deberá reunir
determinadas características en lo que respecta a concentración y tipos de
compuestos que normalmente le acompaña, sin embargo, es necesario hacer
notar que dichos compuestos son característicos de las fuentes de suministro y de
la época del año.
GENERACION DE ENERGIA
USOS INDUSTRIALES:
El vapor de agua se emplea en diversas aplicaciones, tales como:
 Refinación del petróleo y en la industria química
 Elaboración de bebidas (cerveza, jugos de fruta, etc.)
 Pasteurización de la leche.
 Cocción de los alimentos
 Todo tipo de esterilización en hospitales y clínicas
 Tratamiento de la ropa blanca (lavado, blanqueo, planchado).
 Destilación de los productos de recuperación de las tintas de imprenta.
 Humidificación del aire
 Deshidratación de cereales.
 Acondicionamiento de gases, etc.
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ETAPAS FUNDAMENTALES DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA
LA POTABILIZACION DEL AGUA
DESARENADORES: Estos sirven para eliminar la grava y piedrecillas que
arrastran el agua, son de forma rectangular, constituido por canales o estanques
que permiten reducir la velocidad del agua, para que sedimenten las partículas
pétreas y arena fina del tamaño para las cuales fue proyectado el desarenador, los
que disponen de desagües para desalojarlos. Estos desarenadotes permiten un
tiempo de retención de 15 minutos y velocidad del agua de 0.10 m/seg., para que
decante la arena fina hasta de 0.1 mm. De diámetro.
PREDECANTADORES: Son utilizados para el agua turbia que requieren
clarificación a fin de no recargar las otras unidades de la planta. Estos son de
forma rectangular con dimensiones que permiten un periodo de 1:30 o 2:30 horas.
AIREACION: Los objetos específicos de la aireación son; la remoción de olor y
sabor, debido a algas, materia orgánica, ácido sulfúrico, coloración de agua hierro
y magnesio; la remoción de gases disueltos, anhídrido carbónico, CO2 parte del
cloro si hay supercoloración; adición de gases, oxigeno, ozono.
Esta permite mejorar las características físicas y químicas de agua mediante el
intercambio de gases y otras sustancias volátiles con el aire.
La aireación artificial puede lograrse por cualquiera de los procedimientos
siguientes:
1. AIREADORES GRAVITACIONALES; los que se hacen mediante, cascadas
o planos inclinados, perillas o planchas perforadoras con el material tratante
(carbón, piedra) o sin el.
2. AIREADORES DE INYECCION O DIFUSION: en los que se inyecta el aire
por el fondo del tanque en forma de burbujas que se desplazan a través del
líquido.
3. AIREADORES DE ROCIADO POR PRESION: Pueden ser de dos tipos; de
orificios en las tuberías y de fuente llamado a veces de boquilla.
4. AIREADOR AER-O-MIX. Es un tipo de aireador que a la vez mezcla
sustancias químicas.
Sin la aireación no es efectiva la eliminación de olores y sabores, se puede usar
supercoloración o carbón activado.
COAGULACION: El objeto de la coagulación es hacer posible la sedimentación de
partículas finamente divididas o en estado coloidal, mediante el agregado de
sustancias químicas llamadas coagulantes que tienen la virtud de reunir dichas
partículas en grumos o folículos que sedimentan por acción de la gravedad o son
eliminados por los filtros rápidos de arena.
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ESTE PROCESO ABARCA TRES FASES:
1. Agregado de coagulante
2. Mezcla o difusión, etapa en la que el coagulante disuelto se dispersa
rápidamente y en forma turbulenta en el agua cruda.
3. Floculación, proceso que comprende una agitación lenta del agua por un
periodo relativamente largo, durante el cual las partículas finamente
divididas o al estado coloidal van neutralizándose, juntándose o
aglomerándose para formar un floculo hidratado de tamaño tal que
pueda sedimentarse por gravedad.
Los gases coagulantes que operan son sales de metales que producen hidróxidos
gelatinosos e insolubles en el agua, como sulfato de aluminio, aluminato de sodio,
sulfato ferrico. Algunas veces requieren sustancias alcalinas como carbonato de
sodio, cal, sosa cáustica.
Para una buena coagulación debe ajustarse el agua al ph adecuado, utilizar el
minino de coagulante posible, dar el tiempo necesario para tener, un floculo bien
formado, permitir un contacto del prolongado del agua con el coagulante.
La coagulación permite:

Remover los coloides, color del agua, la materia orgánica y los
compuestos oxidados de fierro o manganeso así como los coloides
precipitables de CaCO3.

Remover la materia en suspensión (turbiedad), bacterias y
organismos microscópicos.

Remover por absorción algunas sustancias disueltas.
SEDIMENTACION.- Esta tiene por objeto precipitar la materia en suspensión y los
flóculos formados por los coagulantes con el fin de que el agua pase con el
mínimo de turbiedad posible a los filtros y estos se puedan operar a su máxima
intensidad posible. Los factores que afectan la sedimentación de las partículas son
el diámetro y densidad de las partículas; viscosidad y densidad del agua. Los
tanques pueden ser rectangulares con fondos planos, en declive o en forma de
tolva.
Lo fundamental es que el escurrimiento se haga a una velocidad uniforme con un
periodo de retención suficiente para que los flóculos puedan sedimentarse. Las
profundidades de los tanques varían de 1.8 a 7.50m. Y como termino medio
4.85m. En climas es recomendable una profundidad media de 3.65 m. Y en climas
de 4.70 m. A 6.0 m.
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FILTRACION: Se define como el proceso por el cual se separa la materia
suspendida mediante el paso del agua a través de una capa porosa, generalmente
arena, que detiene las partículas en suspensión. Su objetivo es remover la
turbiedad y el color permanente en el agua que a sido sometida a proceso
preliminar, con un alto contenido de bacterias. La turbiedad generalmente se
reduce a menos 1 ppm en el efluente y la reducción bacterial puede llegar a 99%
LOS FILTROS DE ARENA SON DE DOS TIPOS:
LOS FILTROS LENTOS DE ARENA: Se utilizan para el tratamiento de las aguas
ligeramente turbias y por regla general sin coagulación tienen un alto rendimiento
bacteriano y elimina en cierta proporción el sabor y el olor, debido a la actividad
biológica del filtro que modifica en algunas formas la materia orgánica, en la
actualidad estos son obsoletos a las grandes superficies que demandan.
LOS FILTROS RAPIDOS: Precisan agua pretratada, la coagulación y
sedimentación deben considerarse como procesos esenciales previos a la
filtración rápida. La filtración rápida se usa para mejorar la calidad del agua desde
el punto de vista de la turbiedad, bacteriana y parasitaria y en parte para eliminar
color, olor y sabor.
DESINFECCION: La desinfección se lleva acabo por medio de la coloración.
Aunque el agua superficial sea aireada, sedimentada y filtrada puede contener
microorganismos patógenos a menos que sea desinfectada continuamente para
destruirlos. Todos los procedimientos de esterilización debe ser comprobado
mediante análisis bacteriológicos, para cerciorarse de su eficacia. Hay que señalar
que la desinfección es matar los organismos vivos.
El cloro y sus compuestos se usan generalmente para desinfectar, la rapidez de
esta depende de la concentración del agente desinfectante y del tiempo de
contacto, cuando estos compuestos de cloro se usan el poder oxidante del
producto expresado se denomina “cloro disponible o cloro útil”.
Lo que influye principalmente en la desinfección es la concentración del agente y
el tiempo de contacto, considerándose también la temperatura y el ph.
En grandes instalaciones la desinfección se consigue con el uso de cloro líquido,
el cual al disminuir la presión se transforma en cloro gaseoso. Este se mezcla con
el agua por medio de un clorador, en forma de solución; los cloradores mas
utilizados son los de solución liquida, en virtud de su mayor capacidad, flexibilidad
de regularización o instalación y adaptabilidad a muy diversos requisitos. Los
cloradores provistos de bomba pueden ajustarse para alimentar la solución
clorada a velocidad conveniente, inyectando la solución contra presión.
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CUESTIONARIO
Existen dos grupos principales de abastecimiento de agua que son superficiales y
subterráneas. En los primeros se encuentran ríos, lagos, arroyos y
almacenamientos. En los segundos los pozos y manantiales. Los abastecimientos
subterráneos generalmente el agua se encuentra libre de material sólido
suspendidos y bajo en contenido orgánico pero es de mayor dureza (calcio y
magnesio) y sílice de cuarzo, manganeso y hierro.Los abastecimientos
superficiales el agua es menos clara ya que pueden agitarse durante las
tormentas lo que aumenta la turbiedad.
Cuando el agua se convierte en vapor en una caldera, las sustancias disueltas en
el agua sufren alguno de estos tres efectos:
1) Se concentra en el agua que contiene la caldera como sólidos disueltos, la
cual debe purgarse continuamente y desecharse.
2) Se precipitan o forman incrustaciones en las superficies en donde tiene
lugar la ebullición.
3) Son arrastrados por el vapor que sale de la caldera y transportadas al
precalentador y al equipo que finalmente recibirá el vapor. Al mismo tiempo
el agua esta reaccionando continuamente con el acero formando corrosión.
“ETAPAS FUNDAMENTALES DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO PERA
LA POTABILIZACION DEL AGUA”.
 DESARENADORES.- Estos sirven para eliminar la grava y piedrecillas así
como partículas pétreas y arena fina que son arrastradas por el agua.
 PREDECANTADORES.- Son utilizados para el agua turbia que requiere
clarificación.
 AIREACION.- El objetivo principal de la aireación es la remoción de olor y
sabor, debido a algas y materia orgánica.
 COAGULACION.- El objeto de la coagulación es hacer posible la
sedimentación de partículas finamente divididas o en estado coloidal
mediante sustancias químicas llamadas coagulantes reuniendo las
partículas en grumos o floculo.
 SEDIMENTACION.- Esta tiene por objeto precipitar la materia en
suspensión y los floculo formados con los coagulantes con el fin de que el
agua pase con el mínimo de turbiedad.
 FILTRACION.- Es un proceso en el cual se separa la materia suspendida
mediante el paso del agua a través de una materia porosa generalmente
arena. Su objetivo es remover la turbiedad y el color remanente en el agua.
 DESINFECCION.- La desinfección se lleva acabo por medio de la cloración
para eliminar microorganismos patógenos.
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