universidad tecnológica de querétaro

Universidad Tecnológica
de Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnológica de
Querétaro
Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad
Tecnológica de Querétaro, o=Universidad Tecnológica de
Querétaro, ou, [email protected], c=MX
Fecha: 2011.03.08 12:07:50 -06'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
QUERÉTARO
Voluntad. Conocimiento y Servicio
Reporte de Estadía para obtener el título de:
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
TECNOLOGÍA AMBIENTAL
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
DISEÑO PROTOTIPO DE TRATAMIENTO
FISICOQUÍMICO PARA AGUA JABONOSA
PRESENTA: C. MA. DE LA LUZ RUBIO MÁRQUEZ
SANTIAGO DE QUERÉTARO, QRO., 12 DE FEBRERO DEL 2011.
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
QUERÉTARO
Voluntad. Conocimiento y Servicio
Reporte de Estadía para obtener el título de:
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
TECNOLOGÍA AMBIENTAL
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
DISEÑO PROTOTIPO DE TRATAMIENTO
FISICOQUÍMICO PARA AGUA JABONOSA
PRESENTA: C. MA. DE LA LUZ RUBIO MÁRQUEZ
SANTIAGO DE QUERÉTARO, QRO., 12 DE FEBRERO DEL 2011.
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Voluntad. Conocimiento y Servicio
Reporte de Estadía para obtener el título de
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
TECNOLOGÍA AMBIENTAL
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
DISEÑO PROTOTIPO DE TRATAMIENTO
FISICOQUÍMICO PARA AGUA JABONOSA
PRESENTA: C. MA. DE LA LUZ RUBIO MÁRQUEZ
M. en C. Rosalinda Camacho Olguín
ASESOR DE LA EMPRESA
M. en C. Rosalinda Camacho Olguín
ASESOR UTEQ
SANTIAGO DE QUERÉTARO, QRO., 12 DE FEBRERO DEL 2011
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AGRADECIMIENTOS
La investigación es el inicio de una aventura en busca de nuevos conocimientos y
experiencias.
Agradezco plenamente el apoyo brindado por la M. en C. Rosalinda Camacho Olguín
quien compartió sus conocimientos técnicos-científicos, experiencia, trabajo y tiempo,
que contribuyeron a que esta investigación se llevará a cabo con calidad. Gracias
Rosalinda Camacho por haberme enseñado que en la investigación las respuestas
las tiene que buscar uno mismo.
Agradezco el apoyo de la I.Q. María Celia Orta Galindo que siempre estuvo
disponible cuando necesitaba de las instalaciones.
Agradezco a todas aquellas personas que me dedicaron un poco de su tiempo para
ayudarme a resolver mis dudas, compartiendo sus conocimientos.
Es de agradecer a los maestros de Tecnología Ambiental que también contribuyeron
en mi formación académica durante estos dos años en los cuales me preparé para
salir al campo de trabajo.
También agradezco a la Universidad Tecnológica de Querétaro que me brindó sus
instalaciones con disponibilidad para realizar las investigaciones necesarias para
concluir este proyecto.
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DEDICATORIAS
Este proyecto se lo dedico a mi familia que en todo momento me han apoyado y han
confiado en mí.
Para mí es importante hacer mención de mis padres, Miguel y Teresa por los cuales
siento gran admiración, si no fuera por ellos no estaría donde estoy ahora; y de mi
hermana Odorica que ha sido un ejemplo para mí.
La realización de los sueños se consigue luchando sin descanso, sin desistir, sin
dejar de creer en uno mismo.
Mis amigos de francés así como mis maestras Mari, Pati y Susi también tienen un
lugar importante en mi formación académica, fueron partícipes durante el tiempo que
estuve en el proyecto de Movilidad a Francia, siempre confiaron en mí.
No logre mi anhelo de calificar para mi estancia en Francia, sin embargo, soy y seré
una luchadora incansable, esta fue solo una meta de tantas que me faltan por vivir,
como dice Paulo Coelho, el secreto de la vida está en caerse siete veces y
levantarse ocho.
A todas aquellas personas que confían en mí, en lo que soy y en lo que puedo llegar
a ser, sólo me queda decirles: “gracias”.
“Toda experiencia es aprendizaje”
8
INTRODUCCIÓN
Actualmente las descargas de aguas residuales en cuerpos de agua y bienes
nacionales es un asunto crítico ya que provoca la contaminación y pérdida de éstos,
significando un problema de salud y ambiental. Hoy en día el uso excesivo de
detergentes se ha convertido en un inconveniente, el agua gris o jabonosa contiene
sustancias difíciles de degradar biológicamente lo cual provoca la contaminación por
eutrofización dañando las plantas y la vida acuática.
Una alternativa en el tratamiento de aguas jabonosas es el proceso fisicoquímico que
consiste en remover con ayuda de coagulantes principalmente sales metálicas y/o
polielectrolitos, los sólidos suspendidos o disueltos que poseen y de esta manera, la
carga orgánica potencialmente peligrosa para la salud.
El presente proyecto pretende evaluar el funcionamiento de la propuesta del
prototipo para el tratamiento fisicoquímico del agua jabonosa, utilizando como
coagulante sulfato de calcio que además de contribuir a clarificar el agua residual
también es utilizado como mejorador de suelos.
9
ÍNDICE
Agradecimientos .......................................................................................................... 7
Dedicatorias ................................................................................................................ 8
Introducción ................................................................................................................. 9
CAPÍTULO 1
ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA
1.1 Antecedentes de la empresa ............................................................................... 15
1.2 Misión .................................................................................................................. 16
1.3 Visión................................................................................................................... 16
1.4 Políticas y valores................................................................................................ 16
1.5 Valores institucionales ......................................................................................... 16
1.6 Clientes ............................................................................................................... 17
1.7 Ubicación............................................................................................................. 17
CAPÍTULO 2
DEFINICIÓN DEL PROYECTO
2.1 Antecedentes ...................................................................................................... 20
2.2 Definición del problema ....................................................................................... 21
2.3 Justificación ......................................................................................................... 21
2.4 Objetivos ............................................................................................................. 21
CAPÍTULO 3
MARCO TEÓRICO
3.1 Detergentes ......................................................................................................... 23
3.1.1 Composición ..................................................................................................... 27
3.1.2 Anatomía de los detergentes ............................................................................ 28
3.1.3 Los detergentes y la biodegradabilidad ............................................................ 42
3.1.4 Estudio realizado a lavadoras de ropa en el consumo de agua ....................... 43
3.2. Tratamiento fisicoquímico ................................................................................... 46
3.2.1 Coloides ........................................................................................................... 46
3.2.3 Propiedades de los coloides ............................................................................. 48
3.2.4 Propiedades cinéticas ...................................................................................... 48
3.2.4.1 Propiedad óptica Tyndall-Faraday ................................................................. 50
3.2.4.2 Propiedad de superficie: adsorción ............................................................... 51
3.2.4.3 Propiedad electrocinética: electroforesis ....................................................... 51
3.2.5 Teoría de doble capa........................................................................................ 52
3.3 Coagulación ........................................................................................................ 55
3.3.1 Tipos de coagulación........................................................................................ 56
3.3.2 Floculación ....................................................................................................... 57
10
3.3.3 Coagulantes ..................................................................................................... 57
3.3.4 Perjuicios del aluminio a la salud...................................................................... 61
3.3.5 Ventajas y desventajas en el uso de sulfato de aluminio y sulfato de calcio
como coagulante. .................................................................................................. 63
3.4 Ensayo de laboratorio método “prueba de jarras” ............................................... 64
3.4.1 Descripción del equipo de prueba de jarras ..................................................... 64
3.4.2 Sistemas de dosificación .................................................................................. 64
3.4.3 Sistema de agitación ........................................................................................ 65
3.4.4 Sistema de toma de muestra ............................................................................ 66
3.4.5 Iluminación ....................................................................................................... 66
3.4.6 Coagulación del color ....................................................................................... 67
3.4.7 Coagulación de color y turbiedad ..................................................................... 67
3.4.8 Determinación de dosis óptima ........................................................................ 67
3.5 Sistemas de filtración .......................................................................................... 67
3.5.1 Medios filtrantes de uso común ........................................................................ 73
CAPÍTULO 4
DESARROLLLO DEL PROYECTO
4.1 Etapas del desarrollo del proyecto ...................................................................... 79
4.2 Desarrollo del proyecto........................................................................................ 80
4.2.1 Definición del proyecto ..................................................................................... 80
4.2.2 Investigación teórica ......................................................................................... 80
4.2.3 Caracterización del agua cruda ........................................................................ 80
CAPÍTULO 5
RESULTADOS Y CONCLUCIONES
5.1 Resultados .......................................................................................................... 89
5.1.1 Resultados de la remoción de los contaminantes en el agua tratada............... 89
5.2 Conclusiones ....................................................................................................... 95
CAPÍTULO 6
6.1 Glosario. .............................................................................................................. 98
6.2 Bibliografía ................................................................................................... …..101
6.3 Anexos……………………………………………………………………………….…102
11
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura.1.0 - Mapa de ubicación de la Universidad Tecnologica de Queretaro .......... 18
Figura. 3.0.- Accion secuestrante de dos mejoradores inorgánicos .......................... 31
Figura. 3.1.- Agentes mejoradores secuestrantes orgánicos .................................... 32
Figura. 3.2.- Grupos de amidoaminas ....................................................................... 34
Figura. 3.3.- Algunos mejoradores ópticos fluorescentes .......................................... 39
Figura. 3.4.- Algunos perfumes usados en detergentes y jabones y sus precursores
térpenicos .............................................................................................................. 40
Figura. 3.5.- Configuración esquemática de la doble capa eléctrica ......................... 53
Figura. 3.6.- Modelo de la doble capa difusa de Estern-Gouy................................... 54
Figura. 3.7.- Equipo de Prueba de Jarras.................................................................. 65
Figura. 4.0.- Etapas de desarrollo del proyecto ......................................................... 79
Figura. 4.1.- Muestra de agua cruda ......................................................................... 80
Figura. 4.2.- Sedimentación después del periodo de coagulación ............................ 87
Figura. 4.3.- Sedimentación después de 36 horas .................................................... 87
Figura. 5.0.- Diagrama de diseño para el prototipo de tratamiento de aguas
jabonosas con capacidad para 200L ..................................................................... 92
Figura. 5.1.- Diagrama de diseño para el prototipo de tratamiento de aguas
jabonosas con capacidad para 100L ..................................................................... 93
Figura. 6.0.- Prueba de Jarras................................................................................. 102
Figura. 6.1.- Diagrama de proceso del prototipo de tratamiento de aguas jabonosas
diseño 1 ............................................................................................................... 103
Figura. 6.2.- Diagrama de proceso del prototipo de tratamiento de aguas jabonosas
diseño 2 ............................................................................................................... 104
Figura. 6.3.- Filtro lento de arena ............................................................................ 105
Figura. 6.4.- Filtro utilizado ...................................................................................... 106
12
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 3.0.- Algunos policarboxilatos .......................................................................... 31
Tabla 3.1.- Estudio realizado a diferentes marcas de lavadoras ............................... 44
Tabla 3.2- Efecto al disminuir el tamaño de las partículas ........................................ 47
Tabla 3.3.- Características de los coloide.................................................................. 48
Tabla 3.4.- Composición del sulfato de calcio .......................................................... 61
Tabla 3.5.- Tiempo y velocidad para prueba de jarras .............................................. 66
Tabla 4.0.- Concentraciones de coagulante .............................................................. 85
Tabla 5.0.- Caracterización del agua cruda ............................................................... 89
Tabla 5.1.- Resultados de la eficiencia de remoción del agua tratada ...................... 90
Tabla 5.2.- Costos de prototipo diseño1 .................................................................... 91
Tabla 5.3.- Costos de prototipo diseño2 .................................................................... 94
Tabla 5.4.- Horas hombre empleadas para la instalacion del prototipo diseño1 ...... 94
Tabla 5.5.- Horas hombre empleadas para la instalacion del prototipo diseño2 ...... 94
13
CAPÍTULO 1
ASPECTOS GENERALES DE LA
EMPRESA
14
CAPÍTULO 1
1. ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA
1.1
ANTECEDENTES DE LA EMPRESA
La historia de la Universidad Tecnológica de Querétaro (UTEQ) es breve pero
enriquecedora, ya que a lo largo de dieciséis años de trayectoria en nuestra entidad,
ésta se ha consolidado como una Institución Educativa de calidad que ofrece una
formación profesional, cuyo distintivo es la estrecha relación con el sector productivo.
La UTEQ tras una serie de estudios de factibilidad, comienza sus labores docentes
en septiembre de 1994, iniciando la formación de 146 alumnos en las áreas de
Administración,
Comercialización,
Mantenimiento
Industrial
y
Procesos
de
Producción. Trabajando en aulas prestadas por diversas instituciones de educación
superior del estado. El 4 de septiembre de 1994 se inició la construcción de sus
propias instalaciones en una extensión de 25 hectáreas ubicadas en la Colonia San
Pedrito Peñuelas.
Se imparten ocho carreras, a las cuatro primeras se sumaron las de Electrónica y
Automatización, Tecnologías de la Información y Comunicación, Tecnología
Ambiental y más recientemente Servicio Posventa: Área Automotriz, todas avaladas
por la preparación profesional y curricular del cuerpo docente, en su mayoría con
estudios de maestría y doctorado en áreas afines a las materias que imparten y en
los atributos del modelo educativo, mismo que incluye actividades culturales y
deportivas para la formación integral del estudiantado.
Actualmente se imparten seis carreras de ingeniería con un modelo de
competencias: Ing. Tecnologías de la Información y Comunicación, Ing. Ambiental,
Ing. Tecnologías de la Automatización, Ing. Procesos y Operaciones Industriales, Ing.
Mantenimiento Industrial, Ing. en Innovación y Desarrollo Empresarial, a éste se
agrega la nueva carrera de Técnico Superior Universitario en Energías Alternas y la
15
transformación de Electrónica y Automatización a Mecatrónica y Servicio Posventa
Automotriz a Desarrollo de Negocios.
1.2
MISIÓN
Ofrecer programas de educación superior en la modalidad de Técnico Superior
Universitario, así como servicios tecnológicos y educación continua; vinculándonos
con los sectores productivo y social, con el fin de promover la cultura científica y
tecnológica e impulsar el desarrollo del país.
1.3
VISIÓN
Ser líder por la calidad de los programas educativos, los servicios tecnológicos y
educación continua, que desarrollamos y ofrecemos, con reconocimiento nacional e
internacional.
1.4
POLÍTICAS Y VALORES
Política de Calidad
En la Universidad Tecnológica de Querétaro nos comprometemos a formar Técnicos
Superiores Universitarios que cumplan con los planes y programas de estudio, así
como ofrecer servicios tecnológicos y de educación continua, con el fin de atender y
satisfacer los requerimientos de alumnos, egresados y de los sectores productivo y
social, mediante el Sistema de Gestión de la Calidad y la mejora de los procesos que
lo integran.
1.5
VALORES INSTITUCIONALES

Responsabilidad

Respeto

Honestidad

Compromiso Institucional

Espíritu de Servicio
Así como los siguientes objetivos estratégicos Institucionales:
16
1. Ofrecer programas educativos de calidad en el nivel de Técnico Superior
Universitario a través de la impartición de Planes y Programas de Estudio
actualizados y pertinentes con las necesidades de los sectores productivo y
social, haciendo énfasis en la formación integral de los alumnos.
2. Promover la vinculación de los alumnos, egresados y en general los
Programas Educativos de la Universidad con los sectores productivo y social
con el fin de impulsar una cultura científica y tecnológica.
3. Desarrollar la planeación estratégica que permita orientar el rumbo de la
universidad, estableciendo los mecanismos de dirección para asegurar el
cumplimiento de los objetivos planeados; asimismo difundir los resultados
alcanzados.
4. Asegurar la adecuada administración de los recursos financieros, la gestión de
los recursos humanos necesarios y competentes para desempeñar las
funciones académicas y de administración en la Universidad, así como la
provisión de los recursos materiales y servicios requeridos para la operación
institucional.
1.5
CLIENTES
Alumnos y sociedad en general.
1.6
UBICACIÓN
La Universidad Tecnológica de Querétaro está localizada en Av. Pie de la Cuesta
s/n, Col. San Pedrito Peñuelas. C.P. 76148, Querétaro, Qro. Teléfonos: +52(442)209
61 00 al 04 Fax: +52(442)209 61 32 (ver figura 1).
17
Figura. 1.0.- Mapa de ubicación de la Universidad Tecnológica de Querétaro.
18
CAPÍTULO 2
DEFINICIÓN DEL PROYECTO
19
CAPÍTULO 2
2.
DEFINICIÓN DEL PROYECTO
2.1
ANTECEDENTES
Los detergentes se han asociado desde siempre con problemas medioambientales.
Ya antes de que aparecieran los sintéticos, el jabón tenía el problema de que, en
aguas muy duras, se combina con el calcio y deja una película insoluble en la
superficie del agua. En la década de 1960 se introdujeron leyes para limitar la gran
cantidad de espuma que generaban los detergentes sintéticos.
La utilización extensiva de fosfatos, fosfonatos o percarboxilatos como potenciadores
en formulaciones detergentes ha producido un nuevo tipo de contaminación de
aguas llamada eutroficación. Este fenómeno proviene del enriquecimiento excesivo
de las aguas en fitonutrientes, el cual resulta en un crecimiento abundante de las
algas y otras plantas, lo que agota el oxígeno disuelto y acaba con la fauna acuática.
Este tipo de contaminación, que había sido observado hace varias décadas cerca de
la salida de aguas negras conteniendo materias orgánicas, se ha vuelto incontrolable
en ciertos casos por la acción fertilizante adicional de los fosfatos proviniendo del uso
extensivo de detergentes.
Hoy en día se utiliza una gran cantidad de detergentes, las amas de casa son las
principales consumidoras de tal producto, por lo tanto son las que más contaminan,
un ejemplo muy claro, tan solo cuando lavan la ropa, el fabricante estipula una
cantidad a utilizar, pero la ama de casa siempre utiliza un poco más de lo que se
recomienda.
2.2
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
El consume excesivo de agua en el lavado de ropa y su inminente contaminación al
adicionar substancias que coadyuven a la limpieza, hace necesario diseñar un
20
prototipo de tratamiento, sencillo de fácil operación para que la propia ama de casa lo
pueda operar.
2.3
JUSTIFICACIÓN
Con el uso de la lavadora ha habido un incremento impresionante en la demanda de
agua potable, así como el consumo de detergentes, México es un país que tiene
problemas de escasez de este recurso. Para contribuir en una pequeña parte a
solucionar dicho problema de escasez se realiza una propuesta de prototipo de
tratamiento fisicoquímico al agua jabonosa utilizando como coagulante el sulfato de
calcio ( CaSO4 2H 2 O ) (Betancourt, 2009), el agua así tratada podrá reutilizarse en el
lavado de ropa o aprovecharla en el riego de áreas verdes, riego agrícola, riego de
hortalizas, lavado de pisos, la calidad de ésta con apego a la normativa vigente en
materia de agua para dicho uso.
La presente investigación promoverá el uso de la propuesta del prototipo para el
tratamiento fisicoquímico de aguas jabonosas que coadyuvara a disminuir el
consumo de agua a través del re-uso del preciado líquido.
2.4 OBJETIVOS
Objetivo general
Evaluar el funcionamiento de la propuesta del prototipo para el tratamiento
fisicoquímico del agua jabonosa.
21
CAPÍTULO 3
MARCO TEÓRICO
22
CAPÍTULO 3
3. MARCO TEÓRICO
El agua es uno de los compuestos más abundantes en la naturaleza y cubre
aproximadamente las tres cuartas partes de la superficie de la tierra. Sin embargo,
en contra de lo que pudiera parecer, diversos factores limitan la disponibilidad del
agua para uso humano. Más del 97% del agua total del planeta se encuentra en los
océanos y otras masas salinas, y no están disponibles para casi ningún propósito.
Del 3% restante, por encima del 2% se encuentra en estado sólido, hielo, resultando
prácticamente inaccesible (Clair N. Sawyer, Perry I. Mccarty, F. Parkin, 2001).
El agua es una de las sustancias necesarias para el sostenimiento de la vida y desde
hace mucho tiempo se sabe que la contaminación de ésta es la fuente de muchas
enfermedades humanas. No fue sino hasta hace 150 años que se comprobó
definitivamente que la transmisión de algunas enfermedades se da a través del agua.
Las fuentes de agua (superficiales y subterráneas) se han venido contaminando cada
vez más debido al aumento de la actividad industrial y agrícola, es por eso que los
sistemas de tratamiento para depurar las aguas residuales son un factor importante
en lo que respecta a la salud pública (Kiely Gerard, 1999).
En los últimos 70 años se ha triplicado la población mundial y el uso del agua se ha
multiplicado por seis, como resultado del desarrollo industrial y del mayor uso del
riego. Más recientemente, el uso de agua per cápita se ha estabilizado, de modo que
el consumo total de agua está aumentando a un ritmo aproximadamente igual al del
aumento de la población. Se ha calculado que para satisfacer las necesidades de
agua de 77 millones de personas que se agregan cada año a la población mundial se
requiere una cantidad de agua aproximadamente igual al caudal del río Rin. Pero la
cantidad de agua dulce disponible no ha cambiado (FNUAP,2001).
En todo el mundo, se utiliza cada año un 54% del agua dulce disponible. Si el
consumo por persona permaneciera invariable, hacia el 2025 se podría estar
utilizando un 70% del total, solamente en función del aumento de la población. Si el
23
consumo per cápita en todos los países del mundo llegara al nivel de los países más
desarrollados, hacia el 2025 se podría estar consumiendo un 90% del agua
disponible.
En esas extrapolaciones se supone que no habría cambios en la eficiencia de la
utilización del agua. No obstante, se ha estimado que algunas tecnologías de
relativamente bajo costo podrían duplicar la productividad agrícola por unidad de
agua disponible. En los últimos 50 años, los países industrializados han aumentado
sustancialmente la eficiencia del uso de agua con fines industriales y agrícolas.
Muchas de esas mismas tecnologías, por ejemplo, el riego por goteo en lugar del
riego con grandes caudales están cada vez más disponibles en los países en
desarrollo, pero es preciso abordar los problemas de costo y las barreras culturales
En el año 2000, había 508 millones de residentes en 31 países sometidos a estrés
hídrico o escasez de agua. Hacia el 2025, se calcula que 3.000 millones de personas
están viviendo en 48 de esos países. El número de personas que viven en
condiciones de escasez se duplicará y el de quienes residen en países sometidos a
estrés hídrico se multiplicará por seis.
Los expertos han establecido el nivel de la necesidad básica de agua (BWR) 50 litros
per cápita y por día: para consumo de agua de beber, saneamiento, higiene
personal, cocción de alimentos y necesidades de cocina y han exhortado a que se
reconozca que éste es el estándar para la medición del derecho al agua apta para el
consumo.
Los países usan diferentes métodos para recolectar agua con fines de uso doméstico
y aún no se han establecido estándares uniformes para determinar la calidad. Las
estimaciones de que se dispone por países indican que 61 países, que en el 2000
tenían entre todos una población de 2.100 millones de personas, estaban utilizando
una cantidad de agua inferior a la necesidad diaria básica. Hacia el 2050, 4.200
millones de personas (más del 45% del total mundial) estarán viviendo en países
donde la población estará por debajo de la norma de BWR.
24
En este estándar mínimo no se toman en cuenta otros usos necesarios del agua,
para la agricultura, la protección de los ecosistemas y la industria. Un estándar de
consumo de 100 litros por persona y por día reflejaría esas necesidades adicionales;
en el 2000, había en 80 países 3.750 millones de personas por debajo de este nivel.
La población de esos países aumentará hasta 6.400 millones hacia el 2050.
La Organización Mundial de la Salud (OMS) informa de que hay unos 1.100 millones
de personas que carecen de acceso a agua no contaminada (en cualquier cantidad).
Entre 2.400 y 3.000 millones de personas carecen de acceso a servicios sanitarios.
Esas deficiencias son más pronunciadas en las zonas rurales, donde un 29% de los
residentes carecen de acceso a agua no contaminada y un 62%, a sistemas de
saneamiento.
Los futuros efectos del calentamiento mundial sobre la disponibilidad de agua y, por
ende, la sostenibilidad de los asentamientos humanos, son cuestiones sujetas a un
alto grado de incertidumbre. Las pautas de lluvias, incluidas la intensidad y la
oportunidad de las tormentas y la tasa de evaporación, probablemente han de
cambiar pronunciadamente a medida que se vaya elevando la temperatura.
Las soluciones puramente tecnológicas a la escasez de agua probablemente tendrán
efectos limitados. Actualmente, la desalación del agua de mar provee menos del 1%
del agua que consumen los seres humanos.
La Comisión Nacional del Agua ha identificado 653 acuíferos en el Territorio
Nacional. Aproximadamente 200 de estos acuíferos han sido sujeto de uno o más
estudios, y los volúmenes disponibles para 188 acuíferos han sido publicados en el
Diario Oficial de la Federación. Esto quiere decir que dos terceras partes de los
acuíferos de México no han sido cartografiados, y en los cuales no se conoce su
geometría, volumen de agua disponible, y otra información básica. El agua
subterránea proporciona el 70% del agua potable a los mexicanos, la tercera parte
de la superficie bajo riego y el 50% de la industria (Marín, 2002).
25
El mayor uso del agua subterránea ocurre en las zonas áridas y semiáridas del
centro, norte y noroeste, donde el balance extracción-recarga es negativo y refleja
las condiciones de sobre explotación en numerosos acuíferos. Este hecho amenaza
la sustentabilidad de las actividades económicas apoyadas en estas fuentes de
abastecimiento, ya que no sólo se agota el recurso sino que en algunas se ha
afectado la calidad del agua y se encarece su aprovechamiento.
De los 653 acuíferos identificados por la Gerencia de Aguas Subterráneas de la
Comisión Nacional del Agua, según diversos autores (Marín, 2002; Arreguim, 2004;
Cantú y Garduño, 2004) de 98-102 acuíferos están siendo sobreexplotados. En estos
acuíferos la recarga es de unos 9.0 km3/año y la extracción de 13.9 km3/año,
representando la recarga el 65% de la extracción total. En estos acuíferos
sobreexplotados se extrae el 51% del total a nivel nacional. El usuario más
importante del agua subterránea es el sector agrícola, que utiliza un 70% de las
extracciones, seguido a buena distancia por los usos público-urbano e industrial, que
representan alrededor del 22% del bombeo total y poco más del 6%,
respectivamente. En cuanto a los 100 acuíferos sobreexplotados, las cifras
expuestas reproducen prácticamente el mismo patrón que a nivel nacional, pues un
71% de las extracciones corresponden al sector agrícola, alrededor del 22% se utiliza
por el uso público-urbano y casi 6% por el sector industrial. La sobreexplotación
conjunta resulta de 4.9 km3 anuales (Urquiza,2008).
El Estado de Querétaro cuenta con una superficie de 11,688 km2, que corresponde al
0.61% del territorio nacional. La superficie estatal se encuentra dividida en dos
Regiones Hidrológicas: 9,289 km2 (79% del territorio) se encuentran en la Región No.
26 Pánuco; y 2,480 Km2 (21%) en la región No. 12 Lerma-Santiago. Es en la región
No. 12 en donde se encuentra situada la ZMCQ.
Un alto porcentaje del agua que se utiliza en la Zona Metropolitana de la Ciudad de
Querétaro proviene del acuífero del Valle de Querétaro. Éste se encuentra localizado
en la parte suroeste del Estado, comprendiendo los municipios de Corregidora, El
Marqués y Querétaro. El acuífero del Valle de Querétaro manifiesta una
sobreexplotación del orden de 60% en relación a su recarga, con un abatimiento
26
promedio de 3.5 m3/año, producto de la extracción de 110 millones de m3 anuales.
Esta condición de sobreexplotación del acuífero del Valle de Querétaro lo pone en
grave riesgo, por lo que se deberán tomar una serie de medidas para estabilizar el
abatimiento mencionado, incluyendo la racionalización del consumo y la reutilización
de aguas tratadas, la incorporación de volúmenes de aguas superficiales y
subterráneas provenientes de otras fuentes, como es el caso de la cuenca del
Pánuco (Urquiza, 2008).
La cobertura del agua potable en la ZMCQ es de 96.45%. El suministro de la Ciudad
de Querétaro y su zona conurbada se proporciona a través de agua subterránea
mediante pozos profundos. En lo que respecta al tratamiento de aguas residuales la
CEA en la zona conurbada de la ciudad de Querétaro cuenta con cinco plantas,
cuyas capacidades mantienen una cobertura de tratamiento de 38% de la cual se
reutiliza el 88% para el riego de parques, jardines y en la industria.
Hoy en día el consumo de agua en nuestro país es impresionante y el uso de
detergentes y jabones es excesivo, la cantidad de aguas grises, principalmente las
de lavado es una cantidad considerable. Estas aguas se pueden tratar por separado
para darles un mejor reúso.
El jabón, como antecedente de los detergentes químicos, es una sal de sodio o
potasio, de un ácido graso que se forma por la reacción de grasas y aceites, con un
álcali.
3.1 DETERGENTES
3.1.1 Composición
Detergente, es un agente químico limpiador con suficiente aptitud para actuar bajo
las condiciones más difíciles de lavado, incluso con agua dura, con un alto porcentaje
de sales de calcio y magnesio. A diferencia del jabón, su especial composición, evita
la formación del llamado “anillo”, de depósitos.
27
Actúa disminuyendo la tensión superficial del agua, lo que permite que se “moje”
mejor una superficie, además de coadyuvar en el desprendimiento de la mugre y
evitar que se vuelva a depositar en el área lavada, con lo que se logra una rápida y
satisfactoria limpieza a fondo de la prenda, objeto o material, sin que se produzca
alteración alguna en su estado físico.
Inicialmente los “detergentes” se obtuvieron tratando un compuesto “aromático”
derivado del benceno, con ácido sulfúrico y neutralizando después el resultado con
hidróxido de sodio, para lograr así al final, una sal de sodio.
Sin embargo, estos primeros detergentes, una vez en el agua, tendían a permanecer
en ella y no se transformaban en sustancias más solubles y menos complejas. No
eran biodegradables y tenían el inconveniente de formar una gran cantidad de
espuma muy estable en los desagües, ríos y aún en aguas subterráneas.
Indiscutiblemente con estos serios inconvenientes, se reemplazó en la fórmula
original, el compuesto “aromático”, por compuestos del tipo “alquilos” en los que al
eliminar un átomo de hidrógeno se lograban detergentes con la misma eficiencia,
pero mucho más solubles y biodegradables. Estos nuevos “alquilsulfatos” resultaban
mucho menos dañinos a la ecología.
3.1.2 Anatomía de los detergentes
Las diversas sustancias que se usan en las fórmulas de los detergentes actuales, se
pueden dividir en:
 Sustancias surfactantes
 Agentes secuestrantes mejoradores (Builders)
 Agentes dispersantes de jabones de calcio (LSDA)
 Agentes anti(re)deposición
 Agentes espumantes y no espumantes
 Agentes suavizadores
 Agentes blanqueadores
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 Mejoradores ópticos fluorescentes
 Enzimas
 Perfumes
 Compuestos inorgánicos
 Integrantes orgánicos
 Otros componentes
Surfactantes
Llamados también “componentes tensoactivos”, son agentes de actividad superficial,
que actúan en la superficie de la ropa al lavar, penetran en los materiales porosos,
dispersan las partículas sólidas y emulsifican grasas y aceites.
Estos agentes, son los responsables de producir la cantidad y estabilidad de la
espuma, cualidad que subjetivamente es la apreciada por los consumidores.
Es la disminución de la tensión superficial del líquido (la acción de los surfactantes) la
que permite que el detergente, penetre con facilidad e intensidad, en los materiales
en contacto (Llamas, 2001).
Estas sustancias, se dividen en dos clases, según su comportamiento en el agua:
agentes iónicos (que forman iones en la solución) y agentes no iónicos.
Agentes secuestrantes mejoradores (Builders)
Estos agentes tienen como propósito mejorar la acción limpiadora del surfactante
mediante varios efectos. Su principal acción es secuestrar a los cationes divalentes
del agua dura (calcio, magnesio) para evitar la interacción de estos iones con los
surfactantes. La eliminación se hace en forma de solubilización (quelato),
precipitación, o intercambio iónico.
Otra de las acciones de los mejoradores es mantener el pH de la solución detergente
a un valor alcalino, neutralizar los ácidos grasos libres y formar jabones in-situ en la
interfase.
29
También aumentan el potencial (negativo) de superficie de los textiles y de los sucios
y por tanto inhiben la redeposición.
Existen dos tipos de agentes mejoradores: los inorgánicos y los orgánicos. Los más
utilizados en la actualidad son los agentes mejoradores inorgánicos solubles,
principalmente fosfatos, y en menor grado silicatos y carbonatos de sodio, o
insolubles como las zeolitas (alumino-silicatos naturales o sintéticos) (Salager, 1988):
- sodio tri(poli)fosfato (STP); Na5 P3O10
- sodio pirofosfato Na 4 P2 O7
- sodio silicato Na 2 O  y SiO 2
- sodio carbonato Na 2 CO3
- sodio aluminosilicato SASIL; Zeolita A Na2 O  Al 3O3  2SiO2  xH 2 O
Estas sustancias secuestran los cationes divalentes por quelatación (soluble) o
intercambio inónico (insoluble), ver figura. 3.0.- Acción secuestrante de dos
mejoradores inorgánicos, donde se indican estos dos mecanismos.
En los últimos 20 años se ha tratado de hallar un sustituto económico a los fosfatos.
Sin embargo, ni los silicatos ni los carbonatos han dado resultados comparables. La
tendencia actual es utilizar mezclas STP/SASIL en exceso sobre la dureza del agua,
lo que permite una acción secuestrante incluso durante el enjuague.
30
Figura. 3.0.- Acción secuestrante de dos mejoradores inorgánicos.
Sodio Tri(poli)Fosfato STP y Sodio Alumino Silicato SASIL (Zeolita)
Por otra parte se han realizado numerosas investigaciones para desarrollar sustitutos
orgánicos a los fosfatos (véase Figura. 3.1.- Agentes mejoradores secuestrantes
orgánicos). Secuestrantes eficientes como el etileno-diaminatetracetato (EDTA) son
demasiado costosos para su uso en detergentes corrientes. Se descubrió hace unos
20 años que el nitrilo-triacetato de sodio (NTA) podía ser un excelente sustituto de
los fosfatos; desafortunadamente hay cierta controversia de que pueda ser
cancerígeno y por lo tanto su producción ha sido considerablemente reducida
(Salager, 1988).
31
Figura. 3.1.- Agentes mejoradores secuestrantes orgánicos
32
La química orgánica puede proveer numerosas estructuras con capacidad
secuestrante con heteroátomos S, N, P u O. Sin embargo los tres primeros pueden
provocar problemas de contaminación ambiental, por lo tanto queda sólo el último.
Se han encontrado varias estructuras de tipo alfa-eter-carboxilato (ver Figura 3.1
Agentes mejoradores secuestrantes orgánicos) que mimetizan el desempeño de los
fosfatos,
particularmente
el
carboximetil-tartronato
(CMT),
el
carboximetil-
oxisuccinato (CMOS) y el tris-(carboximetoximetil)-etano (TMETA). Tales sustancias
presentan un poder secuestrante del mismo orden que el STP y pueden
biodegradarse rápidamente en lodo activado.
También se han propuesto polielectrolitos para tales efectos; poseen un poder
secuestrante netamente mejor que el STP pero no son fácilmente biodegradables
(ver Tabla 3.0.- Algunos policarboxilatos) ( X  COONa ) que indica algunas de las
estructuras más comunes y su orígen.
Tabla 3.0.- Algunos policarboxilatos ( X  COONa )
Agentes dispersantes de jabones de calcio (LSDA)
Muchas formulaciones detergentes liquidas y en polvo para máquina de lavar
contienen sales alcalinas de ácidos grasos, es decir jabones cuyo papel es reducir la
espuma. Los jabones en barra o en escamas contienen un alto porcentaje de tales
productos. Los jabones tienen excelentes propiedades limpiadoras, son seguros y
fácilmente biodegradables; sin embargo son muy sensibles a los cationes divalentes,
especialmente el calcio con el cual producen sales insolubles en agua.
Los agentes dispersantes de jabones de calcio (Lime soap dispersing agents o
LSDA) son surfactantes aniónicos o anfóteros que se comercializan con los jabones
33
para formar soluciones que no producen precipitado en agua dura. Entre los agentes
dispersantes de jabones de calcio se encuentran los alfa-sulfo-esteres de ácidos
grasos que son de los productos menos costosos, aunque con eficiencia
relativamente moderada. Otros compuestos del mismo tipo son los alquilgliceril ester
sulfonatos (AGES): R  CH (SO3 Na)  COO  CH 3 con R  C16  18 .
La gran mayoría de los agentes dispersantes de jabones de calcio con buena
eficiencia son surfactantes anfóteros con un grupo amina o amida grasa. Las
betainas, en las cuales el grupo aníónico es un carboxilaco, son menos efectivas que
las taurinas (grupo SO3 ) o los compuestos polietoxilados.
Se obtiene excepcionales propiedades dispersantes cuando se introduce un grupo
amidoamina en un surfactante anfótero (ver figura. 3.2.- Grupos de amidoaminas).
Figura. 3.2.- Grupos de amidoaminas
Típicamente estos surfactantes se usan en formulaciones a razón de un cuarto de la
cantidad de jabón presente, independientemente de los demás componentes.
Agentes anti (re)deposición
Los agentes anti (re)deposición más utilizados son la carboximetil celulosa (CMC), y
otros derivados no iónicos de la celulosa.
34
Se usan también comercialmente la polivinil pirolidona, los polivinil alcoholes, y otros
copolímeros entre moléculas de este tipo.
Agentes espumantes y no espumantes
La producción de espuma no tiene nada que ver con el poder detergente. Sin
embargo el consumidor tiene siempre la impresión de que si no hay espuma no hay
buena detergencia. Este malentendido está a menudo mantenido y acentuado por la
publicidad de los propios fabricantes de detergentes. En consecuencia muchos
productos para el lavado a mano producen una abundante espuma.
Debe notarse sin embargo que en ciertas aplicaciones como el lavado a máquina
tanto de ropa como de loza, una producción notable de espuma es un inconveniente;
para estas aplicaciones se han desarrollado las formulaciones baja espuma.
Los agentes espumantes más utilizados son el lauril sulfato (aniónico), y los
surfactantes no iónicos nitrogenados como óxido de aminas, alcanol amidas, aminas
y amidas etoxiladas (Salager,1988).
También se usan compuestos complejos como alcanolamidas o monoglicéridos
sulfatados.
En los detergentes de baja espuma se usan principalmente jabones, pero también
sulfonatos de parafinas, copolímeros bloques de óxido de etileno y óxido de
propileno, polietoxi esteres de ácidos grasos, glicoles acetilénicos etoxilados y
esteres de etilen glicol o de glicerol.
Agentes suavizadores
La necesidad de agentes suavizadores surgió del abandono de los jabones para los
detergentes sintéticos. Después de un lavado con jabón quedaba siempre sobre las
fibras un residuo de jabón de calcio precipitado que actuaba como suavizador.
35
El residuo de surfactante sintético adsorbido tiende a aumentar la carga eléctrica
estática de las fibras y la ausencia de sustancias con acción lubricante vuelve el textil
relativamente rígido ya que las fibras no pueden deslizar una sobre otra. El papel de
los agentes suavizadores es contrarrestar estos fenómenos.
De una parte se debe reducir la carga estática remanente y de otra parte se debe
depositar una sustancia con acción lubricante.
Muchos surfactantes catiónicos producen estos efectos, pero son incompatibles con
los surfactantes aniónicos utilizados en las formulaciones. Por lo tanto deben usarse
en un baño separado, o en máquinas de lavar, durante el ciclo de enjuague. Los
mejores suavizadores de este tipo son los alquil amonios cuaternarios y las sales de
amidazolinio.
Sin embargo, la introducción de un agente suavizador en el ciclo de enjuague
complica la operación de lavado, y la tendencia actual es introducir el suavizador en
la formulación detergente. Se debe por lo tanto utilizar un surfactante con cierto
carácter catiónico para que se adsorba en las fibras, pero compatible con los
surfactantes aniónicos del tipo ABS o LAS. Se usan para este propósito varios
surfactantes no iónicos que poseen un grupo nitrogenado, tales como las aminas
etoxiladas, amidazolas etoxiladas, óxidos de aminas cuaternarias con uno o dos
grupos hidroxi-etilos, y por otra parte algunos surfactantes anfóteros, particularmente
los que contienen un grupo amido-amina (y que son también dispersantes de
jabones de calcio).
Agentes blanqueadores
La blancura de los textiles lavados es quizás la propiedad más importante para el
consumidor. De antaño se sabe que el sol produce un efecto blanqueador, y hace
más de 500 años que se empezó a usar sustancias naturales (leche agria, arcillas
alcalinas) para blanquear los textiles. Sin embargo, es solamente al final del siglo
XVIII que se inició la carrera de los agentes blanqueadores con el descubrimiento del
cloro por Scheele y del hipoclorito de sodio por Berthollet.
36
Hay actualmente en el mercado dos tipos de agentes blanqueadores para téxtiles,
ambos con propiedades oxidantes: los hipohaluros, esencialmente el hipoclorito de
sodio, y las sales inorgánicas peroxigenadas, principalmente el perborato de sodio.
Los agentes blanqueadores oxidantes deben ser intrínsecamente inestables para
cumplir con su función, que consiste en oxidar, es decir en ganar electrones. De
manera paradógica deben ser lo más estables posible cuando están almacenados
solos o en la mezcla detergente, e inestables cuando están en el baño de lavado
(Salager, 1988).
Las propiedades generales de los blanqueadores son los siguientes: 1) Un aumento
de temperatura aumenta la velocidad de descomposición; 2) Ciertos metales
pesados a nivel de traza catalizan la descomposición; 3) La actividad blanqueadora
aumenta con la concentración pero no linealmente; 4) El pH tiene un efecto
importante; un pH ácido acelera la descomposición del hipoclorito, mientras que se
requiere un pH alcalino para acelerar la descomposición de las sales inorgánicas
peroxigenadas.
El hipoclorito se descompone por dos vías, de las cuales sólo la segunda produce el
efecto oxidante de interés.
Vía del clorato 3NaCl  2 NaCl  NaClO3
Vía del oxígeno 2 NaOCl  2 NaCl  O2
El hipoclorito es un agente blanqueador más activo, más agresivo que el perborato.
Es particularmente eficiente al oxidar el sucio protéico, y en general todas las
sustancias que contienen nitrógeno. Posee una acción blanqueadora aún a baja
temperatura, y adicionalmente es un efectivo bactericida. Por su acción sobre las
sustancias nitrogenadas no se puede conservar en forma de polvo o de líquido en
formulaciones detergentes que contengan sales de amonio, aminas, amidas etc., es
decir, numerosos componentes generalmente utilizados. Por eso se prefiere usar
37
como un ingrediente aparte, que se conserva en solución acuosa separada y se
añade al baño detergente en el momento.
Las sales inorgánicas peroxigenadas que se utilizan como blanqueadores son las
siguientes, principalmente la primera.
 Perborato de sodio tetrahidrato NaBO3  4H 2 O
 Carbonato de sodio peroxihidrato 2 NaCO3  3H 2 O2
 Peroximonosulfato de potasio KHSO5
Trabajan a pH alcalino; para lavado en frío se puede acelerar su descomposición con
la adición de peróxidos orgánicos como el ácido peracético o perácidos más largos.
El perborato y semejantes exhiben una acción blanqueadora menos agresiva que el
hipoclorito, y son sólidos compatibles con la gran mayoría de los componentes de los
detergentes en polvo.
Mejoradores ópticos fluorescentes
Ciertos colorantes orgánicos poliaromáticos pueden absorber la luz ultravioleta y
remitir una luz visible azulada mediante el proceso conocido como fluorescencia. A la
luz del sol, añaden un tono azulado que compensa el tono amarillento del textil y
mejora la blancura o la profundidad de los colores. Son los granitos azules de ciertos
polvos de lavar. En alumbrado con luz exclusivamente ultra-violeta (luz negra)
producen una fluorescencia muy notable, (ver la figura. 3.3.- Algunos mejoradores
ópticos fluorescentes), en dicha figura se indica la formula desarrollada de algunos
de estos agentes fluorescentes.
Según que están destinados a adsorberse sobre fibras hidrofílicas (algodón) o
hidrófobas (poliéster) poseen grupos polares más o menos importantes.
Se han podido desarrollar hoy en día agentes fluorescentes solubles en agua que
resisten al hipoclorito u otros blanqueadores. Dicha resistencia se debe a que los
átomos de nitrógeno de tales sustancias están presentes en estructuras altamente
aromáticas de tipo benzo-triazole o benzo-furano.
38
Figura. 3.3.- Algunos mejoradores ópticos fluorescentes
Enzimas
Los surfactantes con actividad biológica contienen enzimas tales como esperasa,
savinasa o alcalasa. Estas enzimas son proteasas capaces de degradar rápidamente
manchas de proteínas en un medio de pH alcalino y a temperatura de hasta 60°C. Su
actividad permite la utilización de un medio detergente en frio, particularmente en
detergentes líquido, para remojado a temperatura ambiente.
Perfumes
En detergentes de uso doméstico, particularmente para lavaplatos y desinfectantes,
se incorporan perfumes, la mayoría de los cuales son terpenos, es decir sustancias
cuyo esqueleto está compuesto de 2, 3 ó más unidades del isopreno (2 metilbutadieno).
Hasta los años 60, el aceite de terebentina o trementina, que se obtiene de la resina
del pino o como subproducto del pulpado de la madera, era una de las fuentes
principales de materia prima para perfumes; contiene los monoterpenos bicíclicos
39
alfa y beta-pinenos, los cuales se transforman fácilmente en una variedad de
derivados oxigenados con fragancia particular. La esencia de citronela y la esencia
de eucalipto contienen también varios terpenos odoríferos. Los más utilizados son los
siguientes (véase Figura. 3.4.- Algunos perfumes usados en detergentes y jabones, y
sus precursores terpénicos).
 Hidroxicitronelal (olor de lirio)
 Geraniol (olor de geranio)
 Citronelal (olor de limón)
 Citronelol (olor de rosa)
 Linalol (olor de lavanda)
 Mentol (olor de menta fuerte)
Figura. 3.4.- Algunos perfumes usados en detergentes y jabones, y sus precursores
terpénicos
40
Componentes inorgánicos
Son sales, bases y ácidos inorgánicos, que en proporción mucho mayor que la de los
surfactantes orgánicos, entran en la composición de los detergentes.
Los ingredientes alcalinos, producen un efecto limpiador, preferentemente en los
objetos de cerámica y vidrio, pero se utilizan también en la formulación de
detergentes que se emplean en lavar materiales fibrosos y de superficie dura
(Llamas, 2001).
Estos compuestos inorgánicos de los detergentes se agrupan en seis clases:
Álcalis, fosfatos, silicatos, sales neutras solubles, ácidos inorgánicos y auxiliares
secundarios.
Si estos componentes inorgánicos, contribuyen significativamente a la obtención de
la detergencia de la mezcla, se les llama “coadyuvantes”, de lo contrario, se conocen
como “diluyentes o de relleno”.
Integrantes orgánicos
Se incorporan a la fórmula de los detergentes algunos aditivos orgánicos, en
pequeña cantidad, con objeto de lograr en el producto final:
I.- La disminución del redepósito de la suciedad.
II.- El secuestro de iones de metales pesados.
III.- El incremento del poder espumante y su estabilidad.
IV.- El aumento de la solubilidad.
V.- Modificaciones en la forma física terminal.
41
Otros componentes
Las formulaciones detergentes pueden contener también otras sustancias,
dependiendo del uso final del producto.
Los hidrotropos son sustancias muy hidrofílicas destinadas a mejorar la solubilización
del surfactante en formulaciones líquidas. Los hidrotropos no tienen en sí mismos
propiedades surfactantes pero actúan como cosolubilizadores a alta concentración.
Los más utilizados son los sulfonatos de tolueno, etil-benceno y xileno.
Ciertos agentes anticorrosión se añaden a las formulaciones detergentes para
proteger las partes metálicas de los artefactos de lavar. En general se usa el silicato
de sodio que posee además un papel secundario como mejorador.
Ciertas formulas desinfectantes contienen bactericidas, los cuales pueden ser
surfactantes anfóteros que actúan también como dispersantes de jabones de calcio o
catiónicos que además producen un efecto suavizador por sus propiedades
antiestáticas.
Los desinfectantes pueden también contener productos clorados bactericidas y
sustancias con propiedades desodorantes.
Ciertos polvos para fregar y raspar contienen abrasivos como polvo de piedra pomez,
talco o arcillas.
3.1.3 Los detergentes y la biodegradabilidad
La biodegradabilidad, es la propiedad que tienen algunas sustancias químicas
complejas, de ser rebajadas en su estructura, para formar productos más sencillos
(Llamas, 2001).
Según la legislación vigente, en un paquete de detergente se puede poner la palabra
"biodegradable" si el tensoactivo deja de tener un 90% de su propiedad de disminuir
la tensión superficial del agua 28 días después de ser vertido al agua (las sustancias
tensoactivas causan perjuicios a la vida acuática).
42
Según los fabricantes ecológicos, este grado de biodegradabilidad no es suficiente.
Por otro lado, la ley no dice nada del resto de ingredientes, que pueden llegar a
significar un 80% del detergente. En los detergentes convencionales, estos
ingredientes no son biodegradables y son tóxicos para la vida acuática (en especial
los derivados del petróleo). A pesar de la proliferación de depuradoras, en las aguas
marinas se hallan residuos tóxicos de detergentes.
En su inicio la materia prima de los detergentes, provenía del compuesto
petroquímico llamado “Alquil Benceno Ramificado” con forma molecular muy
compleja y en consecuencia su degradación en el medio ambiente era muy
retardada. A los detergentes elaborados con este petroquímico, se le conoce como
“duros” o de lenta biodegradación.
Después de tiempo y arduas investigaciones, se logró producir un detergente con
estructura molecular más sencilla: el Alquil Benceno Lineal, para sustituir al inicial
“ramificado” y con ello reducir significativamente el tiempo de su biodegradación.
A los detergentes que utilizan este producto en su formulación, se les conoce como
“blandos” o biodegradables.
3.1.4 Estudio realizado a lavadoras de ropa en el consumo de agua
Con el desarrollo tecnológico y la demanda el uso de la lavadora va en incremento y
por consecuencia un mayor uso de agua.
Para dar a conocer la calidad de las lavadoras de ropa que se comercializan en el
mercado y orientarlo en la decisión de compra, los especialistas del Laboratorio de
Pruebas de PROFECO analizaron 64 modelos de lavadoras nacionales y de
importación (ver tabla 3.1.- Estudio realizado a diferentes marcas de lavadoras), en
donde se muestra la capacidad de carga (L) por ciclo de las lavadoras analizadas.
43
Tabla 3.1.- Estudio realizado a diferentes marcas de lavadoras
44
En la tabla anterior se puede observar que hay lavadoras que utilizan una cantidad
pequeña de agua como la lavadora Samsung modelo WA1346DO que utiliza 19L en
cada ciclo pero también existen lavadoras que consumen una cantidad considerable
de este vital liquido como la Samsung modelo WA1646DO que tiene una capacidad
de hasta 210L de agua en cada ciclo.
45
3.2 Tratamiento fisicoquímico
Uno de los pasos más importantes en los procesos convencionales de depuración de
agua residual es la eliminación de sólidos en suspensión y partículas coloidales que
se mantienen de forma estable en el agua. Esto se consigue en los tratamientos
primarios o físico químicos de las depuradoras. Consistentes en una adición de
reactivos en mezcladores y una decantación lenta, son capaces de eliminar del 80 al
90% de la materia total suspendida, del 40 al 70% de la DBO 5 y del 30 al 40% de la
DQO.
La presencia en el agua de partículas sólidas disueltas o en suspensión es el
principal contaminante visible de un agua residual; turbiedad, coloración, suciedad,
etc. pueden detectarse fácilmente en el agua.
Los sólidos de mayor tamaño pueden observarse a simple vista y, dejando la
suspensión en reposo, se pueden separar bien por decantación o por flotación,
dependiendo de las densidades relativas del sólido y del agua. En casos muy
concretos es posible y viable la separación por filtrado.
Los pequeños sólidos, denominados coloides, con un tamaño comprendido entre
0,001 y 1 micra no se aprecian a simple vista, pero constituyen la causa principal de
la turbiedad. Debido a la gran estabilidad en el agua, resulta imposible separarlos por
decantación, flotación o filtración. Esta estabilidad se debe a que poseen cargas
superficiales electrostáticas del mismo signo, generalmente negativas, que generan
fuerzas de repulsión entre ellas y les impide aglomerarse para sedimentar.
El tratamiento físico químico, compuesto por una fase de coagulación, otra de
floculación y una decantación final.
3.2.1 Coloides
Son sólidos finamente divididos que no sedimentan por acción de la gravedad, pero
que pueden removerse del agua mediante coagulación, filtración o acción biológica.
El diámetro de los coloides varía entre 1 y 100 nm, no hay límites definidos para
estas partículas por lo que tienen un tamaño intermedio entre las partículas en
46
solución verdadera y las partículas en suspensión. Los límites enumerados en la
siguiente tabla son aproximados, ya que el tamaño y la naturaleza coloidal son los
que determinan si la naturaleza es coloidal (Castro, Pérez, 1981).
Tabla 3.2.- Efecto al disminuir el tamaño de las partículas
*Área de partículas del tamaño indicado, producida a partir de una partícula de
100mm de diámetro y gravedad específica de 2.65.
**Cálculos basados en esferas con gravedad específica de 2.65 que sedimentan
30cm.
Se encuentran asociadas a los coloides:
El movimiento browniano y área superficial muy grande. Debido al tamaño de esa
superficie los coloides absorben iones en cantidades desiguales, dando origen a la
formación de una carga eléctrica que contribuye a su estabilidad, el resultado de
estas propiedades es una colisión constante entre partículas.
Los coloides se dividen de acuerdo a su afinidad con el agua en hidrofóbicos
(odiosos del agua) e hidrofílicos (amantes del agua) ver Tabla 3.3.- Características
de los coloides:
47
Tabla 3.3.- Características de los coloides.
En las aguas naturales la carga de los coloides es comúnmente negativa.
El grado de estabilidad de una partícula está dado por el potencial zeta el cual se
relaciona con la carga de la partícula y la distancia a través de la cual la carga es
efectiva.
3.2.3 Propiedades de los coloides
Las principales propiedades que definen el comportamiento de los coloides en el
agua son las cinéticas, ópticas, de superficie y electrocinéticas.
3.2.4 Propiedades cinéticas
Las cinéticas son las propiedades que definen el comportamiento de las partículas
coloidales referidas a su movimiento en el agua.
a) Movimiento browniano
Las partículas coloidales, dentro de la fase líquida, presentan un movimiento
constante e irregular, que se ha denominado movimiento browniano. Su nombre
proviene de su descubridor, el botánico escocés Robert Brown (1773-1858), quien
48
observó por primera vez bajo el microscopio este movimiento constante en las
partículas provenientes del polen.
La teoría cinética explica este fenómeno como resultado del bombardeo desigual y
casual de las partículas en suspensión por las moléculas del líquido. Al elevarse la
temperatura del líquido, las moléculas adquieren mayor energía cinética y aumenta el
movimiento browniano.
El promedio de velocidad de las partículas puede expresarse con la fórmula
siguiente:
v
R
………………………….ec.1
NT / m
Donde:
R = constante molar de los gases = PV / T
N = número de Avogadro (6,02 x 1023)
T = temperatura absoluta (°K)
m = masa de la partícula
El valor R/N = K es comúnmente llamado constante de Boltzman.
Es importante recordar que el movimiento browniano solo puede explicar la
estabilidad de las dispersiones coloidales más pequeñas. Para tamaños de partículas
mayores, los factores más importantes son las corrientes de convección termal y las
velocidades bajas de sedimentación.
b) Difusión
Debido al movimiento browniano, es decir, al movimiento constante de las moléculas
o partículas en el agua, las partículas coloidales tienden a dispersarse por todas
partes en el sistema hídrico. A este fenómeno se le llama difusión.
49
Como es de esperarse, la velocidad de difusión es menor que la velocidad media de
las partículas en el movimiento browniano.
c) Presión osmótica
La ósmosis es el flujo espontáneo que se produce cuando un disolvente (agua)
atraviesa una membrana que la separa de un sistema coloidal (agua + coloides).
Esta membrana es permeable al solvente pero no a los coloides; por tanto, la dilución
puede ocurrir únicamente con el movimiento del solvente hacia el sistema coloidal a
través de la membrana.
Este fenómeno ocurre en forma espontánea. Al transporte del solvente hacia la
solución se le denomina flujo osmótico.
A la presión hidrostática necesaria para detener el flujo osmótico, que alcanza así un
estado de equilibrio, se le denomina presión osmótica.
En la práctica, es posible calcular el número de partículas y el peso promedio de
ellas en sistemas coloidales mediante la determinación experimental de la presión
osmótica.
3.2.4.1 Propiedad óptica: efecto Tyndall-Faraday
El efecto Tyndall-Faraday es un fenómeno por el cual las partículas coloidales
provocan la dispersión de la luz cuando esta pasa a través de una suspensión
coloidal. Esta dispersión es directamente proporcional al tamaño de las partículas.
La determinación nefelométrica de la turbiedad utiliza el efecto de Tyndall-Faraday
para su medición. Cabe destacar, sin embargo, que por la naturaleza de la medición,
la turbiedad no se relaciona con el número de partículas que la provocan, ni siquiera
con la masa total.
50
3.2.4.2 Propiedad de superficie: adsorción
Las partículas coloidales se caracterizan por tener una gran superficie específica,
definida como la relación entre el área superficial y la masa.
La gran superficie específica da a los coloides una gran capacidad de adsorción y,
por tanto, no resulta práctico sedimentar las partículas coloidales sin tratamiento
químico previo.
3.2.4.3 Propiedad electrocinética: Electroforesis
La electroforesis es un fenómeno que permite demostrar que las partículas coloidales
tienen carga eléctrica. Consiste en hacer pasar una corriente directa a través de una
solución coloidal, experimento que permite observar que las partículas son atraídas
por el electrodo positivo o por el negativo, lo que demuestra que poseen carga
eléctrica. Este fenómeno es muy importante porque permite comprender la
estabilidad de las dispersiones coloidales. Por lo general, los coloides presentan
carga negativa; es decir, en la electroforesis son atraídos por el electrodo positivo.
Una celda de electroforesis permite calcular el potencial zeta de un sistema coloidal,
que es una función de la densidad de las cargas absorbidas, y se mide en milivoltios.
Frecuentemente, el potencial zeta se encuentra entre 30 y 40 milivoltios, cuando un
coloide es estable. Cuando cae a menos de 15 ó 20 milivoltios, es posible la
coagulación y el coloide tiende a sedimentar.
La importancia de la remoción del color en el agua está relacionada también con los
aspectos de aceptabilidad del consumidor y usuario, sea este doméstico o industrial,
lo que incluye los siguientes aspectos:
a) Estética. Por lo general, el consumidor prefiere un agua clara y sin color.
b) Sabor. El color puede impartir sabor al agua.
c) Demanda de cloro. La presencia de color aumenta la cantidad de cloro necesaria.
51
d) Nutrientes. Por su naturaleza, en algunos casos, el color puede actuar como
nutriente de las bacterias y algas.
e) Requerimientos industriales. Muchas industrias requieren un agua que no
presente color o que tenga uno muy bajo.
f) Resinas de intercambio. El color puede ensuciar y dañar las resinas de intercambio
aniónico.
g) Análisis. El color puede interferir en las mediciones colorimétricas de análisis.
h) Productividad. El exceso de color puede reducir la productividad del agua.
i) Quelación. El color puede aumentar la concentración de hierro soluble, manganeso
y plomo en el agua y estabilizar su presencia por medio de la quelación1.
j) Salud. El color puede deberse a la presencia de desechos tóxicos (Barrenecha)
3.2.5 Teoría de doble capa.
Las partículas coloidales se caracterizan por poseer dos capas eléctricas alrededor,
las cuales provocan su estabilidad (ver fig. 3.5.- Configuración esquemática de la
doble capa eléctrica). La capa interna consiste en cationes y aniones, pero en
general tiene una carga neta negativa. La capa externa comprende cationes
intercambiables como Na+, K+, Ca+2, Mg+2, H+; etc.
El potencial zeta se refiere al contorno del solvente adherido a la partícula en su
movimiento y el solvente que puede moverse con respecto a la partícula. El potencial
zeta es la medida en milivoltios, del potencial eléctrico entre la capa fija y la capa
exterior de iones de carga contraria que rodean el coloide (ver figura. 3.6.- Modelo de
la doble capa difusa de Stern- Gouy).
52
La ecuación de Helmholtz define el potencial zeta como:
L
4Sq
………………………………………….ec.2
D
L= potencial zeta
q= carga sobre la partícula o potencial de Nerst
D= constante dieléctrica del líquido
S= espesor de la zona de influencia de la carga sobre la partícula
Figura.3.5.- Configuración esquemática de la doble capa eléctrica
53
Figura. 3.6.- Modelo de la doble capa difusa de Stern- Gouy
La estabilidad de los coloides depende de la resultante de las fuerzas de atracción y
de repulsión que actúan sobre ellos. Las fuerzas de atracción, llamadas fuerzas de
Wander Waals son causadas por la interacción de los dipolos de las partículas. La
fuerza de repulsión se debe al potencial zeta. Por lo tanto para lograr la aglomeración
de las partículas se debe reducir la fuerza de repulsión de tal manera que las fuerzas
de atracción prevalezcan y se logre la colisión de partículas para formar
agrupaciones que se puedan remover fácilmente por sedimentación.
La disminución de la estabilidad de las partículas se logra por los siguientes
mecanismos:
a) Ajustando el pH al punto isoeléctrico, esto es al pH para el cual la carga neta de la
partícula se anula y el potencial zeta se hace cero.
b) Añadiendo iones de carga eléctrica contraria a la de los coloides a remover, lo cual
produce un doble efecto, primero, disminución de la carga eléctrica neta del coloide
con respecto al resto de la solución, reduciendo la distancia a través de la cual la
carga es efectiva. Mientras mayor sea la valencia del ion que se añade mayor será
su poder de coagulación.
54
Esto se establece de acuerdo con la ley de Schulze- Hardy:
“La precipitación de un coloide es efectuada por aquel ion del electrolito añadido que
tenga una carga opuesta en signo a la de las partículas coloidales, y el efecto de
dicho ion se incrementa tanto más cuanto mayor sea el número de cargas que
posea”.
3.3 Coagulación
Este proceso de tratamiento consiste en agregar al agua un producto químico con
propiedades coagulantes, el cual actúa sobre las sustancias disueltas y coloides
contenidos en el agua, transfiriéndoles sus iones, o elementos, para que se unan
formando los flóculos.
Los factores que más influyen en el desarrollo del proceso son:
 El tipo de coagulante: sulfato de aluminio, sulfato férrico, sulfato de calcio,
cloruro férrico, etc.
 La dosis del coagulante.
 Contenido y tipo de color y turbiedad
 Otras características químicas del agua como: la alcalinidad natural, contenido
de fierro, materia orgánica, etc.
 La concentración de iones hidrogeno en el agua (pH): existe un pH óptimo
para flocular el agua.
 El tiempo de mezcla rápida de floculación. Existe un tiempo óptimo en cada
caso, con el cual se obtiene la mayor remoción de turbiedad y color.
 Temperatura. Las altas temperaturas favorecen la coagulación. El consumo de
coagulante es mayor cuando se tienen temperaturas bajas.
 Agitación. Cuando la agitación a la que se somete el agua durante la
floculación es demasiado baja, la formación de flóculos disminuye, dificultando
la decantación. Si la agitación es muy violenta, los flóculos formados se
quiebran rápidamente en partículas menores, produciendo un retardamiento
en la decantación.
55
 Utilización de ayudantes de floculación. Los ayudantes de floculación
(polielectrolitos) promueven la formación de floculos más densos y pesados.
Las reacciones de coagulación son muy sensibles también al contenido de
sustancias minerales en el agua.
Las aguas con alto contenido de coloides negativos de color, las reacciones de
coagulación son más efectivas en un rango de pH que puede variar entre 4.4 y 6.0.
En el proceso de coagulación se puede considerar que se realiza en las siguientes
fases, sea en forma consecutiva o simultáneamente:
 Hidrólisis de los coagulantes y desestabilización de las partículas en
suspensión.
 Formación de compuestos químicos poliméricos
 Adsorción de cadenas poliméricas por los coloides.
 Adsorción mutua de coloides
 Acción de barrido.
3.3.1 Tipos de coagulación
Se presentan dos tipos básicos de coagulación: por adsorción y por barrido.
a) Coagulación por adsorción
Este tipo de coagulación se presenta cuando existe en el agua una alta
concentración de partículas en estado coloidal. Por la gran cantidad de coloides
presentes la distancia entre ellos es pequeña, siendo por lo tanto mayor la fuerza de
atracción y la energía requerida para su desestabilización, así como el potencial zeta
resultante.
b) Coagulación por barrido
Este tipo de coagulación se presenta cuando el agua es clara y el porcentaje de
partículas coloidales es pequeño. En este caso las partículas son entrampadas al
56
producirse una sobresaturación. Debido a la distancia entre las partículas, las fuerzas
de atracción son menores y se requiere de mayor cantidad de coagulante y energía
para desestabilizarlas, aumentando el potencial zeta y el tiempo de reacción que
puede ser de hasta 7 segundos.
3.3.2 Floculación
Luego que el coagulante se mezcla con el agua se forma el precipitado del
coagulante que empieza a englobar a las partículas difíciles de sedimentar, formando
unos floculos muy pequeños.
Para que estos microfloculos aumenten de tamaño y adquieran el peso suficiente
para sedimentar, es necesario someter el agua a una agitación lenta, para que las
partículas contenidas en el agua choquen con los floculos recién formados y se
adhieran a ellos a este proceso de agitación se le denomina floculación.
Cada tipo de agua precisa de una intensidad de agitación y de un tiempo específico
que esta debe durar para conseguir un buen flóculo, y en base a estos valores se
diseñan las unidades de floculación, los cuales solo se cumplen cuando las unidades
operan con caudal de diseño.
El flóculo, para su completa formación, generalmente requiere de agitación
decreciente, es decir, un poco más fuerte al principio y luego se va disminuyendo y
luego se va disminuyendo hasta ser muy leve al final, cuando el flóculo ya alcanzo su
tamaño y peso apropiado.
3.3.3 Coagulantes
Son aquellos compuestos de hierro o aluminio capaces de formar un flóculo y que
pueden efectuar coagulación al ser añadidos al agua. Por otra parte los ayudantes de
coagulación son sustancias que producen poco o ningún flóculo al ser usadas solas,
pero mejoran los resultados obtenidos con simples coagulantes.
Los coagulantes más utilizados son: sulfato de aluminio, sulfato ferroso, y cal, cloruro
férrico, sulfato férrico y aluminato de sodio.
57

Sulfato de aluminio (también conocido como sulfato de alúmina) ( Al 2 (SO4 ) 3 )
Cuando se añade sulfato de alúmina al agua residual que contiene alcalinidad de
carbonato ácido de calcio y magnesio, la reacción que tiene lugar es la siguiente:
Al 2 (SO4 ) 3  3Ca( HCO3 ) 2  2 Al (OH ) 3  3CaSO4  6CO2 La reacción es análoga cuando
se sustituye el bicarbonato cálcico por la sal de magnesio.
Rango de pH para la coagulación óptima: 5-7,5.
Dosis: en tratamiento de aguas residuales, de 100 a 300 g/m3, según el tipo de agua
residual y la exigencia de calidad.

Con cal:
Al 2 (SO4 ) 3  Ca(OH ) 2  2 AL(OH )  3CASO4 Dosis: se necesita de cal un tercio de la
dosis de sulfato de alúmina comercial.

Con carbonato de sodio:
Al 2 (SO4 ) 3  3H 2 O  3Na2 CO3  2 Al (OH ) 3  3Na2 SO4  3CO2 Dosis: se necesita entre el
50 y el 100% de la dosis de sulfato de aluminio comercial.
Oxido de calcio o cal viva
Es un resultado de la calcinación de la piedra caliza en hornos a temperaturas
próximas a los 1000ºC. Está compuesto principalmente de óxidos de calcio y
magnesio.
Usos
Los usos medioambientales de la cal están vinculados al tratamiento de agua potable
e industrial, tratamiento de las aguas residuales y sus lodos, recuperación de suelos
contaminados con hidrocarburos y solventes químicos, desulfuración de los gases de
combustión, tratamiento de los residuos sólidos y sus lixiviados e indirectamente la
58
estabilización o transformación de los suelos inestables y expansivos en suelos aptos
para servir de base de pavimentos. Su uso e importancia ambiental está creciendo
rápidamente, pues constituye una respuesta efectiva a la necesidad de encontrar
soluciones buenas y de bajo costo para los problemas medioambientales antes
señalados.
La cal, a muy bajo costo permite aumentar el pH, precipitar los metales pesados y
convertir los peligrosos lodos de las aguas residuales. Sus aplicaciones más
sobresalientes en el campo sanitario y medioambiental incluyen
Producción de agua potable: Una buena parte de la cal producida en el mundo se
destina a mejorar la calidad de agua de consumo humano e industrial. En este caso
se emplea para suavizar, purificar, eliminar turbiedad, neutralizar la acidez y
remoción de sílice y otras impurezas.
La cal remueve por sí misma la dureza temporal (bicarbonatos) del agua.
Agregando cal hasta obtener y mantener un pH de 10.5 a 11 durante 24 a 72 horas
es posible abatir virus y bacterias y remover la dureza temporal del agua. Este
proceso es especialmente utilizado cuando el agua cruda contiene fenol, pues, en
este caso, el cloro produce un agua no potable. Este proceso se conoce como
tratamiento de exceso de alcalinidad, también remueve la mayoría de los metales
pesados.
La cal es utilizada conjuntamente con sales de hierro y aluminio para la coagulación
de sólidos suspendidos incidentalmente a fin de remover la turbiedad de las aguas.
En este caso su función es la de mantener un pH apropiado para ayudar en la
floculación y facilitar la eliminación por filtración de los sólidos suspendidos
causantes de la turbiedad del agua cruda.
La cal es usada para neutralizar las aguas acidas y en consecuencia la corrosión de
los conductos y tuberías.
59
Tratamiento de aguas residuales: En las plantas de tratamiento biológico de aguas
de deshecho, usualmente se añade cal al digestor con el objeto de lograr el pH
apropiado a una eficiente oxidación biológica de las aguas de deshecho. En las
plantas que utilizan un proceso combinado químico-biológico más avanzado se
agrega cal en la corriente de aguas residuales para precipitar el fósforo como un
complejo de fosfato de calcio, separar el nitrógeno y precipitar otros sólidos
suspendidos o disueltos.
Estabilización de lodos residuales: Constituye una de las más recientes aplicaciones
medioambientales de la cal. Añadiendo cal a los lodos residuales para lograr y
mantener el pH a 12.4 por un mínimo de dos horas se eliminan los estreptococos
fecales, se seca la torta y elimina el mal olor propio de estos residuos. Con este
método se obtienen biosólidos tipo A y B, cuya utilización como acondicionador de
suelos agrícolas está regulado y aceptado por la EPA.
Abatamiento del ácido sulfúrico y sulfito: Mediante el uso de la cal en suspensión
acuosa es posible eliminar entre el 99 y 100% del ácido sulfúrico contenido en los
gases generados por el quemado de combustibles muy azufrados. El hidróxido de
calcio también neutraliza el sulfito generado por muchos procesos industriales
siguiendo la siguiente secuencia química.
Neutralización del ácido sulfúrico
Ca(OH ) 2  H 2 SO4  CaSO 4 2H 2 O (Yeso)
Neutralización del sulfito
Ca(OH ) 2  SO2  CaSO3  H 2 O
CaSO3  1 / 2O2  2H 2 O  CaSO4  2H 2 O (Yeso)
En los sistemas húmedos de remoción de azufre, la cal se emplea como una lechada
conteniendo de 10 a 15% de sólidos de cal. Estos depuradores húmedos producen
un lodo de sulfito de calcio que con media molécula de oxígeno libre más dos de
60
agua, producen un sulfato de calcio hidratado (yeso) utilizable como material de
construcción.
El Sulfato de Calcio, es un fertilizante natural de uso agrícola, su uso genera que los
suelos se renueven gradualmente y no se degraden tan fácilmente con la utilización
de los fertilizantes químicos y abuso de los cultivos no rotativos. Se aplica
directamente a cualquier terreno permitiendo el mejoramiento de las condiciones de
humedad y las propiedades fisicoquímicas del suelo. Desplaza sales y corrige las
deficiencias de calcio en los cultivos, no permite que las plantas a través de sus
raíces se llenen de hongos y parásitos, teniendo así una planta vigorosa. No permite
tener encopamiento de hojas, caída de flores, yemas y frutos, evita el color
amarillento en el fruto del café, fortaleciendo así la estructura del tallo en las plantas.
Por lo consiguiente mejora el rendimiento y la calidad de sus productos, contribuye
en la asimilación del nitrógeno, el metabolismo del fósforo y potasio provocando así,
la mineralización más rápida de los recursos orgánicos del suelo.
Tabla 3.4.- Composición del sulfato de calcio
3.3.4 Perjuicios del aluminio a la salud
Es frecuente la utilización de sales de aluminio en el tratamiento del agua como
coagulantes para reducir el color, la turbidez, y el contenido de materia orgánica y de
microorganismos. Este uso puede incrementar la concentración de aluminio en el
agua tratada; una concentración residual alta puede conferir al agua color y turbidez
no deseables. La concentración de aluminio que da lugar a estos problemas es, en
gran medida, función de varios parámetros de calidad del agua y factores relativos al
61
funcionamiento de la planta de tratamiento del agua. La principal vía de exposición al
aluminio de la población general es el consumo de alimentos, sobre todo de los que
contienen compuestos de aluminio utilizados como aditivos alimentarios. La
contribución del agua de consumo a la exposición total por vía oral al aluminio suele
ser menor que el 5% de la ingesta total (OMS, 2003).
Al parecer, el ser humano absorbe mal el aluminio y sus compuestos, aunque la tasa
y grado de absorción no se han estudiado adecuadamente para todos los sectores
de la población. El grado de absorción del aluminio es función de varios parámetros,
como el tipo de sal de aluminio administrada, el pH (que influye en la especiación y
solubilidad del aluminio), la biodisponibilidad y factores nutricionales. Estos
parámetros deben tenerse en cuenta en la dosimetría de tejidos y evaluación de la
respuesta. Debido a estas consideraciones específicas acerca de la toxicocinética y
toxicodinámica del aluminio, no es adecuado determinar un valor de referencia
basado en los estudios con animales disponibles actualmente.
Hay escasos indicios de que la ingestión de aluminio por vía oral produzca toxicidad
aguda en el ser humano, a pesar de la frecuente presencia del elemento en
alimentos, agua de consumo y numerosos antiácidos. Se ha sugerido la hipótesis de
que la exposición al aluminio es un factor de riesgo para el desarrollo o aparición
temprana de la enfermedad de Alzheimer en el ser humano.
Se reconocen los efectos beneficiosos del uso de aluminio como coagulante en el
tratamiento del agua. Teniendo esto en cuenta, y también los posibles efectos
perjudiciales para la salud del aluminio (es decir, su posible neurotoxicidad), se
calcula una concentración factible, basada en la optimización del proceso de
coagulación en plantas de tratamiento de agua de consumo que utilizan coagulantes
que contienen aluminio, para reducir al mínimo las concentraciones de aluminio en
aguas tratadas.
Existen varios métodos para reducir al mínimo las concentraciones residuales de
aluminio en aguas tratadas: realizar el proceso de coagulación a un pH óptimo, evitar
el uso de dosis excesivas de aluminio, mezclar el coagulante adecuadamente en el
62
lugar de aplicación, ajustar la velocidad de las paletas en la floculación a su valor
óptimo, y filtrar de forma eficiente el flóculo de aluminio. En condiciones operativas
adecuadas, la concentración de aluminio puede reducirse hasta 0,1 mg/l o menos en
instalaciones de tratamiento del agua de gran tamaño. En instalaciones pequeñas
(como las que dan servicio a poblaciones de menos de 10 000 personas) puede ser
difícil alcanzar esta concentración, ya que las plantas pequeñas tienen poca
capacidad para amortiguar las fluctuaciones en la operación; además, estas
instalaciones suelen contar con recursos escasos y un acceso limitado a los
conocimientos necesarios para solucionar problemas operativos específicos. En
estas instalaciones pequeñas, es factible alcanzar una concentración de 0,2 mg/l o
menos de aluminio en el agua tratada.
3.3.5 Ventajas y desventajas en el uso de sulfato de aluminio y sulfato de calcio
como coagulante
En estudios realizados con anterioridad se comparó en el tratamiento fisicoquímico
los coagulantes: el sulfato de aluminio (coagulante de uso tradicional) y cuya fuente
de producción es la bauxita, los yacimientos de esta se encuentran en las zonas
tropicales y subtropicales del planeta por lo que este se requiere importar y el sulfato
de calcio utilizado comúnmente como mejorador de suelos.
• Se necesitan procesar de 4-6 toneladas de bauxita para producir 1 tonelada de
aluminio.
• Se produce una gran deforestación durante su extracción.
• Estos yacimientos son limitados, por lo que hay que buscar otras opciones para el
tratamiento fisicoquímico de las aguas residuales que no implique altos costos de
operación.
• El costo del sulfato de aluminio con 57.14% de pureza es de $5000.0/tonelada.
• Se tiene la hipótesis de que los metales tales como el zinc, el cobre, el aluminio y el
hierro en cantidades excesivas están asociados a la formación de las placas de
amiloide en la enfermedad de Alzheimer,en comparación con el uso del sulfato de
Calcio:
• El sulfato de calcio (Yeso) es de bajo costo. Con precios que varían desde $350.00
a 800.00 /tonelada, dependiendo de la cercanía a la fuente.
63
• El calcio está dentro de las bases y componentes del complejo intercambio
catiónico, importantes en los aspectos físicos y químicos del suelo.
• Se utiliza como fuente de calcio y azufre para mejorar la disponibilidad de las bases
de cambio. • El orden de preferencia de las reacciones de intercambio es:
Al 3  Ca 2  Mg 2  K 1   Na1
• El sulfato de calcio ayuda a mantener el pH para mejorar la disponibilidad de los
micronutrientes como son el boro, el cloro, el cobre, el hierro, el manganeso, el
molibdeno y el zinc; los cuales tienen una máxima disponibilidad a pH en intervalo de
4 a 8.5.
3.4 Ensayo de laboratorio método “Prueba de Jarras”
A nivel de laboratorio uno de los modelos más empleados es el equipo de prueba de
jarras como elemento de control del proceso de coagulación orientando este proceso
a la determinación y optimización de sus variables químicas.
3.4.1 Descripción del equipo de prueba de jarras
Normalmente estos equipos constan de:

Agitador mecánico provisto de seis paletas, capaz de operar a velocidades
variables de 0 a 100 RPM.

Un iluminador de flóculos localizado en la base.

Vasos de precipitados con capacidad de 1000 ml de cristal
3.4. 2 Sistemas de dosificación
Las unidades de agitación múltiple deben ser equipadas con sistemas para la adición
del coagulante en forma simultánea a cada jarra. Ya que los estudios muestran que
las diferencias que existen entre el tiempo de adición de los reactivos químicos
pueden afectar significativamente los resultados.
La técnica usada en el laboratorio del CEPIS consiste en colocar en seis vasos de
precipitados con una pipeta o jeringa las dosis de coagulantes que se van a agregar.
64
Cuando se pone a funcionar el equipo a alta velocidad se inyecta el contenido de
cada jeringa cuidando que la solución penetre profundamente para que la dispersión
sea más rápida.
3.4.3 Sistema de agitación
La variable más importante en la prueba de jarras es la intensidad de agitación
expresada como gradiente de velocidad, en el equipo se utilizan paletas o rotores
para lograr el movimiento del agua (ver figura 3.7.- Equipo de Prueba de Jarras y
Tabla 3.5.- Tiempos y velocidad recomendada para la prueba de jarras).
Figura. 3.7.- Agitador de propelas
65
Tabla 3.5.- Tiempos y velocidad recomendada para la prueba de jarras.
3.4.4 Sistema de toma de muestra
Después de la mezcla rápida y floculación, se tiende a sedimentar en condiciones
adecuadas. Luego se succiona el sobrenadante con una pipeta o por medio de un
sifón de tubo de vidrio. Antes de tomar la muestra se debe descartar a través del
tubo de sifoneo aproximadamente10 ml de agua y luego tomar algo más de 30 ml de
muestra para las determinaciones requeridas.
3.4.5 Iluminación
Para observar el floculo (floc) formado en los vasos, es conveniente una buena
iluminación a pesar de que no es esencial:
Idealmente los vasos deben estar provistos con una base blanca y una iluminación
en ángulo recto a la dirección del observador, evitando fuentes de luz que generen
mucho calor y que tienen un efecto significativo en la coagulación y sedimentación,
ocasionando diferencias de temperaturas.
Se va a emplear como coagulante el sulfato de calcio ( CaSO4 ).
Para su realización se deben tomar en cuenta algunas variables:
 Tipos y dosis de coagulante
 Efecto del pH
 Alcalinidad Tipo y origen del color y turbiedad
66
3.4.6 Coagulación del color
El color en el agua es causado por la presencia de materia orgánica natural como
los ácidos húmicos y flúvicos. Varios autores muestran buena remoción del color
con las sales de aluminio, ha sido demostrada una estequiometria entre la
concentración del color y la dosis de coagulante.
3.4.7 Coagulación de color y turbiedad
Estos parámetros reaccionan de manera diferente con la coagulación por lo que
resulta difícil el tratamiento del agua con altas concentraciones de estos. El
polímero reacciona primero con los compuestos orgánicos solubles para formar
precipitados coloidales. (Manual del CEPIS).
3.4.8 Determinación de la dosis óptima
Dependiendo del grado de turbiedad del agua, la dosificación del coagulante
varía, por esta razón es importante hacer algunas pruebas variando la
dosificación hasta encontrar la óptima para cada tipo de agua; se realiza una
estimación mediante pruebas de laboratorio, en ellas se utiliza el agua que va a
ser tratada así como los químicos que van a ser usados.
El objetivo es determinar la dosis de coagulante que produce la más rápida
desestabilización de las partículas coloidales de manera que permita la formación
de un floculo pesado y compacto que pueda ser fácilmente retenido en los
sedimentadores y que no se rompa al pasar por el filtro.
3.5 Sistemas de filtración
Los sistemas de filtración dan tratamiento al agua al pasarla a través de
materiales porosos que eliminan y retienen contaminantes.
67
Filtración convencional
Los sistemas de filtración tratan el agua pasándola a través de medios granulares
(p.ej., arena) que retiran los contaminantes. Su eficacia varía grandemente, pero
estos sistemas se pueden utilizar para corregir problemas de turbidez y color, así
también como tratamiento para eliminar Giardia y Criptosporidium, bacterias y virus.
La filtración convencional utiliza primero un pretratamiento químico coagulante, tal
como sales de hierro o aluminio, las cuales se agregan al agua fuente. Después, se
agita la mezcla lentamente para inducir la unión de las partículas pequeñas en
suspensión para formar grumos más grandes o “flóculos” más fáciles de retirar.
Estos sistemas utilizan después un paso de sedimentación. En este proceso, las
partículas en el agua, incluidos los flóculos creados mediante floculación, se asientan
fuera del agua de manera natural por la fuerza de la gravedad. Estos contaminantes
se aglutinan en el fondo del sistema como un “fango” que debe ser eliminado
periódicamente.
Después de terminar estos procesos, se pasa el agua a través de filtros para que
cualesquier partículas restantes se adhieran físicamente y por sí mismas al material
de filtro. Las partículas en suspensión son desestabilizadas por el coagulante y por lo
tanto se adhieren más fácilmente al material de filtro.
La filtración convencional, al igual que otros sistemas de filtración, produce una
mejoría significativa en una amplia diversidad de aguas fuente. Éste se utiliza con
mejores resultados en fuentes con flujo constante y niveles bajos de algas, las cuales
pueden obstruir los sistemas de filtración.
Filtración directa
Al igual que la filtración convencional se trata el agua pasándola a través de medios
granulares (p.ej., arena) que retiran los contaminantes, se utiliza primero un
pretratamiento químico coagulante y se utilizan después de un paso de
sedimentación. También éste se utiliza con mejores resultados en fuentes con flujo
68
constante y niveles bajos de algas, las cuales pueden obstruir los sistemas de
filtración.
Debido a que todas las partículas se eliminan mediante filtración, la filtración directa
no es apta para el tratamiento de aguas con turbidez elevada. Una norma general es
que la filtración directa es apropiada para aguas fuente con una turbidez menor que
diez NTU.
Filtración con tierra diatomácea
La filtración con tierra diatomácea se utiliza para eliminar físicamente los
particulados, los cuales son simplemente extraídos del agua fuente. El proceso es
eficaz para la eliminación de Giardia, Criptosporidium, algas y, dependiendo del
grado, algunas bacterias y virus (Academia Nacional de Ciencias, 2008).
El filtro de este sistema consiste en una torta de tierra diatomácea, una sustancia con
la consistencia de harina, es una sustancia como yeso fabricada con restos
fosilizados y triturados de formas de vida marina unicelular llamadas diatomeas.
Se hace pasar el agua a través de un sistema de filtros de tierra diatomácea
mediante bombas que fuerzan agua presurizada a través de la torta de material
desde la admisión de la fuente, o utilizan succión por vacío para extraerla desde el
lado de la descarga.
La filtración con tierra diatomácea produce mejores resultados en el tratamiento de
agua fuente de mayor calidad y que no tenga contaminantes inorgánicos.
La capacidad del proceso se ajusta con facilidad para adecuarla a la de instalaciones
de pequeña escala. Los sistemas de filtración de tierra diatomácea son fáciles de
operar y son económicamente atractivos. Estos atributos los convierten en los
favoritos para el alivio temporal en tiempos de crisis, y en comunidades con muy
pocos recursos económicos para financiar infraestructuras de mayor costo.
69
Además de filtrar agua, este sistema de filtración es estándar en muchos procesos
de fabricación, incluida la fabricación de almíbares, aceites, antibióticos, productos
químicos y bebidas alcohólicas.
Filtración lenta con arena
La filtración lenta con arena fue el primer método utilizado por muchas ciudades
durante el siglo XIX. Estos filtros puede eliminar eficazmente los microorganismos
que causan enfermedades transportadas por agua , incluso protozoos como Giardia
y Criptosporidium, al igual que bacterias y virus, una capacidad que se demostró
inicialmente con un descenso en los índices de enfermedades en las ciudades
europeas que iniciaron a aplicar el tratamiento.
El agua tratada mediante estos sistemas se deja pasar lentamente a través de un
lecho de arena de unos dos a cuatro pies (0,6 a 1,2 metros) de profundidad. En ruta,
una combinación de procesos físicos y biológicos filtra el agua y elimina los
contaminantes.
Después del uso repetido, la arena se vuelve portadora de una multitud de bacterias,
algas, protozoos, rotíferos, copépodos, y gusanos acuáticos. Estos microorganismos
ayudan al proceso de filtración mediante la eliminación de contaminantes, no
obstante que pueden ser afectados por las temperaturas de agua menores que diez
grados Celsius. Se dice que la arena que alberga estos organismos está “madura”, y
ésta es preferible a la arena limpia o nueva. Puede ser necesario que transcurran
varias semanas o meses para madurar la arena, dependiendo del contenido y la
temperatura del agua. El proceso eventualmente obstruye el lecho de arena y reduce
las velocidades de los flujos hasta el punto en que sea necesario eliminar las
obstrucciones, típicamente mediante la inversión del flujo, o “retrolavado”.
Los sistemas de filtración lenta con arena quizá no puedan ser compatibles con el
agua clorada porque el cloro puede tener un impacto perjudicial en la colonia
microbiológica del filtro. Por lo tanto, el agua a ser desinfectada con cloro puede
tratarse en las instalaciones de almacenamiento después de pasar a través del
proceso de filtración.
70
El almacenamiento ayuda también a agregar flexibilidad a los resultados en el agua
del sistema. Los sistemas de filtración lenta de arena no tienen capacidad para
manejar mayores volúmenes de agua en horas de máxima demanda, ni se los debe
hacer funcionar con flujos menores que los óptimos durante los períodos de mínima
demanda.
Los sistemas lentos de arena funcionan bien solamente con agua fuente que tiene
bajos niveles de turbidez y algas, y sin contaminación de color. Estos sistemas tienen
problemas particularmente con altos contenidos de algas o de arcilla, los cuales
pueden obstruir los lechos de arena. Por otro lado, el agua rica en nutrientes, puede
ayudar en la acción limpiadora de los filtros lentos de arena mediante el refuerzo del
componente biológico (Academia Nacional de Ciencias, 2008).
Filtración con bolsa y cartucho
Los filtros de bolsa y cartucho son sistemas sencillos y fáciles de operar que usan
una bolsa tejida o un cartucho con un filtro de filamento enrollado para restringir
físicamente los microbios y sedimentos del agua fuente cuando ésta pasa a través
del medio filtrante.
Estos sistemas son eficaces contra quistes de Giardia, pero no son suficientes para
eliminar bacterias, virus o productos químicos. Así, estos son más apropiados para
aguas fuente de más alta calidad y aquéllas con limitada turbidez.
Esta tecnología
está diseñada para el uso en instalaciones de tratamiento de
pequeña escala. Sistemas como éstos ofrecen además facilidad de operación y
mantenimiento, y requieren muy poca capacitación técnica para el operador. Los
costos son variables dependiendo de qué tan a menudo se deban cambiar los filtros.
Los cartuchos se contaminan rápidamente con el agua con alto contenido de
particulados, así que se recomienda mejor para agua con baja turbidez. La
contaminación se puede corregir con el uso de desinfectante.
71
Filtración de cerámica
Típicamente a estos dispositivos se les da la forma de maceta o tazón y se los
impregna con diminutas partículas de plata coloidal como desinfectante y para
prevenir el crecimiento de bacterias en el filtro. El filtro se asienta en un receptáculo
plástico o cerámico de 20 a 30 litros de capacidad con un grifo.
Los ensayos de laboratorio han demostrado que, si se diseñan y producen
correctamente, estos dispositivos pueden eliminar o inactivar casi todas las bacterias
y parásitos protozoarios. Su eficacia contra los virus es desconocida.
Las ventajas de los filtros de cerámica son su facilidad de uso, larga vida útil (si no se
los quiebra) y bajo costo relativo. Entre las desventajas se incluyen la posible
recontaminación del agua almacenada debido a la ausencia de cloro residual y un
caudal relativamente bajo de uno a dos litros por hora.
Filtración biológica con arena
Comúnmente, un filtro biológico de arena tiene la forma de un recipiente de menos
de un metro de altura y quizá 30 cm de anchura y de profundidad, rellenado con
arena. La capa biológicamente activa, la cual demora de una a dos semanas en
desarrollarse completamente, puede conservarse al mantener el nivel del agua por
encima de la parte superior de la arena. Al igual que con los filtros lentos de arena,
esta capa bioactiva ayuda a filtrar, adsorber, destruir o inactivar patógenos.
Usualmente, se coloca una placa porosa encima de la arena para no perturbar la
capa bioactiva al agregar el agua. Los usuarios sencillamente vierten agua en la
parte superior del aparato, y recolectan el agua tratada al salir por la descarga
(Academia Nacional de Ciencias, 2008).
En ensayos de laboratorio y de campo, los filtros biológicos de arena mostraron
haber eliminado casi todos los protozoos, y la mayoría de bacterias. Su desempeño
con los virus no está bien establecido.
72
El mantenimiento es muy sencillo, usualmente consiste en agitar la superficie
superior de la arena aproximadamente una vez al mes y recolectar manualmente el
material en suspensión. El costo de mantenimiento es muy bajo, dado que hay muy
pocas o ninguna parte qué reemplazar.
3.5.2 Medios filtrantes de uso común
Arena
La arena lavada y clasificada según su densidad es usada para la remoción de
sedimentos. Es un medio inerte y tiene un largo periodo de vida, siendo muy
resistente a la presión o turbulencia, características de los retrolavados. Es usado
principalmente en aplicaciones municipales.
Alumina activada
Es una mezcla especial de óxido de aluminio, el cual promueve un intercambio de
iones en su superficie, mediante el cual libera hidróxidos a cambio del anión
contaminante, que puede ser flúor, arsénico, selenio, sílica y algunos ácidos
húmicos. Todo esto, a través de un proceso de adsorción, mediante el cual una
sustancia se adhiere a la superficie de otra. Se requiere su regeneración con
hidróxido de sodio, y su eficiencia es muy dependiente del nivel de pH en el que
trabaje, siendo su punto óptimo entre 5.5 y 6.
Arena verde de manganeso
Conocido en inglés como “manganese greensand”, se utiliza principalmente para
oxidar y filtrar el hierro, manganeso y sulfuro de hidrógeno ( H 2 S ). El medio está
cargado de un oxidante que cambia a los contaminantes mencionados de su estado
soluble a insoluble, para luego retenerlos en el medio. Se requiere de su
regeneración con permanganato de potasio ( KMnO4 ) el cual regenera la capacidad
oxidante del medio.
73
Antracita
Utilizado en filtros multi-Media debido a su densidad relativamente media,
permanecerá sobre medios más pesados tales como arena o granate que
proporciona una capa excelente de la prefiltración. Los medios de antracita son un
carbón machacado calificado seleccionado específicamente para el tratamiento de
aguas (Global Water Technologies S.R.L. de C.V., 2005)
Es uno de los medios filtrantes más empleados, básicamente es carbón activado
triturado y tamizado con gránulos que van desde 0.5 µm hasta 3 µm. Es un buen
complemento para los filtros de medios múltiples, en compañía de arena o arena
verde de manganeso.
Birm
Es el nombre comercial para un medio cubierto con dióxido de manganeso, que es
capaz de actuar como oxidante y catalítico. Esto hace reaccionar el oxígeno disuelto
del agua con el hierro y manganeso presentes, oxidándolos, y de esta manera
precipitándolos (cambiarlos de estado soluble a particulado o suspendido) para luego
retenerlos en la superficie del lecho.
El Birm es los medios eficientes que actúa como catalizador para realizar la reacción
entre el oxígeno disuelto en agua y compuestos del hierro. Birm es insoluble y no se
consume durante la operación que le da ventaja sobre otro medio para el retiro del
hierro.
Carbón activado
Existen varios tipos de carbón: el que se obtiene de las minas como la antracita, el
de huesos de animales, de madera o cáscara de coco. El material es sometido a
altas presiones y vapores, o expuesto a diferentes tipos de solventes, de manera que
se crean cavidades en el carbón, brindándole esto una alta superficie de área con
una muy buena capacidad adsorbente. Su principal aplicación es mejorar el sabor y
olor del agua, mediante la remoción de compuestos orgánicos y oxidantes.
74
El carbón activado granular se utiliza para una variedad de usos del tratamiento de
aguas. Esto incluye el retiro del cloro, de las sustancias orgánicas, de los
sedimentos, olores y del color. El área superficial granular grande, tiene una enorme
capacidad de fijar impurezas por adsorción, dando por resultado el agua limpia y
dulce.
Corosex
Es el nombre comercial de un óxido de magnesio altamente reactivo, que se utiliza
principalmente para neutralizar al dióxido de carbono ( CO2 ) presente en el agua. Se
utiliza en condiciones de alto flujo, y sus limitaciones incluyen la tendencia a sobre
corregir en aplicaciones de bajo flujo o de uso intermitente.
Calcita
La calcita es los medios de mármol blancos machacados y defendidos que se
pueden utilizar económicamente para neutralizar las aguas ácidas o bajas del pH a
un hilo neutro, efluente menos corrosivo. Es un material naturalmente que ocurre.
Proporciona una reacción más lenta para la corrección controlada del pH.
Filter-AG
Utilizado para el retiro de la suciedad, de sedimentos y de la materia suspendida,
esta los medios son más ligeros en peso y requieren menos flujo de turbulencia y
menos área de la filtración del pie cuadrado. La gota de presión a través de la capa
filtrante es más baja que otros medios del filtro.
Filtro-AG es un dióxido no acuoso del silicio.
Garnet (granate)
Utilizado normalmente como la capa más baja de la filtración en filtros de los
multimedia. Los granos más grandes de medios en la tapa atraparán los sólidos más
grandes. Un tamaño de grano uniformemente que disminuye en la dirección del flujo
con los granos pequeños en el fondo hará pulir final.
75
La alta gravedad específica del Garnet alcanza un cargamento más alto y una
retención mejor de la partícula.
KDF
KDF (Kinetic Degradation Fluxion) medio filtrante de proceso son gránulos de gran
pureza de cobre-zinc que reducen los contaminantes del agua usando reacciones
oxidación/reducción (redox). Son usados en pretratamiento, tratamiento primario y
tratamiento de aguas residuales para mantener el sistema y alargar la vida útil de un
sistema y reducir contaminación por metales pesados, cloro y sulfuro de hidrogeno.
Gravas del filtro
La arena y la grava del filtro se califican específicamente para las plantas de la
filtración del agua. La arena del filtro se puede utilizar en usos municipales,
industriales o residenciales.
La forma esférica de la grava sin aplastar promueve buenos flujos e incluso
distribución. Las impurezas solubles bajas limitan el mineral indeseable que lixivia en
la corriente de proceso.
MTM
MTM es uno de los medios nuevamente desarrollados preparados especialmente
para el retiro del hierro oxidado, del hierro soluble, de los compuestos del
manganeso y del sulfuro del hidrógeno. Puede ser utilizado con una amplia gama del
agua pH (6,2-9,0) del afluente y crea una gota de presión baja a través de la capa
filtrante.
MTM pasa la prueba al estándar 61 de la UL ANSI/NSF.
Pyrolox
Es el nombre comercial de un medio de dióxido de manganeso, usado para la
reducción de hierro, manganeso y sulfuro de hidrógeno ( H 2 S ). Al igual que el Birm,
76
funciona como catalizador de la oxidación. Requiere de oxígeno en el agua y
retrolavados fuertes y frecuentes.
Resinas de intercambio iónico
Hay 2 tipos básicos de resinas intercambio de cationes e intercambio de aniones.
Resinas del intercambio de cationes emiten iones Hidrógeno ( H  ) u otros iones
como intercambio por cationes impuros presentes en el agua. Resina de intercambio
de Aniones despedira iones de hydroxilo ( OH  ) u otros iones de cargas negativas en
intercambio por los iones impuros que están presentes en el agua.
Las resinas de Intercambio de iones modernas son preparadas de polímeros
sintéticos tales como styrenedivinlybenzene copolimeros que han sido sulfonatada
para formar unos intercambios de cationes fuertemente ácidos o aminated para
formar intercambios de aniones fuertemente básicos o débilmente básicos.
77
CAPÍTULO 4
DESARROLLO DEL PROYECTO
78
CAPÍTULO 4
DESARROLLO DEL PROYECTO
4.1.
ETAPAS DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Figura.4.0.- Etapas del desarrollo del proyecto
79
4.2 DESARROLLO DEL PROYECTO
4.2.1 Definición del proyecto:
Se diseñara un prototipo de tratamiento fisicoquímico de aguas jabonosas para
uso de casa-habitación, utilizando como coagulante sulfato de calcio.
4.2.2 Investigación teórica:
Se realizó la investigación documental necesaria para fundamentar el proyecto, los
temas recopilados fueron los siguientes:
 Anatomía de los detergentes
 Cantidad de agua que consumen por ciclo varias lavadoras
 Coloides
 Teoría de doble capa
 Coagulación química y floculación
 Ventajas y desventajas del uso de sulfato de aluminio y sulfato de calcio
como coagulantes
 Prueba de jarras
 Técnicas de filtración y material filtrante
4.2.3 Caracterización del agua cruda
Se llevaron a cabo los análisis de laboratorio correspondientes a la NOM- 001SEMARNAT-1996 para el rubro de riego agrícola, con el objetivo de establecer los
parámetros de entrada del agua a tratar (ver figura 4.1.- Muestra de agua cruda).
80
Figura.4.1.- Muestra de agua cruda.
Los análisis realizados fueron los siguientes:
Demanda Química de Oxígeno
Consiste en la oxidación de la fracción orgánica del agua con una solución de
dicromato de potasio en un medio fuertemente ácido, se llevó a cabo de acuerdo a
la NMX-AA- 030-2000 Método espectrofotométrico.
Sólidos suspendidos totales
La definición usual de sólidos, se refiere a la materia que queda como residuo
después de la evaporación y el secado entre 103°C y 105°C.
La determinación de solidos suspendidos es de gran valor en el análisis de aguas
contaminadas; es uno de los principales parámetros para evaluar la concentración
de las aguas residuales domésticas y para determinar la eficiencia de las unidades
de tratamiento.
81
Se realizó este análisis de acuerdo a la NMX-AA -034-SCFI-2001
Color
Está formado por una considerable variedad de extractos vegetales.se considera
que las principales fuentes de color son los taninos, el ácido húmico y los
humatos, que provienen de la descomposición de la lignina.
El color natural existe en el agua principalmente en forma de partículas coloidales
con carga negativa.
El color de las aguas destinadas al consumo humano no debe exceder de 15
unidades que es el contaminante máximo o secundario establecido por la EPA.
Un sistema adoptado por la Comisión Internacional de Iluminación para la
caracterización y medición del color es la espectrofotometría.
Se realizó la medición de este parámetro al agua cruda en un espectrofotómetro,
esta se realizó con dilución 1:1 debido a que rebasaba el rango de lectura del
medidor.
Se realizó la medición en el espectrofotómetro reportando en u Pt/Co (unidades de
Platino- Cobalto)
Turbidez
El término turbio se aplica a las aguas que tienen materia en suspensión que
interfiere con el paso de la luz a través del agua, o aquellas en las aguas en las
que está restringida la visión de la profundidad. La turbiedad puede ser causada
por una gran variedad de materiales en suspensión, de tamaño variable entre las
dispersiones coloidales y las gruesas, dependiendo del grado de turbulencia.
82
Las mediciones de turbiedad son de particular importancia en el campo del
abastecimiento del agua. Su uso es limitado en el tratamiento de los residuos
domésticos e industriales.
El método estándar actual para la medición de la turbiedad se apoya en
instrumentos que emplean los principios de la nefelometría.
Se realizó la medición en el espectrofotómetro reportando en NTU (unidades
nefelométricas de turbidez).
pH
Es un término de uso general para expresar la magnitud de acidez o alcalinidad.
En el área de los abastecimientos de agua, es un factor que se debe tener en
consideración en la coagulación química, la desinfección, el ablandamiento de
aguas y el control de la corrosión.
El electrodo de hidrógeno es el estándar absoluto para la medición del pH.
Se utilizó un medidor marca Hanna previamente calibrado, se sumergió el
electrodo en el agua, tomando la lectura, cuando esta se estabilizó.
Conductividad eléctrica:
La conductividad electrolítica es una expresión numérica de la capacidad de una
solución para transportar una corriente eléctrica. Esta capacidad depende de la
presencia de iones, de su concentración total, de su movilidad, valencia y
concentraciones relativas, así como de la temperatura.
La determinación de conductividad es de gran importancia pues da una idea del
grado de mineralización del agua natural, potable, residual, residual tratada, de
proceso o bien del agua para ser usada en el laboratorio de análisis de rutina.
83
El valor de la conductividad es un parámetro regulado por los límites máximos
permisibles en descargas de aguas residuales al alcantarillado o a cuerpos
receptores, también es un parámetro de calidad del agua para usos y actividades
agrícolas, para contacto primario y para el consumo humano.
Se utilizó un medidor marca Conductronic previamente calibrado, se realizó la
medición de acuerdo a la NMX-AA-093- SCFI-2000.
Fósforo
Las determinaciones de fosforo son muy importantes para evaluar la productividad
biológica potencial de las aguas superficiales, y en muchas áreas se han
establecido límites de la cantidad de fósforo que se puede descargar a los cuerpos
de agua, especialmente en lagos y reservorios. Debido a la importancia del fósforo
como nutriente en los métodos biológicos del tratamiento del agua residual, su
determinación es esencial en muchos residuos industriales y en funcionamiento de
las plantas de tratamiento de residuos.
Se llevó a cabo de acuerdo a la NMX-AA- 029-1981 Método Cloruro estanoso.
SAAM
Los tensoactivos entran en las aguas limpias y residuales principalmente por
descarga de residuos acuosos del lavado de doméstico e industrial de ropa y otras
operaciones de limpieza.
Un tensoactivo combina en una sola molécula un grupo hidrófobo con uno
hidrófilo. Dichas moléculas tienden a congregarse en las interfaces entre el medio
acuoso y las otras fases del sistema, como aire, líquidos oleosos y partículas,
impartiendo por tanto propiedades tales como la formación de espuma,
emulsificación y suspensión de partículas.
84
Un alto contenido de detergentes en agua puede provocar formación de espuma,
toxicidad para la vida acuática y crecimiento desmesurado de la flora acuática por
el aporte de fosfatos.
El método de azul de metileno puede emplearse para estudios de monitoreo de
biodegradabilidad pero no puede diferenciar entre los dos tipos de cadena de
sulfonato de alquilbenceno.
Se llevó a cabo de acuerdo a la NMX-AA- 039-198 Método Azul de metileno.
Prueba de jarras
Este proceso consiste en la simulación de las condiciones de coagulaciónfloculación en una muestra de agua, determinando las variables que afectan la
remoción de los contaminantes (color, turbiedad), así como la dosis y el tipo de
coagulante empleado, el efecto del pH y la temperatura.
Se llevó a cabo la prueba de jarras, con la adición de diferentes concentraciones
de coagulante (ver tabla 4.0.- Concentraciones de coagulante adicionado),
midiendo los parámetros de turbidez, pH, conductividad eléctrica y color.
Para realizar la prueba se empleó como coagulante sulfato de calcio adicionado
en diferentes cantidades directamente a la jarra.
Tabla 4.0.- Concentraciones de coagulante adicionado
85
La prueba fue realizada utilizando para ello vasos de precipitados de 1000ml de
capacidad, en el agitador de propelas tomando en cuenta la metodología
recomendada por el manual del CEPIS (1981).
Procedimiento realizado:
1. Se caracterizó la muestra de agua, al momento de la prueba se midió pH,
conductividad, turbidez y color al agua cruda.
2. Se pesó la cantidad en gramos del coagulante a utilizar de acuerdo a la
tabla 4(Concentraciones de coagulante adicionado)
3. Se midieron 1000ml de la muestra de agua cruda en el vaso de
precipitados.
4. Se colocaron los 6 vasos en el agitador de propelas, incluyendo en la
primera corrida una jarra con el agua cruda como blanco (sin adición de
coagulante).
5. Se adiciono la cantidad correspondiente de coagulante a cada jarra cerca
del eje de la propela.
6. Se dejó con agitación rápida a 100 rpm durante 60 segundos, transcurrido
este tiempo se bajó el gradiente de velocidad a 40 rpm durante 5 min.
7. Una vez transcurridos los 5 min se suspendió la agitación y se dejó
sedimentar durante 45 min (ver figura 4.1 Sedimentación después del
período de floculación.) y posteriormente 36 horas (.ver figura 4.2
Sedimentación después de 36 horas)
8. Después de transcurrido el tiempo de sedimentación se realizó la medición
de color, turbidez, pH, y conductividad.
9. La prueba se realizó por duplicado.
86
Figura. 4.1.- Sedimentación después del período de floculación.
Figura.4.2.- Sedimentación después de 36 horas
87
CAPÍTULO 5
RESULTADOS Y
CONCLUSIONES
88
CAPÍTULO 5
5.1 Resultados
De acuerdo a los resultados de la tabla 5.0.- Caracterización del agua cruda
podemos observar que la muestra de agua presenta una considerable cantidad de
fósforo y SAAM, ya que el detergente utilizado está compuesto en un 40% de
fósforo.
5.0.- Caracterización del agua cruda
5.1.1 Resultados de la remoción de los contaminantes en el agua tratada
Al término de la prueba de jarras y habiendo evaluado que concentración óptima
de coagulante, se realizó el análisis fisicoquímico del agua tratada para evaluar la
eficiencia de remoción de los contaminantes (ver tabla 5.1.- Resultados de la
eficiencia de remoción del agua tratada).
89
Tabla 5.1.- Resultados de la eficiencia de remoción del agua tratada
Se puede observar que el sulfato de calcio fue muy eficiente en la remoción de
contaminantes ya que en los parámetros analizados se removió en promedio el
85%. En los parámetros en los que se baso la evaluación del tratamiento para el
re-uso del agua se obtuvo un 78% de remoción para fósforo y un 84% para SAAM.
La tabla 5.1.- Resultados de la eficiencia de remoción del agua tratada, muestra la
eficiencia de remoción entre ambos procesos, cumpliendo con los límites máximos
permisibles estipulados en la NOM- 001-SEMARNAT-1996.
Se tomó de referencia la tesis Evaluación del sulfato de calcio hidratado como
alternativa al uso tradicional del sulfato de aluminio en el proceso de floculación
del tratamiento de aguas residuales (Camacho, Ventura,2006), para aplicar este
como alternativa de coagulante en el tratamiento fisicoquímico del agua jabonosa,
en la investigación actual se probaron diferentes dosis para obtener la
concentración óptima ya que cada muestra resulta diferente debido al tipo de
jabón, detergente o limpiador utilizado en el proceso de lavado de ropa.
Analizados los resultados y dando por hecho que el sulfato de calcio es eficiente
como coagulante se diseñó el siguiente prototipo de tratamiento de aguas
jabonosas para uso de casa-habitación, en la siguiente tabla se pueden observar
los costos de diseño(ver Tabla .5.2.- Costos de prototipo diseño1), se puede
90
observar que la inversión de este prototipo propuesto es elevado debido a que
será completamente automatizado, las horas hombres se contemplan en la tabla
5.4.- Costo hora/hombre.Este diseño tiene como ventaja, tratar 100L más de agua
jabonosa comparado con el diseño dos que solo tiene un tanque para el proceso
fisicoquímico por lo que trata solo 100L, ver figura. 5.0.- Diagrama de diseño para
el prototipo de tratamiento de aguas jabonosas con capacidad para 200L y figura
5.1 Prototipo de tratamiento de aguas jabonosas diseño 2 para 100 L.
Tabla 5.2.- Costos de prototipo diseño1
91
Figura. 5.0.- Diagrama de diseño para el prototipo de tratamiento de aguas
jabonosas con capacidad para 200L
92
Figura. 5.1.-
Diagrama de diseño para el prototipo de tratamiento de aguas
jabonosas con capacidad para 100L.
93
Tabla 5.3.- Costos del prototipo diseño2
Tabla 5.4.- Costo hora/ hombre empleadas para la instalación del prototipo 1
Tabla 5.5.- Costo hora/ hombre empleadas para la instalación del prototipo 2
Es importante mencionar que el filtro de arena cotizado el precio puede variar de
acuerdo a su tamaño. El tamaño del filtro y composición de material filtrante son
importantes para obtener una buena calidad en el pulimiento del agua.
94
En el mercado están a la venta filtros de diferentes tamaños y precios, que incluye
instalar una bomba para mantener la presión y realizar el retrolavado del mismo.
Por ejemplo el filtro Flow-Guard que contiene una cama de arena silica triturada de
tamaño graduado de aproximadamente 16"de profundidad. Los contaminantes en
el agua son capturados en la cama de arena y el agua filtrada pasa dentro del
colector de descarga, ubicado en el fondo de los tanques.
5.2 Conclusiones
El tratamiento fisicoquímico es una herramienta útil en el tratamiento del agua
residual, el uso alternativo de substancias utilizadas para realizar dicho proceso
nos permite, bajar costos e impedir el daño a la salud y al ambiente.
Para complementar el proceso fisicoquímico y poder aplicarlo en unidades
habitacionales se diseñaron dos prototipos de tratamiento, los cuales en su
momento fueron probados, a través de una operación manual y con unidades de
25 litros, el filtro de arena se probó con material previamente utilizado durante las
pruebas de filtración de proyectos anteriores, este está compuesto de una capa de
grava de rio de aproximadamente 35 cm de alto y de una capa de arena de aprox.
75 cm para una altura de la torre de aprox. 223cm, con un diámetro de 6”.
El filtro utilizado tenía una capa de grava de rio de aproximadamente 10cm de alto,
una capa de grava de mina rica en silicatos de aprox. 10cm y una capa de arena
de aprox.40 cm para una altura total de la torre de 100cm con un ancho de 10cm.
El agua al pasar por el filtro sale más limpia con una remoción entre el 30 y el 40%
en todos los parámetros analizados, removiendo contaminantes orgánicos como
inorgánicos.
El ahorro de agua es elevado lo que con lleva a obtener un ahorro económico,
además, ya tratada el agua esta facilita el proceso de depuración en las plantas de
tratamiento. Este ahorro de agua tiene una inversión alta, el prototipo esta
95
propuesto que sea completamente automatizado debido a que el proceso no tiene
que ser afectado por el hecho de olvidar abrir o cerrar una válvula, provocando
obtener agua tratada de mala calidad.
96
CAPÍTULO 6
GLOSARIO
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
97
CAPÍTULO 6
6.1. GLOSARIO.
Agua gris: Aguas grises son aquellas que provienen de los desagües de los
aparatos sanitarios de aseo personal, tales como bañeras, duchas, lavabos o
bidés, no siendo aptas sanitariamente para el consumo humano, pero cuyas
características organolépticas y de limpieza de sólidos en suspensión permiten su
distribución por conducciones y mecanismos de pequeño calibre para usos
auxiliares como riego, evacuación de inodoros, limpieza de vehículos.
Coagulante: Es un agente químico que se agrega al agua y cuyas propiedades
hacen posible la sedimentación de materias suspendidas, finamente divididas o en
estado coloidal.
Detergente: Es una sustancia que tiene la propiedad química de disolver la
suciedad o las impurezas de un objeto sin corroerlo.
Jabón: es una sustancia con dos partes, una de ellas llamada lipófila (o
hidrófoba), se une a las gotitas de grasa y la otra, denominada hidrófila, se une al
agua. De esta manera se consigue disolver la grasa en agua. Químicamente es
una sal alcalina de un ácido graso de cadena larga
Eutrofización: Incremento de sustancias nutritivas en aguas dulces de lagos y
embalses, que provoca un exceso de fitoplancton.
Anfótero: (Del gr. ἀμφότερος, el uno y el otro).Se dice de las moléculas que
pueden reaccionar como ácido o como base.
Hidrólisis: Descomposición de sustancias orgánicas e inorgánicas complejas en
otras más sencillas por acción de agua.
EPA: Agencia de Protección Ambiental
Abatimiento: Inclinación o giro de algo que estaba vertical.
Biodisponibilidad: Fracción de la dosis administrada que llega en forma activa
(sin metabolizar) a la circulación sistémica.
98
Toxicocinética: La Quimiobiocinética o Toxicocinética estudia los cambios que
ocurren a través del tiempo, en la absorción, distribución, biotransformación y
eliminación de los tóxicos en el organismo.
Toxicodinámica: La toxicodinámica es el estudio de la manera en que los
agentes químicos ejercen sus efectos en los organismos vivos.
Guardia: Género de protozoos flagelados que producen varias enfermedades en
el hombre.
Cryptosporidiu:
Cryptosporidium
parvum
es
un
protozoo
intracelular.
Taxonómicamente, se encuadra dentro del Phylum Apicomplexa (presentan
complejo
apical),
clase Sporozoasida (reproducción
sexual
y asexual
con
formación de quistes), subclase Coccidiasina (el ciclo presenta merogonias,
gametogonias
y
esporogonias),
suborden Eimeriorina (se
desarrollan
orden Eucoccidiorida (hay
macro
y
esquizogonia),
microgametos
de
forma
independiente, y el zigoto es inmóvil) y familia Cryptosporidiae (los ooquistes
presentan cuatro esporozoitos y ciclo vital monoxeno, es decir, con un solo
hospedador). Las géneros Plasmodium, Babesia, Sarcocystis, Toxoplasma,
Cyclospora, Isospora y Eimeria son también coccideos.
Rotíferos: Los rotíferos son una filo de animales metazoarios invertebrados,
microscópicos, con simetría bilateral, segmentación aparente, porción caudal
ahorquillada y cubiertas las hembras de una cutícula endurecida, la loriga.
Copépodos: Subclase de crustáceos que se caracterizan por ser generalmente
microscópicos, de vida libre en medio acuático y por formar parte del plancton:
los copépodos constituyen el alimento de un gran número de peces.
Receptáculo: Cavidad en la que puede contenerse cualquier sustancia.
Grifo: Llave de metal, colocada en la boca de las cañerías y en calderas y en
otros depósitos de líquidos a fin de regular el paso.
Cuerpos de agua: Lagos, lagunas, acuíferos, ríos y sus afluentes directos e
indirectos permanentes o intermitentes, presas, embalses, cenotes, manantiales,
99
lagunas litorales, estuarios, esteros, marismas, aguas marinas y demás depósitos
o corrientes de agua.
Quelación: del griego chele „pinza de cangrejo‟. Formación de dos o más enlaces
coordinados entre compuesto orgánico y un metal central.
100
6.2. BIBLIOGRAFÍA.
FNUAP Fondo de población de las naciones unidas, el estado de la población
mundial 2001, huellas e hitos: población y cambio del medio ambiente. (2008)
http://www.unfpa.org/swp/2001/espanol/ch02.html,
ANTAD(asociación nacional de tiendas de autoservicio y departamentales, A.C,
Dr. María Llamas José, Detergentes, 2001.
Cuaderno firp s332-a, facultad de ingeniería escuela de ingeniería química, Mérida
Venezuela versión 1(1988).
Clair N. Sawyer, Perry I. Mccarty, F. Parkin, Química para ingeniería ambiental, 4
Edición, 2001.
Revista del consumidor No. 291, Calidad de lavadoras, Mayo 2001, México
Castro, de Esparza, María Luisa, Pérez, Carrion, José M., Manual de instrucción,
“Determinación de variables químicas”, Universidad Mayor de San Simon, 1981.
Urquiza, Estrada, Manuel M, “Uso sostenible del agua en la ciudad de Querétaro”,
2008,
http://www.google.com.mx/search?sourceid=navclient&hl=es&ie=UTF-
&&1T4ACEW esMX347MX348&&q=situacion+de+agua+en+queretaro,2010
Marín Stillman Luis Ernesto, Agua en México: retos y oportunidades, México,
2002.
101
6.3. ANEXOS
Fig. 6.0.- Prueba de Jarras
102
Figura 6.1.- Diagrama de proceso del prototipo de tratamiento de aguas jabonosas
diseño.1
103
Figura. 6.2.- Diagrama de proceso del prototipo de tratamiento de aguas
jabonosas diseño 2
104
Figura. 6.3 Filtro lento de arena
105
Fig. 6.4.- Filtro utilizado durante la prueba
106