El tratamiento del agua es cualquier proceso que mejora la calidad del agua para hacerla apropiada para un uso final específico. El uso final puede ser potable , suministro de agua industrial, riego , mantenimiento del caudal de ríos, recreación acuática o muchos otros usos, incluido su retorno seguro al medio ambiente. El tratamiento del agua elimina contaminantes y componentes indeseables, o reduce su concentración para que el agua sea apta para el uso final deseado. Este tratamiento es crucial para la salud humana y permite que los seres humanos se beneficien tanto del uso de agua potable como de riego .
La contaminación del agua se debe principalmente al vertido de aguas residuales no tratadas de las empresas. Los efluentes de diversas empresas, que contienen distintos niveles de contaminantes, se vierten a los ríos u otros recursos hídricos. Las aguas residuales pueden tener una alta proporción de contaminantes orgánicos e inorgánicos en la descarga inicial. Las industrias generan aguas residuales como resultado de procesos de fabricación, procesos relacionados con papel y pulpa , textiles , productos químicos y de diversas corrientes, como torres de enfriamiento , calderas y líneas de producción. [1]
El tratamiento para la producción de agua potable implica la eliminación de contaminantes y/o la inactivación de cualquier microbio potencialmente dañino del agua cruda para producir agua que sea lo suficientemente pura para el consumo humano sin ningún riesgo a corto o largo plazo de ningún efecto adverso para la salud. En términos generales, los mayores riesgos microbianos están asociados con la ingestión de agua contaminada con heces humanas o animales (incluidas las aves). Las heces pueden ser una fuente de bacterias, virus, protozoos y helmintos patógenos. La eliminación o destrucción de patógenos microbianos es esencial y comúnmente implica el uso de agentes químicos reactivos, como sólidos suspendidos , para eliminar bacterias , algas , virus , hongos y minerales , incluidos el hierro y el manganeso . Una investigación que incluye al grupo de la profesora Linda Lawton en la Universidad Robert Gordon de Aberdeen está trabajando para mejorar la detección de cianobacterias . [2] Estas sustancias continúan causando grandes daños a varios países menos desarrollados que no tienen acceso a sistemas eficaces de purificación del agua. [ ¿ investigacion original? ]
Las medidas adoptadas para garantizar la calidad del agua no sólo se relacionan con el tratamiento del agua, sino también con su transporte y distribución después del tratamiento. Por lo tanto, es una práctica común mantener desinfectantes residuales en el agua tratada para eliminar la contaminación bacteriológica durante la distribución y mantener limpias las tuberías. [3]
El agua suministrada a propiedades domésticas, como agua del grifo u otros usos, puede tratarse más antes de su uso, a menudo mediante un proceso de tratamiento en línea. Dichos tratamientos pueden incluir ablandamiento de agua o intercambio iónico. [ cita necesaria ]
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El tratamiento de aguas residuales es un proceso que elimina y elimina los contaminantes de las aguas residuales y las convierte en un efluente que puede devolverse al ciclo del agua . Una vez devuelto al ciclo del agua, el efluente crea un impacto aceptable en el medio ambiente o se reutiliza para diversos fines (lo que se denomina recuperación de agua ). [4] El proceso de tratamiento se lleva a cabo en una planta de tratamiento de aguas residuales. Hay varios tipos de aguas residuales que se tratan en el tipo adecuado de planta de tratamiento de aguas residuales. Para las aguas residuales domésticas (también llamadas aguas residuales municipales o aguas servidas ), la planta de tratamiento se denomina Depuradora de Aguas Residuales . Para las aguas residuales industriales, el tratamiento se lleva a cabo en una planta de tratamiento de aguas residuales industriales separada o en una planta de tratamiento de aguas residuales (generalmente después de algún tipo de tratamiento previo). Otros tipos de plantas de tratamiento de aguas residuales incluyen plantas de tratamiento de aguas residuales agrícolas y plantas de tratamiento de lixiviados .
Los procesos comúnmente utilizados en el tratamiento de aguas residuales incluyen la separación de fases (como la sedimentación), procesos biológicos y químicos (como la oxidación) o el pulido. El principal subproducto de las depuradoras de aguas residuales es un tipo de lodos que se suelen tratar en la misma o en otra depuradora. [5] : Capítulo 14 El biogás puede ser otro subproducto si se utilizan procesos de tratamiento anaeróbico. Las aguas residuales tratadas se pueden reutilizar como agua regenerada . [6] El objetivo principal del tratamiento de aguas residuales es que las aguas residuales tratadas puedan eliminarse o reutilizarse de forma segura. Sin embargo, antes de ser tratadas, se deben considerar las opciones de eliminación o reutilización para utilizar el proceso de tratamiento correcto en las aguas residuales. Bangladesh ha inaugurado oficialmente la planta de tratamiento de aguas residuales (STP) más grande del sur de Asia, ubicada en el área de Khilgaon de la ciudad. Con capacidad para tratar cinco millones de aguas residuales por día, la STP marca un paso significativo para abordar los desafíos de gestión de aguas residuales del país. [7]
El término "tratamiento de aguas residuales" se utiliza a menudo para referirse a "tratamiento de aguas residuales". [8]El tratamiento del agua se utiliza para optimizar la mayoría de los procesos industriales a base de agua, como calentamiento, enfriamiento, procesamiento, limpieza y enjuague, de modo que se reduzcan los costos y riesgos operativos. Un mal tratamiento del agua permite que el agua interactúe con las superficies de las tuberías y recipientes que la contienen. Las calderas de vapor pueden acumularse incrustaciones o corroerse, y estos depósitos significarán que se necesitará más combustible para calentar la misma cantidad de agua. Las torres de enfriamiento también pueden aumentar de escala y corroerse, pero si no se tratan, el agua tibia y sucia que pueden contener estimulará el crecimiento de bacterias, y la enfermedad del legionario puede ser una consecuencia fatal. El tratamiento del agua también se utiliza para mejorar la calidad del agua que entra en contacto con el producto fabricado (por ejemplo, semiconductores) y/o puede ser parte del producto (por ejemplo, bebidas, productos farmacéuticos). En estos casos, un mal tratamiento del agua puede provocar productos defectuosos. [ cita necesaria ]
En muchos casos, el agua efluente de un proceso puede ser adecuada para su reutilización en otro proceso si se le da un tratamiento adecuado. Esto puede reducir los costos al reducir los cargos por el consumo de agua, reducir los costos de eliminación de efluentes debido al volumen reducido y reducir los costos de energía debido a la recuperación de calor en las aguas residuales recicladas.
Para la eliminación de sustancias químicas peligrosas del agua se han aplicado muchos procedimientos de tratamiento . [9]
Los procesos involucrados en la eliminación de contaminantes incluyen procesos físicos como la sedimentación y la filtración , procesos químicos como la desinfección y la coagulación y procesos biológicos como la filtración lenta con arena .
Para el tratamiento del agua potable municipal en todo el mundo se utiliza una combinación seleccionada de los siguientes procesos (según la temporada y los contaminantes y productos químicos presentes en el agua cruda).
Para la eliminación segura de los contaminantes se utilizan diferentes procedimientos químicos para la conversión en productos finales o la eliminación de contaminantes. [10]
Las técnicas físicas de tratamiento de agua/aguas residuales se basan en fenómenos físicos para completar el proceso de eliminación, en lugar de cambios biológicos o químicos. [10]
Las técnicas físicas más comunes son:
También conocido como tratamiento "convencional".
La precipitación química es un proceso común utilizado para reducir las concentraciones de metales pesados en las aguas residuales. Los iones metálicos disueltos se transforman en una fase insoluble mediante una interacción química con un agente precipitante como la cal. En aplicaciones industriales se pueden utilizar álcalis más fuertes para efectuar una precipitación completa. En el tratamiento del agua potable, el efecto del ion común se utiliza a menudo para ayudar a reducir la dureza del agua. [15]
La flotación utiliza un accesorio de burbujas para separar sólidos o líquidos dispersos de una fase líquida. [dieciséis]
La filtración por membrana ha recibido mucha atención para el tratamiento de efluentes inorgánicos, ya que puede eliminar no sólo los sólidos suspendidos y los componentes orgánicos, sino también contaminantes inorgánicos como los metales pesados. Para la eliminación de metales pesados, se pueden utilizar varias formas de filtración por membrana , como ultrafiltración , nanofiltración y ósmosis inversa , dependiendo del tamaño de partícula que se pueda mantener. [17] [18]
El intercambio iónico es un proceso de intercambio iónico reversible en el que una sustancia insoluble ( resina ) toma iones de una solución electrolítica y libera iones adicionales de la misma carga en una cantidad químicamente comparable sin cambiar la estructura de la resina. [19] [20]
[18]
La adsorción es un proceso de transferencia de masa en el que una sustancia se transporta desde la fase líquida a la superficie de un sólido/líquido (adsorbente) y se une física y químicamente (adsorbato). La adsorción se puede clasificar en dos formas según el tipo de atracción entre el adsorbato y el adsorbente: adsorción física y química, comúnmente conocida como fisisorción y quimisorción. [21] [22]
Los carbones activados (AC) o el carbón activado biológicamente (BAC) [23] son adsorbentes eficaces para una amplia variedad de contaminantes. La eliminación por adsorción de color, aroma, sabor y otras sustancias orgánicas e inorgánicas nocivas del agua potable y las aguas residuales es una de sus aplicaciones industriales. [24]
Tanto una superficie elevada como un tamaño de poro grande pueden mejorar la eficiencia del carbón activado. Varios estudios utilizaron carbón activado para eliminar metales pesados y otros tipos de contaminantes de las aguas residuales. El costo del carbón activado está aumentando debido a la escasez de carbón activado comercial (AC). Debido a su gran superficie, porosidad y flexibilidad, el carbón activado tiene un gran potencial en el tratamiento de aguas residuales. [24]
Este es el método mediante el cual se eliminan los componentes químicos orgánicos disueltos y suspendidos mediante biodegradación , en el que se aporta una cantidad óptima de microorganismo para recrear el mismo proceso natural de autopurificación. [25] A través de dos procesos biológicos distintos , como la oxidación biológica y la biosíntesis , los microorganismos pueden degradar los materiales orgánicos en las aguas residuales. Los microorganismos involucrados en el tratamiento de aguas residuales producen productos finales como minerales , dióxido de carbono y amoníaco durante el proceso de oxidación biológica. Los minerales (productos) permanecieron en las aguas residuales y fueron vertidos con el efluente . Los microorganismos utilizan materiales orgánicos en las aguas residuales para generar nuevas células microbianas con biomasa densa que se elimina por sedimentación durante todo el proceso de biosíntesis. [26]
Muchos países desarrollados especifican normas que se aplicarán en su propio país. En Europa, esto incluye la Directiva Europea sobre Agua Potable [27] y en Estados Unidos la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) establece estándares según lo exige la Ley de Agua Potable Segura . Para los países que carecen de un marco legislativo o administrativo para tales estándares, la Organización Mundial de la Salud publica directrices sobre los estándares que deben alcanzarse. [28] China adoptó su propia norma sobre agua potable GB3838-2002 (Tipo II) promulgada por el Ministerio de Protección Ambiental en 2002. [29]
Cuando existen normas de calidad del agua potable, la mayoría se expresan como directrices u objetivos en lugar de requisitos, y muy pocas normas sobre el agua tienen base legal o están sujetas a aplicación. [30] Dos excepciones son la Directiva Europea sobre Agua Potable y la Ley de Agua Potable Segura de los Estados Unidos, que exigen el cumplimiento legal de normas específicas.
Las opciones tecnológicas apropiadas para el tratamiento del agua incluyen diseños de punto de uso (POU) o de autoabastecimiento a escala comunitaria y doméstica . [31] Dichos diseños pueden emplear métodos solares de desinfección del agua , utilizando la irradiación solar para inactivar microorganismos dañinos transmitidos por el agua directamente, principalmente por el componente UV-A del espectro solar, o indirectamente a través de la presencia de un fotocatalizador de óxido , típicamente soportado TiO 2 en su fases anatasa o rutilo . [32] A pesar del progreso en la tecnología SODIS , las unidades militares de tratamiento de agua excedentes como el ERDLator todavía se utilizan con frecuencia en los países en desarrollo. Las nuevas unidades de purificación de agua por ósmosis inversa (ROWPU) de estilo militar son plantas de tratamiento de agua portátiles y autónomas que están cada vez más disponibles para uso público. [33]
Para que la reducción de las enfermedades transmitidas por el agua sea duradera, los programas de tratamiento del agua que los grupos de investigación y desarrollo inician en los países en desarrollo deben ser sostenibles para los ciudadanos de esos países. Esto puede garantizar la eficiencia de dichos programas después de la partida del equipo de investigación, ya que el seguimiento es difícil debido a la lejanía de muchos lugares.
Consumo de energía: Las plantas de tratamiento de agua pueden ser importantes consumidores de energía. En California, más del 4% del consumo de electricidad del estado se destina al transporte de agua de calidad moderada a largas distancias, tratándola a un alto nivel. [34] En áreas con fuentes de agua de alta calidad que fluyen por gravedad hasta el punto de consumo, los costos serán mucho más bajos. Gran parte de las necesidades energéticas se encuentran en el bombeo. Los procesos que evitan la necesidad de bombeo tienden a tener demandas de energía bajas en general. Aquellas tecnologías de tratamiento de agua que tienen requerimientos energéticos muy bajos incluyendo filtros percoladores , filtros lentos de arena , acueductos por gravedad .
Un estudio de 2021 encontró que un programa de cloración de agua a gran escala en áreas urbanas de México redujo enormemente las tasas de mortalidad por enfermedades diarreicas infantiles. [35]
Los aceros inoxidables, como los tipos 304L y 316L, se utilizan ampliamente en la fabricación de plantas de tratamiento de agua debido a su resistencia a la corrosión del agua y a la corrosividad de la cloración utilizada para la desinfección. [36] [37]
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