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CARACTERISTICAS FISICAS QUIMICAS Y BIOLOGICAS A.R

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on 3 February 2015

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CARACTERISTICAS DEL AGUA RESIDUAL

CARACTERISTICAS DEL AGUA
QUIMICAS
BIOLOGICAS
FISICAS
ORGANICAS
INORGANICAS
Proteinas
Carbohidratos
Grasas y Aceites
Detergentes
Contaminantes Prioritarios
Compuestos Organicos Volatiles (VOC"s)
Pesticidas y Productos Agricolas
PROTEINAS
Los constituyentes orgánicos solubles de las aguas residuales están compuestos principalmente de:

Proteínas: 40 a 60%
Carbohidratos: 25 a 50%
Lípidos: aproximadamente 10%

Las proteínas son principalmente aminoácidos, mientras que los carbohidratos son azúcares, almidones y celulosa. Los lípidos incluyen grasas y aceites. Todos estos materiales contienen carbono, que puede ser convertido biológicamente a bióxido de carbono

Principal componentes del organismo animal.
La composición química de las proteínas es muy compleja e inestable, pudiendo adoptar muchos mecanismos de descomposición.
Todas las proteínas contienen carbono, común a todas las sustancias orgánicas, oxigeno e hidrógeno y elevada cantidad de Nitrógeno, Fierro, Fosforo y Azufre
La urea y las proteínas son los principales responsables de la presencia de nitrógeno en las aguas residuales.
Grandes cantidades de proteínas en un agua residual puede ser origen de olores fuertemente desagradables debido a los procesos de descomposición
CARBOHIDRATOS
Contienen carbono, oxigeno e hidrógeno
Incluyen azúcares, almidones, celulosa y fibra de madera, compuestos todos ellos presentes en el agua residual
Los azúcares tienen tendencia a descomponerse; las enzimas de determinadas bacterias y fermentos dan lugar a un proceso de fermentación que incluye la producción de alcohol y dióxido de carbono.
Desde el punto de vista del volumen y la resistencia a la descomposición, la celulosa es el hidrato de carbono cuya presencia en el agua residual es más importante

GRASAS Y ACEITES
El término grasa, de uso extendido, engloba las grasas animales, aceites, ceras y otros constituyentes presentes en las aguas residuales.
Están compuestos por carbono, oxigeno e hidrógeno en diferentes proporciones.
Todas las grasas son insolubles en agua teniendo una densidad significativamente inferior (flotan en el agua).
Las grasas y aceites animales alcanzan las aguas residuales en forma de mantequilla, manteca de cerdo, margarina y aceites y grasas vegetales. Las grasas provienen habitualmente de carnes, gérmenes de cereales, semillas, nueces y ciertas frutas.

Las grasas se hallan entre los compuestos orgánicos de mayor estabilidad, y su descomposición por acción bacteriana no resulta sencilla
Los aceites minerales tienden a recubrir las superficies en mayor medida que las grasas
Las partículas de estos compuestos interfieren en el normal desarrollo de la actividad biológica y puede provocar problemas tanto en la red de alcantarillado como en las plantas de tratamiento
una fracción de ellos se incorpora al fango por los sólidos sedimentables


DETERGENTES
Son compuestos de superficie activa que al disolverse en agua se concentran en la interfase gas liquido.

Las moléculas de tensoactivos se caracterizan por tener dos partes funcionales una hidrofilica (soluble en agua) y otra polar o lipofilica (soluble en aceite)

Los principales agentes de degradación de tensoactivos son las bacterias las cuales los usan como fuente de energía, sin embargo pueden ser tóxicos para los m.o. causando destrucción de la membrana celular por incremento en su permeabilidad

Están formados por moléculas de gran tamaño, ligeramente solubles en agua, y que son responsables de la aparición de espumas en las plantas de tratamiento.

Durante el proceso de aireación del agua residual se concentran en la superficie de las burbujas de aire creando una espuma muy estable

Antes de 1965, los agentes tensoactivos presentes en detergentes sistéticos (ABS, sulfatos de alquilbenceno), eran fuente de muchos problemas debido a su resistencia a la descomposición por medios biológicos hasta que fueron sustituidos por sulfatos de alquilo lineales (LAS), que son sustancias biodegradables

CONTAMINANTES PRIORITARIOS
La elección de qué contaminantes deben ser considerados como prioritarios se ha hecho en función de su relación o potencial relación con procesos carcinógenos, mutaciones, teratomas o su alta toxicidad

En las redes de alcantarillado y las plantas de tratamiento se puede eliminar, transformar, generar, o simplemente transportar, sin cambio alguno, los contaminantes prioritarios de origen orgánico.

Para controlar los vertidos de contaminantes a las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) se emplean medidas como limitación de vertidos prohibidos
El petróleo está formado principalmente por hidrocarburos, que son compuestos de hidrogeno y carono, en su mayoría parafinas, naftenos y aromaticos.

Debido a las diferentes actividades de PEMEX existe un alto potencial de contaminación por descargas de aguas residuales generadas durante la perforación de pozos, refinación y producción de petroquímicos.

El transporte del petróleo en buques tanques y tuberías implica un alto riesgo de derrames que pueden contaminar el agua.

COMPUESTOS ORGANICOS VOLATILES
Compuestos orgánicos que tienen su punto de ebullición por debajo de los 100°C, y/o una presión de vapor mayor que 1 mm Hg a 25°C (BETEX)

Son de gran importancia por:
1.-En estado gaseoso, su movilidad es mucho mayor, con lo que aumenta la posibilidad de su liberación al medio ambiente

2.-la presencia de algunos de estos compuestos en la atmósfera puede conllevar riesgos para la salud pública

3.-contribuyen al aumento de hidrocarburos reactivos en la atmósfera

El vertido de estos compuestos a la red de alcantarillado y a las plantas de tratamiento puede afectar directamente a la salud de los trabajadores

PESTICIDAS Y PRODUCTOS
DE USO AGRICOLA
Compuestos orgánicos que se hallan a nivel de traza

Son tóxicos para la mayor parte de las formas de vida y, por lo tanto, pueden constituir peligrosos contaminantes de las aguas superficiales

Suelen incorporarse a las aguas residuales, fundamentalmente, como consecuencia de la escorrentía de parques, campos agrícolas y tierras abandonadas

Las concentraciones de estos productos químicos pueden dar como resultado la muerte de peces, contaminación de la carne del pescado (con lo que reduce su valor nutritivo), y el empeoramiento de la calidad del agua suministrada

Muchos de estos compuestos químicos están catalogados como contaminantes prioritarios

GASES
Oxigeno Disuelto
Sulfuro de Hidrogeno
Gas Metano

Potencial Hidrogeno (pH)
Cloruros
Alcalinidad
Nitrogeno
Fosoforo
Azufre
Metales Pesados


Analíticamente, se define el contenido de sólidos totales como la materia que se obtiene como residuo después de someter al agua a un proceso de evaporación a entre 103 y 105 °C

SOLIDOS
Se definen como aquellos que sedimentan en el fondo de un recipiente de forma cónica (cono de Imhoff) en el transcurso de un periodo de 60 minutos constituyen una medida aproximada de la cantidad de fango que se obtendrá en la decantación primaria del agua residual.
SOLIDOS SEDIMENTABLES
SOLIDOS SEDIMENTABLES
El agua residual reciente es turbia y grisasea, sin embargo largos tiempos de transporte y temperaturas altas provocan condiciones anaerobias cambiando su color a negro. Algunas aguas residuales industriales pueden añadir color a las aguas residuales domésticas
COLOR
COLOR
Normalmente estos son debido a los gases liberados durante el proceso de descomposición de la materia orgánica, a bajas concentraciones y pueden determinar la edad del agua residual.
Las aguas residuales industriales pueden contener compuestos olorosos en sí mismos, o compuestos con tendencia a producir olores durante los diferentes procesos de tratamiento

OLOR
Principal causa de rechazo a la implantación de instalaciones de tratamiento de aguas residuales
Los olores pueden medirse con métodos sensoriales.

Esta suele ser mas elevada en el agua residual que en el agua de suministro, la temperatura media del agua residual varía entre 10 y 21 0C, pudiéndose tomar 15.6 0C como valor representativo, el oxigeno es menos soluble en agua caliente que en agua fría, las temperaturas elevadas pueden incrementar velocidad reacciones químicas
TEMPERATURA
un cambio brusco de temperatura puede conducir a un fuerte aumento en la mortalidad de la vida acuática. Además, las temperaturas anormalmente elevadas pueden dar lugar a una indeseada proliferación de plantas acuáticas y hongos.
La temperatura óptima para el desarrollo de la actividad bacteriana se sitúa entre los 25 y los 35 ºC.
TEMPERATURA
Se define como masa por unidad de volumen, expresada en Kg/m3, la densidad es una característica importante ya que de esta depende el potencial de formación de corrientes en fangos de sedimentación y otras instalaciones de tratamiento. Ambos parámetros, la densidad y el peso especifico, dependen de la temperatura y varían en función de la concentración total de sólidos en el agua residual.

DENSIDAD

Medida de las propiedades de trasmisión de luz en el agua
Cantidad de materia coloidal y en suspensión (limo, materia orgánica y m.o.)
Reducción de la transparencia de un líquido causada por la presencia de materia sin disolver

TURBIEDAD
POTENCIAL HIDROGENO (pH)
El intervalo de concentraciones adecuado para la adecuada proliferación y desarrollo de la mayor parte de la vida biológica es bastante estrecho y crítico.

El agua residual con concentraciones de ion hidrógeno inadecuadas presenta dificultades de tratamiento con procesos biológicos, y el efluente puede modificar la concentración de ion hidrógeno en las aguas naturales si ésta no se modifica antes de la evacuación de las aguas

Los cloruros que se encuentran en el agua natural proceden de la disolución de suelos y rocas que los contengan y que están en contacto con el agua

Otra fuente de cloruros es la descarga de aguas residuales domésticas, agrícolas e industriales a aguas superficiales

CLORUROS
Es provocada por la presencia de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de elementos como el calcio, el magnesio, el sodio, el potasio siendo los más comunes son el bicarbonato de calcio y el bicarbonato de magnesio

La alcalinidad ayuda a regular los cambios del pH producidos por la adición de ácidos

Normalmente, el agua residual es alcalina, propiedad que adquiere de las aguas de tratamiento, el agua subterránea, y los materiales añadidos en los usos domésticos
ALCALINIDAD
La concentración de alcalinidad en un agua residual es importante en aquellos casos en los que empleen tratamientos químicos y en la eliminación biológica de nutrientes

Tanto el nitrógeno y fósforo son esenciales para el crecimiento de protistas y plantas, razón por la cual reciben el nombre de nutrientes

Cuando el contenido de nitrógeno sea insuficiente, será preciso añadirlo para hacer tratable el agua residual

En aquellos casos en los que sea necesario el control del crecimiento de algas en la masa de agua puede ser necesaria la eliminación o reducción del nitrógeno en las aguas residuales antes del vertido

NITROGENO
Las principales formas del nitrógeno son:
Norg, N-NH3, N-NO3 y N-NO2

Cuando un efluente secundario deba ser recuperado para la recarga de agua subterránea, la concentración del nitratos es importante dadas sus graves y, ocasionalmente, fatales consecuencias sobre los niños (sindrome niño azul)

En el agua residual reciente, el nitrógeno se halla primariamente combinado en forma de materia proteínica y urea, aunque su paso a la forma amoniacal se produce enseguida

NITROGENO
En medio aerobio, la acción de las bacterias puede oxidar el nitrógeno amoniacal a nitratos y nitritos

También es esencial para el crecimiento de algas y otros organismos biológicos

Debido a que en aguas superficiales tienen lugar nocivas proliferaciones incontroladas de algas, actualmente existe mucho interés en limitar la cantidad de compuestos de fósforo que alcanzan las aguas superficiales por medio de vertidos de aguas residuales domésticas, industriales, y a través de las escorrentías naturales

FOSFORO
Las formas más frecuentes en las que se presenta el fósforo en soluciones acuosas incluyen el ortofosfato, el polifosfato y los fosfatos orgánicos

El fósforo orgánico es de poca importancia en la mayor parte de los residuos domésticos, pero puede ser un constituyente importante en los vertidos industriales

El ion sulfato se encuentra, de forma natural, tanto en la mayoría de las aguas de abastecimiento como en el agua residual

Los sulfatos se reducen químicamente a sulfuros y a sulfuros de hidrógeno (H2S) bajo la acción bacteriana en condiciones anaerobias

El sulfuro de hidrógeno liberado a la atmósfera en redes de alcantarillado que no circulan en presión, tiende a acumularse las tuberías, sufriendo oxidación biológica para pasar a formar ácido sulfúrico, corrosivo para las tuberías de alcantarillado.

AZUFRE
Los sulfatos se reducen a sulfuros en los digestores de fangos, y pueden alterar el normal desarrollo de los procesos de tratamiento biológicos si la concentración de sulfuro excede los 200 mg/l
La mezcla de gases de las alcantarillas (CH4 + C02) y el H2S que se desprende, es corrosiva para las conducciones de gas


Constituyentes importantes de muchas aguas, también se encuentran cantidades, a nivel de traza, como: níquel (Ni), el manganeso (Mn), el plomo (Pb), el cromo (Cr), el cadmio (Cd), el cinc (Zn), el cobre (Cu), el hierro (Fe) y el mercurio (Hg).

Muchos de estos metales también están catalogados como contaminantes prioritarios

Debido a su toxicidad, la presencia de cualquiera de ellos en cantidades excesivas interferirá con gran número de los usos del agua

METALES PESADOS
El oxigeno disuelto es necesario para la respiración de los microorganismos aerobios, así como para otras formas de vida, sin embargo, el oxígeno es sólo ligeramente soluble en agua

La cantidad real de oxigeno y otros gases que puede estar presente en la solución, viene condicionada por los siguientes aspectos
(1) solubilidad del gas;
(2) presión parcial del gas en la atmósfera;
(3) temperatura, y
(4) pureza del agua
OXIGENO DISUELTO
Debido a que la velocidad de las reacciones bioquímicas que consumen oxígeno aumenta con la temperatura, los niveles de oxigeno disuelto tienden a ser más críticos en las épocas estivales

El problema se agrava en los meses de verano, debido a que el caudal de los cursos de agua es generalmente menor, razón por la cual la cantidad total de oxigeno disponible es también menor

Dado que evita la formación de olores desagradables en las aguas residuales, es deseable y conveniente disponer de cantidades suficientes de oxigeno disuelto

Se forma durante el proceso de descomposición de la materia orgánica que contiene azufre, o en la reducción de sulfitos y sulfatos minerales bajo condiciones anaerobias

Es un gas incoloro, inflamable, con un olor típicamente característico que recuerda al de huevos podridos

El ennegrecimiento del agua residual y del fango se debe, generalmente, a la formación de sulfuro de hidrógeno que se combina con el hierro presente para formar sulfuro ferroso (FeS) u otros sulfuros metálicos

ACIDO SULFIDRICO (H2S)
Es el principal subproducto de la descomposición anaerobia de la materia orgánica del agua residual. es un hidrocarburo combustible de alto valor energético, incoloro e inodoro

Normalmente, no se encuentra en grandes cantidades en el agua residual, puesto que incluso pequeñas cantidades de oxígeno tienden a ser tóxicas para los organismos responsables de la producción del metano

GAS METANO
Debido a que el metano es sumamente combustible y a que el riesgo de explosión es elevado, las en las que exista el riesgo de acumulaciones de gas deberán ser aireados

En las plantas de tratamiento, el metano se genera en los procesos de tratamiento anaeróbicos empleados para la estabilización de los fangos de aguas residuales

Deberán disponerse carteles de aviso sobre el peligro de explosión existente, y los operarios deberán ser instruidos acerca de las medidas de seguridad que hay que respetar durante los horarios de trabajo en las estructuras en las que pueda aparecer el gas

BACTERIAS
PROTOZOOS
ALGAS
VIRUS

El papel que desempeñan las bacterias en los procesos de descomposición y estabilización de la materia orgánica, tanto en el marco natural como en las plantas de tratamiento, es amplio y de gran importancia

BACTERIAS

FASE DE LATENCIA.-Periodo de adaptación de un microorganismo a las nuevas condiciones medio ambientales o del medio de cultivo.

FASE DE ACELERACION.-Periodo donde las células mejor adaptadas empiezan a dividirse, por tanto poblacionalmente lo hacen gradualmente

FASE EXPONENCIAL O LOGARITMICA.-La población se incrementa de modo regular, duplicándose a intervalos regulares de tiempo


FASE ESTACIONARIA O DE EQUILIBRIO.- Existe una merma en el crecimiento poblacional

FASE DE DECLINACION O MUERTE.-El numero de células que muere es mayor que el numero de células que se dividen

CURVA DE CRECIMIENTO MICROBIANO
Los protozoos de importancia para el ingeniero sanitario son las amibas, los flagelados y los ciliados libres y fijos

Los protozoos se alimentan de bacterias y otros microorganismos microscópicos

Tienen una importancia capital, tanto en el funcionamiento de los tratamientos biológicos como en la purificación de cursos de agua ya que son capaces de mantener el equilibrio natural entre los diferentes tipos de microorganismos

PROTOZOOS
En el agua de suministro es importante controlar la presencia de la Giarda lamblia (responsable de la giardasis o enfermedad de Hikers) y de Cryptosporidium, como agente causante de infecciones potencialmente mortales para pacientes con síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA)

Las algas pueden presentar serios inconvenientes en las aguas superficiales puesto que pueden reproducirse rápidamente cuando las condiciones son favorables

Este fenómeno, que se conoce con el nombre de crecimiento explosivo, puede conducir a que ríos, lagos y embalses sean cubiertos por grandes colonias flotantes de algas

ALGAS
Puesto que el efluente de las plantas de tratamiento del agua residual suele ser rico en nutrientes biológicos, la descarga del efluente en los lagos provoca su enriquecimiento y aumenta su tasa de eutrofización

La presencia de algas afecta al valor del agua de abastecimiento, ya que puede originar problemas de olor y de sabor

Los virus son partículas parasíticas formadas por un cordón de material genético ácido desoxirribonucleico (ADN) o ácido ribonucleico (RNA) con una capa de recubrimiento proteínico

No tienen capacidad para sintetizar compuestos nuevos. En lugar de ello, invaden las células del cuerpo vivo que los acoge y reconducen la actividad celular hacia la producción de nuevas partículas virales a costa de las células originales

VIRUS
Los virus excretados por los seres humanos pueden representar un importante peligro para la salud pública
algunos virus pueden sobrevivir hasta 41 días, tanto en aguas limpias como residuales a la temperatura de 20°C

Los organismos patógenos que se encuentran en las aguas residuales pueden proceder de desechos humanos que estén infectados o que sean portadores de una determinada enfermedad

Las principales clases de organismos patógenos presentes en las aguas residuales son, las bacterias, los virus, los protozoos y el grupo de los helmintos

Los organismos bacterianos patógenos que pueden ser excretados por el hombre causan enfermedades del aparato intestinal como la fiebre tifoidea y paratifoidea, la disentería, diarreas y cólera

ORGANISMOS PATOGENOS
Ph. D. Mario A. Olmos Márquez
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