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Bach. Ender González

Química II

Punto Fijo, Febrero del 2014

Instituto Universitario de Tecnología “Antonio José de Sucre” Extensión – Punto Fijo Seguridad Industrial Química II

Química del Agua (Características, Propiedades, Tratamientos, Usos)

Realizado por: Bach. Ender González

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Agua: Descifrando el H2O Todo el mundo sabe que el agua es una molécula compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Su nombre técnico es «protóxido de hidrógeno», pero a nadie se le ocurre mencionarla de esta manera, ni falta que hace. Es una sustancia incoloro, inodora y sin sabor específico. Sus propiedades físicas se utilizan como patrones para definir, por ejemplo, escalas de temperatura. Puesto que todas las sustancias de alguna manera son solubles en agua es conocida como el disolvente universal. Estructura del Agua y el hielo La estructura del agua hay sido en tema de interés desde hace mucho tiempo. Sin embargo no fue sino hasta finales del siglo XIX que se tuvo la referencia en la literatura científica. Fue Roentgen (1892) quien primero visualizo la estructura del agua como una extensión de la estructura cristalina del hielo. En efecto el supuso que al derretirse el hielo, una parte forma un fluido en el cual el restante flota. El agua sólida, el hielo o la nieve, apenas se calienta con el sol: es tan blanca que despide todos los rayos solares que recibe. Lo que la derrite es, en realidad, el contacto con otro cuerpo caliente, sobre todo la tierra y en menor grado el aire. Esta es la razón por la que en agosto funcionan las estaciones de esquí de los Alpes, aunque los deportistas suden a causa del fuerte calor del verano. La fracción de “hielez” del agua depende de los cambios de la presión y temperatura.

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Estructura del agua y del hielo

Contaminación del Agua La alta densidad y las fuertes concentraciones de población contribuyen a la rápida contaminación del agua y otros componentes. El agua contaminada es a la que se le incorporan sustancias y materias extrañas, como desechos sólidos, microorganismos, productos químicos, residuos industriales o de otros tipos, o de aguas residuales. Estas materias deterioran la calidad del agua y la inutilizan para los usos pretendidos. Los principales contaminantes del agua son: agentes patógenos como son bacterias, virus, protozoarios, entre otro, desechos orgánicos que necesitan oxigeno para lograr la vio degradación haciendo que las bacterias agoten el oxigeno del agua acabando con la vida acuática, sustancias QUIMICA DEL AGUA

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químicas inorgánicas como ácidos y compuestos de metales tóxicos (mercurio, plomo), nutrientes vegetales que produzcan eutrofización o un crecimiento excesivo de las plantas del cuerpo de agua, sustancias químicas orgánicas como el petróleo, sustancias radiactivas y calor excesivo.

Purificando el agua Eliminación de partículas suspendidas Para lograr una purificación del agua y lograr que esté apta para un uso domestico o dentro de los parámetros legales, y que pueda ser aprovechable por la sociedad. Debe pasar por ciertos procesos y entre estos podemos encontrar tipos de purificación como: Purificación por sedimentos Este proceso consiste en dejar el agua en un contenedor en reposo para que los sólidos que posee se separen y se dirijan al fondo. La mayor parte de los proceso de sedimentación ocurren por acción de la gravedad. La sedimentación puede ser simple o secundaria, siendo la simple el método utilizado para la eliminación de metales pesados sin la intervención de ningún tratamiento especial; y la secundaria con ayuda de un coagulante para producir el asentamiento de la materia solida en el agua. Purificación por filtración Es el proceso para separa el solido del liquido al hacerlos pasar por un medio poroso, que retiene el solido y el liquido puede pasar fácil mente. Se emplea para tener una mayor clarificación y para reforzar en proceso de sedimentación. Purificación por Desinfección Este proceso se refiere a la destrucción de microorganismos patógenos patógenos y perjudiciales para la salud. Se puede realizar por ebullición (hervir el agua por 1 min) y para mejorar su sabor realizar una aireación (pasar el agua de un envase a otro varias veces) o por tratamientos químicos con cloro o yodo (Proceso que también puede llamarse purificación por cloración)

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Purificación por ozono Es el proceso mas efectivo ya que posee el desinfectante más potente y que realmente reacciona ante casos difíciles (presencia de amebas, entre otros). No influye en la coloración, sabor u olor del agua, y a diferencia de la cloración, no deja residuos. Purificación por rayos ultravioletas La utilización de luz ultra violeta se realiza para la eliminación de microorganismos, ya que la luz es absorbida por su mecanismo reproductor a una frecuencia especifica, impidiéndoles así reproducirse. Ablandamiento del agua: Agua dura

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Unos de los problemas con los que se encuentran al momento de tratar el agua es con la dureza. La dureza en el agua se genera como consecuencia de la presencia de ciertas sales en el agua. Los iones presentes en un agua dura son Calcio (Ca2+), Magnesio (Mg2+) y bicarbonatos (HCO3 ). Estos iones o minerales son los causantes de la formación de depósitos en las tuberías y demás equipos utilizados en los sistemas de agua potable y de agua de proceso. Para reducir este problema, se realizan procesos de ablandamiento, que no es más que una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua dura, En algunos casos, los iones de hierro también causan dureza del agua y pueden ser eliminados durante el proceso de ablandamiento. La mejor solución para ablandar un agua es usar una unidad de ablandamiento de aguas y conectarla directamente con el suministro de agua. Un ablandador de agua colecta los minerales que causan la dureza y los contiene en un tanque colector y este es de vez en cuando limpiado. Otra manera de ablandar el agua es con el uso de intercambiadores iónicos. Este reemplazará los iones de calcio y magnesio por otros iones, por ejemplo sodio y potasio. Claro que aquellas personas que necesitan controlar su ingesta de sodio no pueden beber el agua ablandada con un sistema de sal. Ahí es donde los suavizantes sin sal son la clave. Una de las alternativas es utilizar un lecho de cloruro de potasio. El agua se extrae a través de las perlas de resina de cloruro de potasio y el magnesio y el calcio se desactivan. El potasio es realmente beneficioso para la dieta, pero este sistema es mucho más caro que el sistema tradicional de sal.

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Desalinización del agua Otro proceso para tratar le agua y hacerla apta para el consumo humano es la desalinización, conocido además como desalación del agua es un proceso físico-químico utilizado para eliminar los minerales del agua, por lo que es apta para el consumo humano. La inversión es alta en la estructura, pero los resultados son satisfactorios. En países como Arabia Saudita, Emiratos Árabes Unidos, Chipre e Israel, es un proceso común. Se estima que en la actualidad hay alrededor de 5 000 plantas de desalinización en funcionamiento. Dentro de los procesos de tratamiento del agua para la desalinización son: (1) Ósmosis inversa, es la transformación de una sustancia salada a una purificada. Este proceso consiste en la separación del agua y la sal a través de la presión sobre el líquido. (2) Desalinización térmica, la separación de la sal y el agua se produce a través de la evaporación y posterior condensación (paso de gas a líquido) de la sustancia. (3) Congelación, para la desalinización por congelación, se pulveriza agua de mar en una cámara refrigerada y a baja presión, con lo que se forman unos cristales de hielo sobre la salmuera. Estos cristales se separan y se lavan con agua normal. Y así se obtiene el agua dulce. (4) Formación de hidratos, en la desalinización por formación de hidratos, no utilizada a gran escala. hidratos es una molécula de hidrogeno con algún metal pichul, entre otros. Operaciones unitarias para el tratamiento de aguas Las operaciones unitarias son un conjunto de procedimientos físicos, químicos y biológicos que se aplican para el tratamiento de líquidos, sólidos y gases, y se basan en los fenómenos de transporte de movimiento, masa y calor. QUIMICA DEL AGUA

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El transporte de movimiento involucra la aplicación de principios que condicionan el movimiento de los fluidos y son base fundamental para determinar requerimientos de energía. El transporte de masa implica ocurrencia de mecanismos de transferencia de materia sólida, líquida o gaseosa; siendo usual, por ejemplo, la transferencia de sólidos contenidos en una fase líquida o gaseosa a una fase sólida, o bien la transferencia de gases desde una fase gaseosa a una líquida. La transferencia de calor se efectúa mediante los procesos de conducción, convección o radiación que involucran cambios en el contenido energético de sólidos, líquidos o gases. En este sentido, ésta asignatura proporciona los conocimientos básicos de las operaciones unitarias necesarias y su integración, para diseñar los sistemas de purificación del agua o los diversos sistemas de tratamiento de aguas residuales. Esta asignatura se ubica en el área profesional sustantiva, y se asocia y apoya con conocimientos básicos de otras asignaturas correspondientes al área básica, como son: Cálculo Diferencial e Integral, Química, Biología, Fisicoquímica y Química del agua. Tecnologías aplicadas tratamiento de aguas

al

Posiblemente el cambio más importante acontecido en los últimos 20 años en la implementación del manejo de sistemas pequeños y descentralizados de aguas residuales es el desarrollo de nuevas tecnologías y el retomar procesos viejos utilizando equipos modernos.

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Hoy días existen muchas tecnologías que pueden dividirse en procesos físicos, biológicos y químicos como el proceso de lodos activos, lagunas de aireación, remoción de sólidos, remoción de arena, precipitación con o sin ayuda de coagulantes o floculantes, separación y filtración de sólidos, reactor de lecho empacado, filtros percoladores/lodo activado, humedales artificiales, entre otros. Entre las tecnologías actuales esta la biotecnología, que se utiliza cada vez más como la tecnología ecológica más idónea para varios usos, en particular la descontaminación. Tiene también gran potencial para solucionar muchos otros problemas ambientales. Se prevé que, en el futuro, se aplique al tratamiento del agua y de los desechos sólidos; se puede definir en términos generales como toda técnica que utiliza organismos vivos para fabricar o modificar un producto, mejorar plantas o animales, u obtener microorganismos para un uso específico, no es nuevo en sí. En la actualidad, el principal uso de la biotecnología es descontaminar o paliar la contaminación. Uno de los primeros usos fue la depuración de aguas residuales.

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