INTRODUCCIÓN:

Al ser el agua uno de los compuestos con mayor importancia para el ser humano, éste se ve obligado a quitarle a la madre naturaleza, una vez más, uno de sus frutos más valiosos, el líquido vida.

El desarrollo de la actividad humana necesita utilizar el agua para numerosos fines, entre los que destacan, por su importancia para el hombre, los usos potables. Por tanto, el hombre se sirve del agua existente en la naturaleza para consumirla y utilizarla, pero es evidente que debido a determinadas características químicas, físicas y biológicas del agua, ésta no puede ser utilizada de forma directa, y es por eso que dicha agua requerirá de una serie de correcciones y tratamientos que eliminen aquellas partículas o sustancias perjudiciales para el hombre.

De aquí, destacar la gran importancia que tiene la potabilidad del agua, ya que agua en mal estado o simplemente con sustancias nocivas para el hombre pero ineherentes en ella, pueden provocar, como ya se ha visto en numerosas ocasiones, enfermedades tales como la difteria.

Es por eso, que en este trabajo, se tratará de aclarar dicho tema, el de la potabilización del agua, a partir de la visita hecha a la “Planta de Tratamiento del río Llobregat en Sant Joan Despí”.

PLANTA DE TRATAMIENTO

DEL

RÍO LLOBREGAT

EVOLUCIÓN HISTÓRICA:

Barcelona y sus alrededores se abastecieron hasta el año 1955 exclusivamente con aguas de origen subterráneo. El abastecimiento se hacía, mayoritariamente de los pozos situados en los valles de los dos ríos más próximos: el Llobregat y el Besós.

Debido al ritmo de crecimiento de la demanda de agua (se pasó de una demanda de 255.000 l/día a una demanda de 2,2 m3/segundo), fue necesario recurrir al aprovechamiento del caudal superficial del río Llobregat. Así fue como la Sociedad General de Aguas de Barcelona construyó la Planta de Tratamiento de Sant Joan Despí, que entró en servicio en 1955.

La Planta inicial ha pasado por sucesivas ampliaciones, por tal de poder tratar los nuevos caudales con capacidad total de 5,3 m3/segundo y los progresivos aumentos de la contaminación.

En 1968 se incorporó al tratamiento la adición del carbón activo en polvo (disminuye la cantidad de productos orgánicos solubles y mejora el gusto y olor del agua).

Desde 1977 se utiliza el proceso de filtración a través de los lechos de carbón activo granulado, en substitución de los antiguos lechos de arena. La regeneración de dicho carbón se viene haciendo desde 1978.

Finalmente y como resultado de los numerosos ensayos hechos en la Planta Piloto durante la segunda mitad de los 80, se inició a partir de 1990, el proyecto y la construcción de una importante ampliación de la línea de tratamiento, que ya está en funcionamiento desde el mes de abril de 1992.

INSTALACIONES:

En cuanto a las instalaciones, comentar que no únicamente están las instalaciones de la Planta, sino que también hay una especie de red instalada a lo largo de los alrededores de Barcelona.

Esta red está formada por unas canalizaciones de agua, que salen de la Planta y que conducen agua ya potable hasta una serie de depósitos situados en puntos determinados y a diferentes alturas, para poder salvar el desnivel de Barcelona y permitir así, que el agua llegue a todas partes.

Después, no hay que olvidar que río arriba hay unas estaciones de alerta, que están enviando señales continuamente sobre el estado del agua a la Planta y así ésta, puede cerrarse en caso de que el agua no estuviera en buen estado.

Por último ya, comentar que lo que son las instalaciones de la Planta, propiamente dicha, ocupan bastante superficie, y esto se debe a que el proceso que ha de seguir el agua es lento (5-6 horas) y minucioso. Aclarar además que en la Planta no sólo están las instalaciones de tipo técnico, sino que también encontramos el:

LABORATORIO: con diferentes departamentos; controles de la calidad y tasas de ciertos parámetros del agua, e investigación para encontrar nuevos procesos para el tratamiento de la misma.

TELECONTROL: que controla muchos de los procesos por los que pasa el agua, que están automatizados: producción de ozono, envases, hornos de regeneración del carbón activo, etc...

PROCESOS:

En general las aguas son sometidas a un conjunto de operaciones y tratamientos por tal de que sean aptas para el consumo humano o para determinadas aplicaciones industriales.

El agua suministrada al público debe estar libre de impurezas, las cuales pueden ser insolubles (arcilla, sedimentos...) o solubles (contaminantes agrícolas o industriales). Todas estas impurezas deben reducirse a cantidades seguras, antes de que el agua sea enviada a las casas y fábricas. Los tratamientos empleados para reducir las impurezas pueden ser de naturaleza física, química o bacteriológica:

- El tratamiento físico consistiría en someter al agua a decantación, natural o acelerada con agentes de floculación y posteriormente a filtración, mediante lechos filtrantes de arena o de carbón. Las aguas poco turbias pueden ser sometidas directamente a filtración sin la necesidad de pasar por la decantación.

- El tratamiento químico se lleva a cabo por tal de mejorar los caracteres químicos del agua y consiste en efectuar la decantación con una cantidad conveniente de calcio, por tal de reducir la dureza temporal o carbónica, seguida de un control final del PH.

-El tratamiento bacteriológico se realiza generalmente por oxidación, ya sea directa o con gas cloro debidamente regulado. La posibilidad de dejar en el agua una pequeña dosis de cloro libre, garantiza su total potabilidad bacteriológica al llegar a los consumidores, aunque en la red de distribución pueda haber puntos de contaminación. Por tal de evitar el gusto desagradable del cloro, hoy en día se estudia la posibilidad de la ozonización.

En estos tratamientos, los procesos más usados son:

1.- FILTRACIÓN o filtraje:

Desde objetos tales como ramas de árbol, hasta partículas cualesquiera. Y la filtración propiamente dicha que se lleva a cabo mediante filtros de arena.

2.- FLOCULACIÓN:

Se realiza a fin de eliminar las partículas en suspensión coloidal. Para facilitar este proceso se añade una pequeña cantidad de sulfato de aluminio o de cloruro férrico en medio ligeramente básico. Estas sustancias provocan la precipitación de los hidróxidos correspondientes y que por sí mismas no sedimentarían:

Al2(SO4)3 + H2O -----> Al(OH)3 depositan en el fondo

FeCl3 + H2O -----> Fe(OH)3

3.- ELIMINACIÓN DE SALES DISUELTAS:

También llamada ablandamiento del agua y que consiste en la eliminación de los iones Ca y Mg por precipitación o por intercambio iónico, añadiendo carbonato de sodio para cambiar los iones calcio o magnesio por iones sodio. Esta reacción,

CaSiO4 + Na2CO3 -----> CaCO3 + Na2SO4

va seguida de una filtración para separar los precipitados formados.

4.- ESTERILIZACIÓN:

Se realiza mediante cloración, hasta alcanzar concentraciones de cloro de 0'1 a 0'2 ppm (partes por millón) ya que concentraciones superiores a 0'4 ppm comunican sabor al agua. La esterilización puede efectuarse también mediante ozono (O3) o radiaciones ultravioletas, para eliminar bacterias o sustancias nocivas.

EN LA PLANTA:

Agua turbia y con partículas grandes en suspensión:

1. Captación: El proceso comienza con la captación del agua del río, que se lleva a cabo mediante unas rejas de captación(1) de unos 8mm, suficiente para que entre bastante caudal pero no tierra ni grandes cuerpos en suspensión.

2. Precloración(3,5): se le añade cloro al agua para eliminar amoníaco y para evitar la formación de algas. El cloro se encuentra en unos tanques en estado líquido, mediante unas resistencias pasa a gas y entonces se le añade al agua.

3. Cámaras desarenadoras(9): al agrandar la sección de paso del agua, ésta pierde velocidad y esto permite que la arena y las partículas más grandes se depositen.

Como el agua ya no contiene arena se puede bombear más fácilmente(11), llegando por su propio desnivel a:

4. Cámara de mezcla: el agua está turbia y para depositar las partículas (muy pequeñas) que le dan tono opaco, se sigue el proceso de floculación, ya comentado antes.

-adición sulfato de aluminio(12)

-adición cloruro de hierro(14)

5. Decantadores: los correspondientes hidróxidos que se han formado se sedimentan en los decantadores(21), quedando el agua sin turbiedad.

Agua no turbia pero tampoco cristalina:

6. Filtros de arena(23): después de los procesos de floculación y sedimentación, el agua acaba su proceso de aclaración pasando a través de un lecho de arena de unos 60 cm de espesor, de manera que pierda las pequeñas partículas en suspensión que le queden.

No hay que olvidar, la Galería de Control de filtros(25), donde encontramos una serie de controladores de la presión que sirven para saber como están los filtros de llenos.

7. Bombeamiento intermedio: la incorporación de nuevas fases en el tratamiento del agua tales como la ozonización y la filtración con carbón activo, pertenecientes a la ampliación de 1992, hacen indispensable un bombeamiento intermedio para que el agua pueda recorrer todas las nuevas fases y llegar hasta los depósitos de agua tratada.

Para bombear se utilizan 4 Caracoles de Arquímedes(28), con una capacidad de elevación de 2 m3/segundo cada uno.

Agua clara pero con disoluciones detergentes y orgánicas:

8. Instalación de ozonización(32,33): en la Planta no hay tanques que contengan ozono, sino que tienen que producirlo ellos: cogen aire de la atmósfera, lo secan y le transmiten una diferencia de potencial de unos 12000 V para que las moléculas de O2 se separen y en unirse se obtengan moléculas de ozono (O3), que se concentrará en el aire en un 4,5%. Posteriormente este ozono se suelta en el agua donde reacciona rápidamente destruyendo los componentes orgánicos.

9. Filtros de carbón activo(37): el carbón activo, que actúa de forma parecida a los filtros del tabaco, tiene la capacidad de coger partículas de tamaños muy pequeños, tales como las sustancias orgánicas o los detergentes.

Destacar que este carbón se regenera con bastante frecuencia en los llamados hornos de regeneración(45), de modo que se recupera casi el 90% del carbón usado, que se renovará pasados 3 años.

10. Postcloración: el agua ya está completamente limpia, pero para su total potabilidad y sobretodo por seguridad, se hace una última cloración, de manera que llegue en perfectas condiciones a los usuarios.

A partir de aquí, el agua ya está en perfectas condiciones para su consumo en las ciudades o zonas industriales, pero antes de que podamos hacer uso de este recurso tan valioso, el agua ha de llegar hasta nosotros.

Es por eso, que al salir de la Planta potabilizadora, el agua es bombeada para su posterior almacenaje en los llamados depósitos de servicio. Estos depósitos están situados a determinadas alturas, las suficientes para que el agua, siguiendo el principio de los basos comunicantes, llegue a todas las casas.

Esquema de una estación de tratamiento de agua y de la red de suministro de la misma:

Aquí vemos como el agua después de haber sido tratada, es bombeada y enviada a un depósito donde es almacenada para su posterior distribución y utilización.

Después de su utilización, este agua, antes de ser devuelta a la naturaleza debe depurarse, porque de otro modo la calidad del agua iría empobreciendo con el tiempo.

Así es como pasamos a otro de los procesos que sigue el agua, que es el que se conoce con el nombre de Depuración de aguas residuales, que podemos definir como el conjunto de operaciones a que son sometidas las aguas residuales para eliminar impurezas, antes de verterlas al medio ambiente (ríos, mares,…). Este proceso comprende:

1.- Eliminación de materias gruesas por rastrillado.

2.- Eliminación de arenas.

3.- Eliminación de espumas.

4.- Sedimentación en balsas decantadoras para la separación de los lodos.

Los lodos se degradan mediante fermentación y pueden ser empleados para elaborar abonos.

Los gases desprendidos se queman, pudiéndose utilizar como combustibles.

Posteriormente y para finalizar ya, el agua puede ser devuelta a la naturaleza, de donde el hombre volverá a abastecerse una vez más, creando así una especie de ciclo que nunca acaba.

De forma más esquemática y aclaradora, podríamos decir que dicho ciclo, al que podemos dar el nombre de Ciclo de utilización del agua, es el siguiente:

De forma resumida, el ciclo consta de las siguientes partes:

1.- Captación de los recursos hidráulicos existentes en la naturaleza.

2.- Tratamiento del agua en función del uso posterior.

3.- Sistema de almacenaje y distribución de la misma a los puntos de consumo (red de distribución y depósitos).

4.- Uso de agua.

5.- Sistema de recogida del agua utilizada (red de alcantarillado).

6.-Depuración del agua residual en función del medio receptor y del tipo de vertidos.

7.- Vertido final a los cauces o masas de agua naturales.

ESTUDIO SOBRE

EL

AGUA

INTRODUCCIÓN:

El agua es un compuesto químico de naturaleza inodora, insabora e incolora.

El agua ocupa la mayor parte de la superficie de nuestro planeta (70%), constituyendo el compuesto químico más abundante en los organismos vivos y siendo el principal componente del citoplasma.

Se mueve de forma imparable por la superficie de la tierra, haciendo circular muchas sustancias y modelando el relieve terrestre.

Está presente en actividades humanas tanto agrícolas como industriales y también en aquellas actividades que forman la vida cotidiana de cada uno de nosotros.

Es en resumen, uno de los pilares que soportan la estable estructura de la comunidad ecológica.

HISTORIA:

En el siglo VI a. J.C. con Tales de Mileto, el agua fue considerada uno de los elementos constitutivos del Universo, junto con el aire, la tierra y el fuego. Esta convicción se basaba en que el agua es una sustancia que se puede presentar en la naturaleza en sus tres estados: sólido (hielo, nieve), líquido (mares, ríos,...) y vapor o gas (nubes), los cuales se relacionan entre ellos mediante el ciclo del agua. Así fue como durante más de 2000 años el agua fue considerada un cuerpo simple.

En 1781, Cavendish obtuvo agua en la combustión del hidrógeno y en 1785, Lavoisier llegó a definir su naturaleza de compuesto.

La determinación de la composición exacta del agua ha sido objeto de infinidad de investigaciones, tanto por métodos analíticos como sintéticos:

En los primeros se parte de un peso conocido del compuesto, el cual se separa en sus elementos y se determinan sus pesos.

En los segundos se fijan las proporciones en las que los elementos se combinan para formar el compuesto.

EL AGUA COMO COMPUESTO:

El agua es un compuesto basado en moléculas constituidas por 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno y por lo tanto de fórmula molecular H2O.

Podemos considerar el agua como el producto de la combustión (oxidación) del hidrógeno con el oxígeno del aire:

2H2 + O2 -----> 2H2O

La gran reactividad (capacidad para reaccionar) que hay entre el H y el O quiere decir que entre los dos elementos existe una fuerte atracción química, que se manifiesta en que el producto de su unión, la molécula de agua, es muy estable.

Por otra parte, el enlace que mantiene unidas las moléculas de agua es de tipo covalente, es decir que los átomos que forman el compuesto comparten un electrón. Además, las moléculas de agua aparecen asociadas entre sí formando grupos mediante los denominados enlaces de hidrógeno, que actúan como pegamento.

La estructura de la molécula de agua puede explicarse teniendo en cuenta que el átomo central de oxígeno está rodeado por cuatro pares de electrones, dos formando enlace y dos solitarios. La molécula tiene por tanto, forma de V, y la repulsión entre átomos de H reduce el ángulo del tetraedro H-O-H a 104'5º.

Disposición de los átomos en la molécula de agua:

PROPIEDADES FÍSICAS:

PESO MOLECULAR 18'16 uma

PUNTO DE EBULLICIÓN A 1 atm 100ºC

PUNTO DE FUSIÓN A 1 atm 0ºC

DENSIDAD A 0ºC SÓLIDO 0'915 g/ml

DENSIDAD A 0ºC LÍQUIDO 0'99987 g/ml

DENSIDAD A 4ºC LÍQUIDO 1'0000 g/ml

DENSIDAD A 100ºC LÍQUIDO 0'95839 g/ml

CALOR DE VAPORIZACIÓN 40'561 KJ/mol

CALOR DE FUSIÓN 6'010 KJ/mol

CALOR ESPECÍFICO 0'999 cal/gºC

CONDUCTIVIDAD A 25ºC 6.10-18 ohm

CONDUCTIVIDAD CALORÍFERA 0'001 cal/cm.s.ºC

PRESIÓN CRÍTICA 217'7 atm

TEMPERATURA CRÍTICA 374'1 ºC

PRESIÓN TRIPLE 4'58 mm Hg

TEMPERATURA TRIPLE 0'0753 ºC

DILATACIÓN DE LIQ. A HIELO 10 %

Las propiedades principales del agua se explican por su capacidad de formar enlaces intermoleculares por puentes de hidrógeno, ya mencionados anteriormente. El origen de dichos enlaces se halla en la desigual distribución de la carga negativa y positiva; la molécula se transforma en dipolo, y la atracción entre los polos constituye los enlaces por puente de hidrógeno.

Cada molécula de agua es capaz de formar 4 enlaces, pero sólo a temperaturas bajas los forma realmente. A medida que aumenta la temperatura el número de enlaces entre moléculas va disminuyendo; a 40 ºC el número de puentes de hidrógeno existentes es menos de la mitad de los teóricamente posibles. Esta tendencia continua a la temperatura de fusión y a temperaturas más altas hasta que tiene lugar la completa ruptura de la estructura.

En la estructura del agua al representar gráficamente la presión frente a la temperatura, las curvas que aparecen indican el distinto comportamiento de los diferentes estados del agua. Estas curvas se cortan en un punto en el que las formas sólida, líquida y vapor están en equilibrio entre sí; el punto triple es, por tanto, de especial importancia, porque en el caso del agua es un punto fijo para la escala absoluta de temperaturas (273'16 ºK).

ESQUEMA:

PROPIEDADES QUÍMICAS:

Como resultado del dipolo eléctrico asociado a la molécula de agua y como consecuencia de sus posibilidades de formar enlaces de hidrógeno, el agua da compuestos de adición con un gran número de sales. De tal modo, que las moléculas de agua pueden encontrarse asociadas de diferentes maneras:

Reacciones con los metales:

A temperatura ordinaria, el agua reacciona violentamente con los metales alcalinos y los alcalinotérreos más pesados. Metales como el Al, Mn, Zn, Fe, Sn, Pb,... reaccionan con el vapor de agua.

Reacción general:

2Metal + Agua ---> Óxido del metal + Hidrógeno que se desprende.

Reacciones con los óxidos:

El agua reacciona con los óxidos dando oxiácidos o hidróxidos. Ejemplo:

SO3 + H2O -----> H2SO4

trióxido de azufre agua ácido sulfúrico

Reacciones de hidrólisis:

El agua produce la doble descomposición de sales. Ejemplo:

SO2Cl2 + H2O -----> H2SO4 + 2HCl

cloruro de sulfurilo agua ácido sulfúrico ácido clorhídrico

IONIZACIÓN DEL AGUA:

El agua está débilmente ionizada, de forma que puede actuar como un ácido o como una base. La reacción,

H2O + H2O -----> H3O+ + OH-

ácido1 base2 ácido2 base1

se realiza en poca cantidad en el agua pura. Dado que las concentraciones de los elementos del primer miembro de la ecuación son constantes, la expresión de la CONSTANTE DE EQUILIBRIO es:

(H3O+).(OH-) = Kw

La cantidad de Kw, se llama CONSTANTE DEL PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA. Su valor es de 10-14 si las concentraciones se expresan en moles por litro y a 25 ºC.

En una solución neutra la concentración de H3O+ es la misma que la de OH-.

ESTADOS FÍSICOS DEL AGUA:

Como ya dije al principio el agua se encuentra en la naturaleza en los tres estados posibles de la materia: gas, líquido y sólido, presentando en cada estado características y propiedades diferentes, como ya hemos podido observar (v. propiedades físicas), ya que su estructura interna ha variado.

ESTADO GASEOSO:

- El vapor de agua está formado por moléculas que se mueven casi independientemente entre sí.

- Por encima de 374 ºC el vapor de agua puede ser comprimido hasta alcanzar cualquier densidad sin licuarse.

- Cuando la densidad tiene el valor de 0'4 g/cm3 el vapor puede disolver cantidades notables de sales.

- Su estabilidad a la disociación es previsible por su elevado calor de formación; sólo se halla apreciablemente disociada a temperaturas superiores a 2000º C.

- Su capacidad calorífera la hace conveniente para fines de refrigeración en procesos industriales.

ESTADO LÍQUIDO:

- Las moléculas de agua en estado líquido, tienden a reagruparse debido a los enlaces de hidrógeno y se reorientan cada 10-10 s, lo que hace que la determinación de su estructura instantánea sea un problema difícil.

- Es un líquido altamente polar y su mayor densidad se presenta a 4 ºC.

- El agua puede ser supercalentada aumentando la presión o superenfriada añadiéndole sal común o compuesto ionizante.

- Su conductividad no es muy alta, pero aún así es 1 millón de veces más alta que la de la mayoría de líquidos no metálicos a temperatura ambiente.

ESTADO SÓLIDO:

- En el líquido anterior a medida que la temperatura baja, los grupos moleculares se unen hasta formar una estructura hexagonal compacta, el hielo.

- En el hielo, las moléculas de agua se ordenan de forma tetraédrica.

Tanto Tamman como Bridgman, en sus estudios sobre el agua sólida, demostraron que además del hielo ordinario, aparecen otras formas sólidas a presiones elevadas. Estas distintas estructuras de los diferentes tipos de hielo, se consideran como un polimorfismo (v. esquema de propiedades físicas).

Esquema de la estructura del hielo; siendo los átomos de oxígeno las esferas rojas, los de hidrógeno las blancas y las líneas punteadas los enlaces de hidrógeno:

EL AGUA COMO DISOLVENTE:

Se dice que el agua es el “disolvente universal”, y aunque esta afirmación no es totalmente cierta, lo que sí es verdad es que el agua disuelve a más tipos de sustancias y en cantidades mayores que cualquier otro disolvente existente en la naturaleza.

El agua posee esta propiedad por el hecho de tener una elevada constante dieléctrica, que es consecuencia de la naturaleza dipolar de sus moléculas: en las moléculas de H2O, el átomo de oxigeno atrae con más fuerza hacia sí las dos parejas de electrones de enlace con cada átomo de hidrógeno y debido a esto, en el átomo de oxígeno hay un exceso de carga positiva y las moléculas de agua son, por tanto, minúsculos dipolos eléctricos.

En particular, este carácter dipolar del agua la convierte en un dislovente excelente de los materiales polares o iónicos, tales como las sales, bases y ácidos, de los que se dice, por ello, que son hidrofílicos (amor al agua).

Por otra parte, el agua no lo puede todo y por tanto, las sustancias no polares, tales como los aceites y las grasas, son virtualmente insolubles en el agua y, por consiguiente, se describen como sustancias hidrofóbicas (repulsión al agua).

Para verlo de forma más clara, pongamos un ejemplo de la actuación del agua en ambos casos:

Disolución de sales:

Las moléculas de H2O en presencia de partículas cargadas, como pueden ser los iones positivos del Na+ o los iones negativos del Cl- ,que constituyen los cristales de cloruro de sodio, tienden a colocarse con la parte positiva hacia los iones negativos del cloro y con la parte negativa hacia los iones positivos del sodio. Así, crean una especie de pantalla que debilita los enlaces iónicos que mantienen unidos los iones de cloro y sodio. Lo que antes era un cristal de sal, se transforma en algo prácticamente indistinguible del agua, dado que los iones de cloro y sodio son desmontados y englobados por moléculas de agua.

Mezcla con aceite:

Ya por todos es sabido, que en vertir aceite sobre agua, este no se disuelve en ella y ni tan solo se mezclan, de forma que ambos líquidos quedan perfectamente separados formando dos niveles, en el que el superior corresponde al aceite y el inferior al agua, que en pesar más, se va al fondo.

CONCLUSIONES:

Para acabar ya, comentar un poco lo que me ha parecido hacer este trabajo.

En cuanto a la visita que hicimos a la Planta de Tratamiento, decir que me sorprendieron bastante las instalaciones, ya que ni mucho menos me esperaba que estuvieran tan bien.

Después, cuando he tenido que enfrentarme al trabajo, me he arrepentido de haber hecho la visita a la Planta, pero ahora, cuando ya estoy escribiendo las últimas líneas, puedo decir que aunque me haya costado hacerlo, como todos los trabajos, estoy contenta, ya que considero que si me ha servido de algo, no he trabajado en vano.