Información

17.3C: Purificación de agua potable - Biología

17.3C: Purificación de agua potable - Biología


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

El agua se purifica con filtros para eliminar los protozoos más grandes y mediante desinfección química o UV para matar las bacterias y otros patógenos pequeños.

Objetivos de aprendizaje

  • Ilustre los pasos de la purificación del agua potable.

Puntos clave

  • Primero se pasa agua a través de un sistema de filtros y se agrega un agente coagulante para eliminar las partículas.
  • Luego, el agua se pasa a través de un filtro de membrana para eliminar patógenos grandes como Cryptosporidum y Giardia.
  • Para finalizar el proceso de purificación, se aplica desinfección química (generalmente con cloro u ozono) o luz ultravioleta al agua para matar bacterias, virus y los quistes resistentes producidos por Cryptosporidium y giardia.

Términos clave

  • ozono: Molécula triatómica, que consta de tres átomos de oxígeno. Es un alótropo de oxígeno que es mucho menos estable que el alótropo diatómico (O2), y se descompone con una vida media de aproximadamente media hora en la atmósfera inferior, en dioxígeno normal. El ozono se forma a partir del dioxígeno por la acción de la luz ultravioleta y también de las descargas eléctricas atmosféricas, y está presente en bajas concentraciones en toda la atmósfera terrestre. En total, el ozono constituye solo 0,6 partes por millón de la atmósfera.
  • coagulación: La precipitación de partículas en suspensión a medida que aumentan de tamaño (por cualquiera de varios procesos físicos o químicos).
  • protozoos: Los protozoos son un grupo diverso de organismos eucariotas unicelulares, muchos de los cuales son móviles. Originalmente, los protozoos se habían definido como protistas unicelulares con comportamiento animal, por ejemplo, movimiento. Los protozoos fueron considerados como el grupo asociado de protistas a los protophyta, que tienen un comportamiento similar a una planta, por ejemplo, la fotosíntesis.

Purificación de agua potable

Para purificar el agua potable de una fuente (como un lago, río, embalse o agua subterránea), el agua debe pasar por varios pasos para eliminar partículas grandes y diferentes tipos de patógenos.

  1. Bombeo y contención: el agua se bombea desde la fuente a los tanques de retención.
  2. Cribado: El agua pasa a través de un filtro de malla para eliminar los desechos grandes.
  3. Almacenamiento: El agua se almacena en depósitos, tanques y torres de agua como preparación para la purificación. A veces, el agua se "pre-clorina" en este sistema para evitar el crecimiento de bacterias mientras está almacenada.
  4. Coagulación y sedimentación: aunque existen muchos procesos mediante los cuales se eliminan partículas grandes del agua potable, la mayoría de los sistemas de purificación de agua implementan algún tipo de sistema de coagulación. Se agrega al agua una sustancia química que causa la agregación de partículas y se forman grumos de partículas que se depositan en el fondo del depósito. A esto se le llama sedimentación.
  5. Filtración de membrana: Los filtros de membrana pueden eliminar todas las partículas de más de 0,2 um. Los patógenos más grandes, como Giardia lamblia y Cryptosporidium, quedan atrapados en estos filtros, pero los quistes que producen son lo suficientemente pequeños como para atravesarlos.
  6. Desinfección: antes de que el agua se considere potable, se debe desinfectar para eliminar cualquier patógeno que haya pasado a través del filtro de membrana.

Métodos de desinfección

  • La cloración es la forma más común de desinfección. El cloro es un oxidante fuerte y rápidamente mata muchos microorganismos, especialmente bacterias. Debido a que el cloro es un gas tóxico, también puede ser peligroso para los trabajadores de saneamiento. A menudo se utilizan compuestos a base de cloro como la cloramina. Aunque el cloro es muy eficaz contra las bacterias, no es tan eficaz contra los quistes formados por protozoos (como giardia lamblia y cryptosporidium). El cloro a veces puede dejar subproductos residuales en el agua.
  • El ozono es una molécula inestable que cede fácilmente un átomo de oxígeno proporcionando un poderoso agente oxidante. Este agente es tóxico para la mayoría de los organismos acuáticos. El ozono se usa ampliamente en Europa y es un método eficaz para matar los quistes formados por protozoos. También funciona bien contra casi todos los demás patógenos.
  • La luz ultravioleta es muy eficaz para inactivar los quistes protozoarios y también mata las bacterias y los virus. Sin embargo, no es tan eficaz en agua turbia. A veces se utiliza junto con la cloración.

Calidad del agua potable de la zona agrícola tratada con filtros de agua de jarra

Fondo: Los métodos caseros para el tratamiento del agua potable a través de la filtración se han vuelto muy populares recientemente.

Objetivo: El objetivo del estudio fue comparar la composición química del agua sin filtrar con el agua filtrada en hogares con filtros de agua tipo jarra. Los resultados obtenidos se discutieron en vista del efecto de los componentes químicos analizados del agua sobre la salud humana.

Material y métodos: Se tomaron muestras de agua de los suministros de las obras hidráulicas y de los pozos excavados en el hogar en el área agrícola. Se analizaron el agua sin filtrar y el agua filtrada a través de filtros llenos de carbón activo y resina de intercambio iónico y colocados en una jarra. Se determinaron en muestras de agua la conductividad electrolítica, el pH, la dureza y las concentraciones de iones de calcio, magnesio, nitrato, fosfato y cloruro. Los resultados de los análisis se procesaron estadísticamente.

Resultados: Como resultado de la filtración de agua, la concentración de fosfatos aumentó significativamente y las concentraciones de calcio, magnesio, conductividad electrolítica y pH disminuyeron. No se observaron cambios en la concentración de iones cloruro. El agua filtrada disminuyó la concentración de nitratos en las muestras de pozos excavados.

Conclusiones: El uso de dispositivos de depuración de agua está justificado en el caso de agua procedente de pozos excavados en casa contaminada con nitratos cuando, al mismo tiempo, la dieta de los consumidores se complementa con calcio y magnesio. La filtración de agua de los suministros de las obras hidráulicas, controlada por la inspección sanitaria, no parece tener ningún objetivo.

Palabras clave: filtración de agua calcio magnesio nitratos fosfatos cloruros acidez.


Purificación de agua: por bioprocesamiento y desinfección con cloro

Para mantener la pureza de los suministros de agua municipales / corporativos, su cloración es muy eficaz en la purificación del agua de la contaminación microbiana, evitando así la propagación de enfermedades infecciosas.

No solo los suministros de agua municipales / corporativos, sino también otros suministros de agua deben pasar por una serie de pasos de purificación antes del suministro de la tubería para que sea seguro para el consumo humano o para los requisitos de la industria de procesos y la agricultura.

En algunos casos, sin embargo, el recurso hídrico puede ser lo suficientemente puro como para requerir solo un tratamiento con un desinfectante como cloro, clorocresol, etc., dependiendo de la calidad del tratamiento deseado y el propósito.

En muchos casos, la condición del recurso hídrico requiere normalmente tres etapas de purificación primaria, a saber, sedimentación, filtración seguida de desinfección.

Sin embargo, en el reciclaje de agua usada en industrias o para su eliminación en vías de agua natural, se necesitan métodos de tratamiento estrictos para hacer que las aguas residuales / efluentes líquidos sean seguros para el reciclaje, para la vida acuática y la prevención de que el depósito de agua se llene con metales u otros sólidos. Por tanto, se hace referencia a los recursos hídricos y al peligro de su contaminación.

(I) Biotecnología de procesos bacterianos tóxicos:

Está bien reorganizado que existen límites a la capacidad de auto purificación de un cuerpo de agua natural. Este límite se refiere tanto a la capacidad como a la velocidad de autopurificación. En las sociedades industrializadas recientes, la necesidad de desarrollar una rápida purificación del agua hecha por el hombre se ha vuelto obvia.

En un proceso más reciente, se ha utilizado una mezcla de varias cepas de bacterias para asimilar la materia orgánica, tanto natural como artificial, consumiendo oxígeno y produciendo principalmente CO2 y H2O.

El éxito tecnológico depende en gran medida del tipo de agua y contaminantes, su cantidad y concentración, la consistencia de estos determinantes y, por último, pero no menos importante, de la velocidad de asimilación bacteriana y la presencia de ingredientes inhibidores.

Muchos procesos de biotecnología se han desarrollado en laboratorios y plantas piloto. Su fiabilidad operativa es de suma importancia, tanto para garantizar el suministro continuo como la calidad necesaria de la limpieza tratada tras el proceso de depuración. La nitrificación biológica tóxica de los orgánicos presentes en el agua contaminada es también una de las principales preocupaciones en este bioprocesamiento para evitar la eutrofización.

(ii) Biotecnología de procesos bacterianos anóxicos:

Muchos microbios no solo sobreviven, sino que incluso crecen rápidamente cuando carecen de oxígeno. Para sobrevivir, estos microbios utilizan máquinas de genes que codifican enzimas esenciales para el crecimiento anóxico. Los grupos bacterianos más exitosos pueden usar nitrato como sustituto del oxígeno / aire.

En la etapa anóxica de la purificación / tratamiento del agua se deriva menos energía de la reducción de nitratos que de la respiración celular convencional, por lo que los genes para la reducción de nitratos se activan solo cuando hay nitrato presente pero no hay oxígeno disponible. Sin embargo, el producto de la reducción de nitratos es muy tóxico. En realidad, las bacterias que respiran nitratos en la purificación de agua prevén la eliminación del nitrato así formado.

(iii) Biotecnología integrada de procesos tóxicos-anóxicos: Consideración:

En la purificación del agua, el metabolismo bacteriano del nitrógeno es una clave importante para el agua limpia. El metabolismo bacteriano de tres especies moleculares: amoniaco, nitrato y nitrógeno, domina el ciclo biológico integrado óxico-anóxico del nitrógeno. En la biotecnología óxica, la nitrificación juega un papel importante, mientras que la fijación por desnitrificación gobierna la anoxibiosis en la biotecnología de procesos. Un equilibrio sorprendente entre el bioprocesamiento óxico-anóxico y la contaminación del agua es importante para que el objetivo de la purificación de las aguas residuales no sea derrotado.

(iv) Esquema de diseño tóxico-anóxico:

Para superar el problema de la eutrofización en la purificación de aguas residuales, el contenido de nitrógeno en el agua debe eliminarse; de ​​lo contrario, aumentará la DBO. La eliminación de nitrógeno de los desechos / aguas se puede realizar mediante esquemas apropiados de sistemas de diseño óxico-anóxicos para la nitrificación / desnitrificación. A continuación se describen las características operativas de tres esquemas para diseños de nitrificación y desnitrificación (Fig. 11.15).

Este esquema depende de la respiración endógena del lodo activado para lograr la desnitrificación.

Aquí, una parte del agua residual afluente se desvía al tanque de desnitrificación para proporcionar alimento a los organismos facultativos, lo que aumenta la tasa de respiración y, por lo tanto, la tasa de desnitrificación. Esquema 3: Utiliza aguas residuales afluentes que son deficientes en nitrógeno como fuente de alimento para organismos desnitrificantes. El agua residual debe contener una fuente de carbono fácilmente disponible.

(v) Ventajas y desventajas relativas de los esquemas:

En el esquema 1, mientras que el bioprocesamiento logra un efluente bajo en nitrógeno, la baja tasa de desnitrificación en condiciones de respiración endógena da como resultado un gran tanque de desnitrificación. En el esquema 2, aunque algunos reducen el tamaño requerido del tanque de desnitrificación, tiene la desventaja de aumentar el nitrógeno no oxidado en el efluente tratado y, en la mayoría de los casos, aumentar la DBO del efluente.

Si bien la práctica del esquema 2 no aportará nitrógeno al efluente, se requiere una operación controlada cuidadosa para evitar aumentar la DBO del efluente. Los resultados experimentales y la experiencia indicaron que el uso económico de este esquema de proceso requiere aumentar la tasa de respiración y por lo tanto la tasa de desnitrificación en la unidad de desnitrificación. También se requiere solo para la eliminación de DBO carbonosa. Si mayor O2 Si el nivel se mantiene en el tanque de aireación para obtener la máxima tasa de nitrificación, el requerimiento de energía será aproximadamente dos veces y media la requerida para la operación convencional del proceso de lodos activados.

(vi) Aceleración de la desnitrificación:

La biodesnitrificación para la eliminación de nitratos y nitritos podría acelerarse utilizando una cantidad adecuada de metanol. Basado en ecuaciones estequiométricas de biodesnitrificación, se podría calcular que 1 mol de NO3 es equivalente a 5/6 moles de metanol.

Cuando el agua residual que se va a tratar contiene oxígeno disuelto (OD), debe eliminarse antes del paso de desnitrificación. Esto se ha logrado agregando una cantidad extra de metanol. A partir de estas consideraciones, la cantidad total de metanol (Cmetro) requisito podría calcularse mediante la siguiente relación:

Aquí N0 es el nitrato inicial, N es el nitrito inicial y DO es la concentración inicial de oxígeno disuelto.

2. Desinfección con cloro y riesgo biológico:

La purificación del agua potable mediante desinfección con cloro es un proceso antiguo. Es muy eficaz para matar microorganismos peligrosos en agua potable. Sin embargo, en los últimos años se están conociendo las preocupaciones de la ingeniería de diseño biomolecular sobre el peligro de la cloración del agua.

La cloración excesiva del agua es peligrosa para la salud humana. La relación entre la concentración de cloro disponible y el tiempo necesario para matar los organismos en el agua es exponencial, es decir,

Se ha afirmado que en los linfocitos humanos, las sustancias húmicas cloradas producen la escisión de la cadena de ADN, pero solo a una concentración que causa citotoxicidad.


Filtración biológica: ¿el futuro del tratamiento del agua potable?

Tratamiento biológico de agua potable

Durante años, las comunidades aborígenes de Canadá lucharon por lidiar con el agua potable de mala calidad.

Su agua subterránea fría y salobre estaba repleta de altos niveles de calcio, arsénico y una variedad de otros contaminantes, y era casi imposible de tratar de manera efectiva. En un momento de 2006, había 86 Primeras Naciones en Canadá bajo advertencias de hervir el agua, según Health Canada.

Muchos habían renunciado a la idea de que estas comunidades aborígenes tuvieran alguna vez agua potable verdaderamente segura y limpia. Como último recurso, un grupo de científicos decidió probar un método poco convencional que había luchado por ganar aceptación durante décadas y un tratamiento biológico de agua potable tímido y mdash.

"Observamos una serie de tratamientos convencionales y no funcionaron", dice Hans Peterson, microbiólogo y embajador de Safe Drinking Water de la Safe Drinking Water Foundation en Canadá. & ldquoLa filtración biológica no ha sido aceptada históricamente, al menos no en Norteamérica, pero se mostró prometedora y está en auge. & rdquo

Peterson y su grupo diseñaron un sistema de tratamiento de agua que utiliza bacterias naturales en lugar de productos químicos para eliminar los contaminantes del agua y luego trata el agua por segunda vez mediante ósmosis inversa (RO). Los sistemas de ósmosis inversa convencionales que utilizan desinfectantes químicos se intentaron anteriormente en las Primeras Naciones, pero las membranas de ósmosis inversa tuvieron que ser reemplazadas después de solo un año debido a incrustaciones químicas y microbianas. Las membranas de ósmosis inversa del nuevo sistema integrado de tratamiento de membrana de ósmosis inversa y biológica (IBROM) de Peterson & rsquos podrían durar hasta 20 años.

"Para el agua que es tan mala como esta, el uso de RO es absolutamente necesario", dice Peterson. & ldquoAsí que diseñamos un sistema que pudiera optimizar ese proceso, y que tenía que ser un sistema de tratamiento biológico. & rdquo

En la actualidad, 16 plantas de tratamiento a gran escala de las Primeras Naciones canadienses utilizan el sistema de tratamiento IBROM de Peterson & rsquos. Las advertencias de hervir se han eliminado en todo el país. Tratar el agua de mala calidad en Canadá nunca hubiera sido posible sin el uso de bacterias, dice Peterson.

"El tratamiento biológico será el futuro del tratamiento del agua potable", dice.

Peterson no es el único que cree en las ventajas del tratamiento biológico del agua potable, que ha ido creciendo en aceptación y popularidad durante los últimos cinco a diez años.

& ldquoCada vez más empresas de servicios públicos lo están implementando, lo está viendo discutido en conferencias, los reguladores están sintonizados con él y están comenzando a desarrollar pautas en torno a él, ”dice Jess Brown, presidente del Comité de Tratamiento Biológico de Agua Potable de la Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas. (AWWA). & ldquoLa gente piensa en el tratamiento biológico como un proceso de aguas residuales. Pero realmente es un proceso muy natural y efectivo. & Rdquo

En comparación con otras tecnologías de tratamiento de agua potable que secuestran contaminantes y luego los eliminan, el tratamiento biológico destruye los contaminantes por completo y es capaz de eliminar múltiples contaminantes al mismo tiempo. Esto corta en sproducción de ludge y recrecimiento bacteriano. El tratamiento biológico se puede utilizar para eliminar la materia orgánica natural, el color, el cloroformo, el perclorato, el nitrato, el nitrito, el bromato, el hierro, el manganeso, el selenato, el cromato, el arseniato y una variedad de otros contaminantes. Elimina la necesidad de oxidación química antes de la filtración o sedimentación, elimina la necesidad de métodos de reducción química y produce productos finales inocuos, reduciendo así el riesgo de una corriente de concentrado contaminada.

"En los sistemas de tratamiento convencionales hay una batalla constante entre la desinfección y los subproductos de la desinfección (DBP)", dice Brown. & ldquoCon el tratamiento biológico no se requieren adiciones químicas mínimas o nulas, por lo que elimina los precursores de subproductos de desinfección. & rdquo

Reducir el uso de productos químicos también puede ahorrarle a una instalación de tratamiento una cantidad significativa de dinero, dice Peterson.

& ldquoTenemos una planta de agua superficial que solía usar $ 15,000 en químicos por mes. Ahora, con el sistema de filtración biológica solo usan $ 100 ”, dice Peterson. & ldquoCon un sistema de tratamiento convencional, la huella es demasiado alta y la calidad del agua es demasiado baja. & rdquo

Implementar un sistema biológico de agua potable es bastante simple, es un sistema de filtración básico y antiguo para las escuelas, ”dice Brown. Pero la relativa rareza de la tecnología hasta ahora presenta algunos obstáculos. La falta de educación es el mayor desafío.

& ldquoNo hay manuales de práctica o manuales de orientación actuales & rdquo, dice Brown. Entonces, cuando empiece, no puede ir a buscar un manual y eso se siente menos cómodo. Pero eso cambiará. & Rdquo

En Canadá, Peterson y su equipo han trabajado diligentemente para poner al día a los operadores. Se ha creado un programa de aprendizaje, así como varios programas y guías de formación.

"No puedes sacar un libro de cocina del estante y hacer esto", dice Peterson. & ldquoEstamos escribiendo el libro de cocina mientras hablamos. & rdquo

La AWWA también está trabajando para educar al público. En marzo organizaron el Simposio de tratamiento biológico de 2013, que se centró en los beneficios de los sistemas de tratamiento biológico pasivos y de ingeniería desde las perspectivas de la investigación y la utilidad. Se ofrecieron más de 30 sesiones técnicas diferentes.

Al igual que con cualquier nueva tecnología, los costos de puesta en marcha también pueden obstaculizar algunas utilidades. En las grandes ciudades con mucha infraestructura de agua, un cambio dramático como pasar al tratamiento biológico implicaría pruebas piloto, que podrían ser costosas. En este momento, la tecnología es la mejor para las comunidades rurales más pequeñas que luchan con la calidad del agua, dice Peterson.

Muchos académicos e investigadores de la industria han dedicado su tiempo a hacer que el tratamiento biológico sea más accesible y más fácil de entender. Como gerente de Carollo Engineers & rsquo Research Group, Brown lidera la iniciativa de tratamiento biológico de agua potable de la firma & rsquos. Otras empresas tienen iniciativas similares.

"Realmente hemos estado investigando los detalles de esto y lo entendemos mejor", dice Brown.

Brown siente que ahora, más que nunca, es el momento de que el tratamiento biológico del agua potable pase a primer plano. Los costos de manejo de los residuos del tratamiento de agua están aumentando, hay un mayor impulso para las tecnologías verdes, más regulaciones que limitan la formación de DBP, y los nuevos contaminantes que son particularmente sensibles a la degradación biológica están aumentando y todos los factores que hacen del tratamiento biológico una solución efectiva .

& ldquoRecibimos llamadas semanales de personas interesadas en el tratamiento biológico del agua potable, ”dice Brown. & ldquoTodavía hay mucha gente que duda, pero creo que a medida que crezcamos la cantidad de plantas que lo están usando, comenzaremos a verlo mucho más. Hay un gran impulso en la industria para avanzar hacia esto. & Rdquo



Comentarios:

  1. Launcelot

    No tengo duda sobre ello.

  2. Sty]es

    Frase adorable



Escribe un mensaje