Purificación Del Agua

PURIFICACION DE AGUA POR SEDIMENTACION

La sedimentación consiste en dejar el agua de un contenedor en reposo, para que los sólidos que posee se separen y se dirijan al fondo. La mayor parte de las técnicas de sedimentación se fundamentan en la acción de la gravedad.

La sedimentación puede ser simple o secundaria. La sedimentación simple se emplea para eliminar los sólidos más pesados sin necesidad de otro tratamiento especial; mientras mayor sea el tiempo de reposo mayor será el asentamiento y consecuentemente la turbidez será menor, haciendo el agua más transparente.

El reposo natural prolongado también ayuda a mejorar la calidad del agua, pues provee oportunidad de la acción directa del aire y los rayos solares, lo cual mejora el sabor y elimina algunas sustancias nocivas del agua.

La sedimentación secundaria ocurre cuando se aplica un coagulante para producir el asiento de la materia sólida contenida en el agua.

PURIFICACION DE AGUA POR FILTRACION

La filtración es el proceso de separar un sólido del líquido en el que está suspendido al hacerlos pasar a través de un medio poroso (filtro) que retiene al sólido y por el cual el líquido puede pasar fácilmente.

Se emplea para obtener una mayor clarificación, generalmente se aplica después de la sedimentación para eliminar las sustancias que no salieron del agua durante su decantación.

PURIFICACION DE AGUA POR DESINFECCION

Se refiere a la destrucción de los microorganismos patógenos del agua ya que su desarrollo es perjudicial para la salud. Se puede realizar por medio de ebullición que consiste en hervir el agua durante 1 minuto y para mejorarle el sabor se pasa de un envase a otro varias veces, proceso conocido como aireación, después se deja reposar por varias horas y se le agrega una pizca de sal por cada litro de agua. Cuando no se puede hervir el agua se puede hacer por medio de un tratamiento químico comunmente con cloro o yodo. 

PURIFICACION DE AGUA POR CLORACION

Cloración es el procedimiento para desinfectar el agua utilizando el cloro o alguno de sus derivados, como el hipoclorito de sodio o de calcio. En las plantas de tratamiento de agua de gran capacidad, el cloro se aplica después de la filtración. Para obtener una desinfección adecuada, el cloro deberá estar en contacto con el agua por lo menos durante veinte minutos; transcurrido ese tiempo podrá considerarse el agua como sanitariamente segura. Para desinfectar el agua para consumo humano generalmente se utiliza hipoclorito de sodio al 5.1%. Se agrega una gota por cada litro a desinfectar. 

PURIFICACION DE AGUA POR OZONO

Es el desinfectante más potente que se conoce, el único que responde realmente ante los casos difíciles (presencia de amebas, etc.). No comunica ni sabor ni olor al agua; la inversión inicial de una instalación para tratamiento por ozono es superior a la de cloración pero posee la ventaja que no deja ningún residuo. 

PURIFICACION DE AGUA POR RAYOS ULTRAVIOLETA

La desinfección por ultravioleta usa la luz como fuente encerrada en un estuche protector, montado de manera que, cuando pasa el flujo de agua a través del estuche, los rayos ultravioleta son emitidos y absorbidos dentro del compartimiento. Cuando la energía ultravioleta es absorbida por el mecanismo reproductor de las bacterias y virus, el material genético (ADN/ARN) es modificado, de manera que no puede reproducirse. Los microorganismos se consideran muertos y el riesgo de contraer una enfermedad, es eliminado.

Los rayos ultravioleta se encuentran en la luz del sol y emiten una energía fuerte y electromagnética. Están en la escala de ondas cortas, invisibles, con una longitud de onda de 100 a 400 nm ( 1 nanometro=10-9m).

Agua En La Comunidad

Hemos visto que el agua es necesaria para la vida en el planeta, vamos ahora a estudiar sus propiedades y cómo repercute en los seres vivos, si se agota o desaparece. 

Las propiedades físicas y químicas del agua las que han permitido a los seres vivos aparecer, sobrevivir y evolucionar en este planeta, ya que el agua por ejemplo debido a su propiedad como solvente y a la tendencia de los átomos de ciertos compuestos de formar iones cuando están en solución desempeña un importante papel en todas las reacciones químicas, incluyendo las que se realizan al interior de los seres vivos en sus funciones metabólicas. El agua es la fuente a través del metabolismo de las plantas, del oxígeno, del aire. Sus átomos de hidrógenos se incorporan a los compuestos orgánicos presentes en las articulaciones de los huesos y estabilizadora de la temperatura ambiental y corporal. 

La historia de los pueblos ha estado ligada al agua. Los pueblos, ciudades, imperios se han levantado en lugares donde abunda el agua. Generalmente las ciudades más grandes y con mayor comercio, economía y habitantes se desarrollan cerca de los grandes cuerpos de agua. 

El agua cumple un importante papel en el desempeño de las funciones metabólicas de los seres vivos. En el siguiente apartado se trata de estudiarlas y ver cómo participa el agua de las mismas. 

Las respuestas podrían ir desde el punto de vista del agua como medio de transporte de las sustancias necesarias para realizar las funciones propias de los seres vivos. Ejemplo:

• Los elementos minerales del suelo a las plantas mediante agua. Sin ella no se realizaría el proceso de fotosíntesis. 
• En el interior de los organismos los alimentos son redistribuidos gracias a medios líquidos acuosos (sangre, flujo linfático, savia, etc.) 
• El agua constituye el medio para expulsar al exterior los desechos del ser vivo. Por ejemplo: la orina, el sudor, etc. 

Las respuestas pueden partir de sus experiencias en cuanto a la nutrición y dirían que a través de la ingestión de alimentos pero al reflexionar sobre ¿de dónde se obtienen? ¿cómo se producen? tendrían necesariamente que tocar el proceso de fotosíntesis de las plantas, a partir del cual las plantas verdes elaboran alimento. Es momento para ventilar los conocimientos que poseen al respecto preguntándoles ¿qué sustancias se hacen necesarias? ¿quiénes las aportan? ¿de dónde proviene la energía? ¿qué se obtiene al final? ¿podrías escribir la ecuación química que se verifica? 

Luego los estudiantes dirían que los alimentos son consumidos y asimilados mediante el proceso de digestión de plantas y animales. 

También de la nutrición quedan desechos, los cuales son expulsados en medios acuosos como la orina y el sudor de los cuales se evapora el agua y se integra al ambiente e inicia de nuevo la ruta.

Agua En La Agricultura

Conforme las ciudades utilizan más agua para su población en acelerado crecimiento, la agricultura debe mejorar considerablemente la eficacia y productividad del uso que hace del agua.

La productividad de las tierras de regadío es aproximadamente tres veces superior a la de las de secano. Más allá de este dato global, existen muchas razones para destacar la función del control de los recursos hídricos en la agricultura. La inversión en la mejora de los regadíos supone una garantía frente a las variaciones pluviométricas y estabiliza la producción agrícola, impulsando la productividad de los cultivos y permitiendo que los agricultores diversifiquen su actividad. Ello tiene un reflejo en un incremento y una menor volatilidad de los ingresos agrícolas.

A su vez, un sistema de producción predecible y estable tiene un efecto positivo en los proveedores de servicios para el sector, incrementando el efecto multiplicador no agrícola de la inversión. Además, la inversión en el fomento de aguas revaloriza la tierra. Las obras en pequeña escala para el acopio de aguas, el riego y el drenaje realizadas con mano de obra local son viables económicamente y, una vez que se ha instalado la infraestructura básica con financiación pública, también se hace viable una mayor inversión privada. Entre los efectos indirectos adicionales del fomento de aguas se encuentran la mejora de la nutrición a lo largo del año, un mercado laboral rural más activo, una menor emigración y una menor presión agrícola sobre las tierras marginales.

Perspectivas regionales. La temática y los retos relacionados con el control del agua en la agricultura varían de una región a otra conforme a las condiciones socioeconómicas y agroclimáticas. A continuación se examinan tres regiones del mundo donde el control de las aguas agrícolas ha sido esencial y se estudian brevemente sus perspectivas.

Cuestiones estratégicas: Competencia por el agua. En ausencia de demandas importantes de agua procedentes de otros sectores y con una comprensión escasa de los impactos ambientales, la agricultura de regadío ha podido captar grandes cantidades de aguas dulces. Hoy en día, la agricultura supone un 69 por ciento del agua total extraída en el mundo y este porcentaje supera el 90 por ciento en algunos países áridos. Como tal, la agricultura ha actuado como usuario residual de agua dulce. La situación está cambiando a medida que la población aumenta y cada vez más países se enfrentan a desabastecimientos de agua. Para el año 2030, más de un 60 por ciento de la población vivirá en zonas urbanas que demandarán una proporción creciente del agua extraída.

La disponibilidad de suficientes cantidades de agua de buena calidad es fundamental para todos los procesos biológicos, para el mantenimiento de la biodiversidad y de los ecosistemas, para la salud humana y para las funciones primarias y secundarias de la producción. Los ecosistemas naturales y la agricultura son, con mucho, los mayores consumidores del agua dulce de la Tierra. Las apropiaciones de agua procedente de los ecosistemas se han intensificado con el crecimiento de la población humana, la expansión de la agricultura y la creciente presión para transferir el agua desde las zonas rurales a las urbanas, hasta un punto en el que se considera a menudo que la agricultura pone en peligro la sostenibilidad del ecosistema. Pero también es igualmente importante destacar el hecho de que estos ecosistemas así amenazados no pueden seguir proporcionando sus servicios de purificación y regulación del agua para sostener la producción y los medios de vida agrícolas.

De todos los sectores usuarios de agua dulce, la agricultura pone de manifiesto, en la mayoría de casos, el menor aprovechamiento del agua en términos económicos. A medida que aumenta la presión sobre los recursos hídricos, se incrementa la competencia entre una agricultura que lucha por mantener sus cuotas de agua y las ciudades que necesitan satisfacer las necesidades de sus poblaciones en rápido crecimiento. La presión sobre el agua y la necesidad acuciante de renegociar las cuotas intersectoriales suelen constituir factores que fuerzan cambios en la forma de ordenar los recursos hídricos en la agricultura. Una calidad del agua en disminución agrava la presión sobre el suministro. En los países en desarrollo, el agua desviada hacia las ciudades se libera a menudo después de un uso sin un tratamiento adecuado. En las zonas áridas, el propio caudal de retorno procedente de la agricultura y las múltiples reutilizaciones del agua conducen a un rápido deterioro de la calidad. En muchas islas y zonas costeras, el desarrollo del turismo supone un peso adicional para los escasos recursos hídricos, pero también trae nuevas oportunidades de mercado para una producción diversificada y de alto valor que incluye las hortalizas y frutas frescas.

 

Agua En La Industria

La industria en general requiere agua de purificada de alta calidad en los equipos como energía de vapor, o dentro de los procesos de manufactura.

El principal problema esta en los contaminantes inorgánicos que se incrustan en su costosa maquinaria, o que alteran el proceso productivo donde se utilizan.

La industria de los semiconductores, maquinaria de corte por agua, torres de enfriamiento, agua para alimentar calderas, la industria alimentaria, elaboración de cosméticos, procesos químicos, procesos de fotografía, procesos de impresión, etc., requieren de agua libre de sales y minerales.

• 
  

A principios del siglo XIX, el volumen de agua empleado por la industria era limitado, aunque no por ello poco importante. El agua se usaba como fuerza hidráulica para mover máquinas en minas y molinos de grano, al igual que en industrias textileras, siderúrgicas, papeleras y azucareras. También se usaba como insumo en la industria cervecera. A mediados del siglo XIX, el empleo de nuevos materiales para la construcción —como el cemento Portland, el hierro forjado y el acero— sirvieron para construir presas de mayores dimensiones, en especial más elevadas. El agua intervino de esta manera doblemente en la industria: como fuente de energía hidráulica, pero también por medio de las máquinas de vapor, las cuales si bien se usaban de forma común desde finales del siglo XVIII en otros países, su empleo generalizado ocurrió en México hasta principios del siglo XX. Época en la cual se usó tanto para la molienda de granos como para la industria azucarera.

Por otra parte, conforme la demanda de agua por la industria aumentó (en 36% del uso total entre 1976 y 2000), la generación de aguas residuales por la misma también lo hizo. Así, el volumen de agua contaminada por la industria se triplicó entre 1993 y 1985, hasta alcanzar, de acuerdo con los registros oficiales, un valor constante de casi de 170 m3/s hasta finales del siglo XX. En términos de magnitud, la carga orgánica contaminante generada por la industria en 1984 era similar a la generada por los municipios, pero para 2004 creció hasta ser tres veces mayor a la municipal. Entre las industrias que más contaminaban el agua a fines del siglo XX se encontraban la petroquímica, la azucarera, la química, la de celulosa y papel y la del hierro y acero. Del agua residual generada, la industria sólo trataba un 10%. Y, a pesar de lo limitado de los recursos hídricos del país, la productividad hídrica industrial (IVA industrial generado por unidad de metro cúbico de agua empleado por el sector) era —y sigue siendo— muy baja, por debajo de todos los países de Latinoamérica con excepción de Brasil, así como de países como Botsuana, Túnez y Namibia.

Calidad Del Agua

La calidad de cualquier masa de agua, superficial o subterránea depende tanto de factores naturales como de la acción humana.

El agua es un compuesto químico formado por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Proveniente del latín aqua.

Sin la acción humana, la calidad del agua vendría determinada por la erosión del substrato mineral, los procesos atmosféricos de evapotranspiración y sedimentación de lodos y sales, la lixiviación natural de la materia orgánica y los nutrientes del suelo por los factores hidrológicos, y los procesos biológicos en el medio acuático que pueden alterar la composición física y química del agua.

Por lo general, la calidad del agua se determina comparando las características físicas y químicas de una muestra de agua con unas directrices de calidad del agua o estándares. En el caso del agua potable, estas normas se establecen para asegurar un suministro de agua limpia y saludable para el consumo humano y, de este modo, proteger la salud de las personas. Estas normas se basan normalmente en unos niveles de toxicidad científicamente aceptables tanto para los humanos como para los organismos acuáticos.

El deterioro de la calidad del agua se ha convertido en motivo de preocupación a nivel mundial con el crecimiento de la población humana, la expansión de la actividad industrial y agrícola y la amenaza del cambio climático como causa de importantes alteraciones en el ciclo hidrológico.

A nivel global, el principal problema relacionado con la calidad del agua lo constituye la eutrofización, que es el resultado de un aumento de los niveles de nutrientes (generalmente fósforo y nitrógeno) y afecta sustancialmente a los usos del agua. Las mayores fuentes de nutrientes provienen de la escorrentía agrícola y de las aguas residuales domésticas (también fuente de contaminación microbiana), de efluentes industriales y emisiones a la atmósfera procedentes de la combustión de combustibles fósiles y de los incendios forestales. Los lagos y los pantanos son especialmente susceptibles a los impactos negativos de la eutrofización debido a su complejo dinamismo, con un periodo de residencia del agua relativamente largo, y al hecho de que concentran los contaminantes procedentes de las cuencas de drenaje. Las concentraciones de nitrógeno superiores a 5 miligramos por litro de agua a menudo indican una contaminación procedente de residuos humanos o animales o provenientes de la escorrentía de fertilizantes de las zonas agrícolas.

Cabe apuntar que es cada vez mayor la preocupación acerca del impacto en los ecosistemas acuáticos de los productos cosméticos y farmacéuticos como las píldoras anticonceptivas, analgésicos y antibióticos. Poco se sabe de sus efectos a largo plazo sobre los humanos y los ecosistemas, aunque se cree que algunos pueden suplantar las hormonas naturales en los humanos y otras especies.

La baja calidad del agua afecta directamente sobre la cantidad de agua de diversas maneras. El agua contaminada que no puede utilizarse para consumo, para baño, para la industria o la agricultura reduce de forma efectiva la cantidad de agua disponible en una determinada zona.

El puente de hidrógeno es un enlace que se establece entre moléculas capaces de generar cargas parciales. El agua, es la sustancia en donde los puentes de hidrógeno son más efectivos, en su molécula, los electrones que intervienen en sus enlaces, están más cerca del oxígeno que de los hidrógenos y por esto se generan dos cargas parciales negativas en el extremo donde está el oxígeno y dos cargas  parciales positivas en el extremo donde se encuentran los hidrógenos. La presencia de cargas parciales positivas y negativas hace que las moléculas de agua se comporten como imanes en los que las partes con carga parcial positiva atraen a las partes con cargas parciales negativas. De tal suerte que una sola molécula de agua puede unirse a otras  4 moléculas de agua a través de 4 puentes de hidrógeno. Esta característica es la que  hace al agua un líquido muy especial.

Los puentes de Hidrógeno, se forman por átomos de Hidrógeno localizados entre átomos electronegativos. Cuando un átomo de Hidrógeno está unido covalentemente, a una átomo electronegativo, ej.  Oxígeno o Nitrógeno, asume una densidad (d) de carga positiva, debido a la elevada electronegatividad del átomo vecino. Esta deficiencia parcial en electrones, hace a los átomos de Hidrógeno susceptibles de atracción por los electrones no compartidos en los átomos de Oxígeno o Nitrógeno

Obsérvese la configuración electrónica del Oxígeno:

₈O 1s² 2s² 2px^êé py^é pz^é

de ahí que :

                                      d+                 d+

                                  d-

                                 d+                d+

                                             d-

Figura: configuración electrónica del Oxígeno

el puente de Hidrógeno es relativamente débil entre -20 y -30 kJ mol^-1, la fuerza de enlace aumenta al aumentar la electronegatividad y disminuye con el tamaño de los átomos participantes. Por tanto, el puente de Hidrógeno existe en numerosas moléculas no solo en el agua. Aquí solo se tratará lo referente al agua.

La estructura del agua favorece las interacciones para formar puentes de Hidrógeno, el arreglo siempre es perpendicular entre las moléculas participantes, además, es favorecido por que cada protón unido a un Oxígeno muy electronegativo encuentra un electrón no compartido con el que interactúa uno a uno.  De lo anterior se concluye que cada átomo d Oxígeno en el agua interacciona con 4 protones, dos de ellos unidos covalentemente y dos a través de puentes de Hidrógeno.

     colineales

Figura: Información sobre los puentes de Hidrógeno

          Estudios de difracción de rayos X indican que la distancia entre los átomos de Oxígeno que intervienen en el puente de Hidrógeno, están separados por 0.28 nm lo que indica un arreglo tetraédrico de las moléculas de agua, además los puentes de Hidrógeno:

                                                           TETRAHEDRO

Figura: representación de una molécula tetraédrica del agua.

La colinealidad de los puentes es muy importante, un alejamiento de 10° ocasiona la que el puente se rompa.

          Linnus Pauling postuló a partir de observaciones de las transiciones moleculares (i.e.  el movimiento de los átomos con respecto a aquellos a los que están unidos) de los átomos participantes en la molécula D₂O (el deuterio forma parte de la pléyade de Hidrógeno), que el puente de Hidrógeno es la interacción más importante que juega un papel crítico no solo en la estructura del agua sino en la estructura y función de las macromoléculas biológicas.

Distribucion Del Agua En La Tierra

El agua (del latin aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos atomos de hidrogeno y uno de oxigeno (H₂O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. El término agua, generalmente, se refiere a la sustancia en su estado liquido,  pero la misma puede hallarse en su forma solida llamada hielo y en forma gaseosa denominada vapor. 

El agua cubre el 71% de la superficie de la  corteza terrestre. Se localiza principalmente en los oceanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetes polares poseen el 1,74%, los depósitos subterráneos (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos. El agua es un elemento común del sistema solar, hecho confirmado en descubrimientos recientes. 

Puede ser encontrada, principalmente, en forma de hielo; de hecho, es el material base de los cometas y el vapor que compone sus colas.

El océano es el origen de la mayor parte de las precipitaciones del planeta (lluvia y nieve), pero la lluvia sobre tierra satisface casi todas las necesidades de agua dulce de las poblaciones, junto con una pequeña cantidad, aunque en aumento, de agua proveniente de la desalación. El estado del régimen hidrológico, la calidad de su agua y sus ecosistemas, están entre los factores que más contribuyen al bienestar del ser humano.