Compendio de Normas ISO Sistemas de Gestión de la Calidad Ingeniería Ambiental

Biblioteca IV - LitArt

Compendio de Normas ISO Sistemas de Gestin de la Calidad

Ingeniera Ambiental

MATERIAL COMPILADO PARA WWW.INTERCAMBIOSVIRTUALES.ORG Participacin ganadora en la primer convocatoria de BIBLIOTECA IV-LITART

2009 DERECHOS COMPARTIDOS DE CONOCIMIENTO

ndice compilatorio: 1. Introduccin Ingeniera Ambiental 2. Introduccin a la ing. ambiental para la industria de procesos 3. ISO 9000-2005 4. ISO 9001-2000 5. Ejemplo documentacin SGC segn ISO 9001 6. Cambios aprobados para ISO 9001-2008 7. ISO 9004-2000 8. ISO 14001-2004 9. ISO 14004-2004 10. ISO 19011-2002

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Introduccin a la

INGENIERA AMBIENTAL

Introduccin a laINGENIERA AMBIENTAL

JAVIER ARELLANO DAZ

2002 ALFAOMEGA GRUPO EDITOR, S.A. de C.V.Pitgoras 1139, Col. Del Valle, 03100 Mxico, D.F.

Miembro de la Cmara Nacional de la Industria Editorial MexicanaRegistro No. 2317

Internet: http//www.alfaomega.com.mxEmail: [email protected]

ISBN 970-15-0783-5

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Consuelo Andrade GilCORRECCIN DE ESTILO

Ins Mendoza HernndezFORMACIN

Primera edicin: 2002

D.R. Instituto Politcnico NacionalDireccin de PublicacionesTresguerras 27, 06040, Mxico, D.F.

ISBN: 970-18-7961-9

CONTENIDO

Prlogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

CONCEPTOS BSICOS

Ecologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Ciclos bioqumicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Contaminacin ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Ingeniera ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

AGUA

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Parmetros fsicos de la calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Contaminacin del agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Tratamiento de aguas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Tratamiento de aguas residuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

SUELO

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Contaminacin del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Residuos slidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Manejo general de los residuos slidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Sistemas de ingeniera para manejo de residuos slidos . . . . . . . . . 59Relleno sanitario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Sistemas de ingeniera para reciclado y aprovechamiento de mate-

riales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

7

8 Introduccin a la ingeniera ambiental

Residuos nucleares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

AIRE

Marco histrico general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Contaminacin del aire y los riesgos a la salud humana . . . . . . . . . 75Contaminantes del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79Sistemas de ingeniera para prevenir y controlar la contaminacin

del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Conceptos bsicos sobre el ruido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Control de la contaminacin por ruido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

REMEDIACIN

Restauracin de zonas afectadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89Biorremediacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

TECNOLOGA NO CONTAMINANTE

Energa solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99Energa elica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102Generacin de energa por biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103Diferentes alternativas de produccin de energa . . . . . . . . . . . . . . . 104Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

FACTORES SOCIALES QUE INFLUYEN EN EL DESARROLLOY APLICACIN DE LA INGENIERA AMBIENTAL

Impacto ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Factores econmicos y polticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Factores demogrficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

9Contenido

MARCO LEGAL DE LA PROTECCIN AL AMBIENTE

Constitucin poltica de los Estados Unidos Mexicanos . . . . . . . . . . . . . . 112Ley general del equilibrio ecolgico y la proteccin al ambiente . . . . . . . . 113Reglamentos de la ley general del equilibrio ecolgico y la protec-

cin al ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114Normas oficiales mexicanas para la proteccin ambiental . . . . . . . . 114Atribuciones federales y locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Evaluacin del impacto ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Normatividad internacional (ISO-14000) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

ndice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Dedico este libro a todas las personas que de algu-na forma y da con da contribuyen con mucho opoco a la preservacin del medio ambiente. Tam-bin a todas las especies de plantas y animales quehan desaparecido por causa del hombre, a la natu-raleza misma por la gran cantidad de materiales yde riqueza que nos provee. Pero sobre todo, quierohacer esta dedicatoria a nuestro planeta, por per-mitirnos habitarlo y gozar de la magia de sus ma-res, desiertos, selvas y atardeceres, del olor de lasplantas y los bosques, del murmullo de los ros ydel canto de los pjaros, y de todo aquello que per-miti al hombre concebir el concepto de paraso.

13Conceptos bsicos

PRLOGO

En la actualidad, la enseanza de las ciencias ambientales ha comenzado aser imprescindible en todos los niveles educativos, ya que la formacin denuevas generaciones conscientes del grave deterioro que sufre nuestro pla-neta, ser de vital importancia para que en un futuro exista una sociedadms participativa en la prevencin de la contaminacin ambiental. Es porello que la mayora de las universidades e instituciones de educacin supe-rior han incluido en su oferta educativa licenciaturas y posgrados relacio-nados con este campo.

En el caso de las ramas de la ingeniera, se ha comenzado desde hacealgunos aos a impartir la disciplina que se conoce como ingeniera am-biental, la cual se encarga del diseo de tecnologas encaminadas a evitar ycontrolar la contaminacin, as como revertir sus efectos.

La ingeniera ambiental puede ser tambin un complemento parala formacin de profesionistas de diferentes reas tecnolgicas, pues lamayora de los estudiantes al ejercer su profesin sern responsables deldiseo de mquinas, equipos o procesos industriales que pueden tener re-percusin en el medio ambiente. Por tal razn es necesario incluir en susprogramas acadmicos diversos temas sobre esta disciplina para que con-tribuyan con su labor cotidiana a prevenir la contaminacin ambiental, yen forma gradual a revertir sus efectos.

El presente texto se desarroll con la finalidad de brindar al estudian-te que recin comienza el estudio de esta rea, un panorama general y sen-cillo de lo que es la ingeniera ambiental, por lo que comenzamos con elestudio de los conceptos bsicos y tpicos relacionados con las cienciasambientales que sern de gran utilidad para entender aspectos ms pro-fundos de esta rama de la ingeniera. Despus, se analizan los aspectosconcernientes a la contaminacin del agua, los mtodos de control y lostratamientos primario, secundario y terciario de las aguas residuales; deestos ltimos mencionamos los ms avanzados como son los tratamientosbiolgicos y la smosis inversa. Posteriormente veremos los aspectos delsuelo, en lo referente a su composicin fisicoqumica; los mtodos para suanlisis, y una amplia clasificacin de los diferentes contaminantes slidos

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para poder definir y estudiar lo que es un relleno sanitario, los mtodos detratamiento de los residuos slidos, as como las alternativas de reciclajede basura y el composteo de desechos orgnicos.

Con respecto al aire abordamos los fenmenos naturales que influyende manera importante en la contaminacin y los mtodos de control de laspartculas slidas, de los gases y vapores, as como tambin el control delos olores que emiten algunas industrias.

Para nosotros es importante que todo ingeniero ambiental conozcalos aspectos relacionados con uno de los contaminantes ms nocivos parala salud humana que no es slido, lquido o gaseoso. Se trata del ruido, queincluimos en el tema sobre el aire porque es a travs de ste como se tras-mite. Adems de las fuentes que lo generan, los efectos que tiene sobre lasalud humana y sus mtodos de control.

En algunos pases desarrollados, se estn aplicando nuevas tecnolo-gas de remediacin, que sirven para limpiar y restaurar reas que han sidoafectadas por la acumulacin de diferentes contaminantes, por lo que seincluye un apartado sobre este tema para que el estudiante obtenga unpanorama general sobre el mismo.

Un aspecto que no debe pasar inadvertido y que se debe considerarcomo parte de la ingeniera ambiental, es el desarrollo de procesos indus-triales y fuentes de energa no contaminantes, ya que no slo se debe evitarque las tecnologas y fuentes de energa ya existentes contaminen sino tra-tar de desarrollar y hacer viables las que no lo hacen, razn por la cual esnecesario que el ingeniero ambiental o el profesionista interesado en el cui-dado ambiental se familiarice con estas tecnologas alternativas.

Sin lugar a dudas una situacin muy importante en el campo de lasciencias ambientales, es la relacin que hay entre la contaminacin y el de-terioro del ambiente con los aspectos sociales, econmicos, demogrficos ypolticos. Un ejemplo representativo es el crecimiento desproporcionadode la poblacin que acarrea una serie de problemas que finalmente reper-cuten en la destruccin de selvas y bosques para adaptarlos como tierrasde cultivo y crear nuevas zonas habitacionales, por lo que tambin inclui-mos un anlisis sobre la influencia de situaciones sociales en el desarrollo yla aplicacin de la ingeniera ambiental. Finalmente es primordial que elestudiante conozca el marco legal que regula la proteccin al ambiente ennuestro pas para que pueda abordar de manera integral (tanto tcnicacomo legalmente) los problemas que puedan presentarse durante el ejerci-cio de su profesin como ingeniero ambiental.

15Conceptos bsicos

INTRODUCCIN

Desde que el hombre existe en la tierra, sus actividades han dejado huellaen el medio que lo rodea. Entre los seres vivos es el nico capaz de modificarsu entorno natural para adaptarlo a sus necesidades debido a su capacidadde raciocinio y a medida que ha crecido la poblacin humana tambin haido creciendo esta capacidad de adopcin que se consolida con el desarro-llo de nuevas tecnologas.

Esta modificacin del entorno ha trado consigo daos y alteracionesa la naturaleza desde pocas muy antiguas pero se han vuelto ms severosy en algunas circunstancias hasta irreversibles a medida que se desarrollanlos procesos industriales, que se concentra la poblacin en las ciudades, quela agricultura se tecnifica y se introducen gran cantidad de sustancias qu-micas en el ambiente como consecuencia del desarrollo urbano, agrcola eindustrial.

Actualmente se vive en la era de los productos petroqumicos comolos plsticos, pesticidas, aditivos para alimentos, detergentes, solventes ycombustibles, los cuales al final de su ciclo de vida (elaboracin, utilizaciny disposicin final) generan una serie de problemas que tienen un impactosignificativo en los recursos naturales y el ambiente.

Muchos de los problemas que por contaminacin padecemos son resul-tado de acciones que eran aceptadas en el pasado por el poco conocimien-to que se tena entonces de sus efectos en el ambiente. El DDT se aplicabaindiscriminadamente en reas de cultivo y residenciales para controlarmosquitos y otros insectos. Los compuestos utilizados como refrigerantesconocidos con el nombre de clorofluorocarbonos (CFC) se considerabancasi mgicos debido a que no eran ni txicos ni combustibles. Sin embargo,en la dcada de los setenta se descubri que la destruccin de la capa deozono que protege nuestro planeta de la radiacin ultravioleta se debaprecisamente esta clase de compuestos.

Sin embargo, para evitar que este tipo de problemas se sigan presen-tando y que en un futuro se tornen incontrolables, en diversos pases desdehace ya algunos aos se han comenzado a aplicar polticas que tienen

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como finalidad la proteccin del entorno natural. Paralelamente se handesarrollado tecnologas encaminadas a prevenir, controlar y evitar la ge-neracin y emisin de sustancias nocivas en el ambiente y ste es el campoque compete a la ingeniera ambiental.

17Conceptos bsicos

CONCEPTOS BSICOS

OBJETIVO: definir los principales trminos de ecologa y los ciclos bio-qumicos, as como los conceptos de contaminacin e ingeniera am-biental.

Ecologa

Los organismos son todos los seres vivientes, desde la bacteria ms sencillahasta los animales racionales como el hombre, pasando por todo tipo devida vegetal. stos no existen de manera aislada, ya que interactan entres y con los componentes fsicos y qumicos de la naturaleza como son laluz, el calor, el agua, el suelo y el aire. Todo lo que rodea o afecta a un orga-nismo es lo que se conoce como ambiente, y la unidad bsica de interaccinentre un organismo y su ambiente en un rea determinada se le definecomo ecosistema. A la ciencia que estudia la relacin entre los seres vivos ysu ambiente se le llama ecologa, que proviene de las palabras griegas oikosy logos, que significan casa y estudio respectivamente.

Ahora bien, el hombre est inmerso en el ambiente, no es de ningunaforma ajeno a ste, por lo que tambin se estudia la interaccin entre ambosen una rama de la ecologa denominada ecologa humana. La cual resultacompleja porque involucra muchas disciplinas cientficas, naturales y so-ciales como la qumica, la economa, la poltica, la tica y la biologa.

Las personas que se dedican al estudio de la ecologa han acomodadosus conocimientos de manera que entiendan mejor las interacciones que sellevan a cabo en la naturaleza, para lo cual han elaborado diferentes mode-los sobre la organizacin natural entre los seres vivos (componentes biticos)y las cosas inanimadas (componentes abiticos), dentro de los que existenuna serie de trminos que es necesario definir para entender lo que es laorganizacin biolgica o natural.

Si nos situramos en algn punto en el espacio, fuera de nuestro pla-neta y lo pudiramos observar, quiz lo percibiramos como un sistema

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cerrado que consta de diferentes capas. Una de ellas, la que soporta la vidase conoce como biosfera e incluye el agua, la tierra de la corteza terrestre y laatmsfera. La atmsfera es la capa gaseosa que envuelve la tierra; el agua enla biosfera se puede encontrar en el aire como vapor, en la superficie de latierra en su estado lquido como ros lagos y ocanos y en los poros delsubsuelo como mantos freticos. Estos componentes de la biosfera proveenlas condiciones para sostener la vida. Dentro de la atmsfera se encuentranlos ecosistemas los cuales pueden ser variados porque poseen diferentes ti-pos de climas, suelos, vegetacin y fauna que se relacionan entre s de ma-nera tal, que mantienen un balance dentro del ecosistema.

Algunos ejemplos de ecosistemas son los desiertos, montaas, lagosocanos y pastizales; sin embargo, cuando son terrestres y ocupan gran-des reas se les conoce como biomasa, los cuales se identifican por sus tiposde suelo, clima, flora y fauna similares. Como ejemplos de biomasa pode-mos mencionar los desiertos, las selvas y la tundra; aunque los ecosistemaspueden ser tan pequeos como una pecera o tan grandes como un pantanopero sean del tamao que sean, en todos existe lo que se conoce como co-munidad que est conformada por los grupos de diferentes organismos yque existen en un rea determinada. Como ejemplo podemos mencionar lagran variedad de organismos que encontramos en un lago que abarca des-de los peces y las plantas hasta los microorganismos, los cuales pereceransi las condiciones fsicas o qumicas del lago fuesen cambiadas; ya que sitan slo uno de esos organismos fuera afectado de manera inmediata porlos cambios, los otros al depender de ste tal vez como alimento, tambinpereceran. Las variaciones en las condiciones de un ecosistema por muy pe-queas que sean pueden afectar a la comunidad entera.

Dentro de una comunidad, los organismos se reproducen con los desu mismo tipo; y a todo grupo de organismos que es capaz de engendrardescendencia con otro, pero no con miembros de otros grupos se le llamaespecie. Por ejemplo los leones slo pueden reproducirse con otros leones. Ya los miembros de una misma especie que comparten un rea especfica seles llama poblacin.

As pues, resumiendo la organizacin natural tenemos que una agru-pacin de especies forma las poblaciones, las diferentes poblaciones a suvez forman las comunidades, las comunidades junto con el medio abiticoconforman los ecosistema y los diferentes ecosistemas en su conjunto a labiosfera.

El flujo de energa en un ecosistema es muy importante, ya que las

19Conceptos bsicos

interacciones de las comunidades o poblaciones con los factores abiticosse encuentran determinadas en cierta forma por este flujo, lo que a su vezproduce cierto orden. Ilustrando con un ejemplo de cadena alimenticia,observamos que en un bosque un conejo se alimenta de pasto, del cual ob-tiene cierta cantidad de energa y de la cual slo un pequeo porcentaje esalmacenado en el animal, lo dems es utilizado para sus funciones metab-licas como son el poder respirar, digerir la comida o para moverse. Cuandoun carnvoro como un lobo o un coyote se comen al conejo ocurre lo mis-mo, la mayor cantidad de energa la utilizan para sus funciones vitales yslo un pequeo porcentaje es almacenado.

Por lo que la cadena alimenticia es un buen ejemplo del flujo y la pr-dida de energa. Los vegetales que son el primer eslabn de la cadena sonlos que contienen la mayor cantidad de energa. Los herbvoros contienenmenos energa que el nivel anterior y as en forma decreciente hasta llegara los carnvoros finales. Este ejemplo sobre la cadena nos ayuda a entenderpor qu hay una mayor cantidad de productores de energa que consumi-dores finales como los carnvoros. Otro ejemplo sobre flujo de energa es larazn por la cual en la sabana africana existe una mayor cantidad de cebrascon respecto a la de leones.

Ciclos bioqumicos

El ciclo del carbono y el oxgeno

Los ciclos naturales que relacionan a los organismos vivos con el ambientefsico son otro componente esencial de las relaciones de los ecosistemas. Aestos ciclos se les conoce como ciclos bioqumicos. En esencia, durante estosprocesos se transfieren algunos elementos y compuestos entre los compo-nentes biticos y abiticos.

El carbono es un elemento esencial en los organismos vivos. Ms de80% de los compuestos conocidos en la actualidad contienen carbono. Loscarbohidratos que actan como combustible para los organismos vivientesestn compuestos de carbono. El bixido de carbono (CO2) de la atmsfe-ra es uno de los componentes del proceso de la fotosntesis. El ciclo del car-bono es el trmino que se utiliza para describir la manera como el carbonocircula a travs del aire, plantas, animales y el suelo. Para explicarlo, empe-zaremos con el proceso de la fotosntesis.


Durante la fotosntesis las plantas toman el CO2 de la atmsfera a tra-vs de sus hojas y obtienen agua del suelo por sus races. Combinan el CO2y el agua usando la luz solar para elaborar glucosa (C6H12O6), molcula quees la fuente de energa potencial para la planta y para los organismos que laconsuman. En otras palabras, la molcula de azcar almacena energa so-lar en forma de energa qumica y el oxgeno es liberado como un copro-ducto de la fotosntesis. El proceso de la fotosntesis puede resumirse en lasiguiente reaccin:

CO2 del aire+H2O del suelo + luz solar Azcar almacenada+O2 liberadoLa molcula de azcar producida durante la fotosntesis es el material

bsico para otros compuestos que la planta utiliza para mantenerse a smisma y seguir creciendo. Cuando los vegetales crecen, almacenan ms yms carbono en los compuestos que los conforman. Los herbvoros obtie-nen el carbono que necesitan sus cuerpos consumiendo plantas. Por lo queel carbono se mueve hacia arriba en la cadena alimenticia de plantas a her-bvoros y de herbvoros a carnvoros.

Cuando las plantas y los animales desprenden energa de sus molcu-las en el proceso de respiracin, utilizan oxgeno para quemar estas mo-lculas y exhalan CO2 y agua como productos. La respiracin permite a losorganismos capturar la energa qumica almacenada en la comida y produ-cir energa para mantener sus funciones vitales como son el crecimiento yla reproduccin. El proceso de la respiracin puede resumirse como sigue:

Azcar y otras molculas alimenticias agua residual + CO2 + energa+ O2 del aire de otras actividades

Las bacterias obtienen su materia y energa de los productos de dese-cho de los organismos y de animales o vegetales muertos en el mismo pro-ceso de la respiracin, as que el carbono y los residuos de los organismosmuertos pueden ser reciclados.

En algunas ocasiones la materia biolgica no se descompone debido aque los organismos que se encargan de esta funcin no estn presentes, ono pueden vivir en ciertas condiciones. Lo cual ocurre con frecuencia cuan-do la materia orgnica proveniente de rboles o musgos es enterrada, y notiene acceso al oxgeno, y se lleva a cabo en pantanos o en las profundida-des de lagos u ocanos. Como se necesita oxgeno para que las bacterias de

21Conceptos bsicos

descomposicin puedan respirar, el carbono de estos organismos ente-rrados no se reincorpora a la atmsfera como CO2, y en estos depsitos, elcalor y la presin pueden convertir esta materia orgnica en petrleo o gasnatural, que son los combustibles fsiles.

El ciclo del oxgeno se refiere a la circulacin del oxgeno a travs dediferentes etapas o ambientes. Los seres vivientes necesitan oxgeno el cualobtienen del aire y del agua por medio de la respiracin. El oxgeno es des-prendido hacia la atmsfera por las plantas verdes durante la fotosntesis.Por su papel en estos dos procesos, la circulacin del oxgeno est ntima-mente relacionada con el ciclo del carbono.

El ciclo del nitrgeno

A la circulacin del nitrgeno a travs de plantas y animales se le conocecomo el ciclo del nitrgeno. Corresponde al nitrgeno 78% en volumen de lamezcla de gases del aire, el cual es uno de los elementos esenciales parala vida. El nitrgeno es necesario para las plantas ya que les permite laconstruccin de protenas y otras molculas que lo contienen y que sonesenciales para el crecimiento y la reproduccin. Tambin juega un papelimportante en la produccin de cido nucleico, un componente esencial enla sntesis del ADN y el ARN.

A pesar de que el nitrgeno es el elemento ms abundante en la at-msfera, en su estado gaseoso no puede ser utilizado por los organismosvivos ya que slo pueden hacerlo mediante el proceso conocido como fija-cin del nitrgeno, en donde se combina con otros elementos para formar elamoniaco, los nitritos y los nitratos.

Aunque la formacin del nitrgeno puede ocurrir de diversas mane-ras, sta se realiza frecuentemente en forma biolgica. Como sucede conlas bacterias, algas y lquenes que viven en el suelo y que transforman el ni-trgeno del aire en amoniaco y otros compuestos similares. Algunas de es-tas bacterias de fijacin del nitrgeno viven en las races de algunas plantascomo la del frijol, otras bacterias del suelo transforman el amoniaco ennitrito (NO2) y en nitrato (NO3). Las races de las plantas utilizan estoscompuestos para construir protenas. Las plantas proveen a las bacteriasde carbohidratos como comida y las bacterias transforman el nitrgenopara que las plantas puedan utilizarlo. Cuando los animales se comen lasplantas obtienen el nitrgeno que requieren las protenas de los animales.


Los compuestos de nitrgeno regresan al suelo mediante los residuos delos animales o a travs de sus cadveres. El nitrgeno puede regresar a laatmsfera por la accin de las bacterias de desnitrificacin, que puedenconvertir los nitritos en gas nitrgeno.

El ciclo hidrolgico

El ciclo ms conocido es quiz el ciclo hidrolgico. El agua en sus tres estadosde segregacin (slido, lquido y gaseoso) constantemente est en movi-miento en el ambiente. Hay una gran cantidad de componentes en este ciclo.

La precipitacin involucra el movimiento del agua desde la atmsferahasta la superficie de la tierra en forma de nieve, granizo o lluvia. Mientrasque la evaporacin es el movimiento del agua de la superficie de la tierrade lagos, suelo y ocanos hacia la atmsfera. Cuando se lleva a cabo este fe-nmeno, el agua no slo est en movimiento sino que tambin est cam-biando su estado: el agua lquida se transforma en vapor de agua y en estaforma se incorpora a la atmsfera.

El agua que termina sobre la superficie de la tierra puede retornarhacia la atmsfera por el proceso llamado de transpiracin. Como el aguase filtra a travs del suelo, sta se puede volver til para las plantas. Apro-ximadamente 2% del agua absorbida por las races de las plantas se utilizapara la fotosntesis, casi toda el agua viaja por las plantas hasta sus hojasdonde es transpirada hacia la atmsfera comenzando nuevamente el ciclo.

El agua que contina fluyendo o filtrndose por el subsuelo se con-vierte en agua subterrnea que alimenta los lagos, ros y eventualmentetermina en el ocano. Las plantas y los animales absorben temporalmenteesas molculas de agua, aunque de manera constante las intercambian conel ambiente. En la figura 1 podemos ver resumido el ciclo hidrolgico.

Contaminacin ambiental

La contaminacin ambiental se define como la presencia de sustancias, ener-ga u organismos extraos en un ambiente determinado en cantidades,tiempo y condiciones tales que pueden causar desequilibrio ecolgico.

Como ejemplo de contaminacin podemos mencionar la presencia dediversos compuestos gaseosos en el aire de la ciudad de Mxico como el

23Conceptos bsicos

dixido de carbono, los xidos de azufre y de nitrgeno y las partculasslidas suspendidas. Tambin podemos mencionar las sustancias lquidasque se vierten en lagos, ros y ocanos o los residuos slidos provenientesde las ciudades los cuales son depositados en diversas reas donde causanseveros daos al suelo.

En el caso de la energa contaminante, podemos mencionar comoejemplo el vertido de aguas residuales con altas temperaturas a un lago, roo laguna, pues el aumento de la temperatura del agua, provoca que se es-cape el oxgeno disuelto en la misma, lo que impide que los peces y demsanimales que habitan este ecosistema respiren.

Tipos de contaminacin

Existen diversas clasificaciones de la contaminacin, pero slo menciona-remos las dos principales:

Por su origen se clasifica en dos tipos:

Contaminacin natural: que se debe a fenmenos naturales como laerosin y las erupciones volcnicas y est relacionada con la composicinde suelos, aguas y los componentes de algunos alimentos pero que no estan grave como la antropognica.

Contaminacin antropognica: que es generada por las actividadesque realiza el hombre como son las industriales, mineras, agropecuarias,artesanales y domsticas y es ms grave por su naturaleza y la gran varie-dad de contaminantes que genera.

FIGURA 1. Ciclo hidrolgico.

Lago

Atmsfera

Superficie del mar

TranspiracinEvaporacin

Superficie de la tierra

Precipitacin

FiltracinAgua subterrnea


Por el tipo de contaminante que generan se clasifica en:

Contaminacin biolgica: se presenta cuando un microorganismo (vi-rus, hongo o bacteria) se encuentra en un ambiente que no le corresponde ycausa daos a los dems organismos que lo habitan. Con frecuencia es pro-vocada por las deficiencias de los servicios de saneamiento como drenajesy alcantarillado, abastecimiento de agua potable, sistemas de tratamientode aguas negras o por malos hbitos higinicos. Sin embargo, es relativa-mente fcil de prevenir y controlar, ya que si se llevan a cabo las medidasde recoleccin oportuna y adecuada de la basura, su confinamiento en lu-gares acondicionados para tal fin y campaas de educacin para la salud,se podrn prevenir muchas de las enfermedades debidas a esta fuente decontaminacin.

Contaminacin fsica: es la provocada por agentes fsicos como lasradiaciones ionizantes, energa nuclear, ruido, presiones extremas, calor yvibraciones. Se presenta tanto en ambientes cerrados como los laborales,como en abiertos donde provocan daos a la poblacin en general. Una ca-racterstica de este tipo de contaminacin es que en ocasiones sus efectos pue-den presentarse a largo plazo; por ejemplo, en el caso del ruido, que despusde que una persona est expuesta a este agente de manera permanente yprolongada, presentar problemas en su sistema auditivo como sordera y pro-vocar la muerte de la flora y la fauna, cncer y mutaciones entre otros.

Contaminacin qumica: es provocada por diferentes sustancias de usoindustrial y domstico que se encuentran dispersas en el ambiente. Se con-sidera como la ms grave de las tres, pues dichas sustancias suelen en-contrarse en los tres estados de la materia (lquido, slido y gaseoso) y porlo tanto quedar depositadas en el agua, suelo y aire y por esta razn en-trar ms fcilmente en los organismos vivos. Tambin pueden incorporarsede manera fcil a los ciclos bioqumicos, provocando daos severos en elambiente.

Ingeniera ambiental

La ingeniera ambiental se define como la rama de la ingeniera que se en-carga del diseo de tecnologas encaminadas a evitar y controlar la conta-

25Conceptos bsicos

minacin del medio ambiente provocada por las actividades del hombre,as como a revertir sus efectos. Esta rea tecnolgica es relativamente nue-va a pesar de que la ingeniera sanitaria, hidrulica, qumica y civil ya seencargaban de la solucin de muchos de los problemas provocados por lacontaminacin ambiental. Sin embargo en la ingeniera ambiental se abar-can de manera integral los aspectos relacionados con la prevencin y con-trol de la contaminacin en el aire, suelo o agua. Por lo que afirmamos queen esta disciplina convergen gran nmero de reas del conocimiento de lasciencias naturales como la biologa, la qumica o la fsica.

Tambin contempla la restauracin y limpieza de los ecosistemas quehan sido afectados de manera importante por uno o varios contaminantesy el desarrollo de tecnologa menos contaminante, tanto de procesos in-dustriales como de fuentes alternas de energa ms limpias y seguras.

En la ingeniera ambiental se adaptan los principios de los mecanis-mos naturales a los sistemas de ingeniera para el control de la contamina-cin cuando se construyen grandes chimeneas para dispersar y diluir loscontaminantes del aire, cuando se disean instalaciones de tratamientobiolgico para remover compuestos orgnicos de las aguas residuales o alutilizar diferentes compuestos qumicos para oxidar y precipitar metalesen instalaciones de suministro de agua. En suma, en esta disciplina se usantodas las herramientas tecnolgicas disponibles para disear dispositi-vos de tratamiento y control de la contaminacin. Lo anterior la hace su-mamente importante en nuestros das y la convierte quiz en el ltimoeslabn que se necesita para cerrar un crculo importante: preservar elambiente de los efectos adversos provocados por la actividad humana ypor lo tanto a los humanos de los efectos adversos de un ambiente conta-minado (figura 2).

Cuestionario

1. Defina los siguientes conceptos: ecologa, ecologa humana, ecosistema,biosfera, componentes biticos y componentes abiticos.

2. Explique el flujo de energa.3. Cul es la diferencia entre comunidad y poblacin?4. Qu se entiende por especie?5. Cuntos y cules son los ciclos bioqumicos?, explique cada uno de

ellos.


6. Qu es la contaminacin ambiental?7. Mencione los diferentes tipos de contaminacin.8. Qu es la contaminacin antropognica?9. Defina contaminacin biolgica, fsica y qumica.

10. Explique ampliamente el concepto de ingeniera ambiental.

FIGURA 2. Planta de tratamiento de residuos slidos en la ciudad de Mxico.

27Agua

AGUA

OBJETIVO: conocer los conceptos de calidad de agua, parmetros de sumedicin, contaminacin de agua, y en qu consisten los tratamientosde agua y aguas residuales.

Generalidades

El agua es uno de los compuestos ms abundantes en la naturaleza ya quecubre aproximadamente tres cuartas partes de la superficie total de la tie-rra. Sin embargo, a pesar de esta aparente abundancia, existen diferentesfactores que limitan la cantidad de agua disponible para el consumo hu-mano (figura 3).

Como se puede observar en el cuadro 1, cerca de 97% del total de aguadisponible se encuentra en los ocanos y otros cuerpos de agua salina y nose puede utilizar para diversos propsitos. Del restante 3%, casi 2% se en-cuentra distribuida en los tmpanos de hielo, glaciares, en la atmsfera omezclada con el suelo, por lo que no es accesible. De tal forma que para eldesarrollo y sostenimiento de la vida humana con sus diversas actividadesindustriales y agrcolas, se dispone aproximadamente de 0.62% del aguarestante, que se encuentra en lagos de agua fresca, ros y mantos freticos.

Para poder definir la contaminacin del agua, es necesario conocer pri-mero cules son los parmetros fisicoqumicos que la definen para su uso ycuales para los procesos de tratamiento de aguas y aguas residuales, lo queresulta de gran importancia para su estudio en la ingeniera ambiental.

Parmetros fsicos de la calidad del agua

Son los que definen las caractersticas del agua que responden a los senti-dos de la vista, del tacto, gusto y olfato como pueden ser los slidos sus-pendidos, turbiedad, color, sabor, olor y temperatura.

27


CUADRO 1. Distribucin del agua en la tierra

Volumen, PorcentajeLocalizacin 1012 m3 del total

rea continental

Lagos 125.00 0.0090Lagos salados y mares continentales 104.00 0.0080Ros (volumen promedio instantneo) 1.25 0.0001Mezclada con el suelo 67.00 0.0050Agua subterrnea (a una profundidad

cercana a los 4000m) 8 350.00 0.6100Tmpanos de hielo y glaciares 29 200.00 2.1400Total de agua continental 37 800.00 2.8000

Atmsfera

Disuelta en la atmsfera (como vaporde agua) 13.00 0.0010

Ocanos 1 320 000.00 97.3000Total de agua en la tierra 1 360 000.00 100.0000

FUENTE: Environmental Engineering. International Edition, Mc Graw Hill, Company.

FIGURA 3. Imagen del Ocano Pacfico.

29Agua

Parmetros qumicos de la calidad del agua: el agua es llamada el sol-vente universal y los parmetros qumicos estn relacionados con la capa-cidad del agua para disolver diversas sustancias entre las que podemosmencionar a los slidos disueltos totales, alcalinidad, dureza, fluoruros,metales, materia orgnica y nutrientes.

Parmetros biolgicos de la calidad del agua: el agua es un mediodonde literalmente miles de especies biolgicas habitan y llevan a cabo suciclo vital. El rango de los organismos acuticos en tamao y complejidadva desde el muy pequeo o unicelular hasta el pez de mayor tamao y es-tos miembros de la comunidad biolgica son en algn sentido parmetrosde la calidad del agua, dado que su presencia o ausencia pueden indicar lasituacin en que se encuentra un cuerpo de agua. Por ejemplo si en algnro donde la presencia de algn pez como la carpa o la trucha sirven deparmetro sobre el estado de ese cuerpo de agua. Los bilogos a menudoutilizan la diversidad de especies como parmetro cualitativo en ros ylagos. Un cuerpo de agua con una gran cantidad de especies en propor-cin balanceada se puede considerar como un sistema saludable. Segnesta situacin, con base en nuestro conocimiento sobre los diferentes conta-minantes, ciertos organismos se pueden utilizar como indicadores de lapresencia de algn contaminante, entre los que podemos mencionar lasbacterias, virus y protozoarios.

Requerimientos de la calidad del agua: los requerimientos de la cali-dad del agua varan de acuerdo con el uso que se les vaya a dar, por ejem-plo para agricultura, pesca, propagacin de vida silvestre, usos recreativoso industriales especficos o generacin de energa. Algunas caractersticasdel agua adecuadas para un fin pueden no serlo para otro. Es importantemencionar que no se deben confundir los requerimientos de la calidad delagua con los estndares de la calidad del agua. Los primeros estn basados enla experiencia de uso y los segundos son cantidades establecidas por insti-tuciones gubernamentales que regulan al respecto.

Contaminacion del agua

La contaminacin del agua se define como la presencia de sustancias u orga-nismos extraos en un cuerpo de agua en tal cantidad y con tales caracte-


rsticas que impiden su utilizacin con propsitos determinados. La conta-minacin puede ser natural o antropognica como ya antes mencionamos.Sin embargo, existen dos tipos de tratamientos de aguas: el tratamiento deaguas para su acondicionamiento al consumo humano, ya que el agua tal ycomo se encuentra en la naturaleza no puede ser utilizada por el hombre,dado que puede contener sustancias que provocan daos en la salud, y eltratamiento de aguas residuales, que se aboca a disminuir la gran cantidad decontaminantes del agua una vez que fue utilizada por el hombre para acti-vidades agrcolas, industriales o domsticas. Ambos tratamientos tienenlos mismos principios pero el tratamiento de aguas residuales es ms com-plejo debido a que la cantidad de contaminantes contenidos es ms alta.

Entre 1991 y 1992 se realizaron diversos estudios en algunos esta-dos de la Unin Americana sobre la situacin que guardan diversos cuer-pos de agua como ros, lagos y lagunas en relacin con la contaminacin. Endichos estudios se encontr que 40% de las aguas estudiadas no reunanla calidad necesaria para actividades tales como la pesca o para practicar lanatacin. De hecho, ms de 10% de las fuentes de abastecimiento de aguaen esa nacin se encontraron seriamente contaminadas (figura 4).

En los sistemas de suministro del agua potable se encontraron tam-bin problemas de contaminacin. De hecho, en ms de 10% de estos sis-temas en Estados Unidos se determin que existen concentraciones deplomo que estn por encima de los lmites mximos permisibles y que por

FIGURA 4. Aspecto de un ro contaminado por aguas residuales.

31Agua

lo tanto pueden ocasionar problemas en la salud. Estos niveles de plomoson especialmente peligrosos para los nios pequeos, dado que puedendaar severamente su sistema nervioso. Existen dos tipos de fuentes deabastecimiento de agua:

Aguas superficiales: son las que se encuentran a la altura de la super-ficie de la tierra como son ros, lagos y lagunas.

Aguas subterrneas: son las que se encuentran en el subsuelo por fil-tracin y son el resultado del ciclo hidrolgico, por ejemplo, los mantosfreticos.

Pero el agua proveniente de fuentes de abastecimiento, ya sea subte-rrnea o superficial, debe ser tratada de cualquier manera, en virtud deque contiene concentraciones de contaminantes que pueden causar daosen la salud de la poblacin en general.

Tratamiento de aguas

El tratamiento de aguas es una de las formas ms antiguas de proteccinpara la salud pblica. Desde hace muchos aos, el hombre ha tratado elagua para eliminar residuos, reducir los riesgos a la salud y mejorar sucalidad en cuanto a su apariencia, olor, color y sabor. Desde pocas muyantiguas se trataba el agua hirvindola, exponindola al sol, depositndo-la en recipientes para su sedimentacin o filtrndola a travs de arena ograva para purificarla (figura 5). En la actualidad muchas de estas tcni-

FIGURA 5. Sistema antiguo de tratamiento de aguas contaminadas.

Agua contaminada

Arena

Grava

PiedrasAgua purificada


cas son utilizadas para tratamiento de las aguas ya sean de abastecimientoo aguas residuales y se complementan con las tcnicas fsicas y qumicasmodernas.

El tratamiento de aguas se aboca al acondicionamiento de las mismaspara el abastecimiento humano. El suministro de agua es el procedimientopor el cual se transporta el agua, mediante instalaciones de transporte, des-de su fuente a instalaciones de almacenamiento y finalmente al destinodonde ser utilizada. De esta manera se provee de agua a hogares, granjas,industrias, comercios y para recreacin. Los tres factores importantes paraestablecer el suministro de agua adecuado son la calidad del lquido, lacantidad y la localizacin del suministro de agua en relacin con los luga-res donde ser utilizada.

Como ya hemos mencionado, las fuentes naturales de agua contienenuna gran cantidad de sustancias orgnicas e inorgnicas, dependiendo de lalocalizacin de las fuentes y su contacto con diferentes contaminantes du-rante el ciclo hidrolgico. Precisamente las plantas de tratamiento han sidodiseadas para mejorar la calidad del agua antes de que sea utilizada porlos consumidores. En las que se eliminan microorganismos que pudieranoriginar enfermedades como pueden ser los compuestos orgnicos, los s-lidos suspendidos totales, los minerales que provocan la dureza y las sus-tancias que provocan mal aspecto y olores y sabores desagradables.

Desde mediados del siglo pasado, los cientficos descubrieron quemuchas enfermedades especficas como el clera, se trasmitan a travs delagua. Esta enfermedad caus la muerte a quince mil personas en Londresen 1849. La relacin entre algunas enfermedades y su transmisin a travsdel agua permiti desarrollar mtodos para eliminar organismos pat-genos en el agua para potabilizarla, lo cual ha permitido reducir considera-blemente la incidencia de enfermedades tales como la tifoidea el clera y lahepatitis.

Existe una cantidad considerable de procesos para el tratamiento deaguas, los cuales se pueden clasificar en tres categoras:

Tratamientos fsicos: son los que no generan sustancias nuevas sinoque concentran los contaminantes al evaporar el agua o filtran los slidosde tamao considerable. Los tratamientos fsicos ms comunes son: filtra-cin, adsorcin, aereacin, floculacin y clarificacin o sedimentacin.

33Agua

Tratamientos qumicos: dan como resultado la formacin de nuevassustancias, los ms comunes son la coagulacin, desinfeccin, ablandamiento yoxidacin.

Tratamientos biolgicos: utilizan organismos vivos para provocarcambios qumicos, este tipo de tratamientos puede ser visto como una mo-dalidad de tratamiento qumico, entre los que podemos mencionar la diges-tin aerobia y la anaerobia.

Estos tratamientos tienen lugar en lo que se conoce como planta detratamiento, cuya finalidad es acondicionar el agua para el consumo hu-mano (figura 6).

Cribado y filtracin

El cribado es una tcnica que se utiliza para capturar una gran cantidad departculas slidas del agua. Los materiales muy grandes son removidos alhacer pasar el agua entre mallas con separaciones de entre 2.5 a 5 cm. La fil-

FIGURA 6. Etapas del tratamiento de aguas para consumo humano.

Aereacin Mezclado Floculacin

Clarificacin o

Sedimentacin

Filtracin

Flujo de Agua

Qumicos para

Coagulacin

Cloracin

Cloracin

Distribucin

Aereacin Mezclado Floculacin

Clarificacin osedimentacin

Filtracin

Cloracin

Distribucin

Cloracin

Flujo de agua

Qumicos paracoagulacin


tracin es el mtodo ms comn para remover partculas pequeas trans-portando el agua a travs de material poroso. Por ejemplo, cuando el aguapasa a travs de lechos de arena, las partculas son retenidas en los espa-cios que hay entre los granos o en la superficie de los mismos en el procesollamado adsorcin.

La filtracin con camas de arena remueve partculas cuyo dimetrooscila entre 0.001 y 50 micras, que es mucho menor que el espacio existenteentre los granos. Este fenmeno se debe principalmente a la superficie totalde la cama de arena utilizada. Las partculas se detienen en la superficie delos granos y stas son retenidas por las fuerzas de adsorcin.

De esta manera la filtracin ayuda a controlar la contaminacin biol-gica y la turbiedad, que es la medida de la opacidad del agua causada pormateria suspendida y que reduce la efectividad de los compuestos para sudesinfeccin. En algunos sistemas de filtracin se forman en el materialporoso capas que contienen microorganismos, algas, bacterias y materiaorgnica. Este proceso de filtracin ocurre de manera natural cuando lasaguas superficiales se mueven a travs del material poroso del suelo pararecargar los mantos freticos y son removidas las partculas contenidas porlo que el agua del subsuelo no requiere de ningn tratamiento posterior.

Las tecnologas de filtracin comnmente utilizadas para el trata-miento de aguas son la filtracin lenta a rpida en lechos de arena, sistemasde empaque para filtracin. Los sistemas rpidos o lentos se refieren a la can-tidad de flujo por unidad de rea. Los filtros se clasifican en funcin delmaterial granular utilizado, como carbn-antracita o arena-carbn; en fun-cin de si son filtros por gravedad o por presin. Los sistemas de filtracinse clasifican por la direccin del flujo de agua a travs del filtro, en flujo as-cendente y descendente.

Desinfeccin

Desinfeccin con cloro: es un proceso qumico que mata organismos pat-genos, existen dos tipos de desinfeccin por cloro: la primaria, donde sematan los organismos y la secundaria que mantiene un desinfectante resi-dual para prevenir el crecimiento de ms microorganismos en el sistemade distribucin de agua. Desde hace aos, el cloro en diferentes combina-ciones como (Ca(ClO)2), lquido (NaClO) o como gas (Cl2), se ha utilizadocomo desinfectante en diversos pases. Esto en virtud de su efectividad y

35Agua

su bajo costo y de que se obtiene como desinfectante residual para los siste-mas de distribucin. Sin embargo, bajo diferentes circunstancias, la clora-cin puede producir subproductos peligrosos como el triclorometano.

Los sistemas grandes de tratamiento de aguas normalmente utilizangas-cloro suministrado en forma lquida mediante cilindros presurizados.Los sistemas menores normalmente utilizan hipoclorito de sodio o hipo-clorito de calcio, dado que son sencillos de utilizar y no representan unriesgo como el gas-cloro. El hipoclorito de sodio provee entre 5 y 15% decloro disponible y es muy sencillo de manejar; es corrosivo y debe alma-cenarse lejos del equipo y material susceptible a la corrosin. El hipocloritode calcio contiene 65% de cloro disponible, empacado es muy estable; sinembargo, si no se tiene el cuidado suficiente puede reaccionar con la hume-dad del medio ambiente y liberar cloro gaseoso, en virtud de que es hi-groscpico.

Desinfeccin con otros productos: existen diferentes productos comoel ozono (O3) para desinfectar el agua, ste es utilizado en diferentes pasesy requiere de un periodo de contacto ms corto que el cloro para eliminarlos patgenos, es un gas txico que se puede obtener haciendo pasar el ox-geno que se encuentra en el aire a travs de dos electrodos, es un compues-to inestable que puede ser generado en el mismo lugar donde se encuentray tiene una baja solubilidad en el agua, por lo que se debe obtener la mxi-ma eficiencia al estar en contacto con el lquido. Una desventaja que pre-senta es que debe utilizarse un desinfectante secundario, ya que ste nomantiene residuos en el agua, adems de que su costo es muy elevado.

Radiacin ultravioleta (UV): es otro sistema utilizado y muy efectivopara eliminar las bacterias y virus, pero tambin necesita de un desinfec-tante secundario por las mismas razones que el ozono. La radiacin ul-travioleta es til para sistemas pequeos de tratamiento de aguas porquetiene una disponibilidad inmediata, no produce residuos txicos, su tiem-po para contacto es corto y su equipo es sencillo para operar y darle mante-nimiento. Una desventaja importante de esta tcnica es que no se puedeutilizar para agua con altos niveles de slidos suspendidos, turbiedad, co-lor o materia orgnica, ya que las sustancias que generan estas propieda-des pueden reaccionar o absorber la radiacin ultravioleta reduciendo laeficiencia de la desinfeccin.


Tratamiento de contaminantes orgnicos e inorgnicos

Existen diferentes sustancias orgnicas sintticas que se han depositado enlas fuentes de abastecimiento de agua, algunas de ellas son el tricloroeti-leno que forma parte de los compuestos orgnicos voltiles (COV). Las fuentesde suministro han sido contaminadas por la disposicin inadecuada de re-siduos, depsitos de gasolina, uso de insecticidas y efluentes industriales.

La contaminacin inorgnica en las fuentes de abastecimiento deagua se debe principalmente a las sustancias que se encuentran en formanatural en el agua como el arsnico, el bario, radn, azufre y selenio. La in-dustria contribuye con el depsito de metales que se filtran en el subsuelo.

Los qumicos inorgnicos tambin se presentan en el agua potabledebido a la corrosin, que es el deterioro o destruccin de los sistemas debombeo y distribucin de agua por la accin qumica o fsica, cuyo produc-to se deposita en el agua. Estos sistemas estn hechos de metales como elplomo, cadmio, zinc, cobre y fierro liberados como productos de la corro-sin y pueden causar problemas a la salud. La corrosin tambin puedeafectar la vida til de los sistemas de distribucin y bombeo y proporcio-nar un campo de cultivo ideal para microorganismos que provocan sabo-res y olores desagradables.

Para remover este tipo de contaminantes existen tecnologas talescomo la coagulacin, smosis inversa, intercambio inico, almina activa-da y aereacin, las cuales se discutirn en los siguientes apartados.

Aireacin y oxidacin

En el tratamiento de aguas, aireacin se refiere a cualquier proceso donde elagua y el aire se ponen en contacto para remover sustancias voltiles den-tro y fuera del agua. En estas sustancias voltiles podemos incluir el oxge-no, bixido de carbono, nitrgeno, sulfuro de hidrgeno, metano y otroscompuestos que provoquen olores y sabores desagradables.

La fuente de abastecimiento de agua es un factor importante a tomaren cuenta para decidir si la aireacin es necesaria. Las aguas superficialesno requieren este tipo de tratamientos en virtud de que contienen altasconcentraciones de oxgeno. Sin embargo las aguas subterrneas contienenaltas concentraciones de bixido de carbono, metano, sulfuro de hidrge-

37Agua

no, fierro y manganeso, por lo que se recomienda este tratamiento paraprecipitar los ltimos dos elementos.

En el tratamiento de aguas se utiliza la oxidacin para varios propsi-tos, ya que es una reaccin en la cual las sustancias pierden electrones eincrementan su carga. Las sustancias oxidantes se utilizan para eliminarolores y sabores desagradables para remover el fierro y el manganeso ypara clarificar el agua.

Las sustancias qumicas utilizadas ms comnmente como oxidantesy que resultan ms efectivas en el tratamiento de aguas son: el dixido decloro, el ozono y el permanganato de potasio y cloro de las cuales las msutilizadas son las dos ltimas.

Tratamiento por mtodos de adsorcin

La adsorcin se define como la atraccin y acumulacin de una sustanciasobre la superficie de otra. En el tratamiento de aguas los materiales deadsorcin ms utilizados son el carbn y la almina activados, que se utili-zan para remover arsnico y contaminantes orgnicos. En esta tcnica eluso del carbn activado ha sido recurrente como prctica comn para eli-minar contaminantes desde hace muchos aos ya que es muy efectiva paraabsorber material por su superficie de gran tamao, cada una de sus part-culas contiene gran cantidad de poros donde stas son retenidas y absorbi-das; especialmente las sustancias orgnicas como los hidrocarburos.

En el tratamiento de aguas se utiliza el carbn activado en forma depolvo y granular. En forma de polvo es insoluble y de color negro y se usapara controlar sabor y olor, se agrega en cualquier etapa del tratamiento deaguas a travs de filtros. El carbn activado granular debe remplazarse peri-dicamente con carbn regenerado, los ciclos de reemplazo pueden variaren periodos de uno a tres aos. Para remocin de sustancias orgnicas losciclos de reemplazo van de tres a seis semanas.

La almina activada es un altropo del xido de aluminio, en forma dematerial granular altamente poroso. En el tratamiento de aguas se utilizapara remover arsnico y exceso de iones de flor. El procedimiento consis-te en hacer pasar el agua a travs de una columna rellena con este material,la remocin es una combinacin entre adsorcin con intercambio inico.La utilizacin de la almina activada para remover arsnico y iones deflor, requiere de periodos de regeneracin. Cuando la almina se satura


con arsnico y los iones de flor, puede regenerarse haciendo pasar sosacastica (NaOH) a travs del material.

Intercambio inico

El intercambio inico se define como la transferencia de iones entre un me-dio slido (resina) y una solucin. Esta tcnica es utilizada para remocinde cationes, lo que se conoce como ablandamiento. Como ya se haba men-cionado, la dureza del agua es causada principalmente por la presencia deiones de calcio y magnesio; tambin contribuyen el fierro, bario, aluminioy el estroncio. Las resinas utilizadas para intercambio inico contienen ele-mentos que intercambian iones de sodio. El ion hidronio est disponible enresinas, pero ste no es utilizado para ablandar aguas en fuentes de abaste-cimiento. Las resinas que generan cationes de sodio reemplazan los ionesque provocan la dureza, por lo que la disminuyen, pero incrementan elcontenido de iones de sodio.

La desmineralizacin es un proceso de intercambio inico que remuevelos slidos disueltos en las fuentes de suministro de agua. Estos slidosdisueltos contienen tanto aniones como cationes, por lo que requieren losdos tipos de resinas. Las resinas utilizadas con propsitos de desminera-lizacin presentan intercambio de iones hidronio y se dividen en cidosfuertes y cidos dbiles. Lo mismo sucede con los iones oxhidrilo que sedividen en bases fuertes y dbiles.

El agua blanda que se genera en este proceso, puede ser mezclada conotra con un mayor contenido de sales, para obtener la calidad del agua re-querida en cuanto a su contenido de sales.

El proceso de desmineralizacin se utiliza para remover arsnico, bario,cadmio, cromo, flor, plomo, mercurio, nitratos, selenio, plata, cobre, fie-rro, manganeso, sulfatos y zinc. Este proceso presenta muchas ventajascomo son la baja inversin que se requiere y la simplicidad del proceso. Sumayor desventaja es el alto requerimiento qumico para regenerar las resi-nas y disponer los residuos de estos procesos. Estos factores hacen que elintercambio inico sea ms adecuado para sistemas reducidos de trata-miento de agua.

Los compuestos orgnicos disueltos, agentes oxidantes fuertes y sli-dos suspendidos totales (SST) son contraproducentes en los sistemas de in-tercambio inico. Los compuestos orgnicos pueden ser absorbidos en las

39Agua

resinas, el cloro pude ser removido por el carbn activado y los slidos sus-pendidos pueden inhibir la transferencia de agua a travs de la unidad deintercambio inico y evitar as el contacto apropiado entre el agua y la resi-na de intercambio.

Procesos de membrana

Existen dos tratamientos que involucran procesos de membrana y que sonutilizados normalmente para remover sales (desmineralizacin) del agua:smosis inversa y electrodilisis.

smosis normal (vase la figura 7): dos soluciones que contienen di-ferentes concentraciones de minerales son separados por una membranasemipermeable. El agua se mueve a travs de la membrana del lado dondela solucin est ms diluida hacia la parte de mayor concentracin. Estefenmeno contina hasta que la presin hidrosttica en la solucin de ma-yor concentracin es suficiente para detener el flujo.

smosis inversa (figura 8): el flujo de agua que pasa a travs de lamembrana semipermeable es inverso por la aplicacin de presin externaque contrarresta la presin hidrosttica. Esto trae como resultado mayorconcentracin de minerales de un lado y menor concentracin y agua puraen el otro lado.

FIGURA 7. smosis normal.

El agua se mueve del lado de menor con-centracin hacia el de mayor concentra-cin.

Membranapermeable selectiva

Agua limpiaAgua con sales

H2O


Electrodilisis: es la desmineralizacin de agua utilizando los princi-pios de la smosis, pero con la influencia de un campo elctrico de corrien-te directa. Los minerales se disocian en cationes y aniones cuando entranen el agua. El electrodo positivo llamado nodo (+), atrae los aniones y elelectrodo negativo llamado ctodo (-), atrae los cationes.

Existen dos tipos de membrana semipermeable selectiva utilizada enla electrodilisis. Una que puede permear los cationes pero no los anionesy la otra puede permear los aniones pero no los cationes. Estas membranasse acomodan en capas, alternando las que permean cationes con las quepermean aniones. El agua se alimenta en los espacios entre las membranasy se aplica un campo elctrico de corriente directa entre las diferentes ca-pas, lo que causa la migracin de los iones hacia los electrodos opuestos ytrae como consecuencia que los iones se concentren entre los espacios demembranas alternadas y en los dems espacios el agua desmineralizada, lacual es posteriormente extrada en diferentes chorros, uno que contiene losiones y el otro libre de los mismos.

El elemento esencial en el mtodo de smosis inversa es la membranasemipermeable. Existen diferentes tipos de membranas semipermeables quesern utilizadas dependiendo de las caractersticas del agua que vaya a sertratada. Los slidos suspendidos, los disolventes orgnicos, el sulfuro de hi-drgeno, el fierro, el manganeso y los agentes oxidantes pueden daar lasmembranas. Las membranas de celulosa son susceptibles de ser atacadas porbacterias pero son resistentes al cloro. Las membranas de poliamida (nylon)no son blanco de ataques biolgicos pero son sensibles al cloro. Por lo ante-rior, es necesario que el agua que entra a las unidades de electrodilisis seasometida a un tratamiento previo para eliminar los constituyentes indesea-

FIGURA 8. smosis inversa.

El proceso de smosis normal se inviertedebido a la aplicacin de presin externa.

Membranapermeable selectiva

Agua limpia

Agua consales

H2O

41Agua

bles. Se aconseja que el agua antes de este tipo de tratamiento tenga un pHentre 5.0 y 6.5 para prevenir formacin de hidrxidos y carbonatos, y quetenga niveles bajos de fierro y manganeso y agregar polifosfatos para inhi-bir la formacin de sulfato de calcio (CaSO4).

Estabilizacin

El agua potable que salga de una planta de tratamiento y que entre al siste-ma de distribucin debe estabilizarse. Esto significa que no debe formardepsitos de sales o ser corrosiva bajo las temperaturas en que ser distri-buida. La manera ms comn de ajustar el pH del agua es adicionandopolifosfatos o silicatos. La estabilizacin del agua se asocia al ajuste del pH pa-ra controlar la corrosin; por lo que debe haber suficientes iones de calciopara que se forme carbonato de calcio. En el agua con esta ltima caracte-rstica se debe agregar hidrxido de sodio para que no haya un incrementode la dureza.

Tratamiento de aguas residuales

Hasta ahora hemos aprendido que las aguas para abastecimiento humanodeben ser tratadas, con mucho ms razn las aguas residuales, que resultandespus de que el agua es utilizada para satisfacer las necesidades huma-nas, ya sean domsticas, agrcolas o industriales porque contienen com-puestos y organismos que son altamente peligrosos para la salud humana.Adems de que su aspecto y olor resultan desagradables tambin puedencontaminar cuerpos de agua que se utilizan para la pesca, para practicar lanatacin o como fuentes de abastecimiento de agua potable. En virtud deque los microorganismos patgenos que se encuentran en las aguas resi-duales consumen el oxgeno disuelto que se encuentra en las mismas, elparmetro que se utiliza para medir esta caracterstica es la demanda bio-qumica de oxgeno (DBO) que nos sirve tambin para medir la carga de mate-ria orgnica que entra en las plantas de tratamiento y la efectividad de lasmismas.

Las plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan gran variedadde mtodos para remover los contaminantes. Los ms comunes son unacombinacin de mtodos fsicos, qumicos y biolgicos. Existen tres nive-


Los procesos ms utilizados en los tratamientos secundarios son laslagunas aireadas, filtros de lodos activados y contactores biolgicos rota-torios. Con relacin a las bacterias, stas se dividen en aerobias y anaerobias,las primeras son las que utilizan oxgeno para activar su metabolismo y lassegundas no toleran el oxgeno libre, pero utilizan agentes oxidantes yreductores como alimento para su metabolismo.

En las plantas modernas de tratamiento, las aguas que se obtienendespus de los tratamientos biolgicos deben desinfectarse por cloracino por cualquier otro mtodo para este fin, dado que las bacterias que seutilizan para estos tratamientos, una vez que han cumplido su funcin dedestruir la materia orgnica no hay garanta de que no puedan ocasionarenfermedades.

En una comparacin entre los diferentes mtodos, es importante ana-lizar en qu cantidad se reduce la demanda bioqumica de oxgeno (DBO) y los

FIGURA 9. Planta de tratamiento de aguas residuales en la ciu-dad de Mxico, D.F.

les de tratamiento de aguas residuales en las plantas: primario, secundarioy terciario. El tratamiento primario es el primer paso que involucra trata-mientos fsicos como la filtracin y la sedimentacin que se utilizan pararemover slidos de gran tamao. El tratamiento secundario utiliza microor-ganismos para llevar a cabo la digestin de la materia orgnica y eliminareste tipo de residuos (figura 9).

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slidos suspendidos (SS). En la sedimentacin se reduce la DBO 35% y los SS50%. En los tratamientos biolgicos en ambos parmetros se obtiene unareduccin de 85%. Lo anterior es importante mantenerlo presente en vir-tud de que en cualquier tratamiento lo que se busca es la reduccin de laDBO, de los slidos suspendidos, del nitrgeno total, del fsforo y delamoniaco.

De los tratamientos de aguas se obtienen como productos secunda-rios los lodos residuales. El manejo de estos lodos y su disposicin es unproblema grave que tiende a incrementarse dado que vara considerable-mente su composicin. Algunos se encuentran libres de sustancias txicasy pueden ser utilizados como abono para el suelo, otros contienen altasconcentraciones de materia orgnica, inorgnica, contaminantes txicos yorganismos patgenos, por lo que resulta difcil su disposicin final.

Tambin es importante mencionar que las plantas de tratamiento deaguas residuales municipales no estn diseadas para remover ciertos con-taminantes, por lo que las industrias deben eliminarlos a travs de un pre-tratamiento. Uno de los contaminantes difciles de remover es el plomoproveniente de bateras y cianuros que, adems, puede dificultar el trata-miento de las aguas residuales porque interfiere en algunas reacciones deremocin de contaminantes e incrementa los costos por su difcil disposicin.

Los problemas que se pueden evitar aplicando un pretratamiento sonla corrosin, explosiones e incendios, interferencia en la remocin de sustan-cias, exposicin de los empleados y dificultad para la disposicin de lodos.

Tratamiento secundario de aguas residuales

Sistema de filtros: pueden ser utilizados para tratamiento aerbico de aguasresiduales industriales y domsticas, y su efectividad es de 85% para redu-cir la demanda bioqumica de oxgeno (DBO) y los slidos suspendidos totales(SST). Requieren de supervisin tcnica mnima y sus costos de operacincomparados con otros tratamientos (sistemas de lodos activados) son mu-cho ms bajos. El sistema de filtros consta de los siguientes componentesen el orden en que se enlistan: cribas, tanques de remocin de arena, clari-ficador primario, filtro, clarificador secundario, sistema de desinfeccin ytratamiento y disposicin de lodos.

Despus de la sedimentacin primaria, el agua residual es bombeadaa una cama de arena y se le hace pasar a travs de sta. En esta forma, una


cama de bacterias se forma a la mitad y se remueve la materia orgnica delagua residual. El agua residual y los slidos son transportados a un tanquede sedimentacin secundaria en donde son separados. Una porcin delagua residual tratada es reciclada nuevamente al filtro para mejorar la cali-dad del efluente final.

El lodo producido en el sistema de filtros proviene de la clarificacinprimaria y los slidos, que incluyen la biomasa y son recolectados en losclarificadores finales. Este lodo es digerido aerbica o anaerbicamente ydespus se dispone en rellenos sanitarios.

Sistema de lodos activados: es un proceso de tratamiento biolgicodonde O2 adicional es utilizado para activar las bacterias aerobias. Estoslodos activados se adicionan en los slidos residuales sedimentados quesern tratados. La mezcla se agita utilizando aire comprimido del centrodel tanque la cual maximiza la absorcin del oxgeno de la atmsfera. Losmicroorganismos en los lodos activados oxidan la materia orgnica solubley capturan partculas slidas para convertirlas en otras de mayor tamaoen presencia de oxgeno molecular disuelto. La mezcla de microorganis-mos, partculas slidas y aguas residuales es aireada y despus sedimenta-da para separar los slidos biolgicos del agua tratada. La mayor porcinde los slidos biolgicos son removidos por la sedimentacin y recicladosa los recipientes de aireacin para ser combinados con el agua residual en-trante.

Una variacin del proceso de lodos activados que es aplicable en si-tuaciones donde el flujo es muy grande es la oxidacin continua. El sistemarecircula el agua de manera continua en canales cerrados donde se lleva acabo la aireacin. El agua residual se circula de 18 a 24 horas y se utilizanaireadores mecnicos para mezclar y mover el agua, y no slo provee eloxgeno necesario para la oxidacin sino que tambin remueven los sli-dos remanentes.

Lagunas: son los mtodos que se utilizan con ms frecuencia en el tra-tamiento de aguas residuales. Pero no pueden tratar residuos al nivel re-querido legalmente sin tener que utilizar procesos adicionales. Todas laslagunas funcionan bajo un mismo principio, utilizando las propiedadesnaturales de las bacterias o las algas para reducir el contenido de materiaorgnica en las aguas residuales. Durante el da, la fotosntesis de las algasproveen el oxgeno necesario para la respiracin de las bacterias. Existen

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diferentes tipos de tratamientos que incorporan sistemas de aireacin adi-cional.

Sistemas de lagunas de estabilizacin: se clasifican en dos tipos; 1)las lagunas de estabilizacin, que no tienen una profundidad mayor a 1.8 me-tros, trabajan con bacterias aerobias y se llevan ms de 30 das en destruirlos residuos, y 2) las lagunas de aireacin, que pueden procesar mayor volu-men de aguas residuales y requieren de menor tiempo para destruir loscontaminantes. Este tipo de lagunas tiene una profundidad entre 1.2 y 1.8metros. El agua que se encuentra cerca de la superficie es aerbica debidoal oxgeno en la atmsfera y la respiracin de las algas, la parte del fondo esanaerobia y contiene slidos sedimentados y a la parte de la mitad se lellama zona facultativa. Las algas que se encuentran cerca de la superficie to-man el dixido de carbono y lo transforman en oxgeno y este fenmenohace que se eleve el pH arriba de 10, lo cual ayuda a volatilizar el amonia-co de la laguna. El oxgeno producido por las algas es utilizado por las bac-terias para destruir el material orgnico de la superficie. Estas lagunas semezclan utilizando aireadores flotantes de superficie. La remocin efecti-va de materia orgnica soluble se puede conseguir con el tiempo apropia-do de mezclado. El siguiente paso despus del proceso de aireacin es ladescarga del efluente en los receptores del agua que estn conformados porgrandes estanques o secciones de la laguna de aireacin aislados por diques.En algunos casos, estas lagunas se utilizan como dispositivos de pretra-tamiento. La diferencia principal entre este proceso y el de lodos activadoses que la biomasa no es reciclada entre la etapa de sedimentacin y la deaireacin.

Remocin de los compuestos orgnicos biodegradables: en las lagu-nas de aireacin depende de muchos factores, como el tiempo de retencin,temperatura y la naturaleza del residuo. Este proceso reduce considerable-mente la demanda bioqumica de oxgeno y se pueden tratar aguas re-siduales con una gran variedad de compuestos orgnicos presentes si sedisean adecuadamente. Los problemas que llegan a presentarse con laslagunas de aireacin son el excesivo crecimiento de algas, olores desagra-dables por la presencia de sulfatos y el poco oxgeno disuelto.

Filtracin: los filtros intermitentes de arena se utilizan como trata-miento adicional para los efluentes de las lagunas o de los sistemas de tan-


ques spticos. Esta operacin se puede realizar slo en una ocasin cuandoel agua residual se mueve a travs del filtro de arena o en ms de una oca-sin cuando es recirculada. En cualesquiera de los casos, el sistema de fil-tracin consiste en una cama de arena con un grosor de aproximadamentetres pies instalndose una bomba debajo de la grava para que drene. Elrea total de la cama de arena se divide en dos o ms filtros. El agua re-sidual se pasa en ciclos alternados que permiten que el lecho de arenadrene completamente, lo cual es necesario para mantener las condicionesaerbicas.

Mtodos de tratamiento por tierra: existen gran cantidad de sistemasde aplicacin por tierra que pueden ser utilizados como sistema de dis-posicin de efluentes o como un tratamiento avanzado de efluentes. Estetipo de sistemas de tratamiento tiene grandes beneficios como la recupera-cin de nutrientes, la recarga del agua subterrnea y la conservacin delagua por irrigacin de las distintas reas. Estos sistemas son muy recomen-dables en reas donde los requerimientos de descarga en la superficie delagua son estrictos y la tierra es relativamente barata. El tipo de suelo y sutextura deben ser adecuados para el tratamiento de tierra. La aplicacinpor tierra es un mtodo avanzado pero sencillo de tratamiento de aguasresiduales. El agua residual pretratada, se aplica a la tierra por infiltracin,flujo o mtodos de irrigacin y se lleva a cabo a travs de un proceso natu-ral en el que el efluente fluye a travs de la vegetacin y el suelo, el nitrge-no es removido por las plantas a travs del ciclo del nitrgeno. Cierta can-tidad del agua residual se pierde por transpiracin y evaporacin, pero lamayora se reincorpora al agua a travs de la percolacin del suelo.

Algunas veces en este tipo de tratamiento por tierra, el agua residualse aplica en las reas de terreno altas y se colecta en el centro de la colina,despus, se desinfecta y se descarga a un cuerpo de agua. En este procesolos slidos suspendidos que contiene el agua se dispersan en la vegetaciny se descomponen. Las bacterias del pasto y del suelo consumen la materiaorgnica y los nutrientes consumidos por la vegetacin. El efluente re-sultante reduce notablemente los contaminantes ms que los sistemas detratamiento secundario. La demanda bioqumica de oxgeno (DBO) y los sli-dos suspendidos totales (SST) se remueven entre 85 y 92%, el nitrgeno entre60 y 80% y el fsforo entre 20 y 50%. Este tipo de sistema es muy efectivo yrequiere de un equipo mnimo.

Una variacin del sistema de tratamiento por tierra es la irrigacin de

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suelos, en el cual el agua residual se bombea a diferentes reas en sueloscon alta permeabilidad. En este sistema convergen diferentes tratamientoscomo la filtracin, adsorcin y actividad microbiana cuando se percola elagua a travs del suelo.

Disposicin de lodos: como se ha mencionado previamente, la mayo-ra de los tratamientos de aguas residuales generan lodos que deben sertratados de forma apropiada para su disposicin final; sin embargo, antesdeben estabilizarse, lo que remover organismos patgenos y reducir elcontenido de materia orgnica. Despus de la estabilizacin, en algunasocasiones se elimina el agua de los lodos para eliminar su volumen total yson depositados en la tierra como disposicin final. La estabilizacin escomplementada por digestin aerobia o aplicacin de lime, donde los lo-dos son bombeados a un digestor y retenido por un periodo de entre 20 y30 das para reducir los slidos suspendidos y los patgenos. Durante estaetapa de estabilizacin, los lodos son aireados y mezclados de manera ruti-naria. En el mtodo de aplicacin de lime, ste se le agrega para aumentarel valor del pH a ms de 12, lo cual reduce los organismos patgenos. Laeliminacin del agua se complementa de manera sencilla utilizando camasde arena para filtracin.

Algunos lodos limpios se pueden utilizar como acondicionadores delsuelo en virtud de que contienen nutrientes como el nitrgeno, fsforo ypotasio. Esto hace a los lodos un excelente complemento a los fertilizantescomerciales. Tambin los lodos pueden ser aplicados debajo de la tierrapor inyeccin o cuando se les ha eliminado el agua se pueden esparcir so-bre la superficie de la tierra.

Cuestionario

1. Mencione los parmetros fsicos de la calidad del agua.2. Mencione los parmetros qumicos de la calidad del agua.3. Explique los parmetros biolgicos de la calidad del agua.4. Explique los requerimientos de la calidad del agua.5. Explique el concepto de contaminacin del agua.6. Cules son los tipos de abastecimiento de agua?7. Explique la diferencia entre tratamiento de aguas y tratamiento de

aguas residuales.


8. Explique los tratamientos de aguas fsicos, qumicos y biolgicos.9. Esquematice las etapas de tratamiento de aguas para consumo huma-

no.10. Explique lo que es el cribado y la filtracin, y su finalidad.11. Mencione las tcnicas de desinfeccin y los productos utilizados para

ello.12. Explique brevemente el tratamiento de contaminantes orgnico e

inorgnicos.13. Explique los propsitos de la aireacin y la oxidacin.14. Explique el tratamiento por mtodos de adsorcin.15. Explique el intercambio inico y los procesos de membrana.16. Explique el tratamiento de aguas residuales.17. Cules es el mtodo secundario de aguas residuales?18. Explique los mtodos de tratamiento por tierra y la forma como se lle-

va a cabo la disposicin de lodos.

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SUELO

OBJETIVO: conocer y comprender los principales trminos que se utili-zan para definir los aspectos relacionados con la contaminacin delsuelo, contaminantes slidos y los mtodos para minimizar, controlar yprevenir la contaminacin provocada por stos.

Generalidades

Es necesario entender los principios bsicos relacionados con la naturalezadel suelo para conocer el movimiento de los contaminantes en este medio.El suelo es la delgada capa de corteza terrestre en la que habitan los sereshumanos y que es afectada por los cambios climatolgicos y la descompo-sicin de los organismos. En el suelo se han desarrollado bajo diferentescondiciones climticas una gran variedad de material rocoso de diversosorgenes. Los distintos tipos de suelo varan en su color, grosor, en el nme-ro de capas, en la cantidad de arcilla, sales y material orgnico que contie-nen. Estos factores afectan la movilidad de los contaminantes a travs delsuelo. Algunas predicciones sobre qu tan profundo puede llegar un con-taminante en el suelo se pueden hacer con base en el conocimiento de lascaractersticas del mismo y de su contenido de arcilla.

El suelo es esencial para la vida, las plantas toman de ah su alimentoa travs de la cadena alimenticia, y todos los animales dependen del mis-mo. El suelo est formado por roca que a lo largo de grandes periodos se haido pulverizando por la accin del ambiente. Existen tres tipos de roca queconforman la corteza de la tierra: la roca gnea que es material de lava solidi-ficado, la roca sedimentaria que es el resultado de la accin del clima sobrelas rocas ya existentes y la roca metamrfica que originalmente fue rocasedimentaria o gnea pero que fue modificada por la temperatura, la pre-sin y fluidos qumicos activos. Estas rocas conforman lo que comnmentellamamos subsuelo o tierra.

La formacin del suelo es un proceso continuo en el que intervienen

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los organismos y las condiciones climticas. Por ejemplo el congelamientoo derretimiento del agua en las diferentes estaciones del ao trae como con-secuencia la expansin y contraccin de las rocas provocando que se quie-bren en piezas ms pequeas al paso del tiempo. Los organismos vivosproducen sustancias cidas que pueden provocar tambin el rompimientode las rocas. En resumen, existe gran cantidad de actividades fsicas, qu-micas y biolgicas que van dando forma al suelo y cambiando sus caracte-rsticas, el suelo es ms que pequeos pedazos de roca.

Los cientficos distinguen el suelo de otros materiales geolgicos porsus cuatro componentes principales que son las partculas minerales (rocay arcilla), el material orgnico, el agua y el aire. Los suelos ms oscuros in-dican que tienen mayor cantidad de materia orgnica.

La descomposicin de animales y plantas provee al suelo de materiaorgnica, las bacterias trabajan constantemente para transformar este ma-terial en uno ms rico en nutrientes, conocido como humus. El proceso dedescomposicin de la materia orgnica libera minerales esenciales y nu-trientes en el suelo donde pueden ser utilizados por las plantas.

La principal caracterstica del suelo es la textura, que se refiere al ta-mao de las partculas que lo conforman. Estas partculas se clasifican enorden decreciente en varios grados: grava, arena y arcilla. La textura delsuelo es importante ya que determina cunta agua puede retener y la faci-lidad con que otras sustancias se pueden mover en el mismo. Es por estarazn que cuando se realiza una investigacin sobre la contaminacin delsuelo, se debe realizar un anlisis sobre sus caractersticas para indicar laprofundidad y el grosor de las capas del suelo.

Otras propiedades del suelo como su estructura y distribucin de laporosidad son importantes para conocer la forma como el agua y otroslquidos se mueven a travs de ste. La materia orgnica aumenta la capa-cidad del suelo para manejar el agua, as como su capacidad de infiltracin.Por otra parte, las capas con menor permeabilidad, como la arcilla, reducensustancialmente el movimiento del agua.

Cuando un contaminante lquido es vertido en la superficie del suelo,empiezan a desarrollarse una serie de fenmenos. Si se trata de una sustan-cia voltil, parte de sta escapar hacia la atmsfera. Las porciones lquidasse movern a travs de los poros del suelo y continuarn su movimientopor la fuerza de gravedad hasta que sea atenuado o detenido por la reduc-cin de la concentracin por la adherencia de los lquidos a las partculasdel suelo. En otras palabras, si se tuvieran 500 litros de gasolina en un tan-

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que subterrneo y ste tuviera una grieta por donde se escapara el lquidohasta que se vaciara, dependiendo del tipo de suelo el lquido se moveraslo algunos metros o cientos de ellos; por ejemplo, si se tratara de un tan-que relativamente pequeo el lquido se movera hasta una profundidadde 45 metros donde el suelo est formado principalmente por rocas degran tamao.

Hasta el momento se han mencionado las caractersticas y propieda-des del suelo, as como las sustancias que pueden contaminarlo; sin embar-go, no hemos establecido el concepto de residuo que es una sustancia omaterial al que ya no se le va a dar ningn uso. En el caso de la contamina-cin del suelo, el tipo de residuos ms problemticos es el de los residuosslidos, ya que aunque algunos no son peligrosos por los volmenes quese manejan, resulta difcil su disposicin final que normalmente es en elsuelo, como veremos ms adelante.

Contaminacin del suelo

Desde siempre, el suelo ha sido utilizado para depositar los residuos, in-cluyendo los que han sido removidos del aire y de la tierra. En los ltimosaos, la mayor parte de los esfuerzos en cuanto a la proteccin ambientalse han abocado a limpiar el aire y el agua, as como en evitar que se sigancontaminando, esto porque su relacin con los problemas de salud en lapoblacin es ms directa. Sin embargo, no se deben descuidar los aspectosde contaminacin del suelo, ya que amenazan no slo a los usos futurosdel mismo sino tambin la calidad de aire circundante, el agua superficialy el agua subterrnea, debido a que los contaminantes en la superficie de latierra se transportan hacia el aire como pueden ser las bacterias o virus quese propagan en los tiraderos a cielo abierto o cuando un relleno sanitariono cumple con las caractersticas idneas de diseo y puede provocar quelos lixiviados se transfieran hacia el agua subterrnea.

En algunas ocasiones la contaminacin es el resultado de la aplicacindirecta de plaguicidas o fertilizantes en la tierra o puede deberse al alma-cenamiento, manejo o disposicin inadecuados de sustancias txicas. Porotra parte los residuos provenientes de fuentes industriales pueden po-ner en peligro la salud humana y el ambiente; por ejemplo, la filtracinprovocada por el derrame de sustancias qumicas puede provocar la conta-minacin del suelo y del agua subterrnea. As como, una situacin que re-


sulta muy peligrosa, es la mala disposicin de los aceites usados de motorporque provocan que se contaminen miles de cientos de litros de agua a ni-veles alarmantes debido a la relacin que existe entre la tierra, el aguaatmosfrica en forma de lluvia y el agua subterrnea dentro del ciclo hi-drolgico.

Algo bastante comn es lo que provocan los residuos domsticos, yaque si no son depositados en forma adecuada, causan problemas de conta-minacin por su mal aspecto y propician la proliferacin de fauna nocivacomo ratas, cucarachas y moscas. Los residuos orgnicos de la basura oproductos de papel en descomposicin generan gas metano que por serms ligero que el aire tiende a subir a travs del suelo hacia la atmsfera.Sin embargo, la principal fuente de contaminacin del suelo es la disposi-cin de los residuos municipales, la disposicin ilegal de residuos peligro-sos y los sitios abandonados con residuos peligrosos o tanques subterr-neos.

Se estima que existen ms de dos millones de tanques subterrneos enEstados Unidos que contienen sustancias de uso comn como la gasolina odiesel o hasta sustancias txicas ms peligrosas. En un estudio realizado enCanad sobre tanques subterrneos, se encontr que estos tanques elabora-dos con acero que tenan una expectativa de vida de 15 aos en promedio,debido a la corrosin acelerada y por estar colocados bajo tierra, a pesar detener proteccin anticorrosin, ocasionaba que duraran mucho menostiempo. As pues, una pequea filtracin puede causar que una sustanciase libere en la superficie donde se encuentran los contenedores. Ademsdel peligro potencial de contaminar las fuentes de agua potable existe laamenaza de que exploten debido a que contienen sustancias inflamablescomo la gasolina.

En cuanto a los residuos industriales stos presentan diferentes tiposde problemas, mucha gente no sabe que los procesos industriales usadospara generar los productos de uso diario generan grandes cantidades deresiduos peligrosos, como se muestra en el cuadro 2. Muchos de los com-puestos de estos residuos como las dioxinas representan un riesgo a la sa-lud y al ambiente; otros se vuelven peligrosos cuando se combinan conotras sustancias.

Los efectos potenciales para la salud van desde dolores de cabeza,nuseas, daos a los riones y a las funciones del hgado, cncer y daosgenticos.

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CUADRO 2. Productos de uso comn y los residuos peligrosos que generan.

Producto Residuo peligroso generado

Plsticos. Compuesto rgano-clorados, solventes orgnicos.

Plaguicidas. Compuesto rgano-clorados, compuesto rgano-fos-forados.

Medicinas. Solventes orgnicos, metales pesados (zinc y mer-curio).

Pinturas. Metales pesados, pigmentos, solventes, residuos or-gnicos.

Productos de petrleo. Aceite, fenoles, metales pesados, amoniaco, sales ci-das y custicas.

Metales. Metales pesados, fluoruros, cianuros, solventes, pig-mentos, abrasivos, sales de plata, aceites, fenoles.

Artculos de piel. Metales pesados, solventes orgnicos.

Textiles. Metales pesados, colorantes, compuestos rgano-clo-rados, solventes.

FUENTE: Preserving the Legacy, Introduction to Environmental Technology, John Wiley y Sons.

Residuos slidos

En general, se les puede clasificar en tres tipos: residuos municipales, resi-duos industriales y residuos peligrosos.

Residuos municipales

Son los residuos generados en las casas habitacin; comercios (tiendas, res-taurantes o mercados); reas abiertas (parques o jardines) y en instalacio-nes de plantas de tratamiento de aguas (figura 10).

Residuos industriales

Son generados por la actividad industrial como los plsticos, cenizas, resi-duos de demolicin y construccin (figura 11).

54 Introduccin a la ingeniera

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