El agua, un valioso recurso a cuidar y tratar

Resumen: 

Este proyecto aborda cómo la Química e Ingeniería Química van de la mano y resuelven problemas en el campo de las aguas naturales y residuales. Se pretende con ello que los/as participantes sigan las etapas a las que se somete el agua desde su estado natural hasta ser consumida y desde aquí hasta ser depurada para su posible reutilización, para una aplicación y uso sostenible del agua. De forma resumida, las actividades a realizar son:

En Ingeniería Química. Todas las actividades son experimentales en laboratorio y planta piloto e implican los pasos a realizar en el uso del agua, cómo transportarla desde embalses a las estaciones de agua potable (ETAPs) y/o desde ciudades, industrias, etc, y una vez utilizada, a su tratamiento en estación depuradora de aguas (EDAR) para su posible reutilización o descarga en un medio natural.

  • Medir el caudal y presión del agua a través de conducciones.
  • Estudiar la coagulación y sedimentación para separación de partículas sólidas.
  • Llevar a cabo un tratamiento biológico aerobio de un agua residual estableciendo semejanzas con la depuración natural llevada a cabo en la propia naturaleza.
  • Realizar en planta piloto una práctica de oxidación fotocatalítica solar mediante reactores tipo CPC para reutilización del agua. Aquí se podrá mostrar la utilización del Sol como agente iniciador de reacciones de eliminación de contaminantes con el consiguiente ahorro de energía.

En Química. Las actividades eminentemente prácticas relacionadas con las aguas naturales envasadas se llevarán a cabo en los laboratorios de la Facultad de Ciencias.  En concreto, se prevé:

  • Realizar técnicas de toma de muestra, precauciones, conservación de la muestra (agua) que se analizará posteriormente en el laboratorio.
  • Determinar la dureza del agua mediante valoración complexométrica en los laboratorios.
  • Caracterización fisicoquímica de las aguas.
  • Eliminar contaminantes en el agua por técnicas de adsorción utilizando carbón activo.
  • Familiarizarse con las operaciones básicas de un laboratorio: destilación, extracción, filtración, preconcentración, purificación de compuestos mediante recristalización, separaciones cromatografías, etc .
  • Conocer qué es un cuaderno de laboratorio. Medidas  de seguridad en los laboratorios y eliminación (gestión) de residuos generados.

Por último, tendrá lugar la visita a una planta de tratamiento de aguas potables y residuales. Los/as participantes presentarán los resultados del proyecto ante todos los/as compañeros/as al final el proyecto en la última sesión.

1ª Sesión: 

Las actividades serán totalmente prácticas y relacionadas con medidas de las propiedades químico físicas de aguas naturales, envasadas, mar, pozo,  así como la familiarización con la utilización de metodologías, técnicas e instrumentos de laboratorio; toma de muestra y sus características, etc.. Las actividades serán llevadas a cabo por los/as estudiantes de forma individual, con la supervisión del profesorado:

  • Toma de muestra de agua: Se llevará a los/as estudiantes a un pequeño lago artificial o arroyo cercano al laboratorio para que tomen la muestra de agua.
  • Determinación de la dureza del agua por volumetría complexométrica. Los/as estudiantes, realizarán la volumetria, determinado la dureza de un agua natural,  discusión de resultados e interpretación de los mismos.
  • Caracterización fisicoquímica de las aguas, incluyendo la determinación de densidad, viscosidad, índice de refracción, tensión superficial y conductividad eléctrica de diferentes tipos de agua, incluyendo calorimetría, polarimetría.
  • Estudio de la influencia de contaminantes sobre propiedades fisicoquímicas del agua. Los/as estudiantes realizarán experiencias en diversos medios acuosos conteniendo contaminantes representativos de diferentes actividades humanas (jabones, productos iónicos, derivados de industrias alimentarias,…),  con el fin de obtener la concentración presente del contaminante en agua a 25 ºC, usando medidas de propiedades fisicoquímicas. Las técnicas que manejarán, bajo la tutela de los/as docentes, son: densidad, viscosidad, conductividad térmica, conductividad eléctrica, tensión superficial y determinación del índice de refracción.

El alumnado adquirirá la destreza y conocimientos de las operaciones básicas que se llevan a cabo en un laboratorio; competencias relacionadas con la  Interpretación de resultados analíticos; aprenderá las técnicas fisicoquímicas utilizadas y el material básico de laboratorio. Los resultados se utilizarán en la presentación final del proyecto.

2ª Sesión: 

Las experiencias a llevar a cabo son las siguientes:

  • Realización de  las operaciones básicas que se llevan a cabo en un laboratorio:  separaciones cromatografías ( papel y capa fina), recristalización, destilación, extracción, filtración, preconcentración, purificación de compuestos mediante recristalización, etc . Así como, conocer las normas y medidas de seguridad y eliminación de residuos generados.
  • Eliminación de contaminantes por técnicas de adsorción utilizando carbón activo. Realización de actividades relacionadas con los procesos de adsorción, a la importancia de las mismas y su utilidad para la descontaminación de aguas, entre otras aplicaciones. La experiencia se centrará en:

               a) Llevar a cabo la actividad utilizando el proceso de adsorción del carbón activado sobre un colorante, azul de metileno y medidas espectrofotométricas de la cantidad de azul de metileno adsorbida.

               b) Proceso de adsorción del carbón activado sobre una disolución acuosa de metales pesados.

  • Taller dedicado a la elaboración de un cuaderno de laboratorio, tratamientos de datos e interpretación. Además de tratar las normas de seguridad en el laboratorio, los/as participantes adquirirán habilidades para reflejar adecuadamente las experiencias en un cuaderno de laboratorio, obtención de resultados y exposición de los mismos para su comunicación.          

En esta sesión, los/as estudiantes comprenderán  las técnicas de análisis instrumental para la determinación de colorantes y metales pesados. Adquirirán destreza en el manejo de laboratorio utilizado en la adsorción de colorantes y metales pesados con carbón activado; obtendrán resultados que expondrán en la presentación del proyecto.

3ª Sesión: 

En esta sesión se dará una introducción de los procesos de coagulación, floculación y sedimentación. Una vez que los/as alumnos/as están familiarizados con la instalación experimental y métodos de análisis se inicia la experimentación. Los resultados obtenidos se van recogiendo en tablas, y a partir de ellos, con la elaboración de las tablas y gráficas correspondientes, se realizará la discusión de los resultados obtenidos.  En concreto, tendrán lugar las siguientes actividades:

  • Charla introductoria sobre el transporte de aguas por conducciones desde embalses, ríos, etc (aguas superficiales) a las ETAPs para su potabilización, de las ETAPs a las ciudades, industrias, sectores agrícolas, etc, para su consumo y de aguas residuales a las EDARs para su depuración.
  • Experimentar en planta piloto con equipos de distribución de agua por conducciones. Observar los elementos que las componen y cuál es su función: Depósitos, bombas, medidores de caudal, codos, “tes”, válvulas, etc.
  • Determinar experimentalmente la pérdida de presión de agua en una conducción mediante manómetros diferenciales y medir su caudal con un rotámetro.
  • Aplicar el teorema de Bernouilli simplificado a un estrechamiento de la conducción para obtener una ecuación que permita medir el caudal de agua que se transporta.
  • Utilizar software (Excel) para trabajar con los resultados experimentales de la planta piloto y calcular con ellos la pérdida de presión y el caudal de circulación de agua.
  • Elaboración de un informe que recoja el desarrollo del proceso, los cálculos realizados y las conclusiones

Se espera que los/as estudiantes conozcan y comprendan la problemática y necesidad del tratamiento de aguas residuales, las principales tecnologías utilizadas y, de forma general, los objetivos de los grupos implicados en este proyecto en materia de investigación.

4ª Sesión: 

Esta sesión abordará el Tratamiento Secundario del Agua, la Oxidación Biológica Aerobia y el tratamiento terciario por oxidación química avanzada.

Los/as participantes conocerán cómo tiene lugar el proceso de depuración de un agua residual mediante un proceso biológico aerobio (con fangos activos) y serán capaces de entender cómo funciona una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) de funcionamiento continuo. Por tratarse la práctica de un sistema biológico, debe estar bajo unas condiciones que permitan el crecimiento de los microorganismos responsables de la depuración; esto es, de la misma manera que se cuida a un ser vivo (una mascota o una planta) con alimento y cariño, se tiene que “cuidar” la planta biológica de tratamiento de efluentes controlando las condiciones de operación.

En cuanto al Tratamiento terciario por oxidación química avanzada, los/as estudiantes se familiarizarán con el proceso de oxidación avanzada, para ello se utilizará ozono como oxidante y el sol, en su caso, como iniciador del proceso, para eliminar contaminantes específicos y dejar el agua en condiciones de ser reutilizada).

Se espera que los/as estudiantes:

  • Conozcan y aprendan técnicas para la depuración, así como el Tratamiento secundario a través del tratamiento biológico aerobio de aguas residuales que previamente han pasado por las etapas de tratamiento primario.
  • Conozcan y aprendan técnicas para el Tratamiento terciario para la eliminación de contaminantes específicos o prioritarios del agua.
  • Desarrollen técnicas utilizadas en la sesión 1 para caracterizar el agua y así comprobar la efectividad del tratamiento biológico en la depuración de las aguas residuales.
  • Que desarrollen técnicas sobre oxidación química avanzada utilizando ozono.
  • Que aprendan a tratar los datos obtenidos mediante la aplicación Excel, discutir los resultados y plasmarlos en un informe o presentación.         
5ª Sesión: 

En esta sesión se visitará una ETAP y una EDAR en Badajoz, así podrán ver en la práctica las experiencias llevadas a cabo en los laboratorios y en la planta piloto en la Facultad de Ciencias. Al final de la mañana, tendrá lugar la exposición pública de lo que han llevado a cabo específicamente en Campus Científicos de Verano y presentación de los resultados. Para ello, los/as participantes podrán utilizar distintos formatos de presentaciones y llevarán a cabo demostraciones prácticas interactuando con los demás compañeros/as del Campus.

Referencias recomendadas: 

Libros:

  • Degremont: Tratamiento de aguas residuales

Revistas científicas:

  • Water Research
  • Ozone Science and Engineering
  • Water Science and Technology
  • Ingeniería Química
  • Doménech Antúnez X “ Química de la hidrosfera. Origen y destino de los contaminantes” 2ª Edición. Ed. Miraguano S.A. Madrid, 1995.
  • Bansal, R.C.; Donet, J.B.; Stoeckli, F. “ Active Carbon”, Ed. Marcel Dekker, New Cork, 1988.
  • Grag, V.K.; Raksh, K.; Gupta, R. Dyes Pigments 62, 2004.
  • Schuhmacher, M.; Domingo, J.L.; Llobet, J.M.;  Corbella, J. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 53, 1994.
  • Normas AENOR 2009 sobre calidad del agua (formato CD UEx)
  • APHA,AWWA, WPC. “ Métodos Normalizados para el Análisis de Aguas Potables y Residuales”.. Ed. Díaz de Santos S.A. 1992
  • Thomas G. Spirc y Willian M. Stigliani. “Química Medio Ambiental”. 2ª dición, Pearsom Prentice Hill. 1996
     

Consultas de bases de datos a través de la biblioteca de la UEX:

  • Elsevier, Taylor and Francis, Wiley, American Chemical Society
Lugar donde se desarrollará el proyecto: 
Universidad de Extremadura
Avenida de Elvas s/n
06006 Badajoz Badajoz
Campus: 
Departamento: 
Departamentos de Química Analítica, Química Orgánica e Inorgánica e Ingeniería Química y Química Física
Provincia: