Agua

Antecedentes

El agua es un compuesto químico que necesitan la mayoría de las plantas y animales de la Tierra para sustentar la vida. El agua pura es un líquido transparente, insípido, inodoro. En pequeñas cantidades es incoloro, pero adquiere un tinte azulado en cantidades mayores. El agua es un excelente solvente y, como resultado, generalmente contiene una amplia variedad de minerales disueltos y otros químicos. También puede transportar y mantener bacterias. La mayor parte del agua distribuida a través de los sistemas de agua municipales se trata para eliminar sustancias nocivas. Algunas aguas embotelladas se someten a un tratamiento aún mayor para eliminar casi todas las impurezas. La palabra inglesa agua se deriva de la palabra alemana wasser, que a su vez se deriva de una antigua palabra indoeuropea que significa mojar o lavar.

El uso controlado del agua se remonta al menos a 8.000 a. C. cuando los agricultores de Egipto y partes de Asia atraparon las aguas de la inundación para el riego de cultivos. El concepto de utilizar canales de riego para llevar agua a los cultivos, en lugar de esperar una inundación, se desarrolló por primera vez alrededor del año 2000 a. C. en Egipto y Perú. Aproximadamente en el año 1000 a. C. , la ciudad de Karcho, en lo que hoy es Jordania, construyó dos acueductos para brindar un suministro adecuado de agua a la población de la ciudad. Este es el primer caso registrado de un suministro de agua municipal planificado.

El tratamiento temprano del agua fue sorprendentemente avanzado, aunque rara vez se practicaba. Un antiguo manuscrito sánscrito, de lo que hoy es India, aconseja que el agua potable se guarde en recipientes de cobre, se exponga a la luz solar y se filtre a través de carbón. Las inscripciones del Antiguo Egipto dan consejos similares. Muchos de estos métodos todavía se utilizan en la actualidad. Aproximadamente en el 400 A.C. , el médico griego Hipócrates sugirió que el agua se debe hervir y filtrar a través de un trozo de tela. A pesar de estas primeras referencias, la mayoría de la gente bebía agua sin tratar de corrientes de agua o pozos subterráneos. Siempre que no hubiera fuentes de contaminación cercanas, esta era una solución satisfactoria.

A medida que crecía la población de Europa y otras partes del mundo civilizado, sus fuentes de agua se contaminaron cada vez más. En muchas ciudades, los ríos que servían como fuentes primarias de agua potable estaban tan contaminados con aguas residuales que parecían pozos negros abiertos. El cólera, la fiebre tifoidea y muchas otras enfermedades transmitidas por el agua pasaron factura. En 1800, William Cruikshank de Inglaterra demostró que pequeñas dosis de cloro matarían los gérmenes en el agua. En la década de 1890, varios municipios descubrieron que filtrar lentamente el agua a través de lechos de arena también podría reducir significativamente la incidencia de enfermedades. El clamor público por el agua potable llegó a tal punto que, a principios de la década de 1900, la mayoría de las ciudades importantes de Estados Unidos habían instalado algún tipo de sistema de tratamiento de agua.

Incluso con el tratamiento del agua, la contaminación del agua siguió siendo una seria preocupación debido a que una cantidad cada vez mayor de desechos industriales se vertía en los ríos y lagos de la nación. A medida que se conocieron los efectos adversos para la salud del plomo, el arsénico, los pesticidas y otras sustancias químicas, el gobierno federal de los Estados Unidos se vio obligado a aprobar la Ley de Control de la Contaminación del Agua de 1948. Esta fue la primera legislación integral para definir y regular la calidad del agua. Fue seguido por una serie de requisitos cada vez más estrictos, que culminaron en los estándares actuales de calidad del agua de la Agencia de Protección Ambiental (EPA). Además de los estándares federales, la mayoría de los estados tienen sus propias leyes de calidad del agua y algunas leyes estatales son más estrictas que las especificadas por la EPA.

Tipos de agua

El agua pura es una entidad casi inexistente. La mayor parte del agua contiene cantidades variables de sales y minerales disueltos, además de una gran cantidad de partículas en suspensión, como limo y material orgánico microscópico. Los diferentes tipos de agua se clasifican por la presencia o ausencia de estas impurezas.

El agua del grifo, o agua municipal, se ha sometido a una serie de tratamientos para matar las bacterias dañinas, eliminar los sedimentos y eliminar los olores desagradables. También puede haber tenido uno o más productos químicos agregados por una variedad de razones.

El agua dura contiene altas cantidades de sales de calcio y magnesio. Esto hace que el jabón forme cuajada. El agua dura se divide a su vez en agua temporalmente dura y agua dura permanentemente. El agua dura temporalmente contiene bicarbonatos de calcio y / o magnesio, que reaccionan para formar una sustancia dura llamada incrustaciones cuando se calienta el agua. Las incrustaciones pueden obstruir los calentadores de agua y las tuberías y dejar depósitos en los utensilios de cocina. El agua dura permanentemente contiene sulfatos, cloruros o nitratos de calcio y / o magnesio, que no se ven afectados por el calentamiento. El agua blanda contiene cantidades relativamente bajas de sales de calcio y magnesio, aunque la definición de "bajo" varía. El término "agua ablandada" se refiere al agua dura a la que se le han eliminado químicamente suficientes sales para evitar la formación de cuajada de jabón. Tiene un alto contenido de cloruro de sodio.

Si el agua contiene una gran cantidad de minerales disueltos, se llama agua mineral. Las aguas minerales se pueden dividir en cinco clases principales:salinas, alcalinas, ferrunginosas, sulfurosas y potables. El agua salina tiene un alto nivel de sulfato de sodio o magnesio o cloruro de sodio. El agua alcalina tiene una alta concentración de sales que le dan un pH en el rango de aproximadamente 7,2-9,5, donde un pH de 7 es neutro y un pH de 14 es muy alcalino. El agua ferrungiosa es rica en hierro, lo que le da un color oxidado. El agua sulfurosa es rica en compuestos de azufre y se distingue por su olor a huevo podrido. El agua potable tiene un contenido mineral de menos de 500 partes por millón y generalmente se embotella y vende como agua potable de especialidad.

El agua carbonatada, el agua con gas y el agua con gas contienen dióxido de carbono disuelto. Esto puede ocurrir de forma natural donde hay piedra caliza u otras rocas carbonatadas, o el dióxido de carbono puede agregarse artificialmente bajo presión.

El agua de manantial y el agua artesiana se distinguen solo por el hecho de que fluyen del suelo de forma natural sin la ayuda de perforación o bombeo. De lo contrario, no hay nada que los diferencie del agua de otras fuentes.

El agua destilada se ha purificado mediante un proceso de evaporación-condensación que elimina la mayoría, pero no todas, las impurezas. El agua desionizada se ha purificado mediante un proceso de intercambio iónico, que elimina tanto los iones positivos, como el calcio y el sodio, como los iones negativos, como los cloruros y los bicarbonatos. A veces se le llama agua desmineralizada. El agua purificada es agua municipal que se ha sometido a filtración de carbón, destilación, desionización, ósmosis inversa, esterilización ultravioleta o alguna combinación de estos procesos para eliminar casi todos los minerales y elementos químicos, tanto buenos como malos.

Materias primas

Una molécula de agua consta de dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. El símbolo químico es H ₂ O. El agua generalmente también contiene una amplia gama de materiales orgánicos e inorgánicos en solución o suspensión.

En el proceso de tratamiento del agua para su uso en un sistema municipal, se pueden agregar varios productos químicos. Estos incluyen desinfectantes como cloro, cloramina u ozono; coagulantes como sulfato de aluminio, cloruro férrico y varios polímeros orgánicos; neutralizadores de acidez como sosa cáustica o cal; y productos químicos para ayudar a prevenir la caries dental en forma de varios compuestos de flúor.

El proceso de tratamiento

El proceso de tratamiento de agua específico depende de la aplicación prevista. Algo de agua, como el agua que se usa para regar los cultivos, no recibe tratamiento. El resto del agua, como el agua que se utiliza para fabricar productos farmacéuticos, está muy purificada.

A continuación, se muestra una serie típica de operaciones que se utilizan para tratar el agua municipal para su distribución a hogares y empresas.

Recolección

• 1 La mayor parte del agua municipal proviene de dos fuentes:agua subterránea y agua superficial. La mayor parte del agua subterránea se extrae mediante la perforación de pozos en la capa subterránea que contiene agua llamada acuífero. Parte del agua subterránea se eleva naturalmente en forma de manantiales. El agua superficial es captada por los ríos que se encuentran detrás de las presas. El área circundante que desemboca en los ríos se llama cuenca. En muchos casos, el acceso y uso de la cuenca es limitado para prevenir la contaminación del agua de escorrentía.
• 2 Desde el pozo o presa, el agua se lleva a la planta de tratamiento de agua en canales abiertos o tuberías cerradas. En algunos casos, el suministro de agua está cerca del municipio. En otros casos, el agua debe transportarse muchos cientos de millas (km) para llegar a su destino. A veces, el agua se almacena en depósitos intermedios a lo largo del camino para garantizar que siempre haya un suministro adecuado disponible para satisfacer las necesidades fluctuantes de una ciudad.

Desinfección

• 3 En algunas plantas de tratamiento de agua, el agua se desinfecta inicialmente por contacto con aire rico en ozono en una serie de cámaras. Este paso lo utilizan la mayoría de las plantas en Europa, pero solo unas pocas plantas en los Estados Unidos. El ozono (03) se forma haciendo pasar aire comprimido a través de un arco eléctrico de alto voltaje. Esto hace que algunas de las moléculas de oxígeno (02) en el aire se dividan por la mitad y se vuelvan a unir a otras moléculas de oxígeno para formar ozono. El ozono mata eficazmente la mayoría de los gérmenes y también destruye los compuestos que causan sabores y olores desagradables. Sin embargo, tiene una vida relativamente corta y no permanece en el agua para protegerla durante el almacenamiento y la distribución. Por esta razón, se agrega una pequeña dosis de cloro o cloramina al agua al final del proceso de tratamiento.

Coagulando / Floculando

• 4 El agua luego pasa a través de un mezclador flash donde los químicos conocidos como coagulantes se mezclan rápidamente con el agua. Los coagulantes alteran la carga eléctrica alrededor de las partículas suspendidas en el agua y hacen que se atraigan entre sí y se agrupen o coagulen.
• 5 El agua se mueve lentamente a través de una serie de cámaras donde se mezcla suavemente con el flujo arremolinado. A medida que el agua se mezcla, las partículas cargadas continúan chocando entre sí y forman partículas aún más grandes llamadas flóculos.

Asentamiento

• 6 El agua fluye hacia un recipiente o tanque de decantación donde los flóculos pesados ​​se hunden hasta el fondo. Algunas cuencas de decantación tienen dos niveles para duplicar su capacidad. El material que se deposita en el fondo se aspira fuera de la cubeta con un dispositivo como una aspiradora de piscina y se deposita en una cubeta de retención de sólidos. El material atrapado del filtro (paso 7) también se agrega al recipiente de retención de sólidos. Estos materiales combinados se envían a través de un espesador por gravedad y luego una prensa donde se exprime la mayor parte del agua. Los sólidos restantes se cargan en camiones y se transportan a un vertedero para su eliminación.

Filtrado

• 7 El agua parcialmente limpia pasa a través de varias capas de arena y carbón pulverizado, que atrapan las partículas muy pequeñas que quedan en el agua. Algunos organismos nocivos también quedan atrapados de esta manera en aquellas plantas de tratamiento de agua que no utilizan ozono como desinfectante inicial. Las capas de filtro se enjuagan periódicamente para eliminar el material atrapado.

Adsorción

• 8 En algunas plantas, el agua pasa a través de un lecho de gránulos de carbón activado. Los contaminantes químicos en el agua se adhieren a la superficie del carbón vegetal en un proceso conocido como adsorción de carbón.

Aireación

• 9 En algunas áreas donde el agua contiene cantidades indeseables de hierro y manganeso o ciertos gases disueltos, el agua se rocía al aire desde grandes cuencas para airearlo. Cuando el agua se mezcla con el aire, recoge oxígeno, lo que hace que algunos de los contaminantes se asienten. Otros contaminantes se eliminan por evaporación.

Fluoración

• 10 En algunas plantas de tratamiento de agua, se agrega un compuesto fluoes ride al agua para ayudar a prevenir la caries dental. El fluoruro se encuentra naturalmente en algunos suministros de agua y no se requieren cantidades adicionales. En el pasado, la fluoración ha sido un tema muy debatido y no todos los municipios agregan fluoruro a su agua.

Neutralizar

• 11 Se pueden agregar otros químicos al agua para ayudar a reducir la corrosión en tuberías y accesorios de plomería. Esto se hace agregando cantidades controladas de ciertos químicos para ajustar el factor de pH a un nivel neutral.

Distribución

• 12 Cuando el agua sale de la planta de tratamiento, recibe una pequeña dosis de cloro o cloramina para matar cualquier bacteria dañina que pueda haber ingresado al sistema de distribución. Si la planta no usa ozono como desinfectante inicial, se agrega una mayor cantidad de cloro o cloramina al agua.
• 13 Después de que el agua sale de la planta, generalmente se almacena en tanques o depósitos cubiertos para protegerla de la contaminación. En algunas áreas, estas instalaciones de almacenamiento están ubicadas a una elevación más alta que el terreno circundante, y el agua se bombea al tanque o depósito. Esta posición de almacenamiento elevada proporciona la presión necesaria para un flujo adecuado a través de la red de agua y las tuberías dentro de la ciudad. En otros casos, el agua se almacena en instalaciones a nivel del suelo y la presión es suministrada por bombas eléctricas que funcionan bajo demanda.

Control de calidad

Los estándares federales y estatales de calidad del agua establecen niveles máximos de contaminación para más de 90 materiales orgánicos, inorgánicos, microbiológicos y radiactivos que se pueden encontrar en el agua. Estos estándares se dividen además en estándares primarios, que cubren materiales que pueden ser dañinos para los humanos, y estándares secundarios, que cubren materiales y propiedades que pueden afectar cualidades estéticas como sabor, olor y apariencia. Un distrito de agua típico puede realizar más de 50.000 análisis químicos y bacteriológicos del suministro de agua cada año para garantizar que se cumplan los estándares.

El futuro

Se espera que la preocupación del público por el agua potable segura resulte en estándares de calidad del agua aún más estrictos en el futuro. Irónicamente, una de las preocupaciones más recientes no es la contaminación externa, sino los efectos de una de las sustancias comúnmente utilizadas para desinfectar el agua:el cloro. Los estudios realizados en los últimos 30 años han demostrado que el cloro forma ciertos compuestos con los materiales orgánicos que se encuentran en el agua. Los compuestos más comunes se llaman trihalometanos, o THM, que tienen un riesgo de 1 en 10,000 de causar cáncer cuando se ingieren o inhalan durante un período prolongado. Una alternativa al uso de cloro es la cloramina, que es una combinación de amoníaco y cloro que no forma THM tan fácilmente. Muchas plantas de tratamiento de agua ya han cambiado a cloramina. Otros desinfectantes alternativos incluyen ozono, luz ultravioleta, dióxido de cloro y un híbrido de ozono y peróxido de hidrógeno llamado peroxona.