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                                                                                                          TRATAMIENTO DE OLORES Y SABORES

     

                SABOR Y OLOR  EN EL AGUA

                ALGAS

                EL CARBON ACTIVO EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA                                                    

                                                  

                                                    


SABOR Y OLOR EN EL AGUA

 

            Son dos características que nos definen, con otros parámetros, la calidad estética del agua. Generalmente, las quejas más frecuentes de los consumidores, se refieren al “olor y sabor del agua”, que puede considerarse como una mezcla de los sentidos del olfato y gusto. 

El sabor y olor en el agua de consumo  (junto con la turbidez y el color constituye los parámetros que definen la calidad organoléptica del agua), pueden ser originados  por distintas causas que pueden encontrarse ya sean en su origen, en su tratamiento o en la propia red de distribución, generalmente las causas están en el origen.  Las aguas superficiales pueden deteriorarse por floraciones de algas o por vertidos de desechos industriales o domésticos, las agua subterráneas pueden verse  afectadas  por distintas sustancias disueltas que desde la superficie van penetrando hacia el interior tales como los nitratos, hierro, manganeso y otras así como otras de naturaleza orgánica. A titulo de ejemplo en la tabla siguiente se muestran algunos de los productos químicos que pueden causar problemas de olor y sabor en el agua.

Chemical cause/PProdcto químico

Taste/odor Sabor y olor

Origin  /Origen

Geosmin / Geosmina

earthy or grassy odors Olor a hierba y terroso

Produced by actinomycetes, blue-green algae, and green algae./ actinomicetos, algas verde-azules y algas verdes.

2-Methylisoborneol (MIB) / 2-Metilisoborneol (MIB)

musty odor/ olor a humedad

Produced by actinomycetes and blue-green algae./ actinomicetos y algas verde-azules.

2t, 4c, 7c-decatrienal /2t, 4c, 7c-decatrienal

fishy odor/ olor a pescado

Produced by blue-green algae.  /algas azul-verdes.

Chlorine /Cloro

bleach, chlorinous, or medicinal taste and/ odor lejía, a cloro, o el sabor y el olor medicinal

Addition of chlorine as a disinfectant.  /cloro empleado como desinfectante.

Chloramines/ Cloraminas

swimming pool, bleach, or geranium odor/ piscina, cloro, olor o geranio

Addition of chlorine and ammonia as a disinfectant.   /cloro yl amoníaco empleado como desinfectante.

Aldehydes/ Aldehídos

fruity odor/ frutado

Ozonation of water for disinfection./ Ozonización del agua para la desinfección.

Phenols and Chlorophenols /Fenoles y clorofenoles

pharmaceutical or medicinal taste /farmacéuticos o medicinales gusto

Phenols usually originate in industrial waste.  Chlorophenols are formed when phenols react with disinfecting chlorine.  /Fenoles (procedentes generalmente de los residuos industriales). Clorofenoles  (formados cuando los fenoles reaccionan con el cloro de desinfección).

Iron /Hierro

rusty or metallic taste / sabor metálico oxidado

Minerals in the ground. / minerales del suelo.

Manganese/ Manganeso

rusty or metallic taste / sabor metálico oxidado

Minerals in the ground. / minerales del suelo.

Hydrogen sulfide / Sulfuro de hidrógeno

rotten egg odor / olor a huevo podrido

Produced by anaerobic microorganisms in surface water or by sulfates in the ground. / microorganismos anaerobios en las aguas superficiales o sulfatos dell suelo.

Methane gas / Gas metano

garlic taste  /sabor a ajo

Decomposition of organic matter. / descomposición de materia orgánica.

 

 El agua de consumo que presenta un  sabor u olor anormal provoca alarma al consumidor y son las que más quejas originan al asociar estas anomalías con problemas sanitarios y aunque sanitariamente sea apta para el consumo, la Directiva Europea que regula la calidad de las aguas destinadas al consumo humano exige la salubridad y limpieza, por tanto no solo hay que garantizar la calidad sanitaria del agua sino que esta deberá reunir unas condiciones organolépticas adecuadas.

Identificar algunas de las sustancias que originan los problemas de olor y sabor son difíciles de llevar a cabo, desde el punto de vista analítico, dado las bajas concentraciones en las que generalmente se encuentran en el agua y ser compuestos orgánicos volátiles. Los equipos e instrumentos analíticos tienen que complementarse con la ayuda de  las percepciones humanas respecto al olfato y al gusto, de manera que son necesarias pruebas sensoriales de degustación por un grupo o equipo de unas 4 a 6 personas entrenadas adecuadamente, este grupo de personas constituyen lo que se denomina como panel de degustación.

Los componentes del panel de degustación para describir las características que observan al oler y probar un agua emplean una serie de términos conocidos como descriptores.

Inspirada en la rueda de gustos y olores utilizada para la cerveza, la International  Water Association (IWA) actualizó en el año 2000 una rueda equivalente para el agua, es la rueda de descriptores para el análisis sensorial del agua,

En la figura siguiente se muestra la la rueda empleada por la American Water  Works Association , y también  utilizada por Aguas de Barcelona , la rueda está dividida en sectores y subsectores ,  en ella se representan los gustos los olores y las sensaciones más importantes.

                                    

 Los gustos son los cuatro clásicos. Dulce, Salado, Amargo y Acido.  Los olores están repartidos entre naturales y químicos y dentro de ellos se recogen los descriptores correspondientes. Las sensaciones se refieren a las impresiones que se perciben al  oler y degustar el agua (temperatura, efervescencia, penetrante, etc). Finalmente en la parte periférica de la rueda figuran las sustancias químicas que se asemejan a los descriptores que manejan los componentes del panel de degustación.

Análisis del perfil olfato gustativo y del umbral de olor y sabor.- El análisis del perfil se utiliza para determinar y cuantificar los olores y sabores del agua, esta prueba se realiza con los componentes del panel y en cuanto a las intensidades del descriptor encontrado se fijan unos valores de una escala que puede ir de 1 a 10 o de 1 a 12, siendo 1 el valor al cual se empieza a percibir la sustancia o descriptor y los valores finales(10 o 12) para intensidades fuertes del descriptor. El umbral de olor o sabor es la mínima cantidad de una sustancia que puede ser percibida.

 El número que define el umbral se determina mediante las veces que ha sido necesario diluir el agua problema con agua destilada sin olor ni sabor para dejar un apenas perceptible olor. Si a un volumen V0 de agua objeto del ensayo, se le añade el volumen mínimo necesario V1 para dejar de percibir el olor, el número umbral N será:

                                                             N  =  (V0  +  V1) ̸ V0

                      En los controles sistemáticos del olor y sabor se emplea el índice de dilución que se corresponde con el número de veces que hay que diluir la muestra de agua, con agua libre de olor y sabor, para que no llegue a detectarse prácticamente ni olor ni sabor.

            Distintas personas que estén ejerciendo el ensayo, pueden interpretar de forma distinta el olor y su intensidad, por lo que a estas pruebas hay que darles un cierto margen de error, debido a las valoraciones de las personas que formen el panel de probadores. 

            Son muy numerosas las sustancias que comunican sabores y olores al agua: el sulfhídrico, SH2, comunica su característico sabor a huevos podridos, pero es fácilmente eliminado por aireación y oxidación. Algunos compuestos inorgánicos (iónes metálicos) como Fe++ y Mn++), originan cierto sabor metálico. Las principales sustancias que comunican sensaciones desagradables en olor y/o sabor, son compuestos orgánicos, alguno de ellos en mínimas concentraciones (del orden de mil millonésimas), puede ser el caso de los olores fenólicos o medicinales, originados por vertidos industriales a los cauces de agua o por fenómenos bioquímicos entre ciertos compuestos procedentes de las algas y algunas levaduras y mohos que pueden encontrarse en la propia red de distribución. 

            Uno de los principales orígenes del sabor y olor en el agua, es el producido por el metabolismo de determinados microorganismos, especialmente el fitoplancton, concretamente determinados tipos de algas, como las algas verdes-azules, las verdes, las diatomeas y los flagelados. 

            Algunas especies de algas diatomeas, como la Asterionella y Synedra, producen sabores y olores especialmente desagradables (concentraciones de 500 Uds./ml.) de Asterionella, comunican ya estos sabores. 

            A veces, concentraciones muy pequeñas (del orden de 4 o 5 organismos/ml.), como es el caso del flagelado Synedra, son suficientes para  producir un fuerte y desagradable olor a pepino. 

            Cianoficeas como Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis y otras, son tambien especies responsables de estos olores desagradables. 

            Otras Algas Verdes (con clorofila A y B) como la Staurastrum, son igualmente causantes de sabores y olores característicos. 

            Algas como Anabaena, Actinastrom, Chorella, Nostoc, Oscillatoria,  pueden producir en el agua sabor y olor a moho, otras algas verdes del genero  Cladophora Hydrodictyon provocan olores a sépticos o  a alcantarilla .

            Algas como  Ceratium, Nitella, Synura producen sabores amargos, mientras que otras como Chlamydomonas, Cryptomonas, Clophosphoeria, Euglena, Microcystis producen un cierto sabor dulce.

            Finalmente, hay que señalar, que las bacterias actinomicetos, originan olores a “tierra húmeda” y “mohoso”, (atribuído a metabolitos volátiles formados durante su desarrollo), ya que poseen dos compuestos, el 2, metilisoborneol (MIB) y la geosmina (también producida por algunas algas verdes-azules filamentosas) que han sido aislados como agentes responsables; trazas de estos productos son suficientes para comunicar también un desagradable olor a pescado. 

 Son frecuentes los casos en que las quejas sobre el sabor y el olor de un agua( generalmente olor a tierra húmeda)  se deben a la  Geosmina y al MIB. La Geosmina que desde antiguo se conoce o traduce como "olor a tierra" es el 1,2,7,7-tetrametil-2-norborneol, el MIB es el 2-metilisoborneol, ambos compuestos tienen un umbral de olor muy bajo, del orden de ng/L

            Las técnicas para eliminación de olores y sabores que suelen emplearse son: en primer lugar, un tratamiento con sulfato de cobre en el origen (embalse o lago), con la intención de evitar el desarrollo de algas, es decir, como algicida. El tratamiento con sulfato de cobre se puede considerar limitado a una capa de unos cinco metros desde la superficie, no empleándose dosis mayores de 0,5 p.p.m., que pueden ser tóxicas para algunos peces, a este respecto sería más apropiado el empleo de compuestos quelatos de cobre. 

            En las propias estaciones de tratamiento, la técnica que en primer lugar se emplea, se basa en la oxidación de las sustancias odoríferas, siendo el método más frecuentemente empleado la cloración, específicamente la cloración hasta conseguir cloro residual libre (proceso de break-point) en precloración, para conseguir una oxidación completa, ya que algunos compuestos clorados intermedios, pueden causar o intensificar los sabores y olores ya existentes, o modificarlos “sabores medicinales”, al formar compuestos organoclorados, de aquí la necesidad de aumentar la dosis de cloro hasta conseguir el break-point para que desaparezcan en la medida de lo posible estos compuestos inicialmente formados. El propio cloro por sí mismo es a veces el origen de las quejas por olor y sabor del agua tratada por parte de los consumidores.

La mayor parte de los compuestos orgánicos del agua que causan problemas organolépticos y sanitarios, son compuestos no saturados (por ejemplo los compuestos aromáticos). Los dobles y triples enlaces cuando se suceden en una cadena con separaciones de enlaces simples, existe una "fluidez electrónica" y los electrones pueden circular a lo largo de la cadena. Estas moléculas son moléculas conjugadas (las proteínas son moléculas conjugadas). En estas circunstancias la oxidación tiene por objeto destruir esta "fluidez electrónica" que es "característica de la vida".

El cloro además de oxidante tiene el inconveniente (para el caso que aquí nos ocupa de desinfección del agua), de formar compuestos de adición moviendo los dobles y triples enlaces.

            El dióxido de cloro no se fija en cambio en los dobles enlaces de los núcleos aromáticos, de los compuestos hidroxilo o de las cadenas etilénicas y oxida a las sustancias odoríferas a una velocidad superior a la del cloro y  no formando por ejemplo clorofenoles, se emplea en precloración, en sustitución del cloro, cuando las necesidades lo requieren. El permanganato potásico es otro de los oxidantes empleados con frecuencia, especialmente en casos de olores provocados por vertidos industriales y algas.

            Otro oxidante empleado en el control del sabor y olor es el ozono. Se consiguen resultados satisfactorios con dosis máximas de 2 gr./m3

            Hay que tener presente que cuando se presentan estos problemas de olor y sabor hay que potenciar el proceso convencional de coagulación-floculación, sedimentación y filtración (aún cuando la turbidez y color sean mínimos, turbidez <2, color <15) ya que los grandes flóculos eliminan también sustancias odoríferas del agua, por adsorción.   

 

Oxidación de varios compuestos que producen olor y sabor en el agua con diferentes oxidantes

Compuesto

Oxidante

% de eliminación

 

 

1-Exanal

Cl2

5

ClO2

-28

O3

42

ClNH2

-79

MnO4K

33

 

 

1-Eptanal

Cl2

-79

ClO2

-83

O3

12

ClNH2

-60

MnO4K

49

 

 

Dimetiltrisulfuro

Cl2

>99

ClO2

>99

O3

>99

ClNH2

>99

MnO4K

82

 

 

2.4 Decadienal

Cl2

54

ClO2

35

O3

99

ClNH2

57

MnO4K

95

 

 

MIB

Cl2

10

ClO2

2

O3

78

ClNH2

15

MnO4K

13

 

 

Geosmina

Cl2

16

ClO2

17

O3

89

ClNH2

27

MnO4k

31

Tiempo de reacción 2 h. Dosis de oxidante 3 mg /l (excepto para el ozono cuyo tiempo de contacto es de 20 minutos y dosis de 0,2 mg/l)

Los valores negativos significan formación de olores y sabores tras la oxidación

            Como técnica más ampliamente aceptada y aplicada en la eliminación de estos problemas de olor y sabor está el empleo del carbón activo, ya sea aplicándolo en forma de polvo, antes de la coagulación o en cualquier caso, antes de la filtración o en forma  granular, como medio filtrante en el proceso de tratamiento del agua. 

            El uso del carbón activado se basa fundamentalmente en sus propiedades de adsorción (también las catalíticas) dada su gran superficie y distribución de poros, reteniendo y eliminando del agua, principalmente, compuestos orgánicos, no sólo los productores de olores y sabores, sino otras sustancias y contaminantes presentes en el agua y perjudiciales para la salud. 

            El carbón activado se prepara a partir de distintos materiales (principalmente a partir de lignitos, cáscaras de semillas, turbas, etc.) y posteriormente es procesado para mejorar las propiedades de adsorción. 

            El empleo del carbón, tanto en el tratamiento de agua como en aplicaciones farmaceúticas de destoxificación data de hace muchos siglos. 

Olores y sabores en la red de distribución 

            Los olores y sabores pueden originarse en la propia red de distribución y suelen ser menos conocidos y más difícil de adjudicar la causa que los origina, que los procedentes de las propias fuentes de captación, otra característica es su menor concentración para producir una más intensa percepción. 

            Los principales responsables de los sabores a moho y terroso, suelen ser los actinomicetos, levaduras y hongos, siendo en muchos casos el tricloroanisol la molécula responsable de estos problemas. 

            Cuando las concentraciones en cloro residual son menores de 0,1 mg/l., si es cloro libre, o 0,50 mg/l., si son cloraminas, pueden predominar los sabores a moho o tierra húmeda, si los valores del cloro residual son mayores, pueden llegar a enmascarar y disminuir la percepción de estos sabores, entre otras causas por la inhibición de la actividad biológica de los actinomicetos y levaduras. 

            Por supuesto, que muchas quejas de los consumidores por los malos sabores del agua, como se ha expuesto en párrafos anteriores, pueden estar asociados a la presencia de metabolitos de las algas (MIB y geosmina) que llegan a atravesar las instalaciones de las plantas de tratamiento, llegando así a la red, pero en cambio son bastantes los episodios de olores y sabores cuyo origen es más desconocido, alguna de estas causas han sido puestas en evidencia en diversos estudios que han revelado que algunos de estos sabores se deben a la presencia de haloanisoles, concretamente tricloroanisoles, en el agua de la red, estos haloanisoles provienen de la biotransformación de los halofenoles por medio de hongos y levaduras de los actinomicetos (es decir, hay una metilación de los clorofenoles a cloroanisoles).   

            A este respecto, se puede señalar los ensayos y estudios realizados en una red piloto instalada en la ciudad francesa de Mont-Valerien para estudiar los sabores a moho, ligados a la transformación de los triclorofenoles en tricloroanisoles, para lo cual a la red piloto alimentada con agua de la red, se le incorporó 2.3.6 y 2.4.6 triclorofenol, comprobándose que una semana después se detectaban sabores a moho ligados a concentraciones medidas de triclorofenol del orden de mg./l., como consecuencia de la intervención de las levaduras que transformaron el triclorofenol en tricloroanisol. En este mismo trabajo, se han estudiado los parámetros que más influyen en la formación de los tricloroanisoles, favoreciendo la aparición de estos sabores desagradables en la red, concluyéndose según los ensayos de laboratorios y la red-piloto que: 1) La producción de estos tricloroanisoles está directamente ligada a la concentración de levaduras; 2) El aumento de temperatura, al aumentar la actividad de los microorganismos, aumenta la formación de tricloroanisol (al pasar de 15º C a 25º C los sabores se incrementaron tres veces más; 3) La concentración en precursores (en este caso triclorofenol) no parece influir mucho en la velocidad de transformación de la bio-metilación y 4) La recloración de la red detuvo el aumento de los sabores a moho del agua, al inhibir las levaduras del agua, (no tanto las levaduras fijadas en las paredes o biofilm de las conducciones).   


                                                (ENLACES OLOR Y SABOR)

¿A qué huele el agua?  Un asunto de I+D+i. Articulo de Pablo Gomez,  publicado en   LA RAZON .es

Problemas en la calidad estética del agua : Publicación de Water Quality Research Council, en inglés, con unas breves descripciones de parámetros como la turbidez, color, sabor y olor y tratamientos para su eliminación.

Aproximación para reducir los problemas de olor y sabor en el agua : Articulo del Department of  Plant Biology of Arizona, exponiendo los problemas de olor y sabor que se presentan en el agua de la ciudad de Phoenix, asi como los estudios llevados a cabo para identificar las causas del olor y sabor, generalmente sabor y olor terroso y a moho. Describe tambien las pruebas realizadas , sin mucho exito, empleando citral para paliar o enmascarar los problemas de olor y sabor asociados al MIB y geosmina. De la s 40 especies de algas identificadas en sus aguas, tres eran productoras de MIB y/o geosmina. Exponen por otra parte el empleo de un panel de personas para correlacionar sus apreciaciones del perfil de sabor, con los datos de análisis por cromatografía de gases y espectroscopía de masas, resultando correlaciones bastante fiables. 

Articulos diversos sobre olor y sabor en el agua potable : 41artículos publicados en la Revista Water Science and Technology de la IWA. Todos ellos dedicados a los problemas de olores y sabores en al agua potable. Recogidos en el volumen 40 , nº 6 de esta revista, en inglés y formato pdf. Como ejemplo de estos 41 artículos se pueden reseñar el titulo, en español ,de 12 de ellos:

- El olor y sabor en el agua potable en el cambio de milenio : Tras la geosmina y MIB 

- Casos resueltos y no resueltos de episodios de sabores y olores en Francia.

- Indice de calidad estética en el abastecimiento de agua de Barcelona.

- Método simplificado para determinar la dosis de carbón en polvo, requerida para la eliminación de metilisoborneol (MIB).

- Problemas de sabor asociados con especies con especies planktonicas de Pseudamabaena.

-Avances en los procesos de tratamiento para solucionar los problemas de sabores     en el agua potable.

- Estudio del origen de sabor a moho en los abastecimientos de agua potable.

- Efecto del metabolíto cianobacterial, geosmina, en el crecimiento de las algas verdes. 

- Estudio de los posibles orígenes de los episodios de sabor y olor a cloro en la red de distribución.

- Identificación de compuestos causantes de sabor a madera y heno en un abastecimiento de agua.

- Factores que afectan la estabilidad y comportamiento de los olores a hierba en el agua potable.

- Caracterización de la Oscillatoria F.Granulata en la producción de MIB y Geosmina.  

Taste and odor : Publicación de J.Hou y Blake Clancy, en inglés, en la página de Water Treatment Primer , Virginia , USA, donde tras una breve introducción sobre los  de olores y sabores en el agua , pasan a exponer los problemas ocasionados por las algas , con algunas imágenes y técnicas de tratamiento.

Otra publicación de la misma página, por A.Dalecky y Sharon Swet, con contenidos en parte similares al anterior , incluyendo métodos de medición , se puede consultar en. Taste and Odor Control.

Taste and Odor (T&O) . ¿Que causa los problemas de olor y sabor en el agua?. Página de Highline Water District.

El estado de la cuestión de los olores y sabores en aguas. Crónica del Sixth IWA Symposium on Off-Flavours in the Acuatic Environment. Barcelona, Octubre 2002. Artículo de Ricardo Devesa y Cristina Fabrellas. Area de Química. Aguas de Barcelona.

Efectos de la temperatura en la percepción del olor del agua potable. Publicación en inglés, correspondiente a la Tesis de Andrew James Whelton. Instituto Politécnico de Virginia.

Remoción de Olor y Sabor de Aguas Naturales Causados por Enodotoxinas: Caso del 2-Metilisoborneol (MIB)Por Rosa María Ramírez Zamora y Antonio Durán Pilotzi

Taste and odor control . Publicación de Zane Satterfield, P. E., The National Environmental Services Center at West Virginia University.

Efectividad de una estación de tratamiento de agua potable con filtros de arena o carbón activo ante el fitoplancton causante de olores y sabores en el agua potable. Articulo de José Luis Sánchez  López,  publicado en la Revista de Obras Públicas

Aesthetic issues for drinking water. Articulo, en ingles de Andrea M Dietrich. Publicado en IWA Publishing 2006 Journal of Water and Health | 2006

 

Taste-and-Odor ControlEvergreen Lake - Autumn, 2004 .

Treatment Process Performance Evaluation and Investigation of Taste and Odor Problems. submitted to City of Greenville, Illinois.July, 2003


 ALGAS

Las algas están en todos los medios acuáticos naturales, especialmente donde hay luz solar. Se han descubierto más de 30.000 variedades y pueden sobrevivir en condiciones extremas desde en los glaciares de las montañas hasta en los manantiales de agua a altas temperatura y elevadas salinidades.

Las aguas dulces constituyen un buen habitat para el crecimiento y proliferación de algas, especialmente si en estas aguas hay los suficientes nutrientes, como son los fosfatos, nitratos y materia orgánica, a este respecto las aguas se pueden clasificar en :

Aguas oligotróficas : Pobres en sales nutritivas, ricas en oxigeno y de pH neutro o alcalino, las algas son escasas en estas aguas, siendo las diatomeas y crisofíceas las especies más abundantes.

Aguas distróficas : Pobres en sales nutritivas, poco oxigenadas, generalmente con pH ácido, suelen ser las aguas de turberas, con muy escasas especies de algas.

Aguas eutróficas : Ricas en nutrientes y sales, tanto neutras como alcalinas y alcalinotérreas, abundan distintas especies de algas tales como las diatomeas, clorofítas, cianofítas y euglenofíceas.

El aumento de nutrientes en las aguas o eutrofización, favorece el crecimiento del algas. Cuando estas algas y otras plantas acuáticas mueren, se depositan en el fondo de los ríos, lagos y embalses, aportando materia orgánica al descomponerse y consumiendo el oxigeno disuelto. No solo los nutrientes favorecen la proliferación de algas, otras circunstancias como la temperatura y la luminosidad son de gran importancia en este crecimiento.

La variedad de algas de agua dulce es muy amplia, algunas de ellas generan sustancias que comunican sabores y olores desagradables al agua, otras incluso generan sustancias tóxicas, como puede ocurrir con las algas verde-azules o cianofíceas, que pueden originar dos tipos de sustancias tóxicas, la anatoxina (neurotóxica) y la microcystina (hepatóxica), que es producida por la Micricystis aeruginosa. No todas las cianofíceas son tóxicas, algunas incluso son útiles en la producción de arroz ( por ejemplo en China), es decir, son utilizadas como biofertilizantes, al ser una fuente de nitrógeno, ya que pueden fijar el nitrógeno del aire. Las algas cianofíceas, además de poder fijar el nitrógeno atmosférico, pueden utilizar el dióxido de carbono en la fotosíntesis, en condiciones muy adversas y hasta pueden utilizar los bicarbonatos como fuente de carbono.      

Las algas forman grandes masas formadas por millones de ellas, esto lo apreciamos cuando vemos las superficies de lagos y estanques. A pesar de los problemas que pueden causar al agua, la ausencia de ellas en esta privarían al agua  de vida, a veces cuando la cantidad o densidad de algas es muy elevada, no solo originan lo que se conocen como floraciones de algas sino que pueden comunicar al agua características desagradables y hasta toxicas. Algunas especies pueden producir neurotoxinas pudiendo llegar a ser graves los problemas para la salud si se ingieren con el agua. Las algas más frecuentes de las floraciones son las planctónicas, florecen en aguas ricas en nutrientes.                 

 LAMINAS DE ALGAS EN COLOR (Fuente: "Standard Methods" For the Examination of Water and Wastewater


                

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Algae in Domestic Water Supplies

Russell G. Rhodes

Department of Biology

Southwest Missouri State University

 

anabae_a.jpg (16186 bytes) MICROC_S.gif (44204 bytes) APHANI1_small.jpg (42707 bytes) astero_a.jpg (13569 bytes)
Anabaena Anacystis (Microcystis) Aphanizomenon Asterionella
ceratium.jpg (15771 bytes) charajug.jpg (13369 bytes) chlamy_s.jpg (7521 bytes) chlore_a.jpg (16161 bytes)
Ceratium Chara Chlamydomonas Chlorella
cladop_a.jpg (106356 bytes) closte_m.jpg (12049 bytes) cosmarium.jpg (3232 bytes) cryptomonas.jpg (10947 bytes)
Cladophora Closterium Cosmarium Cryptomonas and Lepocinclis (euglenoid)
Cyclotella.JPG (56571 bytes) CYLINDPO.jpg (52024 bytes) cylindrospermum-a.jpg (19426 bytes) diato_1.JPG (80720 bytes)
Cyclotella Cylindrospermopsis Cylindrospermum Diatoma
dictyo_m.jpg (11537 bytes) dinobr_n.jpg (12624 bytes) EUDORI_A.gif (41763 bytes) Euglena.jpg (28539 bytes)
Dictyosphaerium Dinobryon Eudorina Euglena
fragil_a.jpg (12533 bytes) gloeotrichia.jpg (33237 bytes) mallom_s.jpg (10167 bytes)
Fragilaria Gloeotrichia Hydrodictyon Mallomonas
melosira.jpg (10230 bytes) meridion.jpg (41018 bytes) microc_s.jpg (6420 bytes) nostoc.jpg (22763 bytes)
Melosira Meridion Microcystis Nostoc
oscilla.jpg (38296 bytes) pedias_a.jpg (8142 bytes)

See Link

SCENEDSS.jpg (11304 bytes)
Oscillatoria Pediastrum Pleurosigma Scenedesmus
spirog_c.jpg (50476 bytes) staurastrum.jpg (5615 bytes)

See Link

 

synedra1.jpg (9898 bytes)
Spirogyra Staurastrum Stephanodiscus Synedra
synura.jpg (15097 bytes) tribon_a.jpg (85591 bytes) UROGLE1_small.jpg (45413 bytes) ulothrix.jpg (13222 bytes)
Synura Tribonema Uroglenopsis Ulothrix
volvox.jpg (16802 bytes)      
Volvox      
 

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Páginas sobre algas: Universidad de Ohio -  (Dr.Norgan Vis ). Links e imágenes de algas.

Phytoplankton Image Library : Página de Cedar Eden Environmental, LLC con fotomicrografias de Michael R.Martin's con diferentes géneros de algas y zooplankton.

Atlas de microorganismos : Página de AYMA (Agua y Medio Ambiente Ingeniería de Procesos Biológicos) Interesante página donde destacan varios capítulos como : Analisis y Biología . Microorganismos y Bioindicadores . Artículos y Atlas de Microorganismos, profusamente ilustrada.

Algas diatomeas. Página de Indiana University.  http://www.indiana.edu/~diatom/diatom.html

Colección de algas. Página de la University of Texas at Austin.

 Algas, hongos y protozoos                                                            

                        Cianofíceas

 

                                                                    

             

Las algas "verde-azules" es el término comunmente empleado para las cianobacterias (en griego, "bacterias azules"), prosperan en un clima cálido y en agua estancada, y a pesar del nombre también pueden ser de color rojizo o verde brillante.

Hay varias especies diferentes de algas verde-azules. Las algas verde-azules pueden existir como organismos unicelulares, vivir en colonias o formar filamentos, Algunas especies de algas verde-azules son tóxicas, mientras que otras son inofensivas. Una de las especies inofensivas de algas verdes-azules es la espirulina. Las especies tóxicas de algas verde-azules son Anabaena, Microcystis, Oscillatoria y Aphanizomenon.

Las floraciones de cianobacterias se componen de células diminutas. Estas células pueden albergar varias "cianotoxinas" o "toxinas de cianobacterias". Cuando las células se rompen, las toxinas se liberan en el agua y pueden ser perjudiciales para los seres humanos y animales

Cuando las algas verde-azules se extienden, gracias a condiciones climáticas óptimas, pueden convertir el agua en un color verdoso, azulado, rojizo o marrón y crear una película espumosa en la superficie. Las algas verde-azules en floración a menudo harán que el cuerpo circundante de agua huela como hierba o como basura (en el caso de floraciones viejas), aunque la falta de olor no significa que las algas florecientes no sean peligrosas.

Las floraciones de cianobacterias se componen de células diminutas. Estas células pueden albergar varias "cianotoxinas" o "toxinas de cianobacterias". Cuando las células se rompen, las toxinas se liberan en el agua y pueden ser perjudiciales para los seres humanos y animales.

Anabaena flos-aqua ( Pag. Cyanosite)        Microcystis aeuroginosa       Oscillatoria princeps                                    Blooms de Microcystis

 Cyanobacterias -Conferencia sobre Blooms de algas en Tasmania.

 Algas cianofítas. Página de la Universidad de Extremadura, con descripciones tales como características, citología, reproducción, movilidad, ecología y clasificación.

Algas verdes (cianobacterias) y sus toxinas : Página en inglés de Healthy Environments y Consumer Safety Branch oof health Canada.

Tóxicos de origen cianobacteriano - Microcistinas. Articulo de Marcelo Nicolas Braga, publicado en la página ZOE Tecno-Campo. Desde esta página se puede pasar a un interesante articulo "Algas y Cianobacterias en Aguas Dulces" y otros.

Algas perjudiciales. Página de NSF y NOAA con descripciones de blooms de algas perjudiciales.

AlgasClorofítas . Página de la Universidad de Extremadura, con descripciones tales como características, citología, reproducción, movilidad, ecología y clasificación.

Detección de cianobacteria y sus toxinas : Una revisión.  Articulo de Roset J, Aguayo S, Muñoz MJ, Centro de Investigación en Sanidad Animal (CISA-INIA), 28150 Valdeolmos (Madrid).Publicado por Rev. Toxicol. (2001) 18: 65-71

IMPORTANCIA DE LAS CIANOBACTERIAS COMO FACTOR DE TOXICIDAD EN LAS AGUAS CONTINENTALES.Articulo de Lino Pizzolon, Laboratorio de Ecología Acuática. Facultad de Ciencias Naturales. Universidad Nacional de la Patagonia. 9200 Esquel (Chubut). Argentina.

 CIANOBACTERIAS EN AGUAS DE CONSUMO Y DE RECREO: UN PROBLEMA DE TODOS.Publicación de Antonio Quesada, David Carrasco y Samuel Cirés, Departamento de Biología

Universidad Autónoma de Madrid. Recogido en la página de http://hercules.cedex.es

Agua con algas: una medida del "desequilibrio" del consumidor. Lic. Rodolfo Romanelli. Departamento de Economía - UNS. 12 de octubre y San Juan - 7mo piso.8000 Bahía Blanca.

 Spectrofluorometro en la monitorización de cianobacterias.The example of lake Bourget. National Institute of Agronomic Research. Thonon . France

  Las cianobacterias en las masas de agua españolas: desarrollo de herramientas modernas para asegurar el agua potable. . Publicado por  José Aguado Alonso el 2 Febrero, 2011 en el blogs madri+d de la página   madrimasd.org

NUEVOS RIESGOS PARA EL AGUA POTABLE: MICROCISTINA.  Mejora de la calidad del agua de consumo por eliminación de toxinas.Recogido en http://portal.aragon.es

Alga toxica. .El eucalipto, aliado del Umia en la lucha contra la cianobacteria. La presa de Caldas de Reis recibirá en un año 60 toneladas de corteza. Cristina Barral .pontevedra / la voz 12/7/2011.

Cianobacterias en los embalses españoles. Articulo de Caridad de Hoyos Alonso. Centro de Estudios Hidrográficos. CEDEX.

Publicaciones y noticias sobre cianobacterias recogidas por la Agencia SINC

 

Biosensor óptico para analizar en aguas dulces las microcistinas. Articulo recogido por sinc

Investigadores de la Universidad Complutense de Madrid han desarrollado un biosensor óptico para analizar en aguas dulces las microcistinas, unas toxinas que producen las cianobacterias. El estudio se publica en la revista Biosensors & Bioelectronics.

Prevención y/o reducción de presencia de Algas en Estaciones de Tratamiento de Agua. Preparación del “Caldo Bordelés”. publicación de R-chemical.com

Toxina afecta consumo de agua de 500 mil residentes en Ohio, EE.UU. Noticia de Prensa Latina.    Agencia Informativa Latinoamericana. Washington 2 -8-2014

 

El CARBON ACTIVO EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA       

           granoscarbon.jpg (10366 bytes)                             

     GRANOS DE CARBON ACTIVO         ESTRUCTURA EN PLACAS GRAFITICAS DEL CARBON ACTIVO 

 

INTRODUCCION                 

            El empleo del carbón vegetal como medio adsorbente empleado con propósitos medicinales, data de hace siglos. En el siglo XVIII, Sheele reconoce las propiedades de adsorción del carbón en experimentos con gases. Hoy día está muy extendido su empleo, tanto para eliminar contaminante del agua como del aire; en el agua se emplea cada vez más para eliminar compuestos orgánicos que comunican color, olor y sabor desagradables. Las propiedades de adsorción del carbón se deben a su elevada porosidad, que le proporciona una gran superficie.

                             

                                 Fotografia poros carbón activo                 

            Para la preparación del carbón activo, se suele partir generalmente de carbones vegetales, de madera, de cáscara de coco, lignitos y turba. El proceso seguido para la activación comprende una deshidratación, carbonización y activación; las dos primeras son realizadas calentando lentamente el carbón fuera del contacto del aire y posteriormente a este material, cuyos poros son muy pequeños, se le somete a la acción de un agente oxidante o una mezcla de gases y vapor de agua a una temperatura entre 800ºC y 1.000º C, con lo cual se aumenta el tamaño del poro, obteniendo una amplia gama de poros que le hacen útil para una gran diversidad de aplicaciones específicas. El carbón activado se puede producir en polvo o en grano y tiene una estructura formada por placas grafíticas. Las altas temperaturas, la atmosfera especial del horno y el vapor que se suministra en la preparación del carbón activado es la que hace "activar" y dejar la actividad típica del carbón activado.

El tamaño del carbón activo se suele expresar por los tamaños de malla, así por ejemplo un tamaño 12 x 30 quiere decir que el 90 % del carbón es mayor que la malla # 30 y menor que una malla # 12, admitiendose que un 5 % puede ser mayor que una malla 12 y un 5 % más pequeño que una malla 30.

        Estructura de una placa grafítica

            El calor de la activación cambia la forma amorfa del  carbón a una forma cristalina como son estas placas grafíticas. Los átomos de carbono en estas placas estan entrelazadas en anillos de seis átomos de carbono que asemejan  una estructura de colmena.

            La diferencia entre los distintos tipos de carbón, en general, se debe precisamente a la estructura o disposición de sus átomos, que están formando las placas grafíticas con orientaciones tales que dejan entre ellas espacios que son lo que conocemos como poros y que en definitiva proporcionan una gran superficie al carbón activado y es debido al desequilibrio de fuerzas en la superficie de estas placas, a lo que el carbón activo debe su poder adsorbente, estas fuerzas son conocidas como fuerzas de London (un tipo de fuerza de Van der Waals). Los poros según su tamaño, pueden ser considerados como poros de transporte, los de mayor tamaño y poros de adsorción, los de menor tamaño.

                                                  

        Estructura de una particula de carbón activo con poros y sustancias adsorbidas

            Después de la activación , en algunos casos , el carbón puede ser tratado para producir unas cualidades químicas específicas en su superficie, por ejemplo un tratamiento en medio ácido produce un carbón muy apropiado para adsorber metales pesados , pero en  cambio no apropiado para la adsorción de compuestos orgánicos clorados. El tratamiento, por el contrario, en medio alcalino produce un carbón con características diferentes.

El carbón activo tiene una gran variedad de tamaños de poros y estos se clasifican en poros de transporte y poros de adsorción.

            Los poros de transporte se comportan como caminos por los que circulan las moléculas del absorbato o contaminante, hasta que son retenidos por los poros de adsorción. 

            Una clasificación según el tamaño de los poros es la que establece tres tipos según el diámetro de estos, microporos, con diámetros menores de 2 nm, mesoporos, los de diámetro entre 2 y 50 nm y macroporos, de diámetro mayor a 50 nm. 

            La pequeña dimensión de los poros y su elevado número en el carbón activo, producen una gran superficie interna, del orden de 800 a 2000 m2 por gramo de carbón, según la calidad de éste. En el tratamiento del agua el carbón suele tener una superficie de 900 a 1100 m2/gr.

           Diferentes grados y tipos de carbón activado presentan diferentes capacidades para adsorber un mismo contaminante. Un carbón activado no suele ser optimo para todas las aplicaciones, así por ejemplo el de madera es muy macroporoso y suele emplearse en la eliminación de moléculas grandes que suelen producir   coloraciones en el agua, el de cáscara de coco es bastante más duro y muy microporoso y no estaría muy indicado para eliminar sustancias que producen color. El carbón activo en base de carbón mineral tiene una gama de poros de todos los tamaños.

En el empleo de carbón activo en grano es de gran importancia la dureza o resistencia a la abrasión ya que en durante el manejo de este carbón se pueden producir erosiones que lo rompen disminuyendo su tamaño, las propias operaciones de reactivación pueden provocar igualmente erosiones.

Adsorción

             Es un proceso físico, mediante el cual, pequeñas partículas o moléculas (adsorbato), son atraídas y adheridas a la superficie de otra sustancia de mayor tamaño (adsorbente). 

            La cantidad de sustancias adsorbidas y la velocidad de adsorción depende de varios factores como son la superficie expuesta a las partículas a adsorber, la concentración de estas partículas o contaminante, la temperatura y el pH del líquido. 

            El fenómeno de la adsorción tiene lugar por la interacción, principalmente atribuida a fuerzas de Van der Waals, entre la superficie del adsorbente y las moléculas de la sustancia contaminante presente en el gas o en el líquido. 

            En la adsorción hay que destacar dos factores: 1) Intensidad de adsorción y 2) Capacidad de adsorción. 

            La intensidad de adsorción es la fuerza con la que la sustancia adsorbida es fijada sobre el adsorbente, así una sustancia que ha sido adsorbida por carbón activo puede ser desplazada por otra que tenga una intensidad de adsorción mayor. En principio, la intensidad de adsorción es función inversa de la solubilidad. 

      La capacidad de adsorción es la cantidad máxima de producto que el adsorbente puede fijar para unas determinadas condiciones de temperatura, concentración, pH, etc. Esta capacidad suele expresarse en gramos de sustancia adsorbida por gramo de adsorbente.  

     La situación de equilibrio entre la sustancia adsorbida y su concentración final en la solución, está relacionada por la ecuación isotérmica empírica de Freundlich, expresada por: 

    X / M = K . Ce1/n , que en escala logarítmica es una recta : 

          log X/M = log K  + 1/n  log Ce                                                                                          

 X : Cantidad adsorbida de la impureza (mg/l) (Diferencia entra la concentración. inicial y la final de equilibrio. 

M : Cantidad de carbón activado(adsorbente) (g / l)

Ce : Concentración en equilibrio del soluto o contaminante (mg./l) .Diferencia de conc. inicial Ci y final Cf

K, n : Constantes para una temperatura y presión dadas,  del conjunto adsorbente-adsorbato.     

      En la recta representativa de la ecuación de Freundlich, la constante K, ordenada en el origen y 1/n, pendiente, nos marcan la eficacia del carbón activo en relación con el contaminante y la solución de éste que estamos ensayando. 

      El ensayo práctico consiste en mezclar la muestra que contenga el compuesto a adsorber en diversos frascos o vasos con las diferentes dosis de carbón y después de un tiempo suficiente de agitación, hasta conseguir el equilibrio de adsorción (puede ser del orden de cuatro ó cinco horas), se filtra una porción y se mide en el filtrado la concentración final Cf del compuesto que se está tratando de adsorber. 

      Los resultados de cada ensayo son llevados a papel logarítmico, en ordenadas la capacidad de adsorción del carbón  en mg./g.( o en otra cualquier unidad, por ejemplo g./100 gramos) y en abcisas la concentración final de equilibrio en mg./l., obteniéndose finalmente la recta representativa de estos puntos o ensayos, conocida como isoterma para ese contaminante y ese carbón, bajo determinadas condiciones . Como valor usado a efectos de comparación se ha acordado la capacidad en mg./g. de carbón (en el eje Y) que corresponde a un valor en la concentración de 1 mg./l. (en el eje X). Si al construir la isoterma no se cruza el punto de mg./l., se prolonga artificialmente la línea.   

                                 

                             Estructura de la isoterma de Freunlich

      En los dos siguientes gráficos se muestran las isotermas de adsorción de un determinado carbón respecto al benceno, a diferentes concentraciones, en primer el caso manteniendo constante la presión y temperatura y en el segundo a distintas temperaturas:

                                             isoterma1.gif (13037 bytes)                        isoterma2.gif (7150 bytes)    

      La isoterma de Freundlich es bastante limitada, ya que se comporta bien en cuanto a determinar la capacidad de adsorción de un carbón, si la concentración inicial del contaminante es elevada. Al no darse estas elevadas concentraciones  en las aguas naturales, estas pruebas no serían muy fiables, ya que requerirían dosis de carbón casi infinitesimales, lo que nos llevaría a errores importantes.

       En cualquier caso, hay que reseñar que la determinación de la capacidad de adsorción de un carbón a través de la isoterma de Freundlich es principalmente empleada a efectos de comparación , es decir para decidir que un determinado carbón A es mejor que un carbón B o que un contaminante es mejor adsorbido o eliminado que otro, pues no hay que olvidar que los datos de la isoterma son obtenidos una vez conseguido el equilibrio, que a veces puede tardar  días en conseguirse , tras agitación continua en laboratorio, mientras que en un filtro de carbón granular trabaja en un flujo dinámico donde la condiciones de equilibrio no pueden conseguirse fácilmente.  

                         

El  gráfico anterior representa las isotermas de dos carbones en la adsorción de un contaminante , en este caso representado por el contenido en carbono orgánico total COT. donde puede observarse la mayor capacidad de adsorción del carbón A que el B.

      En estos casos de aguas naturales, es más práctico para determinar la capacidad de adsorción de un carbón activo, emplear una instalación piloto, con períodos de duración largos. Concretamente en ensayos de laboratorio, con columnas de carbón por las que se hace pasar el agua problema, se determina la capacidad real de adsorción del carbón, el caudal de agua a tratar y la profundidad del lecho.

 

Consideraciones al aplicar el carbón activo en el tratamiento del agua

       La efectividad de un carbón activo en cuanto a la adsorción de sustancias contaminantes, depende de varios factores: 

1)      Solubilidad  del contaminante en el agua: En general cuanto más soluble es en el agua, presenta más dificultad de ser adsorbido por el carbón. 

2)      Polaridad del contaminante: Las moléculas con menor o nula polaridad son mejor adsorbidas. 

3)      Tamaño de las moléculas del contaminante: La mejor adsorción, en este caso, depende también del tamaño de los poros del propio carbón, el tamaño de la molécula contaminante debe ser algo más pequeña que la dimensión de los poros del carbón. Las moléculas mayores también son adsorbidas pero provocan rápidamente la inactivación del carbón al disminuir la superficie útil de adsorción. Se suele establecer que el tamaño de los poros debe ser del orden de 1 a 5 veces el diámetro de las moléculas a retener. 

Las moléculas orgánicas ramificadas  son mejor adsorbidas que las lineales, también las moléculas orgánicas con átomos de cloro, bromo o yodo son generalmente adsorbidas con más intensidad. 

4)      pH: El grado de adsorción de sustancias orgánicas se incrementa en general al disminuir el pH del agua. A pH = 9 el grado de adsorción es relativamente bajo. 

A la hora de elegir un carbón activo, han de tenerse en cuanta determinadas propiedades además de la intensidad y capacidad de adsorción, como son la dureza, permeabilidad, densidad, solubilidad y otras consideraciones tales como la posibilidad de existir una adsorción competitiva, el caudal de agua a tratar, el tiempo de contacto, el espesor del lecho, la temperatura del agua, las condiciones del lavado a contracorriente, etc.

      El carbón activo adsorbe las sustancias orgánicas que comunican olores y sabores al agua, así como otras sustancias que sin afectar directamente la calidad organoléptica del agua son perjudiciales si se consumen y a su vez son más difíciles de eliminar por los procedimientos convencionales de tratamiento del agua (coagulación, decantación, filtración, oxidación, desinfección). 

      La eficacia del carbón para eliminar sustancias orgánicas con bajo peso molecular (menor de 2 átomos de carbono) es menor que en el caso de sustancias con mayores pesos moleculares, este hecho ha de tenerse en cuanta al emplear la ozonización conjuntamente con el carbón activo. El ozono al oxidar a determinados compuestos orgánicos y romper sus cadenas, aumentará el número de compuestos con menores pesos moleculares, más difíciles de ser adsorbidos por el carbón.

       Las sustancias o moléculas que originan olores y sabores en el agua, suelen ser moléculas pequeñas fácilmente adsorbibles por el carbón activo con porosidad tipo microporos, mientras que para la adsorción de moléculas mayores , como por ejemplo las de ácidos húmicos y fulvicos, precursores de trihalometanos, es más adecuado el carbón con poros de mayor tamaño o macroporos. El carbón activo es también empleado como medio para minimizar la formación de subproductos de la desinfección. 

      En el  tratamiento del agua, el carbón activo se emplea, ya sea en polvo, aplicándolo como otros productos pulverulentos empleados en el tratamiento o en forma granular, constituyendo un lecho filtrante a través del cual se hace pasar el agua. 

                               silo.jpg (50259 bytes) Instalación con silos de carbón activo en polvo y dosificadores

       El empleo de uno u otro depende del grado de contaminación del agua y de la frecuencia con que se puedan presentar episodios y problemas, tanto de olores y sabores como la necesidad de eliminar otros contaminantes. Para un empleo discontinuo, se utiliza generalmente el carbón en polvo. 

      El carbón en polvo tiene la ventaja de su flexibilidad y disponibilidad mientras que el empleo del carbón granular a través de filtración, requiere estructuras más complejas y de mayor coste inicial de instalación, así como la necesidad periódica de regeneración del carbón activo, una vez agotada su capacidad de adsorción.

                                wpe5.gif (31290 bytes) Diagrama de instalación de carbón activo en polvo    

                                                 Esquema de actuación del carbón activo (Fotografia de www.water-drinking.org)                                                                                     

      En el tratamiento con carbón activo, es de suma importancia el tiempo de contacto entre el agua y el carbón, pues el carbón en función de características propias, requiere tiempos de contacto distintos para adsorber las sustancias del agua. 

      En cuanto al punto de aplicación o fase del proceso de tratamiento, en el cual tiene lugar el contacto del agua con el carbón, puede expresarse de forma general que el carbón en polvo se debe aplicar después de la coagulación y formarse el flóculo, es decir, antes de la sedimentación y filtración, tratando así de evitar la película o capa que el coagulante empleado podría llegar a rodear a las partículas de carbón, impidiendo o dificultando la adsorción. En el caso de empleo de filtros de carbón, esta fase del proceso debe tener lugar después de la filtración por arena y antes de la desinfección final del agua. 

      Se ha indicado anteriormente que la decisión de emplear carbón en polvo o en forma granular en filtros, está fuertemente influenciada, tanto por el coste económico y la necesidad más o menos continua o discontinua de su empleo como por el nivel de contaminantes a eliminar del agua bruta, así por ejemplo hasta no hace muchos años, las dosis generalizadas de carbón en polvo empleadas en el tratamiento del agua potable era del orden de 5 mg./l, alcanzándose en muy pocos casos los 15 mg/l, casi siempre destinado a la eliminación de sabores provocados por algas en determinadas épocas, pero a medida que la calidad de las aguas superficiales ha ido deteriorándose, las dosis de carbón activo se han ido incrementando paralelamente y ya no sólo para eliminación de sustancias indeseables originadas por las algas, sino para otras sustancias contaminantes diferentes, siendo también más frecuentes estas incidencias. Todo ello ha supuesto la mayor implantación de filtros con lechos de carbón activo en muchos abastecimientos. 

      El carbón activo puede eliminar muchos, pero no todos los contaminantes. En general elimina las sustancias orgánicas como disolventes, hidrocarburos, pesticidas y algunas otras sustancias inorgánicas, presentes también en el agua, como el propio cloro, arsénico, mercurio, cromo, etc. 

      El carbón activo elimina sustancias inorgánicas como por ejemplo el cloro, mediante un mecanismo diferente a la adsorción física. En el caso de la eliminación del cloro o decloración con carbón activo, éste puede actuar como reactivo o como catalizador. El cloro, al entrar en contacto con el carbón activo, tiene lugar una reacción de oxido-reducción, el cloro se reduce a ión cloruro al actuar el carbón como reductor, disminuyendo éste su capacidad como adsorbente de moléculas orgánicas al acumularse los iones Cl- y los oxidos CO y CO2 en la superficie del carbón. Esta acumulación de óxidos superficiales impide que la reacción continúe hasta la desaparición total del carbón. En la decloración , el carbón no se satura con el cloro, lo que realmente ocurre es que se cambia el cloro por cloruro y en estas circunstancias puede durar mucho tiempo. 

      La decloración es una reacción más compleja, ya que el carbón puede actuar también como catalizador en la eliminación del cloro. La capacidad de adsorber materias orgánicas del carbón, puede quedar agotada y aún puede seguir eliminando cloro libre, dada la gran capacidad que el carbono activo tiene como declorante en relación a la que presente cono adsorbente de sustancias orgánicas. 

      En el caso de la eliminación de determinados poluantes, la optimización en la aplicación del carbón activo, requiere la previa eliminación de la mayor cantidad posible de materia orgánica que saturará al carbón antes de la adsorción del micropoluante a eliminar, de forma general la materia orgánica limita la adsorción de micropoluantes sobre el carbón activo. 

      Es importante realizar pruebas piloto con diferentes carbones para conocer que carbón elimina con mayor eficacia la sustancia contaminante del agua correspondiente, así como determinar el breakpoint o punto a partir del cual la adsorción de sustancias por el carbón empieza a decrecer. A continuación  se indican una serie de sustancias que generalmente son eliminadas con el empleo del carbón activo.

  

ELIMINACIÓN DE SUSTANCIAS INORGÁNICAS POR REACCIÓN QUIMICA Y CATALÍTICA EN LA SUPERFICIE DEL CARBÓN ACTIVO (CA)

En la mayoría de las aplicaciones el carbón activo actúa como adsorbente, sin embargo también ocurren reacciones de sustancias inorgánicas en la superficie del mismo. Estas reacciones disminuyen la capacidad del CA para adsorber moléculas orgánicas.

1. Eliminación del ozono.
El CA actúa como catalizador y el ozono se transforma en oxígeno. En fase líquida, el objetivo del CA es el de eliminar el ozono residual que queda después de la ozonización del agua. En fase gas, el CA se utiliza para eliminar el ozono,

2. Eliminación de cloro libre.
Está es una de las principales aplicaciones del CA. El cloro  se agrega al agua, principalmente como desinfectante. En el agua, el cloro queda disuelto en forma de ácido hipocloroso (HOCL), un ácido débil que tiende a disociarse asi:

HOCL ↔ H+ + OCL -

Al ácido hipocloroso (HCOCL) como al ion hipoclorito (OCL-) se les denomina cloro libre.
Para eliminar el cloro libre se utiliza CA granular, cuando el CA se expone ocurren las siguientes reacciones:
HOCL + CCA → CCA O + H+ + CL -
2HOCL + CCA → CCAO2 + 2H+ + 2CL -

En donde CCA representa el carbón activado. CCAO y CCAO2 representan óxidos superficiales que poco a poco van ocupando espacios en la superficie del CA. Algunos de estos óxidos se liberan hacia la solución, disolviéndose como ácido carbónico (HCO3), dejando espacios libres que alargan la vida del CA.
Al mismo tiempo que el CA granular actúa como declorador, adsorbe la materia orgánica presente en el agua.

3. Eliminación de cloraminas.
El cloro libre reacciona con amoniaco en agua para formar la monocloramina (NH2CL). Este compuesto tiene propiedades biocidas, actúa más lentamente que el cloro libre, pero tiene la ventaja de ser más persistentes.

CCA + NH2CL + H2O → NH3 + H+ + CL - + CCAO (I)
En donde CCA es el carbón activado granular y CCAO es un óxido superficial. Después de que han reaccionado alrededor de 0,52g de NH2CL por g de carbón, ocurre la siguiente reacción paralela:

CCA O+ 2NH2CL + → CCA+ 2H+ + 2CL - + H2O N2(II)

Aproximadamente un 50% de NH2CL desaparece de acuerdo con la reacción (I) y otro 50% de acuerdo con la reacción (II). En la reacción global el CA participa como catalizador.

CONTAMINACIÓN DEL AGUA Y TRATAMIENTO CON CA

La aplicación del CA en el tratamiento del agua está enfocada en la retención de materia orgánica. La decloración, constituye una excepción, porque el cloro no es de carácter orgánico, no es un contaminante, sino un desinfectante que agrega el hombre.

Los contaminantes orgánicos se pueden clasificar en tres grupos, materia orgánica natural, productos orgánicos sintéticos y subproductos de la desinfección.

1. Materia orgánica natural.
El mayor porcentaje de materia orgánica soluble que se encuentra en el agua es de origen natural y proviene del metabolismo de la vegetación, así como de aquella que se encuentra en estado de descomposición.
Es importante eliminar la materia orgánica disuelta antes de la desinfección, ya que de lo contrario se forman subproductos de la desinfección que son nocivos para la salud. El CA adsorbe de manera muy eficiente la fracción volátil, en la que se incluye el olor y sabor.

2. Sustancias químicas orgánicas sintéticas.
Estos compuestos provienen de las descargas de aguas residuales de origen industrial o municipal, de productos químicos agrícolas y urbanos. Se encuentran en el agua, generalmente en muy bajas concentraciones y pueden ser muy diversos. Las investigaciones indican que, a largo plazo, la ingestión de combinaciones de estas sustancias, aun a niveles de trazas, pueden ser perjudiciales para la salud.
El CA es un adsorbente eficaz, excepto de aquellos compuestos que son tan volátiles o más que el propano, y de los que tienen un peso molecular muy grande y no caben en los poros del carbón.

3. Subproductos de la desinfección.
Al desinfectar el agua para consumo humano con cloro, el cloro reacciona con la materia orgánica y genera los subproductos de la desinfección que son compuestos tóxicos parecidos a los productos químicos orgánicos sintéticos, ambos se adsorben de forma similar por el CA, considerándose en la actualidad al CA como la mejor tecnología disponible para su eliminación del agua.

3.1. Trihalometanos.
Son solamente algunos de los muchos subproductos de la desinfección formados durante la cloración del agua que contiene materia orgánica disuelta. Comprenden los siguientes compuestos: cloroformo (CHCL3), bromodiclorometano (CHBrCl2), dibromoclorometano (CHBr2Cl) y bromoformo (CHBr3). Estos compuestos se adsorben con mayor eficiencia que los anteriores ya que el cloro y el bromo aumenta la adsorbabilidad de los compuestos orgánicos

 

Filtros de carbón granular 

      El empleo de lechos de carbón se está extendiendo cada vez más en el tratamiento del agua potable, a veces sustituyendo en los filtros convencionales de arena este material por carbón, como solución más económica, aunque no la más recomendable, lo aconsejable es colocar los filtros de carbón tras la filtración por lechos de arena. 

      El tiempo de contacto generalmente aceptable en los filtros de carbón es del orden de 5 a 10 minutos para un espesor del lecho de 1 metro y una velocidad superficial generalmente algo mayor a los 12 m/h. En cuanto al lavado a contracorriente de estos lechos, hay que prever un resguardo suficiente de cara a la expansión que suele variar entre el 30% y el 50% del espesor inicial. 

      Una buena gestión de los filtros de carbón activo en grano, tiene que tener en cuenta la predicción de su duración de vida y la planificación anticipada de su regeneración; es de suma importancia la viabilidad económica de la regeneración para poder reutilizarle en varios ciclos de adsorción (entre 1 y 2 años). 

La dureza o resistencia a la abrasión es una propiedad muy importante en el carbón activo granular que se va a utilizar, ya que la menor dureza o resistencia a la abrasión provoca erosión y rompimientos durante su manejo y  uso. La reactivación de un carbón activo que no tenga suficiente dureza no resulta rentable, ya que el proceso de reactivación somete al carbón a una serie de movimiento y de acciones erosionantes que lo rompen y disminuye su tamaño.

      Los datos básicos al estudiar y proyectar un tratamiento con carbón activo para una determinada aplicación son el tiempo mínimo de contacto y la dosis de carbón o velocidad de agotamiento. 

      Para prever  la duración de los filtros, es fundamental realizar ensayos piloto de larga duración con el agua objeto del tratamiento, ya que los fenómenos de competición entre los micropoluantes y la materia orgánica son específicos para cada agua. A veces, son muy útiles modelizaciones de adsorción de micropoluantes concretos, evitándose así los ensayos piloto de larga duración. 

                  Las sustancias orgánicas que pueden pasar más frecuentemente a través de un lecho de carbón activado, son moléculas orgánicas hidrófilas, como los carbohidratos y algunas otras sustancias muy oxigenadas. 

            En la adsorción de sustancias orgánicas por el carbón puede darse el fenómeno de la desorción, que, en resumen, es el desprendimiento de la sustancia que había sido adherida al carbón, por otras moléculas con algún grupo funcional que se adhiere más estrechamente al carbón; esta desorción, puede ahora considerarse como una “adsorción química” al tener lugar una interacción del carbón con algún grupo funcional del contaminante que lo une de forma más estable al carbón. Finalmente, hay que considerar que en los lechos de carbón activo pueden quedar atrapados diversos microorganismos. 

                                                          

                        Filtros piloto en columnas con distintos tipos de carbón activo en grano

Ventajas y desventajas en el empleo de carbón activo en polvo y en  lechos filtrantes en grano

- Empleando carbón en polvo se puede escoger la calidad y tipo de este, así como la dosis a emplear según el contaminante a eliminar, es decir su empleo ofrece gran flexibilidad. 

-En relación con lo indicado anteriormente, uno de los principales inconvenientes del carbón en polvo, es que su dosis depende de la concentración de equilibrio del contaminante residual en el agua, es decir depende de la pendiente de la isoterma y del  porcentaje de eliminación que se desea conseguir del contaminante. Si se quiere eliminar porcentajes entre el 80 y 98 % del contaminante inicial, es más aconsejable el empleo de carbón en grano en filtros , sin olvidar que en el caso de los filtros de carbón, la mayor eliminación, puede suponer un alargamiento del frente de adsorción dentro del lecho filtrante.

- La aplicación de carbón en polvo requiere instalaciones simples, similares a las de otros productos sólidos empleados en el tratamiento del agua.

- El carbón en granos en lechos filtrantes se ve más afectado por la variaciones en la concentración de los contaminantes. En estos filtros de carbón unos contaminantes pueden fijarse en mayores cantidades que otros y por otra parte algunos contaminantes pueden desplazar a otros ya adsorbidos (desorción).

- En los lechos de carbón activo de los filtros puede tener lugar la proliferación de determinados microorganismos.

- La filtración por carbón activo requiere instalaciones con estructuras más complejas y  de mayor coste inicial.

- Una de las grandes ventajas del carbón activo es la no perdida o eliminación del producto, al poder  regenerarse. 

 

Regeneración del carbón en grano 

            Los lechos de carbón activo, van perdiendo capacidad de adsorción a medida que el propio carbón va saturándose de las sustancias adsorbidas, llegando a un punto de ruptura tal que habrá que tomar la decisión de proceder a su regeneración, para lo cual hay que extraer este carbón y trasladarlo a la instalación de regeneración correspondiente. 

            El método de regeneración más extendido es el térmico, mediante hornos rotatorios o fijos con paletas giratorias de múltiples etapas, donde el carbón es movido a contracorriente con una mezcla de gases de combustión y vapor supercalentado y en otras etapas de calentamiento van eliminándose el monóxido de carbono e hidrógeno producidos en las reacciones de regeneración, pasando el carbón finalmente hacia la salida del horno. Se suele obtener entre el 90 al 95% del carbón introducido. 

            Las etapas térmicas de regeneración pueden fijarse en el siguiente orden: 

1)      Desecación a una temperatura inferior a 100º C. 

2)      Desorción a una temperatura entre 100 y 65º C, expulsándose aquí los compuestos volátiles y quemándose otros compuestos orgánicos. 

3)      Gasificación a una temperatura entre 650 y 1050º C. En la que los vapores y residuos producidos en las etapas anteriores son expulsados de los poros.   

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                               Horno de reactivación                         

La regeneración térmica del carbón, le restituye unas propiedades muy similares a las del carbón original. 

Si el agua a tratar por el carbón, contiene compuestos orgánicos metálicos de hierro, magnesio, calcio, sodio o potasio, es conveniente que estos iones metálicos sean eliminados del carbón con ClH, antes de proceder a la regeneración.       


Glosario de terminos usados frecuentemente en el campo del carbón activo

El carbón activado en procesos de descontaminación. F. Rodríguez Reinoso y M. Molina Sabio .Departamento de Química Inorgánica. Universidad de Alicante. España.

Eliminación de compuestos organoclorados para potabilización de aguas mediante un proceso de adsorción - regeneración en carbón activado .Sotelo, J.L., Ovejero, G., Delgado, J.A. y Martínez, I.

Dpto. de Ingeniería Química, Fac. de Ciencias Químicas, Univ. Complutense de Madrid, España.

Actived Carbón : Página de la Water Treatment Primer . Departamento de Ingenieria Civil(Virginia Tech), con imágenes sobre el empleo del carbón activado.

Chemviron Carbon : Página de esta compañia, en inglés. En uno de sus apartados ( What is activated carbon?), se presentan reseñas  y esquemas sobre la fabricación del carbón, propiedades de adsoción, regeneración y emple en el tratamiento del agua, tanto en polvo como granulado para filtros.

Evaluación del carbón activo en el tratamiento de aguapotable. Extenso estudio, en inglés, publicado en las páginas de The Universal Library (ULIB), donde se recogen y exponen, las consideraciones y estudios del Subcomité de Adsorción de la National Research Council's Safe Drinking Water Committee, sobre la eficacia del carbón activo granular (GAC) en el tratamiento del agua potable.

Implicaciones microbiológicas usando carbón granular en filtros rápidos por gravedad :Breve resumen en una página de la Foundation for Water Research en el que expresa la mayor proliferación de microorganismos en los filtros de carbón con relación a los de arena.

Eliminación de compuestos organoclorados para potabilización de aguas, mediante un proceso de adsorción-regeneración en carbón activado. Trabajo realizado por el Departamento de Ingenieria Química , Facultad de Ciencias Químicas . UCM.

Trata de compuestos organoclorados presentes en las aguas brutas como consecuencia de la contaminación de estas por efluentes industriales y agrícolas (pesticidas, disolventes, etc.).

Carbón Activado (The Activeforce in Carbón) : Página de CPL Carbon Link  Limited, recoge varios capítulos como . Tecnologia del carbón activo y aplicaciones. sistemas de adsorción en fases vapor y liquido. reactivación. etc. En el dedicado a la adsorción en fase liquida figuran varios temas sobre el tratamiento del agua tanto con  PAC como con GAC , con gráficos y esquemas.

Carbón Activo Norit : Página de una de las mayores empresas productoras de carbón activado, donde se presenta información tecnica, no muy extensa.

Evaluación del carbón activo granular . Publicación en la página de Norit-americas, INc.

Carbon Calgon Corporation : Página de esta empresa, con informaciones diversas, asi como una serie de artículos relacionados con el empleo del carbon activo.

Boletin tecnico seleccionando un sistema de absorción para carbono orgánico volatil (COV)¿ Carbón, zeolita, o polímeros?. Página preparada por Clean Air Technology Center y EPA. 34 páginas en español con amplia información sobre los sistemas de adsorción.

El carbón activo en procesos de descontaminación : Publicación de F.Rodriguez y M.Molina Sabio. Departamento de Química Inorgánica. Universidad de Alicante.

Adsorción/Carbón Activo. Publicación de Lenntech, con breves descripciones sobre la adsorción con carbón activo.

Método simplificado para determinar la dosis de carbón activo en polvo para eliminar el metilisoborneol (MIB).Articulo, en inglés, de la revista Water Science and Technology de la IWA.

Evaluación a escala piloto del proceso de adsorción en el control del sabor y olor, empleando carbón activo en polvo y granular en columnas filtrantes y análisis del perfil de sabor. Articuloen inglés, de la revista Water Science and Thecnology, describiendo el ensayo realizado en la planta de tratamiento de Appleton, Wisconsin, con agua de elevado sabor y olor provocado por algas. En los ensayos se evalúa el efecto del tipo de carbón en polvo, dosis, tiempo de contacto y punto de aplicación, además del efecto del tipo de carbón en grano, espesor del lecho y tiempo de contacto al emplear columnas de filtración.

Filtración con carbón granular en dos etapas en el tratamiento del agua. Extenso estudio, en inglés, como trabajo de doctorado de la Helsinki University of Technology  Laboratory of Water and Wastewater Engineering.

La adsorción de micropoluantes orgánicos sobr carbón activo en el tratamiento del agua potable .Publicación en la página de Rediris - Hidrored.

Método de Prueba GAED: Tiempo Óptimo para el Reemplazo de. CAG en Plantas de Tratamiento de. Agua Potable. publicado en la página de Agua Latina por Henry Nowicki, H. George Nowicki,. Wayne Schuliger y Barbara Sherman ...

Removal of Taste and Odour Compounds by Conventional Granular Activated Carbon Filtration. Articulo de JEFF RIDAL, BRIAN BROWNLEE, GERRY MCKENNA AND NORMAN LEVAC.

Water Qual. Res. J. Canada, 2001.Volume 36, No. 1, 43–54

FUNDAMENTOS DE ADSORCIÓN - CURSO-TALLER. Dr. Roberto Leyva Ramos .Centro de Investigación y Estudios de Posgrado. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Autónoma de San Luis Potosí.

Los filtros domesticos de carbón activo. Publicación de la página

Experimental Study On The Replacement Of Sand Filters By Granular Activated Carbon Filters At La Presa (Valencia) Water Works.

Manual del carbón activo. MÁSTER EN INGENIERÍA DEL AGUA. E.U. POLITÉCNICA, U. SEVILLA.

INFLUENCIA DEL PROCESO DE ADSORCION EN LA DEMANDA EN CLORO DE UN AGUA SUPERFICIAL CLARIFICADA.

Rosa María Ramírez Zamora,   Instituto de Ingeniería, UNAM. Alfonso Durán Moreno, Facultad de Química, UNAM . Coyoacán, México, D. F.

Acción del cloro y carbón activado en polvo sobre la remoción de microcistinas en tratamientos de agua potable

Publicado en la página de www.scie

 

 


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