Upload
dongoc
View
222
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
1/
TEMA:
CONTAMINACIÓN DE AGUA, AIRE Y SUELO
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
2/
Parte 1 de 3
CONTAMINACIÓN DE AGUA, SUELO Y AIRE
(Agua)
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
3/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: Introducción
⇒Estimación año 2000• 2.2 X 109 personas sin
acceso al agua potable.
• 2.7X109 personas sin acceso a servicio saneamiento.
PAÍSESEN VÍAS
DESARROLLO
1980 1990
2000
1980 19902000
RuralUrbano
3
2
1
0
Agua PotableServicios sanitarios
3
2
1
0
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
4/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: Ciclo Hidrológico
La mayoría del agua se encuentra en los océanos:
– Sin embargo, la alta concentración de sales impide su utilización en agricultura, industria y municipios. Desalinización: Técnicas $$$
Efecto del SOL: Casi la ½ de la energía del sol absorbida por la superficie terrestre se convierte en
calor ⇒ remoción de agua por evaporación y transpiración: EVAPOTRANSPIRACIÓN
Remoción de una capa 1m espesor / año(88% evap. océanos y 12 % evapotr. tierra)
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
5/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: Reservas en Tierra
Cantidad (106 km3)
Porcentaje de Oferta Mundial
Océanos 1,338.00 96.5366 Glaciares y nieve permanente 24.10 1.7388 Manto Freático 23.40 1.6883 Hielo en superficie / permafrost 0.30 0.0216 Lagos de agua dulce 0.09 0.0066
Lagos de agua salada 0.09 0.0061 Pantanos 0.01 0.0008 Atmósfera 0.01 0.0009 Promedio en canales 0.00 0.0001 Biomasa viviente 0.00 0.0001 TOTAL 1,386.00
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
6/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA:Usos del agua
• 10 % del escurrimiento anual ⇒ ex. uso humano
Distribución geográfica desigual del agua en el mundo (inundaciones y sequía)
Distribución geográfica del agua NO corresponde a la distribución de personas en el planeta!
Disponibilidad de Agua per cápita (aum. Población)
0
10
20
30
40
1940 1950 1960 1970 1980 2000 2010
Dis
poni
bilid
ad
(mile
s m
3 /año
)
América del Norte
AfricaAsia
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
7/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: Usos del agua
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
MundoAmérica .
Nte . Amér ica
Ctrl . América
del Sur
Africa
Ocean
íaEu
ropa
Asia
Doméstico
Industria
Agricultura
Enger, Smith, 1998
Enger, Smith, 1998
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
8/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: Ciclo Hidrológico en MÉXICO
• Precipitación Pluvial (promedio): 1,528 km3/año71% → evaporan en atmósfera 26% → escurre por superficie
3% →recarga de acuíferos (subsuelo)
• Evapotranspiración Media: 1,095 km3/año
• Escurrimiento Superficial Medio: 417 km3/año
• Recarga Media de Acuíferos: 66 km3/año
• Disponibilidad media/hab (99): 4,964 km3/año
Datos de 1999 (www.cna.gob.mx)
Escurrimiento considera: 48 km3 prov. de Guatemala, 1.8 km3 del Río Colorado y se le deducen 0.44 km3 que se entregan a EUA (Río Bravo)
Datos de 1999 (www.cna.gob.mx)
Escurrimiento considera: 48 km3 prov. de Guatemala, 1.8 km3 del Río Colorado y se le deducen 0.44 km3 que se entregan a EUA (Río Bravo)
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
9/
USOS DEL AGUA: MÉXICO
Agrícola 82.7%64.8 km3
Público 12.6%6.8 km3
Industrial 4.7%3.7 km3
Industrial: Empresas que no se abastecen a través de redes municipales (incluyen Termoeléctricas)
Público: Centros de población o asentamientos humanos. Industrias , comercios y servicios conectados a
redes municipales.
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
10/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: Situación en MÉXICO
• Agua NO está uniformemente distribuida geográficamente
Sur del Golfo: 24,000 m3/año/habCentro y Norte: 2,500 m3/año/hab
• La mayor parte de la demanda se encuentra en el Norte y Centro
↑↑’’ss costos de distribucicostos de distribucióónn• La Disponibilidad per cápita ha disminuido y
seguirá disminuyendo: de 11,500 m3/año/hab en 1955 a 4,900 en 1999 y 3,500 para 2025.
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
11/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: Situación en MÉXICO
• Ejemplo en Valle de México: El agua que se consume (a razón de 62 m3/seg) se obtiene:
– 22% de la recarga natural del acuífero– 2% escurrideros superficiales locales– 10% reuso– Déficit del 66% → de otras cuencas (Lerma y Cutzamala)
• Contaminación: La mayoría de las cuencas están contaminadas en mayor o menor grado.
• Los ríos: Tula-Moctezuma, San Juan y Balsas reciben el 59% de las descargas de aguas residuales del país.
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
12/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: Situación en MÉXICO
• Contaminación por industria: metales pesados y sustancias tóxicas.
• Contaminación pública: materia orgánica, contaminación bacteriológica y tóxica.
• Contaminación agrícola: plaguicidas y fertilizantes.
• Existen 18 acuíferos subterráneos con intrusión salina.
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
13/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: Contaminantes
Agricultura: pesticidas, fertilizantes y sales.
Municipal: desechos humanos.
Industria: susts. químicas, desechos orgánicos.
• Contaminantes:
H2O
• Patógenos•Desechos que demandanoxígeno
•Nutrientes: N, P, C, S, etc.
• Sales•Contaminación Térmica•Metales Pesados•Pesticidas•VOCs
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
14/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: Contaminación Térmica, Metales y Pesticidas
Tipos de Contaminación: • Térmica: -↑ en T en lagos y ríos afecta vida
acuática.- ↑ metabolismo: mayor demanda O
• Metales: - Hg, Cd, Pb, As: TÓXICOS- NO degradables
• Pesticidas: - Insecticidas, herbicidas, fungicidas, - Ej. DDT: cáscaras de huevo frágiles
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
15/
CONTAMINACIÓN DEL AGUAAGUA: VOCs
• VOCs: - se encuentran en agua freática- usados como solventes en industria- VC, TCE(4), TCE(3), CCl4: CÁNCER...
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
16/
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Desechos que Demandan Oxígeno (DDO)
• Uno de los indicadores más empleados para evaluar la contaminación del agua en riós, lagos y recipientes es:
La DEMANDA DE OXÍGENO• Existen 2 variaciones:
– Demanda Biológica de Oxígeno (BOD)– Demanda Quimica de Oxígeno (COD)
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
17/
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
18/
• La importancia de estos indicadores es que permiten monitorear las condiciones de un lago/rio, etc. tomando en cuenta una mezcla de compuestos (la cual puede variar entre muestras y también a lo largo del tiempo) y agregarlos en un indicador en común.
• Las sustancias presentes en el lago/río/etc. se degradan por bacterias que toman parte del Oxígeno Demandado (OD).
Nota: Una OD menor a 4 o 5 mg/L indica que las formas de vida que pueden sobrevivir en el ecosistema se están reduciendo. En el caso extremo de condiciones anaeróbicas, la mayoría de las formas de vida habrán muerto. Además, un bajo DO representa malos olores, sabor y color turbio
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Desechos que Demandan Oxígeno (DDO)
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
19/
• La degradación de los residuos orgánicos puede llevarse a cabo de dos maneras:– Descomposición Aeróbica (Mecanismo de reacción deseable ya
que descompone la materia en CO2, H2O y otros compuestos estables: NO3, PO4, SO4...)
– Descomposición Anaeróbica (Mecanismo de reacción poco deseable ya que descompone la materia en CO2, H2O y otros compuestos no estables: H2S, NH3, CH4, ...)
La cantidad de oxígeno requerida por los micro-organismos para oxidar los residuos orgánicos en un ambiente aeróbico se llama Demanda Biológica de Oxígeno (BOD, Biological Oxygen Demand).
Sus unidades más comunes son (mg/L); es decir, mg de oxígeno requerido por litro de agua residual.
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Desechos que Demandan Oxígeno (DDO)
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
20/
Debido a que se podrían requerir de varios días (o semanas) para degradar completamente los residuos orgánicos de una muestra, se ha decidido internacionalmente estandarizar la prueba BOD y ajustarla a un periodo de cinco días: BOD5).
Asi pues, la prueba BOD5 representa la cantidad total de oxígeno consumida por los microorganismos durante los primeros cinco días de biodegradación.
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Prueba BOD de cinco días
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
21/
La prueba se lleva a cabo a 20 °C y en la oscuridad (para evitar la formación de oxígeno debida a la fotosíntesis).
BOD5 = (DOi – DOf) / PDonde:
DOi = Oxígeno inicial disuelto en la muestraDOf = Oxígeno final disuelto en la muestra
después de cinco díasP = Factor de DiluciónP = (Vol. de wastewater)/(Vol. de wastewater +
agua de dilución). Nota: una botella estándar para prueba BOD normalmente
tiene capacidad para 300ml, así que P es equivalente al volumen de “wastewater” dividido entre 300 ml.
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Prueba BOD de cinco días
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
22/
Ejemplo 1 : Prueba de BOD5
Una muestra con 10.0 ml de agua residual (sewage) fue mezclada con suficiente agua para llenar una botella de 300 ml y cuya mezcla tiene una DO inicial de 9.0 mg/L. Para asegurarnos de realizar una prueba confiable, se desea tener una caída de almenos 2.0 mg/L de DO durante una prueba de 5 días y también que el valor final de DO sea de al menos 2.0 mg/L. ¿Para qué rango de valores de BOD5 se producirán los resultados deseados para esta dilución?
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Prueba BOD de cinco días
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
23/
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Prueba Sembrada de BOD de cinco días
Hasta el momento, se ha asumido que el agua de dilución agregada a la muestra de agua residual no tiene BOD (lo cual solo ocurre cuando se agrega agua pura).
En algunos casos es necesario “sembrar” el agua de dilución con micro-organismos para asegurarse de que existe una población de bacterias adecuada para llevar a cabo la biodegradación.
En estos casos, será necesario sustraer la cantidad de oxígeno demandada por la población “sembrada” de la demanda total calculada para la mezcla.
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
24/
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Prueba Sembrada de BOD de cinco días
Nutrientes EsencialesBacteriasAgua Destilada
Agua de Disolución Sembrada Muestra de Agua Residual
VwVd
Agua de DisoluciónSembrada
Botella en “blanco”
Botella muestra llenada con Agua Residual de Muestra y Agua de Dilución Sembrada
Botellas para prueba BOD de 300 mL
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
25/
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Prueba Sembrada de BOD de cinco díasLa demanda de oxígeno de la muestra residual
(wastewater), BODw se determina por medio de la siguiente expresión:
BODm Vm = BODw Vw + BODd VdDonde:
BODm = BOD de la mezcla de agua residual y la solución “sembrada”
BODw = BOD del agua residual solamenteBODd = BOD del agua “sembrada” que es utilizada
para diluir el agua residual (botella en “blanco”)Vw = volumen de agua residual en la mezclaVd = volumen del agua “sembrada” en la mezclaVm = volumen de la mezcla = Vd + Vw
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
26/
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Prueba Sembrada de BOD de cinco díasSea P=la fracción de la mezcla que es agua
residual = Vw/Vm, de forma tal que (1 - P) = a la fracción de la mezcla que es agua “sembrada”para dilución = Vd/Vm. Re-arreglando la ecuación de la slide anterior:
Donde el último término fue multiplicado por (Vm/Vm) y re-arreglando nuevamente:
−
=
m
m
w
dd
w
mmw V
Vx
VV
BODVV
BODBOD
−=
mw
mdd
mw
mw VV
VVBOD
VVBOD
BOD
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
27/
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Prueba Sembrada de BOD de cinco díasSustituyendo las definiciones de P y de (1 – P) en
la ecuación anterior, se obtiene:
Debido a que BODm = DOi – DOf y BODd = Bi – Bf,Donde:Bi = DO inicial en la solución “sembrada” de aguaBf = DO final en la solución “sembrada” de agua
Se obtiene la expresión:
( )P
PBODBODBOD dm
w−−
=1
( ) ( )( )P
PBBDODOBOD fifi
w
−−−−=
1
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
28/
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Prueba Sembrada de BOD de cinco días
Ejemplo 2 : Prueba sembrada de BOD5
Una muestra que contiene solamente agua de dilución “sembrada” ha mostrado una caída de 1.0 mg/L en su DO, tras una prueba de BOD5 . En una botella de 300 ml para pruebas de BOD se colocaron 15 mL de agua residual (wastewater) y el resto fue llenado con agua de dilución “sembrada” (es decir, se realizó una dilución de (1 : 20) y se observó una caída de 7.2 mg/L en el mismo periodo de tiempo. ¿Cuál es el BOD5 del agua residual?
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
29/
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
30/
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Modelado de BOD como reacción de 1er orden
Tiempo, días
BOD restante, Lt
BOD utilizado, BODt BOD5
BODt
BODt = Lo(1-e –kt)
Lt
Lt = Lo e –kt
Lo
Lo
NOTA:Lo = cantidad de oxígeno requerido para que los microorganismos oxiden la materia orgánica
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
31/
CONTAMINACIÓN Y CALIDAD DEL AGUAAGUA:Prueba Sembrada de BOD de cinco días
Ejemplo 3 : Estimación de Lo a partir de BOD5
El factor de dilución P para una mezcla no sembrada de residuos y agua es 0.030. La DO de la mezcla es inicialmente de 9.0 mg/L, y después de cinco días ha ciado a 3.0 mg/L. La constante de velocidad de reacción , k, es de 0.22 / día.
a) ¿Cuál es el BOD5 del agua residual?
b) ¿Cuál sería la cantidad de oxígeno requerida para que los micro-organismos oxiden toda la materia orgánica (Lo).
Nota: Lo también es conocida como “Ultimate carbonaceous BOD”
a) ¿Qué cantidad de oxígeno estaría restante después de cinco días?
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
32/
Tema : Contaminación del Agua, Aire y Tierra Dr. Omar Romero Hernández
33/