- Un bien abundante/escaso según el uso requerido - Un problema global - Un problema local - El problema de la cantidad de agua potable - El problema

Transcripción

1 MVRamallo, USC

2 - Un bien abundante/escaso según el uso requerido - Un problema global - Un problema local - El problema de la cantidad de agua potable - El problema de la calidad de agua (residual y potable)

3 QUÍMICOS: - Clorado - Ozonizado - Oxidación - Intercambio iónico - (Luz UV) - (Carbono activado) BIOLÓGICOS: - Bacterias que descomponen residuos - Oxidación de productos químicos - (Acción mecánica: diatomeas, biofilms) MECÁNICOS: - Decantación - Filtros de sedimentos - Filtros a base de arenas y similares - Filtros de medios porosos - Ósmosis inversa

4 iones moléculas macromoléculas microfiltración ultrafiltración nanofiltración ósmosis inversa 1nm 10nm 100nm 1µm

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6 Las diatomeas son una clase de algas unicelulares microscópicas

7 Escala _ A: 10µm B: 10µm C: 20µm D: 10µm

8 escala _ a-d: diatomeas e-h: zoom a los poros de cada diatomea a: 10µm b: 10µm c: 10µm d: 10µm e: 1µm f: 1µm g: 1µm h: 1µm

9 Parte de la capacidad filtrante de los filtros arenosos se debe a la proliferación de diatomeas. También proliferan otras bacterias que filtran por medio de procesos químicos y de oxidacióndigestión (es posible sembrar preparados de bacterias especialmente adecuadas). Al proceso de proliferación se le conoce como activación biológica. Al cabo de unas 8 semanas se forma un biofilm casi continuo, conteniendo material celular y extracelular. La principal etapa filtrante de las fosas sépticas domésticas y de la gran mayoría de las estaciones municipales de depuración de aguas residuales (EDAR) consiste en un receptáculo de cemento cuyas paredes, arenosas, se activan biológicamente.

10 Visualización de la activación biológica de un grano arenoso en un flujo de agua

11 Visualización de la activación biológica de un grano arenoso en un flujo de agua

12 Visualización de la activación biológica de un grano arenoso en un flujo de agua

13 Visualización de la activación biológica de un grano arenoso en un flujo de agua

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17 Visualización de la activación biológica de un grano arenoso en un flujo de agua

18 Visualización de la activación biológica de un grano arenoso en un flujo de agua

19 Visualización de la activación biológica de un grano arenoso en un flujo de agua

20 La Osmosis Inversa consiste en separar un componente de otro en una solución, mediante las fuerzas ejercidas sobre una membrana semipermeable. Los fenómenos osmóticos también juegan un papel determinante en los mecanismos por los cuales se proveen de agua las células vegetales y animales. En el caso de la Osmosis, el solvente (no el soluto) pasa espontáneamente de una solución menos concentrada a otra más concentrada, a través de una membrana semi-permeable. Entre ambas soluciones existe una diferencia de energía, originada en la diferencia de concentraciones (potencial químico). El solvente pasará en el sentido indicado hasta alcanzar el equilibrio. Si se agrega a la solución más concentrad energía en forma de presión, el flujo de solvente se detendrá cuando la presión aplicada sea igual a la presión Osmótica Aparente entre las 2 soluciones. Esta presión Osmótica Aparente es una medida de la diferencia de energía potencial entre ambas soluciones. Si se aplica una presión mayor a la solución más concentrada, el solvente comenzará a fluir en el sentido inverso. Se trata de la Osmosis Inversa. El flujo de solvente es una función de la presión aplicada, de la presión osmótica aparente y del área de la membrana presurizada.

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22 - Permite eliminar la mayoría de los sólidos (inorgánicos u orgánicos) disueltos en el agua (hasta el 99%). - Elimina, por un tiempo, los microorganismos. - Purificación en una sola etapa y en forma continua. - Coste de producción reducido (membranas de poliamida, poros 5-20Å). - Tecnología simple que requiere poco mantenimiento y puede operarse con personal no especializado. - Es modular y necesita poco espacio. - Permite la desalinización, incluso a gran escala (Sidney, Tampa Bay, Israel).

23 Capacidad de filtración Los filtros comerciales suelen presentarse en combinación en serie con otros de carbono activado etc. Esto multiplica los ratios de filtración.

24 Se pierde aproximadamente un 87% aprox. de agua Lento: 2litros/hora (se precisa un depósito) La membrana pierde eficacia rápidamente (meses - 1 año)

25 Proclives a que proliferen bacterias en la membrana, que acaban atravesándola (sobre todo durante la división celular). Cuando esto sucede, la contaminación bacteriológica se vuelve peor que la que había sin filtro. (Se pueden añadir etapas de luz UV). No eficaces frente a algunos contaminantes, como la cal o el hierro (importante en el rural gallego) que saturan la membrana a pesar de los lavados.

26 Tecnología en desarrollo. Con algunos productos ya en el mercado (nanoceram, inyección de nanopartículas de hierro en el subsuelo) y otros aún en desarrollo (KX industries, otros). Uno de los mayores mercados a corto y medio plazo para la nanotecnologías, por importancia económica y social (potabilización de agua en el tercer mundo, etc.). Por otro lado, también introducen un nuevo peligro de contaminación, aún no bien evaluado: las nanopartículas.

27 1- Filtros de nanotubos de carbono

28 1- Filtros de nanotubos de carbono 10nm

29 1- Filtros de nanotubos de carbono

30 1- Filtros de nanotubos de carbono

31 1- Filtros de nanotubos de carbono

32 1- Filtros de nanotubos de carbono

33 2- Filtros de nanoalumina (Argonide NanoCeram)

34 2- Filtros de nanoalumina (Argonide NanoCeram) (alúmina=al 2 O 3 =bauxita)

35 2- Filtros de nanoalumina (Argonide NanoCeram)

36 2- Filtros de nanoalumina (Argonide NanoCeram)

37 2- Filtros de nanoalumina (Argonide NanoCeram)

38 2- Filtros de nanoalumina (Argonide NanoCeram)

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40 2- Filtros de nanoalumina (Argonide NanoCeram)

41 KX Industries: mayor productor de filtros de agua (de todo tipo) mundial Una de las principales aplicaciones de la nanotecnología a corto y medio plazo

42 -Purificación de agua para beber -Depuración de aguas residuales -Depuración de aguas industriales -Aislamiento de virus -Filtros de pesticidas -Filtros de aire (automoviles etc) -Uso en el espacio

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49 bioacumulación

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54 Características Tipo de carbono que ha sido procesado para ser muy poroso (poros menores de 2 nm.) Área superficial de 500 m 2 (algunos pueden llegar a 1500 m 2 ). Se suele presentar sobre todo en dos formas: Carbono activado en polvo (PAC, granos<0.25mm) Carbono activado granulado (GAC, granos ~ 1mm) También en otras formas: en bloque (extrudado), impregano en Al, Mn..., cubriendo polímeros, etc.

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56 KX industries Brita

57 Métodos de producción Activación química: una sustancia deshidratante, se mezcla con la materia prima y se somete a un tratamiento a temperaturas moderadas. Activación física o del vapor: el material carbonizado se trata con una mezcla de gases de combustión y vapor de agua a una alta temperatura para que se active.

58 Nanoporos en una muestra de carbono activado vista al microscopio electrónico.

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63 Es habitual la mezcla carbono activado + KDF para evitar el problema bacteriológico KDF = substancia basada en iones de plata, patentada por KDF Fluid Products, Inc.

64 Es habitual la mezcla carbono activado + KDF para evitar el problema bacteriológico KDF = substancia basada en iones de plata, patentada por KDF Fluid Products, Inc. filtración química (redox)

65 El transporte a traves de medios porosos con tamaño efectivo de poro que compite con las partículas en el fluido transportado es un problema que está aún bastante abierto.

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67 Experimentos de intercambio: Se preparan disoluciones de NaI con y sin trazadores (I 131 ). Primero se hace pasar por el filtro la disolución con trazadores y luego sin trazadores, y se estudia el reemplazo de iones de I. Experimentos de desorción: La misma disolución del caso anterior es reemplazada por agua destilada. El decaimiento para tiempos largos sigue una ley de potencias, es necesario hacer una descripción mesoscópica más detallada que la de las leyes macroscópicas de transporte.

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72 Aproximación fenomenológica (Relación de Freundlich)

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