2TEMA 1: ECOLOGIA • Ecologia: paraula introduïda per primer com pel zoòleg Haeckel el 1870. Oikos: casa, llar. Logos:

estudi. 1. És una part de la ciència i per tant utilitza el mètode científic. 2. Estudia éssers vius complets, emfatitzant la seva interacció amb el medi ambient. Medi ambient: tot

allò que envolta l’ésser viu complet objecte d’estudi (inclosos els altres éssers vius). 3. Nivells d’organització:

a. Individu. b. Població: grup individus en espai físic que es relacionen entre sí. c. Comunitat: poblacions distribuïdes en espai els individus de les quals interaccionen entre sí.

Aquesta interacció requereix un esforç almenys d’una de les parts. 4. Sistema: conjunt d’elements relacionats entre sí que davant d’un estímul produeixen un efecte i que

requereixen energia per a existir/funcionar. Normalment ens referim a elements físics. 5. Definició ecologia: part de la ciència natural que estudia la interacció dels éssers vius complets, a tres

nivells d’organització (individu, població, comunitat) amb el seu medi ambient en el context/marc d’un sistema.

6. Condicions bàsiques d’un ecosistema o estudi geològic: a. Un ésser viu com a mínim. b. Un contorn/límits definit/s. Contorn pot ser: natural o artificial. c. Tamany variable. d. Depèn d’un flux d’energia: solar, fòssil, aliment. e. Diversitat biològica o biodiversitat. Diversitat: multitud d’éssers vius que viuen en un

mateix lloc simultàniament. Biodiversitat relacionada amb estabilitat ecosistema: permanència en el temps. Quan biodiversitat disminueix, l’ecosistema es torna més vulnerable, sensible.

f. Ecosistema pateix canvis en el temps. Gràfic: ordenades: desenvolupament o biodiversitat. Abscisses: temps. Funció: creix (progressió o successió), assoleix un punt en el que esdevé estable en el temps (clímax), decreix (degradació). Aquest mecanisme es pot alterar per diferents circumstàncies.

TEMA 2: MICROORGANISMES 1. Microorganisme: organisme que no pot ser observat si no és amb l’ajut d’una lupa o d’un microscopi. 2. Elements que necessita per desenvoupar-se:

a. Font de carboni. C. b. Font d’energia. c. Acceptor d’electrons.

3. Fonts de carboni a. El pot obtenir:

i. Inorgànicament: CO2 en forma gas o dissolt en aigua. AUTOTROFOS (autònoms). ii. Orgànicament: C agrupat en molècules orgàniques (ex: glucosa C6H12O6).

HETEROTROFOS. 4. Fonts d’energia:

a. Radiació solar i lluminosa: FOTOTROFOS/FOTOSINTÈTICS (ex: plantes). b. Química: QUIMIOTROFOS/QUIMIOSINTÈTICS (ex: éssers humans).

5. Acceptor d’electrons: la cèl·lula és la unitat fonamental de la matèria vivent. Té un nucli que conté el missatge genètic. Conté diferents orgànuls, entre els quals hi ha el mitocondri, responsable de la síntesi de l’ATP (adenosinatrifosfat) i la degradació i síntesi de nodriments orgànics. Respiració interna o cel·lular: els nodriments orgànics són oxidats per la cèl·lula. Els electrons alliberats són absorbits pel mitocondri, el qual capta l’energia d’aquests electrons en forma d’ATP. Un cop captada l’energia, aquests electrons necessiten un acceptor d’electrons per tal de no acumular-se a la cèl·lula. Acceptors d’electrons:

a. O2. Els organismes amb aquest acceptor d’electrons s’anomenen AERÒBICS. L’oxigen que respirem nosaltres i els demés organismes aeròbics es transforma en CO2 i en H2O. Els éssers humans som estrictament aeròbics.

b. ANAERÒBICS: l’acceptor d’electrons són nitrat i sulfat (NO3-, SO4--) que es transformen en N2 i H2S respectivament.

i. Dins dels anaeròbics trobem els organismes que realitzen la FERMENTACIÓ: partim de la glucosa (C6H12O6). Les llevadures, que són microorganismes,

trenquen la molècula. Oxiden la part esquerra, passant els electrons a la part dreta. La part esquerra es transforma en CO2, mentre que la part dreta, en alcohol. En presència oxigen, el procés funciona molt lentament. Llevadures són estrictament anaeròbiques.

6. Observació: a. Estrictament anaeròbics. b. Anaeròbics facultatius: normalment aeròbics però si coses es compliquen poden actuar com

anaeròbics. TEMA 3: CADENA ALIMENTÀRIA/TRÒFICA; PIRÀMIDE TRÒFICA 1. A la naturalesa trobem:

a. Elements de forma orgànica. b. Elements de forma inorgànica/mineral.

2. El pas de a a b (MINERALITZAR) es produeix quan els elements de forma orgànica moren i es descomposen. El pas de b a a (SINTETITZAR, que també fa referència a l’ascens en la cadena tròfica) només es produeix gràcies als productors primaris : plantes, algues i algunes bactèries, que tenen una part molt important d’aigua. Aquest productors transformen elements de forma inorgànica a orgànica. Els elements de forma inorgànica més comuns són: Ca2+, Na+, NO3-, Mg2+, Cl-, SO4--, PO4---.

3. La piràmide tròfica, doncs, està formada en la seva base pels productors primaris. A les zones que es troben per sobre hi trobem, en ordre ascendent, presa i depredador. L’ascens en la piràmide tròfica implica uns processos en els quals es generen subproductes:

a. CALOR. b. RESIDUS (presa-predador): aquests són convertits altre cop en elements de forma

inorgànica altre cop pels DESCOMPOSADORS (es troben a tot arreu): i. Bactèries. ii. Fongs.

4. Aquesta cadena (síntesi i mineralització) s’han mantingut en equilibri al llarg dels temps. Però en els últims 150-200 anys, els éssers humans hem accelerat la síntesi. Àdhuc es practiquen síntesis artificials (materials, fàrmacs, etc.). Tanmateix hem accelerat el procés d’ascens en la cadena tròfica, augmentant la utilització de recursos. Aquest fet implica una acumulació de residus i de calor i per tant, contaminació. Solucions: accelerar la mineralització (ex: depuradora: cultiu de bactèries i fongs. Com que es troben a tot arreu, únicament tracten l’aigua per tal que les condicions siguin les favorables pel desenvolupament d’aquests microorganismes) o desaccelerar la síntesi (que rep el nom de desenvolupament sostenible, consum raonable, etc.). En el primer cas, únicament és necessari influir sobre dos actors, mentre que en el segon cas, els actors involucrats són molt nombrosos. La recerca de solucions ve motivada per l’acumulació de residus (part superior de l’esquema) però també per la falta de recursos (part inferior) (recordar exemple augment preu acer per la presència d’un gran consumidor, Xina).

5. Bioacumulació (considerada com a efecte negatiu): a la natura hi ha compostos naturals. Quan hi introduïm productes sintètics (síntesis industrials) els éssers vius no saben què fer-ne. Opcions:

a. Rebutjar-los. b. Guardar-los (sobretot els productors primaris). Per tant, bioacumulació. S’acumula també en

els éssers vius que es troben per sobre en la piràmide tròfica. Ex: 1970, badia de Minamata (sud Japó). Indústria prop badia utilitzava mercuri com catalitzador. Mercuri que es perdia cap a mar. Sedimentació del mateix. Bacteris el van incorporar en el seu metabolisme, transformant el mercuri (Hg) en mercuri orgànic (procés anomenat metilització). Per tant, peixos acumulaven Hg-orgànic. Gent s’alimentava del peix que pescadors pescaven en aquella zona. El mercuri que ingerien en forma orgànica els destrossava el sistema nerviós central, perdien massa corporal i tenien forts dolors. Finalment morien. Abans d’aquest fet, no s’havien observat efectes massa negatius del mercuri en les persones. A partir d’aleshores, gran control. En Mediterrani, concentració Hg més gran que en oceà. Tonyines acumulaven Hg, però tal Hg ja des de sempre (bioacumulació natural). Tot i així, gran precaució. OMS: recomana ingerir peix de manera limitada. Ex: Pb i Zn, també efectes tòxics molt importants. Com el mercuri, es pot convertir en orgànic i bioacumular i ésser ingerits pels humans a través de l’aigua i l’aire. Goya: es diu que les seves millors pintures les va fer sota els efectes perjudicials del plom que ingeria via respiratòria provingut de les pintures de plom que manipulava. Ex: DDT (insecticida). També bioacumulable.

Obs: productors primaris: únics que poden passar matèria inorgànica a matèria orgànica, que no implica matèria viva (ex: fulla caiguda d’arbre). TEMA 4: DESENVOLUPAMENT DELS MICROORGANISMES 1. Microorganismes: unicel·lulars, són UBIQUOS: estan per totes parts. N’hi ha que desenvolupen

formes de resistència, com ara ESPORES: càpsula que els rodeja per protegir-los fins que condicions tornen a ser favorables pel seu desenvolupament. Per reproduir-se necessiten: font d’energia i de carboni i acceptor d’electrons. Quan les condicions són favorables, es reprodueixen ràpidament. Així doncs, per al desenvolupament d’un cert microorganisme, són fonamentals els següents factors:

a. INÒCUL: es necessita un primer microorganisme o una primera quantitat d’ells, és a dir, un inòcul, per iniciar el desenvolupament.

b. SUBSTRAT (un sinònim seria “medi de cultiu”): parlem de substrat en els dos casos següents:

i. Matèria que utilitzen els microorganismes per captar energia (font d’energia). ii. Superfície física sobre la que éssers vius es desenvolupen.

Constitueix un limitant del creixement: aliment necessari pel creixement dels microorganismes i que degut a la seva escassetat en el medi limita tal creixement. Ex: moto GP de la qual no tenim carburador i n’agafem un de d’una moto de 50cc. El carburador serà el limitant de creixement.

c. REACTOR: recinte/lloc amb límits físics on es desenvolupen els microorganismes. Ex: un perterra, un metall, etc.

d. CONDICIONS AMBIENTALS: temps, temperatura, lluminositat, pH, etc. Conjunt de factors que en determinen el creixement.

2. Temperatura: afecta universalment a tots els ésser vius. Un increment de temperatura de 10ºC pot duplicar el creixement dels microorganismes si no hi ha limitacions en altres aspectes. El límit en els éssers humans és de 40ºC aproximadament. A partir d’aquesta temperatura: danys irreversibles. Però hi ha bactèries molt primitives, anaeròbies, que no tenen nucli i que produeixen metà que poden funcionar fins a 60ºC. En l’altre extrem, a 0ºC disminueix l’activitat. Hi ha microorganismes que es paralitzen. Si les cèl·lules es congelen inadequadament, es poden arribar a trencar. Ex: refrigerem els aliments a nevera per tal de disminuir l’activitat dels microorganismes descomposadors.

TEMA 5: REACTORS 1. Definició: recinte on es desenvolupa una reacció. Estudiarem els reactors biològics. 2. Anècdota: fins a la meitat s. XIX es creia en la generació espontània. És a dir, que els

microorganismes com ara els descomposadors creixien a partir del no res. Pasteur va demostrar que els microorganismes eren ubiquos de la següent manera:

En primer lloc va posar aigua en un recipient com el que es mostra. Va bullir l’aigua durant un temps determinat, i així la va esterilitzar. Un cop passat aquest temps, va deixar refredar el conjunt. El que es va observar és que no apareixien microorganismes a l’aigua de l’interior del recinte. Després d’un temps prou prolongat per convèncer al públic que efectivament no apareixerien microorganismes, va tallar el tub corbat del recipient, deixant-lo obert i a mercè dels microorganismes de l’atmosfera i al cap d’un cert temps van aparèixer els microorganismes.

Observació: un cop refredat el recipient, els microorg no entraven ja que quedaven enganxats a les parets del tub del recipient. Per entendre-ho, fer símil amb corba carretera: la tendència dels vehicles és anar-se’n als marges. 3. Classificació dels reactors d’acord amb el seu règim hidràulic:

a. Flux discontinu: b. Flux continu:

i. De mescla completa (ideal). ii. De flux en pistó (ideal). iii. Real (es troba entremig dels dos anteriors. O s’aproxima a un o a l’altre, però no als

dos a la vegada).

Observació: UNIFORME-NO UNIFORME: contingut és el mateix en tots els pts de l’espai en el primer cas. Fa referència a l’espai. HOMOGENI-HETEROGENI: una estat - més d’un estat respectivament. Fa referència a l’estat. ESTACIONARI/PERMANENT-VARIABLE: contingut/propietats no varia/en amb el temps en el primer cas. Fa referència al temps.

FLUX DISCONTINU Icona

Es caracteritzen pel fet que quan s’ha fet una producció o una sèrie s’ha de tornar a començar tot el procés si se’n volen fer més. Ex: paella: un cop n’ha fet una, per fer-ne una altra has de tornar a repetir tot el procés. No pots aprofitar etapes realitzades en l’anterior paella. També: fàbrica paper, producció vi. MESCLA COMPLETA Icona

En tots els punts/volums de l’espai/la mescla, el contingut és uniforme. El volum de la mescla és constant i el cabal d’entrada i de sortida el mateix. La qualitat de l’aigua que surt és la mateixa que la de l’aigua de l’interior. FLUX EN PISTÓ Icona

El contingut de la mescla no és uniforme, fet que no implica que variable, és a dir, que pot ser permanent. Si observem un volum determinat de la mescla i el seguim al llarg del seu recorregut, el que observarem, en el cas ideal, és que el volum manté aquesta forma al llarg del procés i que les partícules de la secció anterior no es mesclen amb les de la secció posterior. Però en realitat el que tenim és una deformació d’aquest volum i per tant un mescla de partícules com el que s’il·lustra a continuació:

Exemples: 1) ferrocarril quan passa pel túnel (el túnel seria el reactor) 2) cadena de producció a gran escala d’un automòbil 3) forns de clínker. 4. Similitud entre un reactor de flux discontinu i un de flux en pistó:

El sistema de la part superior (flux discontinu sobre cinta transportadora (o amb rellotge)) seria la materialització del cas ideal que suposa el sistema inferior (flux en pistó). Suposem que la velocitat de la cinta transportadora i la del volum de referència del reactor de flux en pistó coincideixen i, a més, que ens trobem en règim permanent. Llavors, si volem analitzar les propietats de la mescla passat un cert temps (t2-

t1) del temps en què s’inicia el procés (t1), en el cas inferior podrem realitzar aquest anàlisi en qualsevol instant de temps mentre que en el cas superior haurem de realitzar-lo just en el moment en què la mescla passa per S en t2. Exemples: 1) cadena producció automòbils a gran escala vs producció ferrari 2) reacció química en laboratori (cas superior) 3)producció de vi i de paper (cas superior). 5. Comportament hidràulic: pel cas de reactors de flux continu i no pels de discontinu, ja que en aquest

cas, el colorant utilitzat que a continuació s’esmenta es diluiria en la mescla i no experimentaria cap variació ni moviment. Per mesurar el comportament hidràulic, s’utilitza un paràmetre que anomenem traçador (en el nostre cas, la concentració (C) d’un cert colorant en la mescla). El que realitzarem és un balanç sobre la massa d’aquest colorant a fi i efecte d’obtenir la variació de la seva concentració en la mescla al llarg del temps. El balanç és el següent:

Variació paràmetre/temps = flux entrada paràmetre (flux implica per unitat de temps) – flux sortida paràmetre + variació paràmetre degut a reacció/temps Ex. per comprendre l’últim terme de l’equació de balanç: variació patrimoni últim mes = flux entrada de cartilla – flux de sortida de cartilla + variació diners cartilla al llarg del temps (per retenció d’impostos, per interessos, comissions, etc.). El reactor seria la cartilla. Un altre ex. seria en el cas de l’energia, on l’últim terme faria referència a l’energia reciclada. Una variable important a tenir en compte és temps mig de estància/residència/permanència hidràulica (Th): Th=V/Q.

FLUX EN PISTÓ

S’introdueix una massa de colorant en un volum determinat (part ratllada) V. El traçador és C, essent

Vreacció

massaC =0 . Si el volum és molt petit, Co tendeix a infinit. El que observaria una persona situada a

la part dreta del reactor seria el que està representat a la gràfica del costat. En aquests reactors, suposant el cas ideal, totes les partícules tenen el mateix temps de permanència, per tant no té massa sentit parlar de T. MESCLA COMPLETA

Balanç màssic del traçador C: 00)( +−= QC

dt

VCd. El primer 0 é perquè no hi ha flux d’entrada; el

que tenim és un fet puntual: en l’instant inicial introduïm una massa de colorant, per tant, la concentració en el temps inicial és Co; és una condició de contorn. El segon 0 és perquè el colorant no reacciona amb la mescla. En aquest cas sí que té sentit parlar de T. La Co va disminuint al llarg del temps ja que hi ha una entrada i sortida contínua de Q net. Resolució:

)exp(ln11

0 T

tCoC

T

t

Co

Cdt

TC

dCdt

Tdt

V

Q

C

dCQC

dt

VdC C

Co

t

−=⇒−=⇒−=⇒−=−=⇒−= ∫ ∫El pendent de la gràfica és la velocitat en què canvia la concentració. Exercicis:

***

Aquest fet és degut a que Co=massa/volum total del reactor i no del volum material que en realitat observem. Per tant, com més petit sigui el volum material que prenguem pel balanç màssic, més elevada serà la concentració, superant el valor 1. Exemples: riu: FP (flux en pistó); llac: MC (mescla completa); cua de gent: FP.

6. REACCIÓ DINS REACTOR Nosaltres ens centrarem en el creixement dels microorganismes. (Gràfic matràs amb aigua i inòcul) Analitzarem com augmenta el número de microorganismes i també la seva massa. Observació: les algues creixen amb la llum.

a. Evolució número microorganismes.

Fase 1. Adaptació o aclimatació a noves condicions de contorn Fase 2. Creixement exponencial (mitosis 2-4-8-16). Fase 3. Disminució velocitat creixement ja que el substrat ja no és abundant. Fase 4. Estabilitat . Es mantenen un cert temps sense créixer (recordar paral·lelisme amb digestió éssers humans). Fase 5. Mort dels microorganismes, es trenca las seva estructura. El primer a trencar-se és la membrana que els envolta. Llavors, la matèria biològica viva passa a morta. Fase 6. La caiguda de la gràfica es suavitza ja que la matèria que deixen els microorganismes que es moren és aprofitada pels microorganismes que encara resisteixen. Tanmateix cal dir que hi ha poblacions de microorganismes que davant condicions adverses (per exemple la falta de substrat) desenvolupen formes de resistència, aïllant-se de l’entorn fins que les condicions

milloren. Per tant, no s’extingeixen sinó que la població es manté estable en el temps amb un número de microorganismes més baix que en el moment de màxim número d’individus. Pot passar que durant l’aclimatació, per adaptar-se al nou contorn per tal de sobreviure, certs microorganismes mutin. Els que no ho fan moren i els que muten són els que es reprodueixen (ex: Exon Valdés. Certs indrets coberts pel petroli estan essent netejats per l’acció de microorganismes que s’han adaptat a les noves condicions que se’ls presentaven, consumint així el substrat que és el petroli). b. Evolució massa microorganismes.

A diferència del número de microorganismes, la massa no s’estabilitza. L’explicació de les quatre fases és anàloga a la del cas anterior però amb certes diferències: Fase 1. Es pot considerar que la massa creix a partir de l’instant inicial. Per tant, en el període d’aclimatació, la massa ja comença a augmentar. Fase 2 – Fase 3. No hi ha una fase d’estabilització de la massa.

Fórmules per valorar creixement microorganismes: Fórmula de Michaelis- Menten- Moned (químics nordamericans i biòleg francès (?) amb bactèries com

a principal camp de treball): SK

S

s

màx

+⋅

=µµ . Descripció dels paràmetres:

=µ Velocitat específica (relativa) de creixement cel·lular.

1

.·

.· −=⋅

= ttempspresentslulesCèl

produïdeslulesCèlUnitats

=S Concentració substrat limitant del creixement (en les depuradores normalment és la matèria orgànica).

l

mgUnitats=

=sK Constant d’afinitat microorganismes vs substrat. (ct: o bé que varia poc o bé que no es sap

determinar amb prou precisió el seu comportament al voltant d’un valor en unes condicions determinades).

l

mgUnitats=

Observacions:

• Si S=Ks, llavors 2màxµµ = .

• Si S disminueix, llavors µ també disminueix. És a dir, quan hi ha poc nutrient, els microorganismes

creixen més lentament (“mengen menys”). • La fórmula de M - M – M és vàlida si les cèl·lules del nostre sistema són joves (tot el que assimilen

ho utilitzen per créixer). En realitat, s’acostuma a treballar amb cèl·lules velles i, per tant, part de l’energia que obtenen del substrat la utilitzen pel seu manteniment (recordar paral·lelisme amb ésser

humà). Així doncs, decayneta K−= µµ , on decay és sinònim d’extinció o destrucció. Kdecay també

rep el nom respiració endògena i representa la reducció de la velocitat de creixement degut a les causes ja esmenades; s’acostuma a considerar constant i el seu valor depèn de les característiques del sistema.

Relacions velocitat consum substrat – velocitat creixement

tempspresentslulescel

produideslulescèl

⋅=

.·

.·µ

tempspresentslulescèl

assimilatsubstratq

⋅=

.·

.

qY ⋅=µ (Atenció: no és la netaµ )

inatesubstrat

produideslulescèlentrenyieldY

lim.

.·))dim(( =

Y: varia en funció de les característiques del sistema. En cada estudi es considera constant. Valors: • Y=0.6-0.7 en depuració aeròbica. Produeix molts de fangs. • Y=0.1 en fermentació. Molt favorable ja que produeix pocs fangs i, a més, biogas. Es tendeix cada

cop més a aquest model de depuradora, aprofitant el biogas generat (antigament es cremava). Observació: mentre que en la ind. farmacèutica l’interès és el subproducte que generen els microorganismes quan consumeixen substrat, en eng. ambiental l’interès és el substrat. 7. ANÀLISI REACTOR CONTINU DE MESCLA COMPLETA (DEPURACIÓ BIOLÒGICA)

a. Balanç màssic cel·lular: VXQXQXdt

VXdneta 110

1)( µ+−=

Si suposem que la depuradora funciona en règim permanent (el règim de transició és el previ al permanent),

0110 =+− VXQXQX netaµ

i sabent que X1 és molt més gran que Xo, és a dir, que podem considerar 00 =QX ,

011 =+ VXQX netaµ

0=+ VQ netaµ

cneta

h Tlularcelapermanèncidemitjàtemps

temps

ideslulesproducèlpresentslulescèl

Q

VT ===== ·....

·.·1

µ

on V/Q és informació física del reactor i netaµ1

informació microbiològica.

Observació: si volem que S1 (contaminants aigua) disminueixi, µ també ha de disminuir i, per tant, Tc

ha d’augmentar. Si considerem Q constant, llavors el volum del reactor ha d’augmentar. És a dir, si volem que s’eliminin més contaminants, les dimensions del reactor hauran de ser majors i, per tant, la inversió serà més important.

b. Balanç màssic substrat: VqXQSQSdt

VSd110

)( −−=

Fent referència a la observació anterior, se’ns planteja un problema. Com solucionar-lo? Amb el cabal de recirculació Qr. Observem el següent esquema: (gràfic) El Qr està format bàsicament pels fangs que es dipositen a la base del decantador. L’objectiu és aprofitar les cèl·lules i treure’ls-hi més rendiment. Tot i així, no podem aprofitar totes les cèl·lules (per què?) i a més del Qr també existeix el cabal de purga Qp que és eliminat de la planta depuradora. Els dos cabals tenen Xr i S1. Amb els balanços màssics veurem per què queda resolt el problema. Abans, un llistat de les observacions realitzades: • En el decantador, les aigües es deixen reposar durant dues hores aproximadament (el temps és curt

perquè no es vol que les cèl·lules creixin més) Durant aquest temps es considera que S1 es manté constant, ja que com que S1 és baixa, llavors (segons gràfic µ -S) µ també és baixa, és a dir, que

l’activitat dels microorganismes és baixa i, per tant, durant aquest temps es pot considerar que no consumeixen substart.

• El cabal que surt de la depuradora és Q. La part que retorna a l’entorn natural d’on prové és Q-Qp, mentre que Qp representa els residus que genera la planta. El cabal Q-Qp, té S1 i X2 que és molt més petit que X1 ja que la majoria de cèl·lules han decantat (cal tenir present que si s’emet un nivell de cèl·lules elevat a l’entorn també pot ésser perjudicial).

• Com ja hem comentat, l’aigua s’està poc temps al decantador per tal que les cèl·lules no creixin. El perquè és el següent: el procés que té lloc en el reactor acostuma a ser aeròbic (correcte?) i per tant l’oxigen és l’acceptor d’electrons. Si les cèl·lules queden sense aire en el decantador (on no hi ha aportacions d’oxigen) les cèl·lules busquen un altre acceptor, que pot ser el nitrat. El residu que generen les cèl·lules fruit de la respiració cel·lular mitjançant nitrat és nitrogen gas. Si es produeix molt de nitrogen gas, les cèl·lules començaran a pujar perjudicant així el procés de decantació. Amb les algues passa el mateix però aquestes utilitzen la llum com a acceptor d’electrons, generant oxigen.

• Amb el cabal de circulació el Volum i el Th no canvien amb la recirculació (gràfic).

c. Balanç màssic cel·lular: VXXQQXQQXdt

VXdnetarrr 110

1 )()()( µ++−+=

Consideracions: règim permanent (la derivada temporal s’anul·la) + 10 XX ∠∠∠ (és a dir, 00 ≈QX ).

Llavors, obtenim chcrr

h

neta

TTT

X

X

Q

QT

∠⇒=−−

=)1(1

1

1

µ. D’aquí es desprèn que podem augmentar

Tc sense modificar Th (s’ha de complir la desigualtat) quedant el problema anterior solucionat, ja que per disminuir S1, Tc havia d’augmentar i, per tant, també Th i conseqüentment el volum del dipòsit. En aquest cas podem augmentar Tc sense necessitat d’augmentar el volum, únicament introduint un cabal de recirculació. Observacions: • Un no funcionament Qr, llavors S1 agumenta. • Si volem augmentar Tc, hem d’augmentar Qr. • Tc pot ser de dies, mentre que Th d’hores. • Si mala decantació, Xr disminueix i per tant s’augmentar Qr.

d. Balanç màssic substrat: VqXSQQSQQSdt

VSdrr 1110

1 )()()( −+−+= . Balanç

màssic no varia amb la recirculació.

Suposant també règim permanent, obtenim: 1

10 )(

VX

SSQq

−=

Actualment, decantadors estant essent substituïts per membranes.

TEMA 7: DESINFECCIÓ AIGÜES PÚBLIQUES 1. Cinètica microbiana:

a. Fins ara: en flux continu: aplicacions industrials (depuradora). b. En aquest tema: flux discontinu: aplicació analítica (indicadors de contaminació fecal).

2. (1971 transmissió còlera a través aigües xarxa pública a Barcelona (correcte?)) 1907 s’inicia a gran escala el sanejament (potabilització)/desinfecció de les agües públiques (Michigan i Inglaterra (correcte?)). Com valorar la validesa (eficàcia) de la desinfecció? Opcions:

a. Valorar els patògens (causants problema): dificultat elevada per detectar la seva presència. P q?

i. Són escassos. ii. En el moment d’iniciar aquest primer pla de sanejament, es requerien mètodes que

no es coneixien. iii. Temps i diners (recursos humans i materials).

b. Altres indicadors que mostrin la presència de patògens. 3. Aquesta segona opció és la que es va dur a terme. Els microgiòlegs estudiaren els intestins (reactor

flux en pistó) de persones afectades pels patògens i també aquelles que n’eren portadores. Observaren en tots els casos la presència de bactèries califormes (no patògenes en els majors dels cassos), per tant, esdevingué un indicador de contaminació fecal. Característiques d’aquestes: abundants, fàcils i ràpides de determinar. Així doncs, l’esquema bàsic que s’observava era: INDICADOR (abundant) + PATÒGENS (escassos). Es va demostrar (pel tast directe per part de la població de l’aigua tractada) que eliminant els indicadors, els patògens també s’eliminaven (excepte casos concrets en què no s’havien eliminat del tot). Així doncs, si trobem indicadors: possibilitat presència patògens.

4. Esquema: a. Contaminació fecal

i. Microorganismes patògens: molt variables, concentració (presència) baixa. � Determinació analítica: complexa, lenta (setmanes) i costosa (medis, diners i

persones). ii. Microorganismes no patògens (molts d’ells imprescindibles en el nostre

organismes): menor varietat, molt abundants. � Determinació analítica: senzilla, ràpida (24-48h), econòmica. � S’anomenen indicadors de contaminació fecal: la seva presència indica la

possible presència de patògens. � Després de 48h, essent el resultat és positiu, hi haurà gent que ja haurà begut

l’aigua. Pot passar que tot i haver-hi indicadors, no hi hagi símptomes propis de patògens. Si no hi ha símptomes, al llarg d’un cert temps, es considera que aquell nivell d’indicadors implica una no presència de patògens.

5. Criteris de selecció d’indicadors: a. Molt més nomerosos. b. Mètodes de detecció siguin més sezills, ràpids i econòmics (mitjans, personal). c. Presència d’indicador quan hi ha patògens. d. Comportament similar als dels patògens en el medi ambient i durant els processos de

tractament de l’aigua, en particular la desinfecció. Per exemple, si són menys resistents que patògens, s’eliminaran ràpidament sense garantir l’eliminació dels patògens.

6. Els indicadors són microscòpics: dificultat a l’hora de quantificar-los/identificar-los. Què es fa? Cultiu pq creixin en número/augmenti la concentració: perturben el medi on es troben, perturbació que es percep visualment: el seu augment implica modificació característiques medi cultiu (color,...). Per cultivar necessitem: inòcul, medi de cultiu, reactor, condicions ambientals. Existeixen dos tipus de reactor: - Reactor de membrana filtrant (placa de Petri). - Reactor de tubs múltiples-NMP (número més probable).

TUBS MÚLTIPLES • Fases:

o Qualitativa: en la que podem dir si hi ha o no els microorganismes que busquem. o Quantitativa: càlcul estadístic. Permet estimar la concentració:

nºmicroorganismes/100ml=NMP/100 ml. Els 100 ml és la unitat de volum en microbiologia de l’aigua. Els 100ml són de la mostra inicial que volem analitzar.

• Reactor: la unitat mínima és un tub. • Medi de cultiu: líquid:

o Fluïd. o Gelificat (microorganismes no es mouen). Per aconseguir-ho s’utilitza agar (extracte

d’algues; molècula natural) + medi cultiu líquid: � >60-65ºC: líquid. � <60ºC: gel. Amb el 2% de volum del medi de cultiu líquid ja n’hi ha prou. Normalment el medi de

cultiu ve deshidratat: es posa en envàs de plàstic amb garanties de qualitat (antigament no; era com sopa; es feia a partir extracte de carn) i amb unes instruccions de com preparar-lo. La preparació s’ha de fer en condicions d’esterilitat: no microorganismes.

• Inòcul: aigua a analitzar (mostra). En el moment en què es decideix l’indicador que es vol determinar, queden fixats: el medi de cultiu (pot haver-n’hi més d’un) i les condicions ambientals (temperatura). El volum d’inòcul que s’analitzarà oscil·la entre 1-50ml. Per tant, és important que la mostra agafada al camp sigui representativa de les aigües que es volen analitzar i que, a més, a l’hora de fer l’anàlisi, els 1-50ml siguin representatius de la mostra. Al tub, hi ha d’haver menys inòcul que medi de cultiu, perquè sinó microorganismes moririen.

• Indicadors més usuals: o Coliformes totals (37ºC)

� Coliformes fecals (44.5ºC) (grup): es troben en intestins i medi natural. La resta de coliformes, que no suporten aquestes temperatures, moren.

• Escherichia coli (tipus): s’obtenen modificant el medi de cultiu o els reactius d’identificació. Representen més del 90% dels coliformes fecals que hi ha als intestins. Pot passar que en algun assaig ens trobem amb més escherichia coli que coliformes fecals. Aquest resultat, però, no es pot produir sistemàticament perquè llavor vol dir que estem fent alguna cosa malament.

Els coliformes totals: fermenten la lectos (medi) amb producció d’àcid i gas (CO2). o Estreptococos fecals. o Clostridium pesfringem (estrictament anaerobi).

Fase qualitativa

• Observació: la campana de Durham ha d’estar posada de tal manera que la seva entrada no quedi obstaculitzada. Un cop hem tret el tub, posem l’inòcul. Esperem 24-48h. Si genera gas, a la part superior de la campana hi haurà aire.

• Tub positiu: si es compleixen els dos criteris (canvi de color i aire en la campana). Si no es compleixen, li donem una altra oportunitat, deixant-lo 24-48h més i si finalment tampoc es compleixen, el tub és negatiu.

• Resum procés: preparar tub, preparar medi, esterilitzar, inocular (s’ha de mesurar el volum d’inòcul), incubar (fer que condicions siguin òptimes pel seu creixement. Estufa a 37/44.5ºC segons indicador durant un temps indicat pel mètode (24-48h)), recompte (tub positiu o negatiu).

• Que sigui negatiu no implica que no hi hagi microorganismes en 100 ml perquè viuen distribuïts en grups. Per tant, es fant varis tubs per tenir major sensibilitat. P ex: 5 tubs amb 20ml d’inòcul en cadascun. Si tots negatius, sí correcte dir que no hi ha microorganismes en 100ml.

• Colònia: grup de microorganismes desenvolupat a partir d’un microorganisme inicial (recordar que els microorganismes creixen per divisió. Quan grup visible per ull humà: colònia.

Fase quantitativa • Analitzem 1 tub:

)/º(. mlnmitjanaióconcentrac=λ

λVm = =m nº microorganismes en volum.

=V volum. És correcte? No. No sempre obtindrem mateix nº microorganismes agafant volums iguals. Distribució de Poisson:

!)(

k

emknP

mk −

== =probabilitat que trobem k microorganismes en un

volum V agafat de la mostra. Per un volum V(ml) determinat, obtnim:

mm

ee

nP −−

===1

)0(

)'....(1)0(1)0( anteriorldearicomplementelésenPnP m =−==−=≠ −

• Analitzem una sèrie d’n tubs (n: nº de tubs, a+: nº tubs positius):

λVmeea

nnPnP

a

nanP anmamana =⋅−

==⋅≠

=+ −−−− ;)()1()0()0(),(

Exemple: suposem n=5, a=2, V=10ml. La gràfica que obtenim és:

Així doncs, si en el nostre assaig de 5 tubs, obtenim 2+, assignem 0.05 de concentració a la mostra. A la dreta de 0.05, la gràfica és descendent: com més concentració, menys probabilitat d’obtenir (5,2+), perquè segurament obtindrem més tubs positius. I raonament contrari per valors de concentració situats a l’esquerra de 0.05.

Si derivem P respecte de λ i igualem a 0 obtindrem l’expressió per a qualsevol n i a+. L’expressió que

obtenim és: mvean

n λ=−

, on mλ és el nº de microorganismes més probable. L’expressió resultant és:

an

n

Vm −= ln

1λ . Amb aquesta expressió realitzem la següent taula:

n=5 V=10ml V=20ml (correcte?) a NMP/100ml NMP/100ml 0 <2.2 <1.1 1 2.2 1.1 2 5.2 2.6 3 9.2 4.6 4 16 8 5 >16 >8 Interpretació de la taula: si obtenim un NMP/100ml inferior a 2.2, podem afirmar que tenim 0 tubs positius de 5 tubs de 10ml cadascun. (correcte?) Aquesta taula té limitacions. Per exemple, en la primer columna, si tenim 0 o 5 tubs positius, no podem determinar la concentració. Alternatives: • Diluir Si la mostra és molt concentrada i hem obtingut 5 tubs positius, el que fem és diluir la mostra:

10010OO

O

CCC →→ . Com? Agafem una part (10ml) de la mostra inicial i, en un altre recipient, li

afegim 9 parts (90ml) d’aigua. D’aquesta nova mostra més diluïda, tornem a agafar una part i, en un tercer recipient, li afegim 9 parts d’aigua. Amb aquesta tercera mostra de concentració Co/100 fem 5 tubs i suposem que ens en surten 3 de positius. Llavors la concentració és de 9.2NMP/100ml. Com que la concentració de la mostra inicial és 100 vegades superior, el resultat final serà 9.2·100NMP/100ml (de la mostra inicial). Observació: l’aigua que hi afegim cada cop, ha de ser aigua tamponada i esterilitzada. Tamponada: conté dissolts minerals que eviten explosió microorganisme: tenen una membrana que és permeable a certes substàncies i que tendeix a dissoldre el que està més concentrat. En condicions òptimes de l’aigua, amb sals (clorur de sodi (molt comú), etc.), la membrana deixa passar les salts al seu interior i estableix una situació d’equilibri. En el moment que a l’aigua li manquen les salts i tot tipus de substàncies, la zona concentrada és la part interior de la membrana, és a dir, l’interior del microorganisme; llavors deixa filtrar aigua cap a l’interior per dissoldre aquesta part més concentrada i el microorganisme acaba explotant. • 3 sèries de 5 tubs

En les tres sèries hi ha el mateix cultiu. Observació: com posar-hi 0.1ml de mostra?: es sap que 1ml d’aigua és aproximadament 20 gotes. Per tant, 0.1ml seran 2 gotes. Altre cop cal assegurar que agafem un volum representatiu de la mostra, ja que cal recordar que microorganismes tendeixen a decantar (pot ser bo remenar la mostra abans d’agafar-ne). En aquest cas l’expressió que utilitzem és:

),(),(),(),,,3( +⋅+⋅+=+++ cnPbnPanPcbanP , que és

la probabilitat que de tres sèries d’n tubs, amb cada sèrie el volum de mostra que s’indica per aquest cas, a surtin positius en la primera, b en la segona i c en la tercera. Amb aquesta expressió obtenim la següent taula: V=10ml n=5 NMP/100ml (en mostra inicial) Interval de confiança del 95% 3,2,1 17 7-40 1,0,0 2 5,5,4 1600 0,0,0 <2 5,5,5 >1600 Observacions: • Interval de confiança del 95%: repetint la mesura 100 vegades, 95 d’elles donarien un resultat dins

l’interval 7-40. • Per tant, mètode de poca precisió. • Podria passa un resultat 5,5,4? Sí, però no de manera sistemàtica. • Observem que hem augmentat l’interval en el qual podem quantificar, tot i que amb poca precisió, la

concentració de la mostra.

Exemple: aigua residual urbana. Té de l’ordre de 108-109 CT/100ml (CT: coliformes totals). Per tant, ja

des d’un principi, es dilueix la mostra inicial: 80

60

400

0 101010100

CCCCC →→→→ . Amb aquesta

última concentració fem l’anàlisi i la concentració resultant al multipliquem per 108. MEMBRANA: FILTRACIÓ AMB MEMBRANA • Medi de cultiu: gelificat. • Procediment:

Es filtren els microorganismes: es pren un volum conegut de la mostra que volem analitzar i es fa passar per la membrana esterilitzada que s’indica. A mesura que la mostra es filtra, els microorganismes queden retinguts a la membrana. Un cop filtrada la mostra, es renten les parets del cilindre amb aigua esterilitzada per recollir els microorganismes que hi han queda enganxats (en el càlcul posterior, no es considera el volum d’aquesta aigua ja que està esterilitzada). Es pot accelerar la filtració mitjançant el matràs de Kitasato:

• Hipòtesis: o Tots el microorganismes queden retinguts en la membrana (responsabilitat fabricant

membrana). Normalment membranes retenen aproximadament el 95% dels morg. � Tipus 1) Massa de fibres d’extracte de cel·lulosa. Nullipore

� Tipus 2) Massa contínua de material amb orificis realitzats amb làser. Nucleopore

o Tot els morg retinguts creixen. Normalment, sobre un substrat pla creixen de manera semisefèrica.

o Cada colònia correspon a un microorganismes inicial. Si els morg molt junts, es poden

superposar les corones (a vegades es pot distingir visualment i altres no). Per evitar aquesta superposició que condueix a errors, abans de filtrar la mostra és recomanable agitar-la per repartir el més homogèniament possible els morg en la mostra i a l’hora d’abocar-la fer-ho correctament: 1) no abocar la mostra per la paret del cilindre, pq morg es concentraran al peu d’aquest 2) el que també es pot fer és afegir uns 20-30ml d’aigua tamponada sobre la membrana i tot seguit abocar-hi a sobre la mostra: els morg no cauen tant directament i bruscament sobre membrana i es reparteixen millor al llarg d’aquesta.

• Un cop dipositats a la membrana, s’utilitzen les plaques Petri per fer-los créixer. La membrana es posa de la següent manera: No han de quedar bombolles d’aire per garantir que capil·laritat funcioni. Un cop tapat el conjunt tal com s’indica, es posa de caps per avall i s’escalfa fins a la temperatura òptima de creixement dels morg: es posa a l’estufa a 37/44.5ºC

durant 24-48hores. Si no es girés, al evaporar-se l’aigua (que quedaria condensada al sostre), el medi es deshidrataria i la capil·laritat deixaria de funcionar. Un cop passat el temps indicat es fa el recompte

visual: criteris: 1)color colònia (amb tècniques específiques en funció de cada indicador) 2)tamany (diàmetre colònia). Taula informativa:

Número Indicador Color Diàmetre (mm)

Mínim Màxim Relació màx-mín

CT (totals) Vermell 1mm (aprox.) 20 80 4:1 CF (fecals) Blau 2mm (aprox.) 20 60 3:1 EF Burdeos 0.5mm 20 100 5:1 Amb un sol procediment únicament podem determinar la presència d’un sol tipus de morg. Cadascun necessita unes condicions diferents. Les membranes tenen una quadrícula dibuixada per guiar la vista i ajudar al recompte. El número de colònies està limitat per tal d’evitar superposicions excessives. Límit màxim: intenta evitar interferències. Límit mínim: assegura una precisió mínima (ex: suposem que es compta 1 colònia; repetim tot el procediment i ara en comptem 2; tenim una divergència entre els resultats del 100%). Suposem que només tenim una membrana i que hem comptat 19 colònies: ens quedarem amb aquest resultat. Suposem que en tenim dos i que els recomptes són 19 i 25: ens quedem amb el de 25. • Exemple 1: volem determinar la concentració de CF en una mostra. Filtrem 25ml i comptem 70

colònies. Llavors Co=(70/25)100=280CF/100ml. Però 70>60, per tant, no és un resultat vàlid. Llavors diluïm la mostra: n’agafem 10ml i els mesclem amb 90ml d’aigua destil·lada; ara tenim una mostra de Co/10. En filtrem 25ml. Segurament el que obtindrem seran 7 colònies i, si és així, tampoc es compliran els límits. El fet és que hem de tenir en compte les relacions màx-min. Normalment es pren 4:1 per a totes i es va baixant de 4 en 4.

Cada anàlisi, com a mínim, 3 membranes. (preguntar si les fetes amb mostra diluïda també compten) • Exemple 2: suposem una mostra de Co. Fem tres filtracions: 100ml, 25ml, 5ml. Suposem que la

segona compleix el límit. Llavors es calcula la concentració i s’acaba l’assaig. Suposem ara que n’hi

ha dues que estan dins els límits. El que es fa és: nfiltratvolfiltratvol

recompterecompte =++

2.1.

21(preguntar si és

correcte i plantejar dubte de les tres filtracions (si corresponen a diluir o no la mostra inicial)). 7. Observacions:

a. Interval confiança 95% en aquests assaigs:

i. Límit inferior )1(2 nn +−≅

ii. Límit superior )2(2 nn ++≅

Exemple: si n=64, Límit superior és 84 i inferior 46. Per tant, tenim un error d’aproximadament de més/menys 30%. Per tant, és un mètode molt més precís que l’anterior (NMP). b. Quan estat Mediterrani era tema debat, països Mediterrani es proposaren conjuntament

analitzar estat aigua mar. Hi havia països que treballaven amb NMP i altres amb Filtració membrana.

i. Filtració membrana: ràpid (per tant, menys mà obra), precís, però membrana gairebé 1dòlar.

ii. NMP: menor precisió, major recuperació dels microorganismes, medi de cultiu econòmic i disponible, mà d’obra abundant.

El que es va fer és una calibració: protocol de treball que estableix una pauta de treball per a cada mètode que permet comparar els resultats obtinguts amb cadascun. Calibració que forma part de la ISO. c. Unitats dels resultats del mètode membrana filtració: ufc/100ml. Ufc: unitats formadores de

colònies. Els ml referits a la mostra inicial. TEMA 8: ESTADÍSTICA • Variables ambientals: temperatura (T), oxigen dissolt (OD), pH. Mesurades en un mateix punt en

diferents instants de temps s’ajusten a una distribució normal (campana de Gauss). En distribució normal: mitjana, moda i mediana coincideixen.

NORMAL Distribució de freqüència (relativa)

• Mitjana: centre graventat distribució.

Moda: la que té la freqüència més alta. Mediana: la que deixa a dreta i a equerra el 50% de les mesures. S: desviació standard: mesura de dispersió de les dades.

CVX

S

SX

SX

=

−∠=±

%16

%68

On CV és el coeficient de variació (desviació normalitzada).

1)(∫∞

∞−=dxxf

Freqüència acumulada

• ∫ ∞−=

xdxxfxF )()( .

En aquest cas, la mitjana, la mediana i la moda també conincideixen. • Exemple:

Altura: 1.60,1.61,1.61,1.62,1.64, etc. n=40 f(x)=f(1.60-1.64)=5/40=0.125.

• Si denotem per N la variable normal (aquella variable la distribució de la qual és normal), en l’expressió ),( σµN , els dos argument respresenten respectivament la mitjana i la desviació

estandard. Però aquest simbolisme és per referir-se al cas ideal, el cas en què ha estat enquestada el total de la població. Com que el que es fa és enquestar a un grup de la població representatiu d’aquesta en funció de la variable a analitzar, els valors que s’obtenen per a la mitjana i la desviació estándar són estimacions dels valors reals. Així doncs, per indicar que no s’ha enquestat a la totalitat de la població, es fa un canvi de notació: SX →→ σµ ; .

• Els que es fa és passar el simboide a una recta:

• Propietats de la nova escala en l’eix de les ordenades: o Simètrica respecte l’ordenada 0.5. o El 0.5 es manté en la seva posició inicial. o La distància física entre dos valors successius és variable. És a dir, no és una escala lineal,

on tots els segments definits per valors successius són iguals. • Estimadors d’F(x):

o )100(1

)(+

=n

ixF i

o )100(5.0

)(n

ixF i

−=

El 100 està entre parèntesi perquè s’utilitza només quan l’escala no està normalitzada i es treballa en percentatges. Tant l’1 del denominador de la primera expressió com el -0.5 de la segona serveixen per no perdre l’úlitma dada (ja que una de les característiques de la nova escala és que l’1 i el 0 es troben a l’infinit i al –infinit respectivament. Perdre la última dada si en tenim moltes no és problemàtic però sí si les dades de què disposem són poques.

Suposem que ens donen una mostra i volem saber si la variable a analitzar és una variable normal, és a dir, si s’ajusta a una distribució normal. Recordem l’exemple anterior: Altura (m) i F(xi)(x100) 1.60 1 1/41 (observar que en aquest cas és sobre 41 i no 40) 1.61 2 1.611: 2/41 1.61 3

3/41, o bé, podem fer-ho de la manera que es mostra a la part dreta. 1.613: 3/41

1.62 4 4/41 1.64 5 5/41 El pas següent seria dibuixar la gràfica i veure si s’ajusta a una recta. Observació: les dades són ordenades de menor a major valor Així doncs, suposem un conjunt de dades ordenades de menor a major valor. Els passos a seguir són:

i. Línia recta? (interpolant): SÍ, NO. ii. Si la resposta és SÍ: es tracta d’una variable normal i ja podem obtenir els

paràmetres característics: 1. S=x50-x16=x84-x50. 2. x =x50. 3. Observació: la distribució normal s’ha de complir pels valors intermitjos,

no extrems (cues). Suposem ara, que la variable que analitzem no s’ajusta a una distribució normal. Per exemple, coliformes totals: cada dia o cada setmana es pren una mostra de l’aigua de la desembocadura del Besòs i se’n determina la concentració de coliformes totals. (correcte?). La taula següent mostra possibles resultats: i CT (NMP/100ml) LogCT (per ajustar-ho a una

recta) 1 CT1=240 LogCT1 2 CT2=350 LogCT2 3 CT3=11·100 LogCT3 Variable normal logarítimica

(log normal en anglès) Variable normal

(preguntar si els valors estan ordenats de més petit a més gran) Els nous punts que s’obtenen aplicant el logaritme a la variable normal logarítimica sí que s’ajusten a una recta. Hem de tenir en compte que aquests nous valors es disposaran segons una escala lineal. L’altra opció és conservar el valor de la variable normal logarítmica i utilitzar una escala logarítimica. Observacions: • Si optem per la segona opció, podem obtenir els paràmetres característics de la distribució de la

variable directament de la gràfica. • Si optem per la primera opció, l’obtenció dels paràmetres característics de la distribució de la

variable real no s’obtenen aplicant l’antilogaritme als paràmetres característics de la distribució de la variable normal logarítmica (és a dir, la variable transformada). En l’únic cas en què sí que podem realitzar aquesta operació directament és per a la obtenció de la mediana: si suposem X=logx (on x és la variable normal logarítimica), llavors podem afirmar que x50=antilogX50. Tampoc es manté la desviació estàndard: si calculem la S de la distribució de la variable transformada: S=X84-X50=X50-X16=logx84-logx50=logx50-logx16. Observem que calculant la S i després aplicant l’antilogaritme no obtenim la S de la distribució de la variable normal logarítmica:

o Antilog(X84-X50)=antilog(logx50-logx16)=antilog(log(x50/x16))=x50/x16≠x50-x16. Així doncs, davant d’una variable (temperatura, organismes dissolts, resistència específica del formigó) ens hem de fer la següent pregunta: és una variable normal o normal logarítmica? Un cop determinat, fer la gràfica corresponent. Suposem la variable resistència específica del formigó, suposem que sigui una variable normal (les conclusions que se n’extreuen són igualment vàlides si es tracta d’una variable normal logarítimica). Tenim dos proveïdors de formigó A i B, amb la gràfica de distribució de la variable normal en qüestió cadascun. Observem les gràfiques superposades. Normativa a complir: R.E. (50%) > ó = quadrat. R.E. (90%) > ó = triangle. A: major variabilitat entre els resultats d’uns i altres dies. B: menys variabilitat. Per tant, preferible (si valors de resistència són acceptables). Observem que Sb<Sa. Si a més, el proveïdor B corregeix alguns aspectes en la composició del formigó i aconsegueix millors resultats, possiblement obtindrà la recta B’ tal que Sb=Sb’. Observació: S només canvia amb el pendent. Observacions pràctiques: • La realitat de la variable en qüestió imposa una certa desviació pròpia (pendent recta). És a dir, que

normalment, cada variable té un interval de variació de la desviació. És a dir, que la seva desviació oscil·la dins d’un interval determinat (és una propietat intrínseca de la variable), mantenint-se sempre dins d’un cert rang de valors. Així doncs, si obtenim un valor de la desviació més gran o més petit que els valors que limiten l’interval característic, vol dir que estem fent alguna cosa malament. Obs:

estem parlant de pendents, no de valors de les variables (és a dir, que la recta sí que pot variar la seva posició respecte de l’eix de les abscisses).

• En el cas dels microorganismes en aigües naturals (contaminades), trobem tres grans grups en funció de la desviació que presenta la seva concentració en aquestes aigües:

o S = lnx84-lnx50 (atenció, en aquest cas no log) � >3=major variabilitat. Aquest fet implica la realització d’abocaments puntuals. � 1-3=variabilitat usual, comú, normal (el valor més freqüent és aproximadament 2). � <1=més estable, menys variable. Que no implica que l’aigua sigui de bona qualitat

(pot ser que es tracti de zones molt netes, zones molt contaminades, etc.). (Aquesta classificació és aplicable per tot tipus de variable).

• Analitzem el cas de CT, CF, EF. Observem la gràfica:

Aquesta situació és la que habitualment es dóna però cal assenyalar que les rectes no necessàriament han de ser paral·leles o quasiparal·leles. Amb aquesta informació realitzem una ANOVA : anàlisi de variances. Ens diu si estadísticament les variables són significativament diferents. A continuació realitzem una ANOVA: Suposem que les rectes són quasiparal·leles i analitzem els quocients CT/CF i CF/EF. Donat que les

rectes són quasiparal·leles, podem considerar que 50

50,

50

50

EF

CF

EF

CF

CF

CT

CF

CT ≅≅ . Si les rectes no

són paral·leles, el que fem és crear una nova variable. Per exemple, Dia CT CF CT/CF 1 CT1 CF1 CT1/CF1 2 CT2 CF2 CT2/CF2 A continuació ordenem les dades de la columna CT/CF de menor a major i ho representem en una gràfica amb escala de distribució normal. La nova variable es distribuirà segons una distribució normal o normal logarítimica.

Un cop representada, podem fer la següent aproximació: 50

≅CF

CT

CF

CT. Si les S són similars,

5050

50

≅CF

CT

CF

CT(preguntar: això només seria vàlid si la distribució fos normal, correcte?)

Informació sobre CF/EF: • Aigües residuals domèstiques fresques, recents: 10 (aproximadament). • Aigües avícoles: <1: factors que influeixen en el quocient:

o Abocament de les granges. o Temps: la CF són més sensibles a temperatura, salinitat, llum i depredadors que EF. EF és

molt resistent a la sanilitat.

TEMA 9: CICLES BIOGEOQUÍMICS DELS ELEMENTS QUÍMICS (N, P(fòsfor), C, S, etc.) Obs: biologia: accelera cicle; geologia: el relenteix. (recordar cadena tròfica) Nitrogen: formes que adopta: (H= +1, O= -2)

(gas)+⇔ 43 NHNH (ió) (: nitrogen amoniacal (es troba en les dues formes)); N= -3

,...)(2 XNON (gas); N= 0 ( NN ≡ ) −

2NO (ió)(nitrits); N= 3+ −

3NO (ió)(nitrats); N= 5+

Observacions: • Els ions sempre els trobem dissolts en aigua. • Estat valència: mesura l’energia. Com més electrons, més energia (valència N: com més negativa,

més energia tindrà). • Els nitrits i els nitrats no són utilitzats com a font d’energia pels microorganismes. Tot i així, hi ha

microorganismes que utilitzen els nitrats com a acceptor d’electrons, generant com a residu de la seva respiració cel·lular el nitrogen N2.

Els gasos de l’atmosfera es dissolen en aigua segons la llei de Henry: llei enunciada per William Henry segons la qual la quantitat de gas dissolt en un volum de líquid determinat, a temperatura constant, és proporcional a la pressió d’aquest gas en contacte amb el líquid. L’amoníac NH3, a més de dissoldre’s en aigua, també reacciona amb ella (hidròlisi):

−+ +⇔+ OHNHOHNH 423 ; nitrogen té la mateixa valència en els dos casos.

++ +⇔+ OHNHOHNH 3324 , que per comoditat s’escriu de la següent manera.

++ +⇔ HNHNH 34

L’equilibri està regit per la següent constant:

[ ] [ ][ ] )º20(10 4.9

1

4

113 CT

NH

HNHK === −

+

+

NH3 molt tòxic tant per éssers aqüàtics com per nosaltres. NH4+ poc tòxic per éssers aqüàtics. Si H+ augmenta, l’equilibri es desplaça cap a NH4+, per tant, menys toxicitat (i al contrari).

[ ] [ ]+>>⇒> 434.9 NHNHpH

[ ] [ ]+=⇒= 434.9 NHNHpH

[ ] [ ]+<<⇒< 434.9 NHNHpH

Normalment, pH=7-8. El desplaçament de l’equilibri és instantani, tant en un sentit com en un altre (qüestió de minuts, tot i que efectes poden manifestar-se al cap d’unes hores). Per tant, una zona pot haver resultat intoxicada i haver mort ésser que hi viuen. Més tard, aigua neta desplaça l’aigua bruta i quan arribem per fer anàlisi pH, aquest es troba dins valors acceptats (7-8).

CICLE DEL NITROGEN L’estructura de l’N-orgànic està formada per un N, tres H i un R radical orgànic que s’afegeix a un dels tres H. El grup H-R és el grup amina (proteïnes). Així doncs, l’obtenció del NH3 és un procés de desaminar l’N-orgànic. Per a l’obtenció de l’NH3 es necessiten descàrregues elèctriques, que poden ser naturals (llams) o industrials (per a l’obtenció de fertilitzants, NH3, es produeixen aquestes descàrregues de manera artificial). La valència del N tant en el N-orgànic com en el NH3 és la mateixa (-3). En el procés de nitrificació intervenen unes bactèries anomenades bactèries nitrificants o nitrobactèries, les característiques dels quals són:

- Quimiotrofos (NH3). - Autotrofos (CO2). - Aeròbics (O2 com acceptor d’electrons).

Dins d’aquest grup, hi ha dues espècies: - Nitrosomona: que permet l’obtenció de nitrits a partir de l’amoníac. - Nitrobactor: que permet l’obtenció de nitrats a partir dels nitrats.

Treballen en cadena (un treballa sobre el que ha fet l’anterior). Si la velocitat de treball és diferent, pot passar que s’acumulin nitrits (si els primers són més ràpids que els segons), però en la naturalesa rarament trobem nitrits (NO2-). Per tant, els Nitrosomes són més lents que els nitroboactors, per tant, els primers són limitants . La nitrificació és un procés que consumeix bastant d’oxigen i, a més, produeix aigua.

OHHNOONH 2323 2 ++⇒+ +−

−=⋅+=⋅+ 323 6216314;64;171314 gNOgOgNH

Per tant, per a cada 17g d’amoníac, en consumim 64 d’oxigen. H+: acidifica el medi.

−− ≡−≡− 3333 6214;1714 gNONgNOgNHNgNH

Els primers termes d’aquestes dues expressions són els grams d’amoníac com a nitrogen i de nitrat com a nitrogen respectivament. Si sumem les dues quantitats, obtindrem els grams de nitrogen que tenim. Per part dels microorganismes, el més usual és assimilar el nitrogen en forma d’NH3 i de NO3-. Obs: l’NH3 dissolt molt bé les grasses. Tot i la indicació del primer esquema d’aquest apartat, estrictament s’entén com a desnitrificació el pas de NO3- a N2. És un procés anaeròbic, ja que l’NO3- és ara el que actua com a acceptor d’electrons. Els microorganismes que realitzen aquest pas, són: heteròtrofs (C-org: l’obtenen del sòl o se’ls dóna) i quimiotrofos (utilitzen normalment el mateix compost d’on han extret el C-org). Fertilitzants al camp El principal compost dels fertilitzants el l’amoníac i l’amoni (s’utilitzen junts). Normalment el sòl està format per sorres i argiles. Aquestes darreres acostumen a tenir càrregues negatives i, per tant, l’amoni hi queda retingut. La retenció es produeix en les capes més superficials (superiors) del sòl i és inusual que contamini els aqüífers. Així doncs, les plantes tenen opcions favorables de recollir-lo. Però les bactèries també l’acaben oxidant, produint NO3-, que llavors sí que amb les pluges es filtra i contamina l’aqüífer. Mentre que no es filtri, pot ser captat per les plantes. Tot i així, no és bo que s’acumuli ja que hi ha més risc de contaminació d’aqüífers, però tampoc és bo que en falti, ja les plantes n’acostumen a absorbir. Així doncs, s’ha de procurar mantenir la terra airejada perquè els bacteris no utilitzin l’NO3- com a acceptor d’electrons sinó l’oxigen. En cas contrari es produiria la desnitrificació (producció d’N2) (correcte?). Si l’aqüífer resulta contaminat d’NO3-, si està en bones condicions no hi ha C-org, per tant,

tot i que les altres condicions en principi són òptimes, no es produeix desnitrificació i l’aigua resulta contaminada d’NO3-. Ex: però si per exemple hi ha un abocament de gasolina que es filtra a l’aqüífer, la conjunció d’NO3- + C-org (gasolina) resulta beneficiosa ja que es consumeixen els dos elements contaminants per produir N2. S’entén com a fixació el pas de N2 a N-org. És realitzat per: • Cianobactèries. • Algues cianofices (verdes-blaves). Tenen uns pigments especials que sintetitzen l’N2 atmosfèric en

N-org. • Nizobiurn: estableix una simbiosi amb les lleguminoses (llenties, cigrons, etc.). S’incorpora en uns

vasos que la planta té a les seves arrels a partir dels quals circula a través de la planta i estableix una simbiosi amb aquesta (relació d’interdependència). Així doncs, un cop explotat el cultiu, el que es fa és remoure la terra juntament amb els lleguminoses per tal d’obtenir un sòl ric en N-orgànic (preguntar pq ens interessa un sòl ric en N-orgànic). Una de les principals línies d’investigació és el traspassar l’ADN dels nizobiurns a altres plantes per fer-les més riques en proteïnes. Tot i així, és complicat ja que hi ha plantes que generen sistemes de defensa vers aquesta agressió externa i rebutgen la bactèria (o el seu ADN).

És un procés que no té el problema de quedar-se sense reactiu ja que el 79% de l’atmosfera està composada per N2. (Buscar cultiu hidropònic) CICLE DEL SOFRE (Establir paral·lelisme amb el cicle anterior) H2S (gas) també es dissolt en aigua i hi reacciona. També és tòxic. També trobem HS-orgànic (canviant un H per un radical orgànic). L’H2S reacciona amb l’aigua, s’hidrolitza i es produeix HS-, S-- (sulfur: reacciona molt ràpidament amb metalls, generant precipitats, com ara FeS (color negre)). S2 és sòlid. SO3- i SO4-- també en medis aquosos.

+− +⇔ HHSSH 2

Suposant una aigua de pH=8:

[ ][ ][ ]

[ ][ ][ ]

4.9

4

32

21

21 101010 −

+

+−−

+−

==>−==NH

HNHK

SH

HHSK , ja que H2S és un àcid, mentre que

NH4+ és un àcid dèbil.

[ ][ ]

7

2

10=−

SH

HS

Observacions:

- Sulfur: reacciona molt fàcilment amb metalls (Fe, Mn, Cu, Mg), formant, per exemple FeS, que és de color negre (molt freqüent en aigües on hi ha Fe).

- H2S: olor ous podrits. 1. Bactèries colorejades del sofre (oxiden sulfídric): acumulen l’S2 a l’interior com a forma d’energia

(reserva). 2. Beggiatoa (creix a aigua): també l’acumulen a l’interior i si l’han d’oxidar ho fan. 3. Oxidació d’S2 per part dels beggiatoa quan ho necessiten. 4. Tiobacillus: també generen H2SO4 (característica). 5. Sulfatoreductors (desulfobivrio): en condicions anaeròbies i a partir de la matèria orgànica

produeixen H2S. En condicions aeròbies, els tiobacillus converteixen aquest H2S en H2SO4. Característiques dels 1 i 2:

- Quimiosintètiques. - Anaeròbies. - Heteròtrofes.

Característiques sulfatoreductors: - Anaeròbies. - Heteròtrofes (matèria orgánica C).

- Quimiosintètic (matèria orgánica C). Característiques tiobacillus:

- Aeròbies. - Quimiosintètiques.

Conseqüències ambientals importants: CLAVEGUERAM Tipus:

1. Unitari: conducte únic. a. Aigües residuals (q1). b. Aigües d’escorrentia (q2) En la nostra latitud, q1<<<q2 (en la nostra latitud). Puntualment plena però normalment nivell clavegueres baix.

2. Separatiu: a. Conducte 1: residuals. b. Conducte 2: escorrentia.

Mecanisme degradació clavegueram:

- Normalment nivell aigües clavegueram baix i per tant velocitat baixa. Per tant, matèria orgànica precipita acumulant-se al fons (part ratllada). Si es reben altres materials com sorra el cúmul de matèria augmenta.

- Comença la seva degradació de la matèria orgànica. - Necessitem oxigen. Si escasseja, es desenvolupen condicions anaeròbies. H2S: per poc ferro que hi hagi, l’aigua adquirirà color negre. NO3- i SO4--: acceptors d’electrons en ordre de facilitat de trobar-los. Hi ha microorganismes que fermenten, generant metà. - L’activitat que es desenvolupa és isotèrmica. Microorganismes quan degraden matèria orgànica

augmenten la temperatura del sistema. Cal tenir en compte que el clavegueram és un reactor biològic i que per tant genera calor. El contrast de la temperatura dels productes formats amb la temperatura ambient del clavegueram fa que aquests productes (H2S, pex) es condensin a les parets, produint l’efecte corona, que és una corrosió biològica. Es forma com una mena de cendra a les parets (H2S i H2SO4 condensats (correcte?)) molt perjudicial pel formigó ja que els seus components constitueixen una mescla supercorrosiva.

- Així doncs, si veiem aigua negre amb bombolles implica que s’estan desenvolupant els 3 processos (N2, H2S i CH4).

Com es pot fer per evitar el màxim la formació d’agents corrosius que degraden el formigó? 1. Netejar

a. Injectar, mitjançant una manguera a través pou de registre (els pous de registre estan separats entre sí 50m aprox.), aigua a pressió al clavegueram o extreure amb succió la matèria orgànica acumulada.

b. Tancs de descàrrega (poc utilitzat actualment): consisteixen en uns dipòsits amb sifó a les parts altes de la ciutat, que quan s’omplen es descarreguen de cop, creant un flux d’aigua que neteja el clavegueram.

2. Airejar: de forma natural (veure figura). L’objectiu de l’airejament és oxidar l’H2S a SO4(2-), menys perjudicial (i l’H2SO4?). S’ha de tenir el compte que la claveguera és un reactor i, per tant, que la temperatura és més elevada que la del seu entorn. Per tant, pot passar l’efecte xemeneia: L’aire té tendència a sortir de forma natural al estar més calent. Aquest efecte és més acusat a les parts altes d’una població (ja que al tenir, els fums, tendència a ascendir, aquests van pujant claveguera amunt).

Observació: el tap hidràulic amb temps sense funcionament (per tant, amb període prolongat sense pluges) es pot evaporar. Ex: col·lector: Castelldefels-Viladecans: el conducte de secció circular pot anar ple (sense làmina lliure d’aigua). En les aigües hi ha matèria orgànica, hi ha absència d’oxigen i, sobretot en les zones costeres hi ha presència de sulfats; si hi sumem la temperatura i el temps, tenim els ingredients bàsics perquè es produeixi corrosió biogènica (que és més acusada com més allunyats estiguem de l’inici del col·lector (per què?). El que es fa a vegades és afegir NO3- perquè els microorganismes l’utilitzin com a acceptor d’electrons i produeixin N2 (inert) en comptes d’H2S. En aquest col·lector està dividit per trams, la final de cadascun dels quals trobem una estació de bombeig. En aquestes estacions de bombeig es produeix H2S ja que les condicions són les òptimes. El que es fa és airejar aquestes estacions , però amb un dispositiu purificador de l’aire: se’l fa passar per un material porós i els microorganismes d’aquest oxiden l’H2S: biofiltre .

3. Compostos químics: s’afegeix, per exemple, ferro, que és un captador de sulfurs: −++ +⇔ eFeFe 32

Fe2+ (en condicions anaeròbies): ferro ferrós, en aigua, en presència de sulfurs (S--) forma FeS, que és de color negre. Fe3+ (condicions aeròbies): ferro ferri, en aigua, reacciona de la següent

forma: 33 )(OHFeOHFe ⇒+ −+ , que és sòlid de color vermell que precipita. Obs: Fe3+ és molt

soluble. Problema: la forma com s’afegeix el ferro. Una de les opcions és afegir sulfat de ferro, però s’ha de vigilar perquè així estem afegint sulfats, que poden produir H2SO4, agent també corrosiu. Ex: suposem un aqüífer del qual extraiem aigua. L’aqüífer pot estar fàcilment sense oxigen (si l’aigua ha estat molt de temps en el mateix aqüífer). Si hi ha ferro al terreny es forma, doncs, ferro ferrós. Al extreure l’aigua, la presència d’oxigen implica condicions aeròbiques i, per tant, el ferro ferrós s’oxida a ferro ferri, que amb l’aigua precipita en forma de Fe(OH)3.

Estacions de bombeig

Així doncs, el problema que es presenta és la corrosió biogènica. Com limitar o corregir aquesta corrosió?: reconstruir/rehabilitar la tuberia, netejar per eliminar la matèria orgànica, airejar per fer que l’H2S s’oxidi a S2, afegir reactius (s’afegeix Fe) Fets que poden succeir relacionats amb:

1. Material resistent: plàstic, gres (ceràmica vitrificada resistent a l’atac àcid). Si el desguàs es trenca, si el subsòl no està ben compactat es pot produir un rentat del mateix, fet que deriva amb descensos del paviment.

2. Pendents/seccions: Moltes vegades, les clavegueres arriben als nivells freàtics ja que han de tenir un pendent que permeti la circulació de les aigües. Si s’arriba al nivell freàtic i el material de les parets està en mal estat o no és l’adequat es pot produir una infiltració d’aigua salada i, per tant, una salinització de les aigües, la qual dificulta la seva reutilització: els microorganismes de les depuradors no l’accepten massa bé. Així doncs, la claveguera ha d’estar en bon estat i per tant s’ha de garantir-ne el manteniment.

3. Si una de les mesures adoptades és l’afegir ferro com a segrestant de sulfurs, aquesta aigua arriba a la depuradora de color negre. A la depuradora, el FeS pot trencar-se i dividir-se en les seves unitats bàsiques (correcte?): S(2-) i Fe(2+), que en condicions aeròbiques passa a Fe3+, i el sulfur a SO4(2-) (correcte?). Ferro ferri reacciona amb els OH de l’aigua i produeix Fe(OH)3 (vermell) que tot i precipitar no dificulta la depuració.

4. Rehabilitació: La funda es calenta i dilata, fet que afavoreix el seu acoblament al conducte de claveguera. Un cop introduït es cura (per recuperar la rigidesa). El conducte vell serveix d’encofrat.

Accidents: 1. Suposem una segona residència, amb un sistema de sanejament autònom tipus fossa cèptica i que

no ha estat habitada durant força temps (1 o més anys (correcte?)). Amb el pas del temps, la matèria orgànica de la fossa es pot filtrar fins al subterrani (veure la figura), on si poden donar, per tant, les següents circumstàncies: temps, temperatura, matèria orgànica i falta d’oxigen (ingredients per a la generació de H2S). Així doncs, per a baixar-hi:

a. Ventilar. b. Analitzar la presència de sulfídric (no cometre l’error d’utilitzar un encenedor per

comprovar la presència d’oxigen! Perquè pot haver-hi metà) amb un quit (tira de colors que permet determinar-ne la concentració).

c. Baixar amb arnesos. És a dir, amb sistema d’extracció de persones. d. Utilitzar mecanismes de respiració assistida.

2. El mateix problema pot passar en una galeria de serveis.

3. Cas ocorregut a Teià. El pou de recepció de fangs de la depuradora que mostra la figura està protegit per evitar males olors a l’exterior mitjançant sistemes d’airejament. En el pou, on hi ha el cúmul de fang, les condicions són les següents: fang (matèria orgànica), falta d’oxigen (condicions anaeròbiques), temps i temperatura, per tant, la generació de H2S està assegurada. Tot i així, hi ha una sèrie de normes i controls que permeten fixar-ne uns nivells que es consideren acceptables. Problema: suposem un camió que hi aboca uns fangs que estan més

acidificats que normalment. Aquest fet farà que l’equilibri +− +⇔ HHSSH 2 es desplaci cap

a l’esquerra, ja que augmentem la concentració d’H+. Aquest desplaçament implica un augment de l’H2S i, per tant, la formació d’un núvol tòxic d’aquesta substància. Així doncs, abans d’abocar els fangs, controlar-ne el pH per evitar aquesta situació.

CICLE DEL CARBONI CH4 (-4): metà. Estat de màxima energia. S’anomena també biogas, ja que està generat per les bactèries metanogeneradores. CO2 (+4): en forma de gas o dissolt en aigua i, així com també H2S i NH3, reacciona amb ella, formant els anions: HCO3

- i CO32-. És l’estat més oxidat i és un punt de referència en molts estudis i anàlisis.

Quantitats de CO2: Atmosfera: 750 Gt CO2 Superfície oceans: 1000 Gt CO2 Profunditat oceans: 38000 Gt CO2 L’intercanvi de CO2 entre els oceans i l’atmosfera i la terra i l’atmosfera és el que mostra la figura: Així doncs, el temps migs d’una molècula de CO2 a l’atmosfera és de 5 anys. Les ondulacions del gràfic són degudes a que les plantes capten més CO2 a l’estiu que al hivern. Així doncs, les ondulacions són degudes a l’efecte de les estacions de l’any. Cicle del carboni: Aerobi: acceptor d’electrons és l’oxigen. Anaerobi: acceptors d’electrons són el sulfat SO4(2-) i el nitrat NO3(-).

1. Mineralització o degradació o combustió. Nosaltres, per exemple, ingerint aliments estem fent una mineralització. Quan som adults, per mantenir el nostre pes, la quantitat de C al nostre cos s’ha de mantenir estable.

2. Mineralització o degradació. No combustió. 3. Fermentació, que com a subproducte genera CO2. 4. Fermentació, que com a subproducte genera CH4. 5. (Bio)síntesi. Produïda bàsicament per productors primaris al realitzar la fotosíntesi. 6. En processos de sedimentació, acumulació (flat oxigen). Ex: fulles, escombraries, etc. 7. Per oxidació o combustió.

En amoníac, preocupació toxicitat aigua. En sulfídric, corrosió i toxicitat. En CO2, efecte hivernacle. CO2 peculiaritat de retenir radiació tèrmica. Quins components generen efecte hivernacle?:

- Gotes d’aigua dels núvols: retenen/absorbeixen energia tèrmica. - CO2. - CH4.

El mecanisme és el mateix que un hivernacle. Quan la planta ha crescut, l’aliment líquid es llança i se’n posa de nou. Actualment existeix una borsa (pq obeeix les lleis del mercat) d’intercanvi de drets d’emissió de CO2. Kioto: limita les emissions de CO2 (actualment superem el nostre límit en un 30%). Així doncs, s’estableix que es necessita permís per emetre CO2. Com s’obté tal permís? A través de la borsa. Ex: Països de l’Est: tanquen fàbrica i venen CO2: es fa auditoria i es calculen les emissions de la fàbrica abans de tancar (es calcula l’emissió CO2/ any). Però d’aquest només pot passar a la venda un determinat percentatge, fixat per la borsa. El que compra aquest CO2 també ha de realitzar una auditoria per determinar futures emissions i així realitzar la compra d’acord amb aquestes emissions. Al inici, 1t de CO2 costava 8euros. Actualment, 1tCO2=23euros. Generació energia:

- Hidràulica. No generació CO2. - Eòlica (amb aerogeneradors). No generació CO2. - Nuclear. No generació CO2. - Tèrmica (cremant petroli,...). Sí generació CO2. Hi ha una distinció en funció del que es crema:

o Gas-oil. Emissió CO2 no exempta de pagaments a borsa. o Restes de fusta/bosc. Emissió CO2 sí exempta de pagaments a borsa.

Cada país té una combinació d’aquestes quatre formes de producció d’energia. Consum de CO2 a Espanya en funció de l’energia consumida: 420g CO2/Kwh. França: 66gCO2/Kwh. Exercici: suposem una persona que gasta 300kwh/mes. Quans euros ha de pagar en concepte de CO2 consumit?

meseurosgCO

euros

kwh

gCO

mes

kwh/3

10

23420300

26

2 ≈⋅⋅

Exercici: actualment, una de les opcions que s’està estudiant és la de desalar aigua de mar per al consum domèstic. Quina és preu que hauríem d’afegir a la factura de l’aigua com a conseqüència de l’energia que consumeix una planta desalinitzadora en termes de CO2?

El consum d’energia és de 4kwh/m3. Per tant, 2

62

3 10

234204

gCO

euros

kwh

gCO

aiguam

kwh ⋅⋅ .

Així doncs, tota l’activitat que generi CO2 s’ha de mirar amb visió crítica. FÒSFOR (P)

1. No hi ha canvi de valència. Gairebé tot el fòsfor biològic en forma de PO4

3- : la hidròlisi de l’àcid ortofosfòric H3PO4 genera: H2PO41-

(A), HPO42- (B), PO4

3- (C).

01,)1(14243 ≠+⇔ +− kHkPOHPOH

02,)2(24

142 ≠+⇔ +−− kHkHPOPOH

03,)3(34

24 ≠+⇔ +−− kHkPOHPO

[ ] [ ][ ]43

4210POH

POHHk

−+ ⋅=≠

Quan es diu que hi ha ió ortofosfòric, vol dir que hi ha A, B i C. PO4 no canvia de valència: únicament es combina amb radicals orgànics:

2. PO4 sí que canvia de forma física. Quines formes adapta?:

PO4 H ó R

H ó R

H ó R

- Dissolta. - De partícula (per exemple, en fulla caiguda de l’arbre) o de sòlid. El pas de la segona a la primera forma permet fer-lo accessible a més éssers vius. Una de les formes característiques és la de polímer: detergents. El fòsfor (P) usualment és l’element limitant de l’activitat biològica.

3. Les sals d’ortofosfat són molt insolubles. Fet que implica que en una aigua amb fosfats, la majoria d’aquests hagin precipitat. Com més fort sigui el catió, més insolubles són les sals. En les masses d’aigua, el fòsfor és limitant. En sòls, els agricultors afegeixen fosfat a la terra. Normalment, degut a que forma sals molt insolubles, normalment aquest fosfat no té mobilitat i s’acostuma a trobar a les capes superiors del sòl. En principi, doncs, els aqüífers no són contaminats per fosfats, a no ser que es faci un pou i que degut a la pluja, aquesta arrossegui fosfats a través de la superfície del terreny fins arribar al pou i així contaminar-lo. Fosfats en forma de polímers Abans no hi havia detergents (anys 60-70). S’utilitzaven sabons, amb els quals costava fer espuma en aigües dures (alt contingut calci i magnesi) ja que precipiten amb el Ca i Mg. A continuació tenim l’estructura d’una molècula del polímer: El que fa aquesta estructura és reduir la tensió superficial per tal que les substàncies que normalment no es dissolen amb aigua sí que ho facin (ex: oli). Els detergents es van generalitzar arreu després de la seva aparició. Un dels requisits que ha de complir és que ha de ser biodegradable: que la molècula (mostrada en la figura anterior) es trenqui en altres coses que no produeixin espuma. Si li donem molt de temps, s’alliberen els monòmers PO4

3-. Gairebé cap planta depuradora treu el fòsfor de l’aigua que tracta. Un abocament de PO4

3- on no n’hi havia anteriorment produeix creixement biològic (microorganismes com les algues,...(productors primaris)). En una aigua normal, la concentració de fòsfor és <0.1mgP/l.

4. Ús eficient del fòsfor per part dels éssers vius. El fòsfor desprès pels éssers vius que moren és assimilat ràpidament per altres éssers vius. És per aquest motius que amb poc fòsfor hi pot haver activitat biològica. Tot i així, si manca el fòsfor, manca l’activitat biològica. Estat biològic de l’aigua:

- Oligotròfic: escasseja l’aliment i per tant l’activitat biològica. Cadena tròfica molt petita. - Eutròfic: quan hi ha prou fòsfor com per fer augmentar els productors primaris i per tant la

cadena tròfica. La transició d’un estat oligotròfic a eutròfic s’anomena eutrofització. L’eutrofització d’una aigua pot ser:

- Natural (amb el temps. Poden passar milers d’anys). Implica un equilibri de la cadena tròfica.

- Antropogènica (antro: persones, gènica: generat) (qüestió de mesos). Augment desmesurat dels productors primaris i per tant desequilibri de la cadena tròfica.

Definició d’eutrofització: augment progressiu lent (natural) ó accelerat/ràpid (antropogènica) del contingut d’elements nutritius (C,S,N,P sobretot). En el segon cas es manifesta per un augment incontrolat de productors primaris. Observem següent figura: Aportació a aigua de fòsfor. Les aportacions es poden classificar en dos grans grups:

- Fonts de contaminació o aportacions puntuals: es pot identificar amb coordenades en un plànol, està acotat (ex: tuberia).

- Fonts de contaminació o aportacions difuses: aportació per molts punts, no clarament acotat. L’aportació de fòsfor augmenta la quantitat de productors primaris (B). Necessiten llum i temperatura per desenvolupar-se. Pot passar que per vents i corrents s’acumulin (A) de forma que al interior del cúmul i manca la llum i per tant moren, constituint matèria orgànica per les bactèries. Aquestes inicien la seva activitat de mineralitzar (matèria orgànica a matèria inorgànica)(correcte?). Si el cúmul és molt compacte, hi manca l’oxigen i per tant les bactèries utilitzen acceptors d’electrons diferents a l’oxigen. Per tant, condicions anaeròbiques que resulten en la producció de H2S, CH4 i N2. Aquestes substàncies són molt moletes per la gent. A més, si es tracta d’un recinte tancat peixos no poden sortir i moren per la toxicitat que adquireix l’aigua. Bancs de pesca Al fons dels mars i oceans s’acumula matèria orgànica que és descomposada pels microorganismes i per tant esdevé una zona amb molts de nutrients, sobretot P. Quan corrents passen s’enriqueixen d’aquests nutrients. Quan aquestes corrents xoquen contra el continent en certes zones del planeta (pex la que mostra la figura, o també Xile, entre d’altres) els nutrients pugen a la superfície: aflorament (up-welling). Floració (bloom): creixement d’algues (per la presència en aquest cas de fòsfor i altres nutrients). Com reduir la concentració de fosfats en una aigua (la majoria es troben precipitats)?:

a. Reduir/suprimir els abocaments (puntuals i difusos). b. Precipitar part del fòsfor dissolt (més complicat, depèn de la massa d’aigua). Ex: amb

alumini, que produeix salts amb el fòsfor i precipita (problema: toxicitat de l’alumini). c. Recobrir el precipitat, dificultant així la seva emigració. d. Extreure els sediments. Ex: Flix, Sau/Susqueda. En aquest segon cas, veure següent

figura.

1) Amb el descens del nivell de l’embassament es pot plantejar l’extracció de sediments. 2) De 1 a 2: en èpoques en què s’assoleixen nivells mínims deixen passar l’aigua ja que si la

retenen, com que el percentatge d’aigua respecte el de sediments és baix, aquesta es deteriorava.

Problema extracció sediments: com extreure-ho, on posar-ho? El “com?” podria ser el següent: Aïllar els sediments per evitar-ne filtracions durant la seva extracció que puguin contaminar l’embassament 2. Els sediments extrets es porten a abocador i es tracten.

PARÀRETRES DE QUALITAT DE L’AIGUA Per a l’anàlisi de la qualitat de l’aigua s’utilitzen mètodes analítics:

1. Gravimètrics: mesuren masses mitjançant balança analítica, la qual té una precisió de +-0.1mg. 2. Volumètrics 3. Colorimètrics 4. Instrumentals (equips, personal)

GRAVIMÈTRICS Matèria:

- Dissolta (molècules, ions): MD (matèria dissolta) o SD (sòlids dissolts). - En suspensió (partícules): MES (matèria en suspensió) o SS (sòlids en suspensió).

La suma dels dos tipus de matèria s’anomena residu sec (R.S.) o sòlids totals. Per determinar-ne la concentració s’utilitzen petits recipients d’alumini que pesen 2.5g aproximadament on s’hi aboca una cert volum de mostra. Tot seguit s’escalfa per evaporar l’aigua i el que queda és el residu sec. Passos: primer pesar el recipient, després el recipient amb la mostra i finalment el recipient amb el residu sec. Així doncs, havent calculat el volum de mostra abocat i sabent el pes del residu sec, ja podem determinar-ne la concentració: massa R.S./vol=mg/l.

A quina temperatura s’evapora l’aigua? La mínima utilitzada és 100ºC. Es fa a aquestes temperatures per accelerar el procés. A 100ºC es comencen a formar cristalls de Ca i CO3, que contenen aigua (aigua de cristal·lització). L’aigua de la mostra pot, doncs, classificar-se en tres grups:

- Lliure: s’evapora a 100ºC. - De cristal·lització: intervé en la formació dels cristalls. S’evapora a 130ºC. - Ocluïda: queda retinguda entre els cristalls. S’evapora a 180ºC. (correcte?) - Si s’evapora a 180ºC, els resultats que s’obtenen són més exactes.

El interval de concentració de sals que podem trobar-nos va des de 200-250mg/l fins a g/l. Passos a seguir si es vol distingir la concentració de matèria dissolta i en suspensió: Tal i com mostra la figura, en primer lloc, es fa passar la mostra per un filtre. El diàmetre dels porus del filtre és de 0.45µm o 1.20µm. El que travessa el filtre es considera matèria dissolta. El que queda retingut al filtre es considera matèria en suspensió. Havent pesat prèviament el filtre i mesurat el volum de mostra i pesant ara el filtre amb la matèria en suspensió, ja queda determinada la concentració de M.E.S.. Per determinar la concentració de M.S., s’esclafa la mostra filtrada fins eliminar l’aigua. Havent fet prèviament les pesades i mesures que pertoquen, queda determinada la concentració de M.S.. Tipus de

filtres que trobem al mercat: - Filtres sense cendra: acetat de cel·lulosa: material orgànic que es volatilitza completament. - Filtres que no s’alteren: fibra de vidre.

Resum coses necessàries: Balança, estufa (100ºC, 130ºC, 180ºC), sistema de filtració, filtres (0.45µm, 1.2µm), cassoles d’alumini preferentment ja que pesen poc. Per què interessa que pesin poc? Perquè l’error induït serà menor. Exemple: suposem una mostra amb concentració de 400mg/l. En un recipient petit d’alumini, que pesa 2500mg hi posem 10ml, per tant, hi haurà 4mg de sòlid. Nosaltres, per a determinar aquests 4mg, el que fem és pesar primer el recipient i després el recipient més la mostra evaporada. La resta seran el 4mg. Però: 2504mg-2500mg: hi ha més sensibilitat a l’error. El que es pot fer, és repetir l’assaig, l’evaporació, tants cops com faci falta per augmentar la massa (preguntar). Altra classificació de la matèria:

- Orgànica/mineral. - Orgànica/volàtil.

Passos a seguir per a determinar-ne la concentració: En primer lloc, s’evapora l’aigua de la mostra a 180ºC mitjançant una estufa. A continuació, el que es realitza és una incineració: mostra a 550ºC+-50ºC a una mufla (forn especial, elèctric, amb parets refractàries) durant 30 minuts. La part orgànica es converteix en CO2 i H2O. La primera figura correspon a la mostra un cop evaporada la seva aigua. La segona, a la mostra incinerada. La part blava de les dues figures és un altre recipient amb les mateixes característiques que el que conté la mostra i que tapa la matèria sòlida evitant que entri l’aira, ja que, en cas que no es posés, durant el procés es podria produir flama. Si hi ha flama, es produeix cendra, que s’enduu part de la matèria. Al final de procés el que tenim és matèria inorgànica (residu sec inorgànic). La orgànica es mesura per diferència. Si el residu sec conté CaCO3, amb l’escalfor es produeix calç viva (CaO). Per tant, es perd CO2 inorgànic. Fets com aquest fan que el més probable és que es menysvalori la quantitat de matèria inorgànica. Dessecat

Objectiu d’aquest instrument: refredar el residu sec sense que adquireixi humitat (aigua) per després pesar-lo. Si ho féssim directament, la balança no assoliria un valor fix, ja que entre la mostra (la humitat de la qual és zero) i l’ambient (humitat w) hi un gradient d’humitat: la mostra va adquirint humitat (aigua) fins que s’arriba a l’equilibri.

La mida de l’instrument és com el d’una olla a pressió. La vaselina permet aïllar el interior de la humitat. La clau està tancada durant el procés. Un cop aquest a finalitzat, s’obre la clau per així poder obrir la olla sense dificultat. Si no hi hagués la clau, costaria molt obrir l’olla: nRT=PV: T disminueix i nR i V són constants, per tant, P disminueix!. La fletxa indica com s’obra la tapa (direcció i sentit). La línia discontínua és un fals fons i per sota s’hi posa CaO (hidroscòpic, tendeix a hidratar-se) o CaCl2 (tb hidroscòpic) i gel de silici. La funció és captar l’aigua de l’ambient i evitar que sigui absorbida pels residus secs. Quan aquesta mescla de substàncies està seca, el color es blau. Quan està humida, rosat. El seu estat és irreversible: quan ja no poden absorbir més aigua, s’esclafen per eliminar-ne l’aigua i es tornen a utilitzar. Així doncs, si el color és rosa vol dir que hem de escalfar aquesta mescla o canviar-la. VOLUMÈTRICS 1mol(pes molecular) (g) 1mol Ca2+=40g 1mol/l=1M (1 molar) 1eq (equivalent químic)=massa de substància corresponent a una càrrega elèctrica 1eq=20g Ca2+ (seria incorrecte dir “1eq de Ca2+ ATENCIÓ ) 1mol Mg2+=24g 1eq=12g Mg2+ 1eq/l=1N (1 normal) Amb freqüència: 0.2mM, 0.3mN (meq/l) En què consisteix l’assaig?:

Volum reactiu (coneixem N del reactiu)

Volum mostra (no en coneixem N)

Matràs d’Erlenmeyer

Quan s’arriba a l’equilibri, es compleix que Vreactiu·Nreactiu=Vmostra·Nmostra. Com saber que s’ha arribat a l’equilibri? Perquè es produeix un canvi d’una característica determinada, com per exemple el color (amb un indicador), el pH, la conductivitat. Cada mètode té un paràmetre de control determinat. COLORIMETRIA Absorció de la llum d’una determinada longitud d’ona (λ) per part d’una substància. El que es fa és donat un volum determinat de la mostra se li afegeixen una sèrie de reactius al llarg del temps per tal d’aconseguir un producte que absorbeix llum de longitud d’ona λ proporcionalment a la concentració de la substància que volem determinar. Cal tenir en compte que no totes les substàncies absorbeixen proporcionalment a la seva concentració. Moltes només absorbeixen llum d’una determinada longitud d’ona en un cert interval de la seva concentració (ATENCIÓ). Com es mesura l’absorció de llum?:

1. Transmitància (T) Espectrofòmetre d’absorció de llum visible Com més selectiu sigui el valor de λ més car és l’aparell. Io: intensitat incident. T= (I1/Io)100(%). Així doncs, com més transmitància menys absorció.

2. Absorbència (Abs) Absorbència (Abs)=-logT=-log(I1/Io)=log(Io/I1) Llei de Beer-Lambert: Absorbència (Abs) (adimensional) =KCL K: constant que depèn de l’equip, el producte i la temperatura. C: concentració de la substància que volem determinar. L: longitud recorreguda pel raig que travessa la substància. La dissolució patró es pot fer o comprar a centre homologat que venen mostres certificades. Hem suposat que la mostra inicial s’ha de diluir ja que tenim valors de referència d’altres assaigs que estableixen una concentració de la substància a determinar en la mostra que queda fora del interval en el qual l’absorció de llum és proporcional a la seva concentració. Un cop fetes totes les dissolucions de la figura, seguir els passos establerts per un protocol d’actuació (afegir reactius). A continuació, utilitzar l’espectrofotòmetre:

Passos a seguir en la seva utilització:

1. Fixar longitud d’ona (dependrà de la que absorbeixi la substància a analitzar).

2. Afegim la primera solució (“BLANC”) i li assignem una T=100% i per tant Abs=0 (coherent si tenim en compte que la concentració de la substància en qüestió en l’aigua destil·lada és zero). Així doncs, ja tenim calibrat l’aparell per l’assaig.

3. Determinar, per les tres dissolucions de mostra patró l’absorbència corresponent. Un cop, per a cada concentració de la substància a estudiar de cadascun dels tres matrassos de mostra patró, tinguem el valor de l’absorbència corresponent podem traçar la següent recta: recta/línea patró.

Amb l’origen i un primer punt, en principi la recta ja es pot traçar perquè segons la llei de Beer-Lambert, és una recta. Els altres dos punts no han de caure exactament a la recta però sí que han de ser propers. Traçada la recta patró, el que es fa és obtenir els valors de l’absorbència per a cadascuna de les tres dissolucions de la mostra a analitzar. En el primer cas, per exemple, el que s’obté és Cma1=0.2Co. Per tant, d’aquí deduïm Co. Obtindrem tres valors de Co que en principi hauran de coincidir.

Tot aquest procediment explicat també es pot fer de forma contínua, mitjançant la bomba de desplaçament positiu (el seu nom es deu a què la mostra sempre va cap endavant (símil amb bomba per inflar roda bici: l’aire sempre surt; quan tirem la maneta cap amunt no torna a entrar).

El tub és de tefló (veure primera figura): elàstic, molt inalterable. La base del funcionament de la bomba és el que mostra la segona figura (recordar exemple dits). El procés és: automàticament es van agafant les mostres i s’introdueixen en el tub que porta incorporada la bomba. Al tub si introdueix aire periòdicament per dividir la mostra (veure tercera figura). Al llarg del tub trobem diferents punts d’injecció de reactius en funció del protocol a seguir (aquesta injecció es fa mitjançant cèl·lules fotoelèctriques. Per poder complir el protocol a vegades el tub s’ha de manipular (veure quarta figura). Per exemple, si necessitem 30min entre reactiu 1i 2: l=vt: v la fixa la bomba, t el fixa el protocol, per tant, l determinada, que s’aconsegueix amb la manipulació esmentada.

El que és important és la interpretació dels resultats obtinguts. Cal tenir en compte que la presa de mostres és crítica. Tots aquest equips no corregeixen els errors que podem fer en la presa de mostres. Important: representativitat d’aquestes.

Espectrofotòmetre d’absorció atòmica S’utilitza si s’ha de determinar la concentració d’un metall. La llum no és llum blanca sinó és una llum especial específica per a cada metall. La figura mostra en què consisteix. Pel punt P s’injecta a la mostra un gas portador a elevada temperatura que agita els àtoms del metall del qual volem determinar la concentració (correcte?) (són aquests àtoms excitats els que absorbeixen la llum).

CROMATOGRAFIA Dos tipus: líquida i gas. GAS LÍQUIDA

Les mostres es posen en els tubs indicats i el conjunt s’introdueix en un medi líquid. A més, s’aplica un increment de voltatge en els extrems que permet impulsar la mostra per tal que recorri tot el tub. La mostra va quedant retinguda en diferents punts. En funció de la posició, de la substància i de la comparació de posicions amb les altres mostres es realitza un estudi detallat de concentracions i altres paràmetres.

TERBOLESA És una propietat òptica de l’aigua (també de l’aire) que es manifesta per la dispersió de llum blanca produïda per la matèria en suspensió. Unitats: unt (unitats nefelomètriques de terbolesa). Té dues connotacions:

- De tipus organolèptic/estètic: organolèptic: es percep a través dels sentits (en aquest cas la vista); estètic: aspecte més cultural, per ex: per nosaltres l’aigua que bevem ha de ser transparent, mentre que en altres regions del planeta moltes vegades beuen aigua tèrbola.

- De tipus sanitari: les partícules que es troben en l’aigua que són responsables de la seva terbolesa poden servir de substrat pels microorganismes, que s’hi adhereixen. Aquesta adhesió a les partícules fa que quedin protegits dels processos de desinfecció.

Així doncs, el criteri tècnic és: baixem la terbolesa el màxim possible per tal de reduir la concentració de microorganismes i, per tant, fer que la desinfecció sigui més eficaç. Es mesura amb el turbidímetre . En trobem dos tipus:

- Transmissió: La llum és llum blanca. It: I transmesa. It<Io. Com es calibra?: a terbolesa zero, It=Io i per tant It/Io=100%. A mesura que la terbolesa augmenta, It<Io.

- Dispersió (nefelòmetres) (són els homologats i que s’utilitzen per a la depuració d’aigües):

Id: Idispersada. Els 90º s’han establert per convenció. Id<Io. Com es calibra?: a terbolesa zero, Id=0. A mesura que terbolesa augmenta, Id esdevé més gran (valors positius).

Volem terboleses entre 0.1 i 0.2 (ordre de magnitud!). Referència. Aigües d’abastiment terboleses<1unt. Calibració dels turbidímetres: mitjançant el polímer formacina Formacina: polímer de color lletós. Es pot comprar a un proveïdor, cas en què acostuma a venir gelificat perquè es conservi més temps, o bé es pot fabricar en el propi laboratori. Aquesta mescla es posa 24h a l’estufa. El producte resultant és la formacina que, per convenció, se li assigna una terbolesa de 400unt (unitats nefelomètriques de terbolesa). Aquest és un valor elevat, per tant, el que es fa a continuació és agafar-ne 10ml que es barregen amb 90ml d’aigua destil·lada. Es repeteix el mateix ara amb aquesta nova dissolució i s’obté finalment la solució patró mitjançant la qual calibrem l’aparell. (preguntar) Cal dir, però, que la terbolesa de la substància patró que servirà per a calibrar l’aparell, el qual té una sèrie d’escales que pot adoptar, ha de ser del mateix ordre de magnitud que la que s’espera de la mostra. És necessari calibrar l’aparell periòdicament. L’aparell utilitzat és el turbidímetre : Per a la calibració, el passos són el següents:

- Es posa un tub de color negre, que absorbeix la llum, de caps per avall i es tapa el conjunt per la part de dalt sense que el tap deixi passar la llum. Es fa la lectura i se li assigna terbolesa zero amb un dels dos botons que mostra la figura.

- A continuació es posa la mostra patró, es fa la lectura i se li assigna la terbolesa que li pertoca. Tot i que aquest és un turbidímetre d’ús discontinu, també n’hi ha de continus, l’esquema de funcionament dels quals és el següent (constantment s’està llegint la terbolesa): Fins 10-15 unt no perceptible per l’ull humà. 1907 inici depuració. Anys 50-60 (correcte?) es comença a mesurar terbolesa. El primer turbidímetre fou del turbidímetre de Jackson:

S’afegia aigua fins que la flama d’alcohol es deixava de veure nítidament. Era un turbidímetre de transmissió. La flama d’alcohol té la característica de ser molt estable. Flama d’alcohol:

Quan es volia apagar, es tapava de manera que es quedés sense oxigen.

Com menor és l’angle α més reflexió hi ha (menys penetració de la llum). La part que no és reflectida té dues possibilitats:

- Una part és absorbida: escalfor massa d’aigua. - L’altra part es dispersa: dispersió: canviar direcció, no sentit. És una difracció: les diferents

ones de longitud que componen el raig es separen. En els aparells, el que es pretén és la mínima absorció i reflexió (correcte?). Atenció: netejar bé el tub. TEMA En una aigua pura trobem:

Equilibri que es dóna i que ve regit per la constant de ionització Kw. [ ] [ ] )(TctHOHKw =⋅= +−.

A 20ºC, Kw=10-14 aproximadament. També s’acostuma a expressar la Kw en forma de pKw=14. Recordem: 1mol=nº atòmic expressat en grams. 1mol Ca(2+)=40g Ca(2+). (pes molecular) 1mol Mg(2+)=24gMg (2+). 1mol CaCO3=100gCaCO3. Equivalent (eq)= massa corresponent al intercanvi d’un electró o a una càrrega elèctrica.

Ex: CaCO3: Ca(2+) i CO3(2-) quan es dissocia en aigua. Per tant, 1eq=50gCaCO3.

[ ] : concentració molar (mols/l).

[ ]++ −= HpH log)( : és un factor determinant en l’estabilitat d’una substància, per exemple, aigua.

Obs: en principi el signa + que hi ha entre parèntesi hauria de ser-hi, però per comoditat ja no es posa. En

general podem parlar de: [ ]ApA log−= , on A és una substància o element arbitrari.

Hi ha substàncies que incorporen mecanismes que mantenen estable el seu pH; mecanismes que consisteixen en substàncies tampó o amortiguadores. Equació d’electroneutralitat: s’ha de complir en qualsevol líquid i és la següent: eq(+)=eq(-). Per

exemple, en l’aigua pura: [ ] [ ]11 11 +− ⋅=⋅ HOH , l’1 que multiplica tant a la concentració molar del ió

com del catió correspon al número de càrregues del mateix. Per tant, tenim el següent:

[ ] [ ] [ ] PHneutrepHHHOH ===−⇒=== +−−+− 7log1010 72/1411 , a partir del qual tenim

la següent classificació: pH>7: bàsics. pH=7: neutres. pH<7: àcids. Composició de l’atmosfera (volums): 21% O2, 79% N2, 0.032% CO2.

Llei d’Henry : [ ] gasHenryHdissolt PpKgas ⋅= )( :

- HK : constant de Henry. Depèn fonamentalment de la temperatura.

- gasPp : pressió parcial del gas en contacte amb el líquid.

Quan escalfem l’aigua, els gasos del interior tenen més energia i es tornen més inestables, essent per tant expulsats i per tant havent-hi menys gasos en l’aigua. Per tant, com més energia més tendència a sortir del líquid. Així doncs, a pressió parcial igual, una augment de temperatura implica una reducció de la constant de Henry. pV=nRT, per tant, p=(n/V)RT on n/V és el percentatge de gas a l’atmosfera (correcte?).

atmPpCO5,1

2 10−= .

Gasos: alguns, a més de dissoldre’s, reaccionen amb l’aigua. L’O2 i N2 no hi reaccionen. Sí, però, el CO2:

} } } }

44444 344444 21

876

44444 344444 21

876484 76

2

23

*

3

1

3

*.

32

*

222 111;111)()( +−−+− ⋅+⋅⇔⋅⋅+⋅⇔⋅⇔+⇔ HCOHCOHHCOCOHOHdissoltCOgCO

carbonatbicarbonatcarbònicàcidKH

650)(

32

2 ≈COH

dissoltCO

[ ] [ ][ ] )º20(10 34,6

1*32

11

31 Ca

COH

HHCOK −

+−

==

[ ] [ ][ ] )º20(10 33,10

1*

3

1123

2 CaHCO

HCOK −

−

+−

==

[ ]*32COH : inclou [ ] [ ]434 21321

àciddformaenlliure

COHCO'..

322 + . Així doncs, [ ] 2*

32 COH pKCOH ⋅= .(preguntar)

“Si i només si” que apareixen: - Amb asterisc a sobre: impliquen que la reacció és pràcticament instantània. - Amb KH a sobre: implica que la reacció no és instantània i que depèn de la constant de Henry.

La rapidesa d’aquesta reacció depèn de la turbulència del líquid (és a dir, de l’energia que tingui el gas) (preguntar).

Per tant, tenim la següent situació:

- Incògnites: H(+), OH(-), H2CO3, HCO3(-), CO3(2-).

- Equacions: K1, K2, Kw, [ ] 2*

32 COH pKCOH ⋅= .

- Per tant, ens falta una equació: electroneutralitat:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 011211211 233

233 =⋅−⋅+⋅+⋅⇒⋅+⋅+⋅=⋅ +−−−−−−+ HOHCOHCOOHCOHCOH

[ ][ ]

[ ][ ] [ ] [ ] 02

23221

*321 =−+

⋅⋅⋅+

⋅ ++++ H

H

Kw

H

COHKK

H

COHK

- Un valor habitual de [ ] MpKCOH COH5

2*

32 10−=⋅= (en funció condicions atmosfèriques

pot variar). - Si substituïm, en l’equació anterior, els valors corresponents per a cada variable, observem que

el segon i tercer sumand són menyspreables respecte els altres dos. Així doncs, l’equació es redueix a la següent expressió:

[ ][ ] [ ] [ ] 767.5101010 67.5534.6

*321 <=⇒=⋅≅⇒≅

⋅ −−−+++ pHHH

H

COHK

- Conclusió: el pH de l’aigua oberta a l’atmosfera és més àcida que l’aigua pura. Per tant, al discórrer per la superfície dissolt altres substàncies: es mineralitza. En el moment que pH es neutralitza, Llei de Henry estableix que l’aigua absorbeix altre cop CO2. Per tant, l’aigua està constantment diluint cations, anions i altres ja que el pH es va acidificant periòdicament (fins arribar al mar). No bo veure aigua no mineralitzada, ja que llavors treu els minerals del nostre cos.

En aquest procés, el pH de l’aigua de la superfície augment (fins 7-8 aproximadament (correcte?)). Com més alcalí és el terreny, el pH augmenta més. Com més volcànic (metamòrfiques, volcàniques, etc.) pH més acidificat. Com més alt és el pH (com d’alt? O com més a prop de l’estat neutre?), augmenta la seva capacitat amortidora. Ex: aigua pH=5.67 amb gota llimona: pH es dispara cap a baix, poca capacitat amortidora.

Alcalinitat : capacitat d’amortir el pH al afegir àcids o bases. Així doncs, dins d’un líquid, classifiquem els ions en tres grups:

- CATIONS: ,...,, 22 +++ NaMgCa

- ANIONS: ,...,, 34

24

−+− POSOCl

- ESPECIALS: −−−+ 23332 ,,,, COHCOCOHOHH

Expressió general:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]−−−−++ +++=+ ∑∑ OHCOHCOAnaHCatc ac 233 2

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] TALCALINITAAnaCatcHOHCOHCO ac =−=−++ ∑∑ −++−−− 233 2

Si aigua és pura, ALC=0. Exemples:

- Si a H2O hi afegim NaCl, aquesta sal es disassocia en Na(+) i Cl(-), per tant, l’alcalinitat no canvia i el pH tampoc.

- Si afegim Ca (2+), l’alcalinitat augmenta. L’hem d’afegir en forma de, per exemple, Ca(OH)2, que en aigua es disassocia en Ca(2+) i 2OH(-). Per tant, qualsevol combinació amb els especials és vàlida.

- Si volem reduir l’alcalinitat, per exemple afegir SO4(2-), en forma, per exemple, de H2SO4. En aquest cas, també baixa el pH.

- Per saber si aigua està en equilibri amb l’atmosfera, el pH ha de ser de 5.67. - Quan s’afegeix CO2 a l’aigua, afegint H2CO3, l’alcalinitat no varia. pH baixa.

ENGINYERIA AMBIENTAL 2N QUATRIMESTRE NORMES DE QUALITAT Unitats:

- Concentració - Velocitat d’emissió - Estadístiques Límit numèric equival a un percentatge (percentil)

Exemple: <2000 CF/100ml 95% <100 CF/100ml 80% ó F(x)=i/(n+1) F(x)=(i-0.5)/n Impacte ambiental:

- 1970 Agronòmic o Acció (pressió); normativa o Efecte (impacte) o Impacte

- ACCIÓ: qualsevol activitat (constructiva, legislativa) que tingui conseqüències ambientals. Absència equival a no acció.

- EFECTE: conseqüència d’una acció (o no acció). - IMPACTE: diferència d’efectes futurs (acció – no acció).

Estudi d’impacte ambiental: Activitat dirigida a IDENTIFICAR i PREVEURE l’impacte d’una acció (projecte d’enginyeria, acció legislativa) sobre el MEDI AMBIENT BIOGEOFÍSIC i sobre la SALUT i BENESTAR de les PERSONES, i a INTERPRETAR i COMUNICAR el resultat d’aquests impactes.

a) Redacció a. Diferents del projectista (objectivitat). Depèn del promotor:

i. EiA ii. Projectista

b. Quan? i. Simultàniament amb el projecte ii. Després: remodelacions, obres afegides (augment elevat del cost)

b) Mètodes a. Matriu de Leopold

Llista d’impactes 1. Magnitud del impacte. 2. Abast del impacte.

b. Mètode de transparències Mètode actual: GIS (Sistema de Informació Geogràfic).

Es complementen

ACTUAL IMPACTE

Normativa urbanística (EFECTE)

ESTAT 1

NO ACTUEM

c. Mètode de Batelle (funcions) i. Funcions de valor ii. Coeficients d eponderació

d. Mètode de model representatiu del fenomen/realitat

- Introducció - Objectius - Antecedents/ observacions similars - Descripció del projecte - Impactes/ efectes - Conclusió (pla de sanejament) - Recomanació

LIMNOLOGIA Traducció: limno: massa d’aigua; logia: estudi. Masses d’aigua: 1) Llacs/ embassaments 2) Aigües superficials Densitat: Temperatura (ºC) / Salinitat (mg/l): conductivitat elèctrica (microsiemens/cm)

* Si la massa és suficientment profunda, es pot trobar a 4ºC encara que la part superior estigui a 0ºC.

Característiques òptiques: * Dispersió: canvi de direcció/trajectòria. Dispersió (=difracció) ~ 1/λ4. Nutrients: N, P. Escassos nutrients: aigua oligotròfica (aigua molt blava) Nutrients abundants (proliferen els productors primaris): aigua eutròfica (aigua verda) Aigua marró/negra implica la presència de sorra (normalment). Eutrofització: pas de l’estat oligotròfic a l’eutròfic. Es defineix com l’augment (natural o antropogènic (s’aporta N, P amb fertilitzants, etc.)) progressiu del contingut de nutrients. Densitat:

- Salinitat (Cl, Ca2+)

- Temperatura Òptica:

- Reflexió: blau, verd (si fitoplancton), marró (si sorra). - Absorció: retenció de l’energia per part de les molècules d’aigua: calentament masses

d’aigua. - Dispersió - Transparència: capacitat de l’aigua d deixar passar la llum sense alterar-la. Si massa

aigua té matèria en suspensió és menys transparent. Si l’aigua està: o Neta: dispersió per molècules H2O. o Tèrbola: dispersió per partícules.

En aigües naturals s’utilitza com a indicador de la producció biològica (productors primaris: algues, microorganismes – verds). La presència de productors primaris implica la presència de nutrients (fòsfor i nitrogen), per tant, producció biològica implica augment de la terbolesa i disminució de la transparència. Observació: un biocida elimina els productors primaris i microorganismes.

Disc de Secchi: permet mesurar la producció biològica.

h1: quan ja no es veu el disc. Després es baixa una mica més i el comença a pujar. Quan el torna a veure, mesura h2.

Estat tròfic de l’aigua: paràmetre definit per (h1+h2)/2. Estat tròfic: - Oligotròfic: escàs contingut nutrients. - Eutròfic: abundància de nutrients. - Eutrofització: procés natural: pas de oligotròfic a eutròfic. Augment progressiu o accelerat del contingut de nutrients, que es manifesta, en el cas d’augment accelerat, per un creixement/desenvolupament incontrolat de productors primaris (la cadena tròfica es trenca). Tipus: - Antropogènica: quan és realitzada de manera accelerada per la mà de l’home. N i P: no hi ha qui s’ocupi de continuar la cadena tròfica. L’oxigen disminueix quan moren i s’agrupen i són degradats pels descomponedors, generant H2S, etc. Bancs pesca constitueixen un exemple d’eutrofització progressiva.

Fenòmens associats: emergència (upwelling) i floració (bloom). Calor específic H2O: 1 cal/gr.(ºCóºK) Roca: 0.2 (unitats?) H2 líquid: 3.4 NH3 líquid: 1.23 Gel: 0.5 H2O: medi favorable pel desenvolupament de la vida. Estratificació: Primavera: temperatures suaus i vent. Suposem que temperatura uniforme en massa d’aigua de 15ºC. Quan arriba l’estiu: línia discontínua del gràfic. La part inferior, on s’acumula matèria: descomposició: consum O2: zona aeròbia que va augmentant. Indicacions en el gràfic anterior: 1) epilimnion. 2) metalimnion ó termoclina (>=1ºC/m). 3) hipoliminion. En condicions anaeròbies el fosfat es dissolt en l’aigua i el ferro 3+ passa a ferro 2+. A mesura que l’aigua es refreda i amb l’ajuda del vent (sobretot tardor), es produeix una emergència. Durant l’hivern la temperatura és més o menys uniforme al llarg de tota la massa d’aigua. Si la temperatura exterior baixa bruscament, passa els 4ºC sense tenir temps l’aigua de la superfície a baixar quan la densitat puja, perquè de seguida torna a baixar. Això implica que la superfície es gela o és més densa (?), i per tant, el vent no provoca efectes d’emergència. Al fons de les aigües es reprèn ara el procés de sedimentació de matèria orgànica que es mineralitza i, per tant, s’acumulen fosfats, etc. Solució per tal que tota l’aigua s’oxigeni: remoure l’aigua de l’estanc (veure gràfic superior-dret).

ÍNDEXS DE QUALITAT DE L’AIGUA Paràmetres individuals: Complicat obtenir una visió de conjunt. El que es fa és definir un ÍNDEX = suma ponderada de paràmetre individuals. 1980’s (1974 a EEUU):

a) Índex simplificat de qualitat de l’aigua ISQA (T, DBO/DQO, MES, OD, Conductivitat). És un índex no homologat.

b) Inici Pla de Sanejament de Catalunya (inici construcció depuradores actuals). Actualment: 300 depuradores (abans no passaven de les 5). Cost del Pla: 500.000 Mptes. Directiva Marco: parla del bon estat ecològic de l’aigua. Diu que a més de fixar un estat químic s’ha de fixar un estat ecològic. La química de l’aigua ha millorat però no l’ecologia, degut bàsicament a NH3/NH4+: urea (?), que mitjançant reacció ràpida passa a 2NH3, que si es troba en aigües residuals:

{ {{

+⇔

+⇔+→→ ++

−+

HNHNH

OHNHOHNHNHUrea

tòxicresidualsaigüesa

ràpidareacció 34

423

32

Éssers vius aquàtics en primeres fases creixement molt sensibles a NH3. Paràmetres químics: Individuals Índexs: suma de paràmetres individuals. Ex: ISQA (no homologat). Paràmetres biològics (DMA: Directiva Marco de l’Aig ua): Individuals:

Puntuals Temporals; éssers vius; ex: musclos: fixes en un lloc, es nutreixen per filtració: factor multiplicador. S’han utilitzat molt temps com a indicadors de qualitat. Es mesura l’obertura del musclo: a major qualitat, major obertura.

Índexs: Índexs de diversitat biològica: es basen en una recopilació de dades de camp que valoren la qualitat de l’aigua.

- Índexs per la zona b: o ISQA. o BILL/FBILL (professor Narcís Prat): amb xalabret recollir éssers vius:

macroinvertebrats. Es classifiquen i se’n fa recompte. En funció del valor d’aquest recompte es valora la qualitat de l’aigua.

Zona b: es millora mitjançant depuradores. - Índexs per la zona a.

Zona a: es millora mitjançant urbanisme. Aquests índexs són específics per aquesta massa d’aigua en aquestes condicions (ATENCIÓ). Són un resum temporal de la qualitat de l’aigua.

ISQA Té en compte:

Temperatura T (<=1) Oxidabilitat (DQO) mgO2/l A (0-30) MES mg/l B (0-25) Oxigen dissolt mgO2/l C (0-25) Conductivitat elèctrica a 18ºC microS/cm D (0-20)

Expressió numèrica: T(A+B+C+D) - Temperatura:

t>20ºC 21025.1)20(1 −⋅⋅−−= tT t<=20ºC T=1 - A

Oxid(a)<10 A=30-a Oxid(a)>10 A=21-0.35a Oxid(a)>60 A=0

- B MES(b)<100 B=25-0.15b MES(b)>100 B=17-0.07b MES(b)>250 B=0

- C=2.50c, on c és el valor de l’OD, que oscil·la entre 0mg i 10mg - D(CE)=(3.6-log(CE))15.4

o 200microS/cm: D=20 o 4000microS/cm: D=0

ISQA Color associat Possibles usos >85 Blau Tots 60< ISQA<85 Verd Aigua potable (tractament convencional)

Piscicultura i esbarjo 45< ISQA <60 Groc Aigua potable (tractament intens)

Aigua industrial 30< ISQA<45 Marró Navegació i refrigeració <30 Negre Cap

A mesura que el Pla de Sanejament es desenvolupa, el color blau dels rius arriba cada cop més a prop de la línia de la costa.

1980: Pla Sanejament Catalunya (500.000Mptes): s’ocupa bàsicament de: DBO/DQO, MES, conductivitat, toxicitat; és a dir, de la millora química (estat físico-químic). Per tant, necessari millorar estat ecològic (Directiva Marco (2005)). Hem d’aconseguir un bon estat ecològic. Quins indicadors utilitzar?

Químics? Biològics?

Cal complementar-los. En primer lloc, s’ha de fer un esforç per a comunicar de manera clara i entenedora en què s’ha invertit els diners gastats i la millora que han suposat aquestes inversions. Important preocupar-se del NH3.

Indicadors biològics Algoritmes que comencen amb:

Mostreig experimental. Identificació d’individus (normalment éssers vius). Algoritme: valors resultants de 0 a 10 (tracten de valorar la diversitat ).

Suposem una secció transversal d’un riu Ribera: organismes terrestres.

Canal (llit i marges): indicadors basats en organismes que viuen en aigua. També inclouen macroinvertebrats. Per exemple: BILL: es pren mostra aigua amb xarxa especial i s’analitzen els organismes presents. Mètodes molt associats al medi ambient d’on s’obtenen. El BILL és específic, sobretot, pel riu Llobregat.

Índex de Simpson Mesura la probabilitat que prenent dos éssers vius aquests pertanyin al mateix grup.

Grups/Espècies (classes) Nº individus Freqüència (pi) 1 n1 n1/N 2 n2 n2/N 3 n3 n3/N . . . . . . i ni ni/N . . . . . . n nn nn/N Suma=N Pot ser, per exemple, que les espècies 1 corresponguin a les que tenen 2 ales. P(1,i)=ni/N P(1+1,i)=(ni/N)((ni-1)/(N-1))

ρ=−−

∑=

n

i NN

nini

1 )1(

)1(

Expressió de l’índex de Simpson: ρ−1 El suport, o rang de resultats és (0,...,1), que multiplicat per 10, és de (0,1,...,10). El 0 significa diversitat mínima, mentre que l’1 diversitat màxima.

Índex de Shannon-Weaver

N

np

N

n

N

nppH

ii

iiii

=

−=−= ∑∑ 22 loglog

Exemples: 1.-10 individus, n1=n2=...=n5=2, pi=0.2, amb i=1,...,5. Per tant, H=2.32. 2.-10 individus, tots iguals. Per tant, pi=1 i per tant, H=0. El suport d’H és de 0 a 10, en general i després d’haver fet una normalització. CONTAMINACIÓ ATMOSFÈRICA 1970: quan es comença de manera decidida a fer front o concienciar-se dels problemes que suposa la contaminació atmosfèrica. Es promouen lleis (s’ha arribat al límit). Atmosfera:

- Prendre O2. - Com a abocador de gasos que expulsem, CO2, i l’energia. - Més mòbil que l’aigua, que té limitacions físiques i de moviment molt superiors.

Problemes de contaminació transfronterera. Ex: 1) Siderúrgia americana contribueix (òxids sofre, carboni, etc.) a contaminació Canadà 2) Regne Unit – Països nòrdics (pluja àcida (SO3)).

Contaminació atmosfèrica: Presència en l’atmosfera de substàncies, afegides directa o indirectament, per l’activitat humana, en tals quantitats que afecten desfavorablement a les persones, els animals, les plantes, les edificacions (medi ambient). 1.Antropogènics. Contaminació (canvi de composició) (ex: sorra contaminada per argila).

2.Efectes adversos. Pol·lució (més efectes adversos) (quan l’efecte del canvi és advers).

Modes de contaminar:

- Directament: els que s’aboquen. - Indirectament: els que es generen a l’atmosfera.

Contaminant: - Primaris: s’emeten a l’atmosfera (normes d’emissió).

- Secundaris: es generen a l’atmosfera a partir dels primaris (normes d’immissió o de l’ambient). Són més importants que els primaris.

Problemàtiques fonamentals degudes a emissions cont aminants: SMOG Smog: 1905. Origen: Regne Unit. Descriure ambient que es respirava. Smoke: fum. Fog: boira. Amb aquest terme es pretén descriure i identificar episodis amb nivells de contaminació atmosfèrica característics. Els episodis són els següents: a) Smog sulfurós (1850): característic de zones fredes, humides, industrials. Fruit de la combustió del carbó. - Contaminant principal: sofre. - Contaminants primaris: - CO, CO2 - SO2, SO3. SOx: mescla entre els dos. L’SO3 és minoria, més del 90% és SO2. - Partícules dels residus de la combustió. - Humitat

Materials de color negre (residus de la combustió) a l’atmosfera i conseqüent reducció de la visibilitat. Plantes: es debiliten degut a la pluja àcida per la presència d’aquests contaminants a l’atmosfera i les fa més sensibles a infeccions. Persones: problemes als alvèols i, per tant, de respiració, irritacions a la gola, etc. (contaminants queden retinguts al interior de l’organisme.

- Contaminants secundaris: - SO2 - SO3 + H2O : H2SO4, causant de la pluja àcida. H2SO4: En aigua, fa baixar-ne el pH. Materials es degraden.

Partícules (metalls) (si són <50microm, passen a pulmons) + humitat + SO3: sinèrgia (els efectes de la suma són majors que la suma dels efectes). Efectes més intensos si no hi ha circulació atmosfèrica (permanència ), és a dir, estabilitat. Aquesta sinèrgia és la causant d’episodis greus al llarg de la història:

1930: Bèlgica: 1 setmana estabilitat atmosfèrica. 60 morts. 1946: Pensilvània: 14000 malalts i 20 morts. 1952: Londres: 4 dies. Episodi conegut com el del “Killer fog”. 4000 morts. Normalment afecta a persones ja debilitades. - Solució: utilitzar combustibles sense sofre: - Gas natural (metà: combustió: CO2). - Petrolis amb baix contingut de sofre.

Idea principal: rebaixar el contingut de sofre, evitar emetre CO i reduir partícules. CO: responsable problemes greus: és tòxic, deixa sense capacitat respiratòria. Partícules: es redueixen mitjançant filtres .

- Si estem davant un episodi d’smog sulfurós, la condició atmosfèrica és de caràcter reductor , pas de SO2 a SO3 i, per tant, consum d’oxigen: reduïm l’oxigen de l’atmosfera. b) Smog fotoquímic (1950): es va detectar per primera vegada a Los Ángeles: zona càlida, seca, no indústria siderúrgica. Presència de moltes autopistes (7 carrils per sentit): per tant, alt nivell de circulació (molts vehicles). - Contaminants primaris (necessitem llum (sol) i ambient sec):

- NOx (NO, NO2 (79% a l’atmosfera en condicions normals (correcte?))): l’N2 reacciona amb l’O2, formant, NO. A l’ambient, l’NO es troba a 15-20ºC. Quan entra al motor d’un cotxe, la seva temperatura augmenta molt. Si el seu refredament és lent, l’NO torna a la forma anterior de N2 més O2, però si el refredament és ràpid, l’NO es manté.

- Hidrocarburs (HC): es deuen a: - La combustió incompleta.

- Manipulació gasolina. Ex: quan omplim el dipòsit de gasolina, el gas del dipòsit es desplaça i surt per l’orifici per on introduïm la gasolina.

- Smog fotoquímic: - NOx (NO2<5%). - HC: mangueres, catalitzador. (?) - Agent motor: energia solar. - Procés: NO (incolor) passa a NO2 (marró, pertorba visibilitat), que actua com a catalitzador sobre els hidrocarburs (combustible) (?). D’aquest procés se’n generen dos contaminants fruit de la combustió no total, incompleta: - O3 (ozó): que dóna a l’atmosfera un caràcter oxidant. - PAN: compostos irritants que afecte a les persones i plantes (vegetació). Normes de qualitat de l’aire : - Emissió. - Immissió, normes ambientals. Són múltiples: s’estableix un interval de temps i s’associa un límit corresponent: Temps Límit (tolerància) _ + . . . . . . + _ Aquesta relació es basa en el concepte de toxicologia: els paràmetres que determinen els efectes sobre les persones (molts d’ells són acumulatius) són:

- Temps d’exposició. - Dosis.

Aquestes relacions es coneixen com a Models de CT (concentració x temps): podem mantenir els mateixos efectes mantenint CT constant. El límit s’expressa en: - ppm (parts per mil·lió). - µg/LN (N de normal). Un mol ocupa 22.4 litres . Exemple:

l

ml

g

g

aireml

g

SOmol

g

l

mol

ml

l

aireml

SOmlSOppm

1

10

1

10

.104.22

64

.1

64

4.22

1

1000

1

.10

.1)(1

96

92

62

2 ⋅⋅⋅

=⋅⋅⋅= µ

L’atmosfera té un perfil adiabàtic d’equilibri tal que:

kmCh

T/º86.9−≅

∆∆

Situacions: - Anticicló: pressió: temperatura augmenta. - Depressió: temperatura disminueix. Pot passar que el perfil adiabàtic es pertorbi: - Inversió tèrmica : si perdura en el temps, contaminants es van acumulant en l’aire. Tipus d’inversió: - Inversió advectiva:

Esquerra: 1. Massa aire calenta. 2. NO2: tant, que no cal nitrificar el sòl. 3. Aire calent. 4. Vent. Dreta: 1. Massa aire calenta. 2. Aire calent. 3. Vent. Si hi ha anticicló, la massa d’aire calent queda fixa a la zona. - Inversió radiacional:

Es perd calor per radiació. Amb la sortida del Sol i una mica de brisa desapareix la boira. GESTIÓ DE RESIDUS SÒLIDS URBANS Residus sòlids: urbans, industrials i de l’edificació. Observació sobre edificació: actualment contactes amb altres constructors per si necessitem terres o ens en sobren: objectiu: reutilització. Objectius de la gestió: - Generar menys residus (minimitzar quantitat de residus inservibles). - Reincorporar els residus al cicle de les matèries primes (o recursos naturals). 1950s: s’inicia el procés de construcció d’abocadors controlats. 1990s: necessitat de reciclar recursos:

1.Minimització del residu (recordar exemple de com tallar taronja) (o reducció): generar els mínims residus en la fabricació/ elaboració d’un producte. 2.Reutilizació (utilitzar-ho altre cop tal i com està) (menys manipulació): tornar a convertir en producte un objecte residu d’una fase anterior. 3.Reciclat: destrucció del producte anterior i aprofitar-ne material per a fabricar altres productes. 4.Recuperar (o valoritzar). Ex: 1) incinerant obtenim energia 2) compostatge; reintroducció en el cicle de matèries primes.

El criteri econòmic serà el que decidirà quina actuació realitzar. En el cas del vidre, en principi, és més econòmic 3) que 2). Exemple: paper: - Reutilitzar: escriure per les dues cares.

- Reciclar: paper fet de fibres de cel·lulosa i cola: s’utilitza lleixiu (oxidant que treu color) per blanquejar paper. El reciclat consisteix en reciclar les fibres del paper: es neteja amb aigua per treure la cola i separar les fibres i reiniciar el procés de fabricació.

1 tona de paper blanc = 200 euros. 1 tona de paper color = 15-20 euros. Ús plàstic: intentar restringir-lo. La implantació de la gestió de residus urbans es fa mitjançant: Classificació 1) Recollida selectiva 1.Fracció orgànica. 2.Paper. 3.Vidre.

4.Plàstic (ex: industrials automòbil intenten reduir al màxim els tipus de plàstics que utilitzen).

5.Electrodomèstics (o bé es demana que es vinguin a recollir o bé un mateix els porta on es reciclen), mobles, runes.

Classificació 2) - Descentralitzada (a nivell d’usuari). A vegades, la recollida es realitza amb camions que porten remolcs dividits en compartiments pels diferents tipus d’escombraries.

- Centralitzat (estacions de triatge): - Amb imans es separen metalls. - A mà: plàstic, vidre, paper. Abocador controlat: Objectius: - Confinar: assegurar que els residus es mantenen aïllats. - Compactar-los perquè ocupin el mínim volum possible. - Mineralitzar: fer que la matèria orgànica es vagi convertint en inorgànica. Necessitem terreny apte: - Sòl el més impermeable i estable possible. - Millor si té forma còncava (x2). 1. Canals: eviten escorrentia cap al interior de l’abocador quan hi ha pluges (5-6m d’amplada), ja que hi arrastra materials. 2. Balles: per evitar entrada d’animals i que el vent s’endugui els residus. 3. Punt de control: on es pesen els residus que seran introduïts a l’abocador. 4. Columnes rígides que s’utilitzen per treure el metà (CH4). 5. S’ha d’impermeabilitzar el fons de l’abocador (encara que el sòl sigui molt impermeable), normalment amb geotèxtils (argila) + sistema de drenatge per evacuar les aigües que es generen per efecte de la pluja i els líquids que es generen al compactar la matèria orgànica. Drenar: rep el nom de lixiviar : sistema de lixiviat . A mesura que s’aboquen els residus, aquests s’han d’anar cobrint amb material inert (sòls amb especificacions) per tal d’afavorir les condicions anaeròbies, amb les quals la generació de metà (mitjançant fermentació), d’H2S i d’N2 estan assegurades. S’afavoreix la generació d’aquestes substàncies per evitar la possible presència de rosegaires. Líquid drenat: alt contingut de matèria orgànica. Es depura i es rega l’abocador amb el mateix per afavorir la mineralització. També s’utilitza per regar els jardins que s’han generat amb l’abocador. Depuració complicada en depuradores convencionals. Per tant, es depuren in situ, aplicant-hi tractaments especials en funció de la composició dels líquids. Esquema de les columnes rígides utilitzades per evacuar el metà: Es disposa la columna amb roques al seu interior. Llavors es comença a omplir l’abocador de residus. A mesura que el nivell de residus puja, també puja la columna: la seva part més inferior sempre queda prop de la superfície de l’abocador. Les roques que s’hi havia dipositat queden, per tant, al mig dels residus, configurant un material més permeable: això es fa per fer

que el metà es dirigeixi cap aquests punts, que és on hi ha les columnes des de les quals s’extraurà el gas mitjançant la generació d’una depressió al interior. El metà s’utilitza per a fer funcionar generadors d’energia elèctrica entre d’altres usos (?). Per clausurar l’abocador, el que es fa és disposar una capa de 1-3m de potència de material compactat amb certes especificacions al damunt dels últims residus abocats i tractats. La zona de l’abocador mai podrà ser una zona urbanitzable. Sí zona ajardinada. Atenció: plantes: el tipus està condicionat a les característiques de les arrels, etc. És un terrenys que té la tendència al llarg del temps de descendir (mineralització implica pèrdua d’aigua, etc.). Si l’abocador és de tipus industrial, s’ha de vigilar l’emanació de substàncies no desitjables. ATENCIÓ: també s’han de vigilar les emanacions del sòl natural sobre el qual s’ha d’aixecar l’abocador. Abocador incontrolat: - Gran translació de plàstics, papers, olors, líquids. Líquids lixiviats que poden contaminar aqüífers. Observació: descens puntuals en carreteres: a vegades associats a zones on antigament abocador. - CH4 (fa poc temps, a Roses es va cremar un abocador): a vegades es cremen de manera controlada per reduir a cendres els residus. Contrapartida: contaminació atmosfèrica considerable. - Animals (contracció de malalties, etc.). Compostatge: - Compostar: mineralitzar aeròbiament la fracció orgànica. - Requisit: que el residu tingui un elevat percentatge de fracció orgànica: no plàstics, vidres, etc. ja que l’objectiu final és la reutilització de la matèria mineralitzada. - Compost: el resultat/producte final. Té textura/consistència d’un sòl. Té un 5-10% de matèria orgànica més minerals que les plantes necessiten. S’utilitza generalment en: - Agricultura. - Jardineria (l’aspecte i textura ha de ser més refinada). Procés té un cost, que no es pot cobrir amb el preu a què es ven el compost. Per tant, s’ha de cobrir d’altres maneres. El cost es recarrega a través de la factura de l’aigua, subvencions, etc. - Procés: hi ha tres opcions: 1a opció) Es mineralitza la fracció orgànica. Com? Fent una pila (prisma de base triangular tombat) sobre una llosa de formigó especialment projectada. A sota de la pila s’hi va disposant una mànega amb orificis a través de la qual s’injecta l’aigua necessària per a la mineralització. Pila: conté matèria orgànica més material de suport (inert) per tal de donar esponjositat, és a dir porositat, a la pila. Ex: palla, mobles (es trituren), closques de nous, etc. Tenint matèria orgànica més aire (a les parts més internes de la pila a través de la mànega) no és necessari inocular microorganismes, perquè a l’atmosfera hi ha tot tipus de bactèries. Si no estem segurs que hi hagi prou bactèries, afegir-hi una mica de compost del ja produït. Per evitar que la pila es mulli: - Fer-la dins una nau . - Cobrir-la d’un geotèxtil que deixa passar gasos i impermeabilitza la pila. La pila s’ha de voltejar periòdicament: la part interior es troba a 40-50ºC, essent la part exterior més freda. Les elevades temperatures al interior fan de desinfectant: els microorganismes que mineralitzen a aquestes temperatures no són patògens. Com es voltegen? Mitjançant màquines pòrtic. La pila resulta ser un reactor de flux en pistó. A mesura que es volteja la pila, els residus van avançant a través seu fins arribar al final, on es considera que els residus ja estan mineralitzats.

Un cop finalitzat el procés de mineralització, s’ha de separar el material suport del producte (compost). Com? Amb tamisos (per granulometria de la matèria). Amb les bactèries i fongs del material de suport ja tenim inòcul pel següent munt/pila. 2a opció) Construcció d’un canal (50-100m). Avantatges: 1) es guanya espai 2) coberta menys voluminosa 3) grua pòrtic menys gran. També és com reactor flux en pistó. 3a opció) Els residus es posen en un cilindre rotatori tancat que va rotant. Es pot controlar la temperatura, la presència d’aire, etc. Aquesta tècnica afavoreix la uniformitat i, per tant, el procés és més ràpid. Els gasos que generen les tres opcions es processen adequadament. Al compost resultant, pot ser necessari afegir-hi algun element, com ara C, N, P, S. La matèria orgànica que pugui contenir (3.5% aproximadament), al mineralitzar-se aporta minerals al sòl. Matèria orgànica: ajuda a que el sòl sigui més porós a l’aire. Sòl molt mineralitzat: no permet pas aire. Com que el percentatge de matèria orgànica és baix, hi ha poc consum d’oxigen i poca alliberació de calor. Cost: preu compost no justifica el seu cost de fabricació. Deixalleria: també anomenada Punt Verd o Statione Ecologia. Forma de recollida selectiva: 1) ciutadà a casa 2) deixalleria 3) centrals de triatge. CICLE DE L’AIGUA Concepte que tracta de projectar que l’aigua és: 1. Recurs únic.

2. Adopta nombroses formes (pluja - gel, aigua circulant - aigua estancada) i qualitats (dolça, salobre, salada).

3. En diferents localitzacions (muntanya, mar, pols, atmosfera). L’evaporació constitueix una purificació natural de l’aigua. Les pluges són aportacions irregulars d’aigua. Per tant, les hem de regular mitjançant:

- Embassaments (massa aigua superficial): dipòsit que permet emmagatzematge aigua en èpoques d’abundància. Tenen dues missions: - Emmagatzemar. - Laminar. - Aqüífer (massa sòl porós (sorres, graves,etc.)): podem afavorir la recàrrega artificialment (massa aigua subterrània).

Exemple: BCN: precipitació mitja anual: 700 mm/any

Fertilitzant: composició equilibrada de nutrients. Moltes vegades se li ha d’afegir el potassi K artificialment.

Esmena agronòmica: materials amb nutrients que ajuda al creixement plantes.

Agricultura Jardineria

Material de suport

Compost

Compostatge (tipus: aerobi, durada: setmanes)

Matèria orgànica + Material de suport

Galícia: 1400-1600. Almeria: 300. En les nostres latituds, la dispersió de les dades és important (irregularitat). Usos de les aigües dels embassaments: 1. Ambientals (cabal mínim rius). 2. Domèstics. 3. Urbans. 4. Agrícoles. 5. Industrials. Pels usos domèstics i urbans, l’aigua dels embassaments s’ha de potabilitzar. Un cop utilitzada constitueix aigua residual que hem de depurar abans de reinserir-la al cicle natural. Esquema occidental del recorregut de l’aigua: - Font de subministrament/ abastiment (embassaments, aqüífers,etc.). - Planta potabilitzadora (acondiciona la qualitat de l’aigua. - Producte de la planat potabilitzadora: aigua potable, que passa a:

- Xarxa abastiment/ subministrament (pública): conjunt de conductes que porten l’aigua a les ciutats, que un cop utilitzades passen a ser aigües residuals que van a parar a:

- Xarxa de clavegueram o sanejament o de cloaques. D’aquesta passen a: - Planta de depuració. - Producte de la planta de depuració: aigua depurada (apta per ser abocada). - Dispositiu d’abocament (a mar, llac, camps (reutilització), etc.). Directiva comunitària (que equival a un decret de llei): elaborada per la comissió europea i parlament l’aprova. Simbologia: Any / nºordre / sigles comunitat europea Fins l’any 2000, l’any amb dos dígits. A partir del 2000, amb 4.

Exemple: (19)75/440/CE. Directives: 1) 75/440/CE S’ocupa de la qualitat de l’aigua com a font de subministrament (característiques font). 2) 98/83/CE Regeix què ha de tenir l’aigua un cop potabilitzada. 3) 91/271/CE Estableix la qualitat de l’aigua depurada per ser abocada al cicle natural. 4) 2000/60/CE (DIRECTIVA MARCO DE L’AIGUA (DMA)) S’estableixen les línies mestra en la política de l’aigua. Ex: qui cobreix costos potabilització, etc. No estableix valors. En la directiva, hi trobem 35 vegades l’expressió “considerando”. 75/440/CE Aigua com a font. Criteris bàsics:

- Història de l’aigua (origen): que no sigui residual. Recórrer a opcions menys problemàtiques. És una mesura de precaució davant la impossibilitat d’identificar tots els patògens. - Qualitat (límits químics i biològics). Estableix límits per a una sèrie de paràmetres de qualitat: <2500microsiemens/cm, pH<5.5, etc.

Nivells de qualitat (de més a menys qualitat): A1 A2 A3 Pitjor que A3: no es poden utilitzar com a font excepte en determinades condicions. Límits de qualitat: G: nivell guia (desitjable). I: nivell imperatiu (necessari) Les directives presenten la següent forma: Paràmetre A1 A2 A3 G I G I G I Conductivitat elèctrica ... valors van augmentant en aquest sentit... N ... OD ... Hg ...

Més de la meitat de graelles estan buides. L’esforç per a potabilitzar l’aigua augmenta de A1 a A3: A1: tractament simple: filtrar, desinfectar. A2: tractament normal: coagulació, floculació, decantació, filtració, desinfecció. A3: tractament intensiu: els anteriors més dos, com ara oxidació addicional. 98/83/CE Qualitat de les aigües destinades al consum humà/ d’abastiment públic/ potables. La normativa és aplicable a: a) Aigua beguda: - Xarxa. - Ampolles. - Garrafes. - Dipòsits. b) Aigua aliments. No aplicable a aigües minerals, les quals tenen la seva pròpia directiva. - Aigua potable: la que compleix els límits de la directiva. - Aigua sanitàriament permissible (Espanya): per aigües que no compleixen normativa però que no perjudiquen la salut. La UE va fer retirar aquesta classificació intermèdia que Espanya va incorporar. - Aigua no potable: la que no compleix. No es pot subministrar excepte en casos excepcionals i en condicions determinades. Exemple: Llobregat no compleix els límits de Trihalometà (a l’estructura del metà (1 carboni al mig i 4 hidrògens al voltant) li canviem tres hidrògens per tres al·lògens). El límits actual és de 150micrograms/litre. Apunt1: transposar una directiva: la UE estableix una directiva i els països membres la incorporen a les seves legislacions com una norma o decret. Aquest pas UE-país és el que s’anomena transposició. Apunt2: aigua d’abastiment: de consum directe o indirecte a través dels aliments (la que es destina al reg). Estructura d’una directiva: Annex I) Part A = microbiologia. Part B = química.

Part C = límits operatius o indicadors d’explotació de la instal·lació (orienta l’explotador si està fent el procés correctament.

La part A i B determinen la potabilitat de l’aigua. Les taules de valors que apareixen en aquestes parts tenen una columna amb el paràmetre, una altra amb el valor del paràmetre. En el cas de la part B, inclou una tercera columna amb les unitats utilitzades. Observacions per a les parts A i B: Fluorur: actualment problemàtic.

Nitrats: s’utilitzen com a fertilitzants. Un excés es pot traduir amb una contaminació d’aqüífer. Per a les persones, els nitrats estan associats a problemes sanitaris d’estómac. Tenen capacitat bactericida : s’utilitza per a conservar aliments. Atenció: una normativa pot tenir valors diferents per a un paràmetre però volen dir el mateix: exemple:

lmgNO−

350 i lNmgNO

gNO

gN

l

mgNO −≅⋅−

−

−3

3

3 1162

14

1

50(com a nitrogen!)

Trihalometans: es produeixen al desinfectar l’aigua. Substituïm tres hidrogens per tres al·lògens, que poden ser: Cl2, Br2, I2. Si substituïm els H per Cl tenim cloroform: s’utilitzava com a analgèsic: es genera a l’aigua quan es desinfecta amb clor (lleixiu): la matèria orgànica més els clor produeixen cloroform. La matèria orgànica pot provenir dels boscs, de l’agricultura, dels abocament d’aigües residuals. S’ha d’incidir en la reducció de matèria orgànica a l’aigua. Si suprimim clor, hem d’estar segurs que el desinfectant substitut funciona (complicat).

Observacions per a la part C: Part C: paràmetres no obligatoris. Útils per la planta que genera l’aigua d’abastiment. Alumini: additiu que s’afegeix per a potabilitzar l’aigua.

Conductivitat. Ferro: necessari. El límit fixat és per motius estètics (aigua canvia de color). Manganès: també dóna un color fosc a l’aigua. Anys 70: última epidèmia de còlera. Actualment usuari és sensible, un cop assumit que el problema biològic ja està controlat, al color, olor i sabor de l’aigua. La directiva (quina?) estableix dos tipus de controls: - Control de comprovació . - Control d’auditoria . Els quals s’han de realitzar amb una freqüència determinada en funció de: m3 produïts per dia (Q). Observació:

sequivalenthabl

hab

m

l

dia

m.50000

200

1

1

1000100003

3

=⋅⋅

1. Capacitat emmagatzematge que s’intenta assolir. 2. Excedent de consum. El que s’intenta assolir és que la capacitat d’emmagatzematge sigui l’excedent de m3 que es tenen durant la nit (per sota de la situació ideal) per tal de poder cobrir l’excedent de consum que es dóna durant el dia. Per tant, els embassaments o dipòsits reben el nom de: REGULADORS. Observem doncs una variabilitat temporal en el consum, que és funció de 1) període de temps (h, dia, mes, any) 2) grandària de la població (petites poblacions més que grans ciutats). Per avaluar la variabilitat s’utilitzen els factors de punta : Qmax/Qmitja>1 Qmin/Qmitja<1 * És funció del període de temps considerat. Variabilitat s’intenta atenuar amb: regulació – emmagatzematge (estoc). Dotació: Quantitat d’aigua que consumeix un habitant a l’any. Definició: consum mitjà anual d’un habitant. Aquí, a zona metropolitana: Domèstica: 135l/hab.dia (inclou comercials, industrials, construcció) (correcte?) Urbana: 370l/hab.dia Distribució “en alta”: Distribució al majorista. A BCN, la distribució en alta la realitza ATLL (Aigües Ter Llobregat): porta el producte als minoristes. Distribució “en baixa”: A BCN, Aigües de Barcelona (a Manresa A.Manresa, a Mataró A.Mataró). Poden tenir les seves pròpies fonts per a complimentar l’aigua rebuda dels distribuïdors majors.

Paradoxa: l’aigua no té preu/cost. El que té un cost és la construcció i gestió de les infraestructures. En altres països sí que té preu perquè té propietari. A més, Q (cabal) x P (preu) és aproximadament constant. Per tant, si el Q baixa, P puja. QUALITAT DE L’AIGUA Hi ha diferents tractaments per reduir els nivells dels paràmetres MES, MDinorg, MDorg, Microorganismes Patògens. En funció del nivell de qualitat de l’aigua (A1,...., pitjor que A3) aplicarem tractaments per reduir els nivells de 1, 2 o fins a 4 dels paràmetres esmentats: A1: s’aplicarà el tractament per a reduir la presència de microorganismes patògens. A2: s’aplicarà el tractament anterior més el que redueix el valor de MES.

A3 o pitjor: s’apliquen els tractaments corresponents per a reduir el valor de tots els paràmetres.

Microorganismes Patògens) Patògens: pato: malaltia, gens: generador. Objectiu: inactivació dels patògens. Procés anomenat desinfecció . Si s’”eliminen” tots s’anomena esterilitzar (l’aigua d’abastiment, en planta potabilització, no s’esterilitza!). MES) Terbolesa : partícules deterioren la qualitat organolèptica i tenen també efectes sanitaris . S’aconsella una terbolesa menor o igual que 0.1unt. Processos del tractament per a reduir la MES: - Coagulació – floculació. - Decantació. - Filtració. La suma dels tractaments de Microorganismes Patògens i MES constitueixen el sistema convencional/normal ). MD inorgànica) Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, Fe3+. Com es separen de l’aigua?

1. Precipitació Afegir a l’aigua substàncies per fer-los precipitar o bé augmentar el pH (amb Ca(OH)2 o CaCO3) (per què?). Les substàncies que afegim es queden a l’aigua, per tant, s’ha d’anar amb precaució. 2. Intercanvi iònic: resines Resina intercanviadora de cations/anions: material sintètic, de tipus orgànic. Diàmetre: 1-2mm. Radicals químics: permeten intercanviar cations/anions. Resina de cations Per estovar i desmineralitzar l’aigua. Es fa passar l’aigua a través de la resina. Si l’aigua conté els cations abans esmentats, per exemple, aquests tendeixen a quedar-se a la resina, desplaçant, en el cas del dibuix, el sodi. Exemple: 2 sodis són intercanviats per 1 calci. Per tant, l’aigua resultant és rica, en aquest cas, en sodis. Avantatge: no li dóna calç a l’aigua. L’aigua que abans era dura , ara l’hem fet tova : estovament. Quan no queda cap sodi a la resina es diu que aquesta s’ha esgotat i, per tant, s’ha de regenerar : com? Fent passar una dissolució concentrada en NaCl (salmorra): suficient per desplaçar els ions adherits a resina. Resina queda coberta de sodis. L’aigua de regeneració va a parar al desguàs. Finalitzada la regeneració, ja es pot tornar a utilitzar la resina. També es pot fer una resina amb hidrògens H, la regeneració de la qual es fa amb una dissolució concentrada d’àcid clorhídric (HCl):

Els cations abans esmentats s’adhereixen a la resina (estovament i desmineralització de l’aigua que passa a través) i l’aigua resultant és rica en àcids degut a la presència d’H + anions com el sulfat, el clorur, el fosfat (H2SO4, HCl, H3PO4, etc.). Per tant, s’ha de passar per una resina d’anions. Resina d’anions L’aigua resultant és rica en OH-, que al mesclar-se amb l’excés d’H+ provinent de la resina anterior es neutralitzen l’un amb l’altre (aigua neutre (si està en contacte amb l’atmosfera pH=5.67). La regeneració s’aconsegueix fent passar una dissolució concentrada en NaOH (podria també pensar-se en Ca(OH)2, però al ser poc soluble no és recomanable). Àcids: el clorhídric, sulfúric i fosfòric no són gasos per sí mateixos. El que sí és un gas és l’àcid carbònic. Per tant, abans del segon pas (resina d’anions), s’aireja l’aigua (se li dóna turbulència) perquè aquet àcid surti a l’atmosfera. Així doncs, les resines d’anions permeten desmineralitzar/desionitzar. Observació1: resina intercanvia eq/gr (?). Observació2: Per tant, aigua clavegueram alt contingut en sal i conductivitat elevada (2000 o 4000micros/cm), que no és apte per a l’agricultura, raó per la qual aquest procés és relativament problemàtic. Instal·lacions industrials: s’utilitza H2SO4 i Na(OH) per a la regeneració de les resines. Aigua entrant: 1000-1500micors/cm, aigua residual: 4000micros/cm. 3. Membranes filtrants (es complementen amb les resines?) N’hi ha 4 tipus: 1. Microfiltració (0.1µm) 2. Ultrafiltració (0.01µm) 3. Nanofiltració (0.001µm=1nm) 4. Osmosi inversa (0.1nm La diferència entre 1,2 i 3,4 és la grandària de les partícules que poden separar. Les primeres separen per efecte tamisat (les membranes tenen orificis), mentre que les segones per efecte difusió (les membranes no tenen orificis): la substància amb les partícules passa a través de l’estructura de la membrana. Aplicacions:

1)2) Per separar partícules o molècules grans, també microorganismes. Per tant, tasca de desinfecció .

3) Per separar calci i magnesi bàsicament (no treuen el sodi). Per tanta, estoven l’aigua (menys dura). 4) Desmineralitzar (treure gairebé tots els ions).

Representació: El vas ha de tenir capacitat resistent a la pressió. Si podem recuperar la pressió que es perd al passar l’aigua pel filtre, el cost del procés disminueix. S’utilitzen dues configuracions de membranes: - Fibra buida Diàmetre extern inferior o igual a 1mm. L’espessor és d’uns 0.2mm. El sistema out-in és menys recomanable ja que el tub s’obstrueix, es tanca. - Espiral Gran superfícies en poc espai (superfície específica molt gran (superf.filtrant/volum). Producció de la membrana o factor de producció/conversió=producte/alimentació (%), que és aproximadament del 40-50%. Això vol dir que per a cada litre que introduïm, 0.5 és el producte i 0.5 el rebuig. S’acostumen a fer dos o tres cicles: és a dir, l’aigua de rebuig es fa passar per una segona membrana que pot tenir un rendiment (factor de producció) diferent al anterior. L’aigua que en sortirà serà de pitjor qualitat ja que en aquest cas l’aigua d’alimentació era una salmorra (la quantitat de sals era major que al principi del procés). Colmatació membrana quan sals s’hi dipositen. S’ha de netejar periòdicament (per exemple, amb àcid cítric). A diferència procés anterior, aquí no aportació neta de sals al clavegueram, sí però productes neteja membrana. Membranes osmosi inversa L’efecte osmòtic és el representat i explicat a continuació: L’aigua tendeix a desplaçar-se cap a la dissolució més concentrada. L’∆h s’anomena pressió osmòtica i apareix per motius termodinàmics. Moment que per hidrostàtica ja no pot filtrar-se més aigua. Seria la pressió que hauríem d’aplicar a la part dreta perquè l’aigua tornés al nivell original.

Per tant, l’osmosi inversa va en contra de la termodinàmica. Consisteix a aplicar una pressió a la part dreta major que la pressió osmòtica i per tant canviar el sentit del flux. Mar: 35gr.sals/l. La pressió intermembrànica que li correspon és de 90kg/cm2. Se’n perd 10-15kg/cm2. Per tant, podem recuperar 75-80kg/cm2, mitjançant la Turbina Pelton. L’energia que s’obté amb la turbina és la que estalviem al generador per fer funcionar la centrífuga. L’aigua que surt resultant del procés té un pH molt baix, per tant, és agressiva. El que es fa és pujar-li el pH (amb Na(OH)). Inversió que representa aquest procés: 4 euros/m3. A més, les membranes actuals s’han de canviar cada 5 anys. Fer un embassament: 1.8 euros/m3. Condicionar un aqüífer: 0.8 dòlars/m3. Per tant, aquest mètode requereix una inversió intensiva. Consumeix 3.8-4kwh/m3. Sistemes: - Centralitzats. - Descentralitzats (= punt d’ús (POU)). MD orgànica) Ens interessa per preocupacions de tipus: - Sanitari

- Si presència substàncies sintètiques (moltes tòxiques, bioacumulables): minimitzar la ingestió. - Naturals (per sí mateixes no problemàtiques): - No desitjables. - Reaccionen amb additius durant el tractament. Ex: clor (desinfectant). 1907: inici desinfecció industrial de l’aigua. Preocupació: potabilització aigua. Ara, a més: no generació de subproductes perjudicials per: persones i medi ambient.

- Organolèptic - Sabor - Olor S’intenten minimitzar.

Observació: geosmina: subproducte de la descomposició de les algues (correcte?).

Com treure la matèria orgànica? - Carbó activat/actiu: reté la matèria orgànica: separar .

- Oxidació amb ozó o altres oxidants fort: destruir/trencar les molècules i oxidar-les/mineralitzar-les. Producte final esperat: CO2, H2O. No sempre, perquè oxidants poden reaccionar amb matèria orgànica i generar subproducte .

1. Carbó activat/actiu 2. Oxidació amb ozó (O3)

DESINFECCIÓ Definició: inactivar els microorganismes patògens (esterilitzar és inactivar tots els microorganismes, per tant, en una depuradora no s’esterilitza l’aigua). Com? Mitjançant: calor, llum UV, halògens Cl2, Br2, I2, oxidants O3. Microorganismes patògens: paràsits (higiene), protozoos (amebas), bactèries (còlera, tifus), virus (a través de l’aigua i aliments), prions. Protozoos Emergents: estan apareixent a l’aigua d’abastiment i representen la preocupació principal en les aigües d’abastiment actualment. Classificació: 1) Giardia (1a espècie) 2) Cryptosporiduim (2a espècie). Aquests segons s’enquisten en forma d’oociste i tenen una membrana que els protegeix de les condicions adverses. Quan les condicions són òptimes, la membrana es separa. 1) Giardia: generen diarrea.

2) Cryptosporiduim: en forma d’oociste. Dimensions tan petites que passen a través dels filtres i medis convencionals. És molt resistent a la desinfecció. També generen diarrea.

Bactèries La dosis infectiva és petita. Solució: antibiòtics + hidratació. 1971: última epidèmia de còlera a Espanya. Virus Ex: 1) Hepatitis: afecta a estómac. 2) Legionella: sensible a medi ambient: creixen en condicions bastant específiques. Es transmet per inhalació d’aigua (d’aerosòls). Afecten a l’aparell respiratori. S’acostuma a desenvolupar a les torres de refrigeració, on es forma un caldo de cultiu si no es realitza un correcte manteniment. A partir d’aquest caldo es pot formar un núvol de vapor infectat de virus (mescla que s’anomena aerosol) que constitueix el medi transmissor. 3) Si no utilitzem durant un període llarg de temps la dutxa i el dipòsit de l’aigua no es manté adequadament, es pot formar un caldo de cultiu i l’aigua pot quedar infectada. Al reutilizar la dutxa, es genera un aerosol i el problema torna a ser el mateix. 4) L’aerosol pot també venir del propi aire acondicionat. Virus: càpsula de proteïnes on al interior hi ha guardat un tros d’ADN (missatge). Molècules: s’uneixen a les cèl·lules que poden ser infectades. Un cop adherit el virus, aquest injecta el tros d’ADN i enganya els organismes de la cèl·lula que fan còpies d’aquest tros fins que tota la cèl·lula queda infectada i es trenca per acumulació d’aquest nou ADN. Per tant, el virus necessita la cèl·lula per transmetre la informació. Virus: no és un ésser viu. També hi ha virus de bactèries, que s’anomenen bacteriofagos. S’utilitzen com a indicadors del comportament de les bactèries. Exemple de virus de bactèries: salmonela. Prion Gairebé és una molècula. Es transmet per ingestió d’aliments. Dilema: Higiene:

1907: inici desinfecció. Preocupació: baixa expectativa de vida i certes malalties.

Medi ambient: 2006: preocupació: medi ambient + persones + generació de subproductes en processos de desinfecció.

Generació de subproductes:

Tendència a reaccionar amb *

Desinfectant

Oxidant

Microorganismes patògens

M. orgànica Clor

S’ocupa de

+

* Com limitar aquesta generació? Hi ha dues possibilitats: 1) Suprimir el clor. 2) Suprimir la matèria orgànica. És recomanable actuar sobre la matèria orgànica (mesures restrictives d’abocament de productes als rius (agricultura, indústria, etc.)) ja que l’eficàcia del clor és important. Avaluació del risc: tècnica que avalua el risc de mort aplicant les tècniques actuals i suposant-ne una modificació. SISTEMES DE TRACTAMENT Una sèrie de processos consecutius que són: 1) SINÈRGICS: el resultat de dos d’ells és superior al resultat de la suma dels resultats de cadascú. 2) MÉS FIABLES: si un falla tenim substitut. 3) Cada procés aconsegueix múltiples objectius. Ex: clor: desinfecta però també redueix la matèria orgànica. Aquests sistemes s’anomenen sistemes de barreres múltiples. Ex: desinfecció. Comencem per el tractament de la MES. MES Els motius que duen al seu tractament són: sanitari i organolèptic. La MES està constituïda per partícules de diàmetre superior a 0.45micres. L’estructura de les partícules és una placa , forma que dóna molta estabilitat (fet que justifica el nom de MES), amb càrrega elèctrica superficial , generalment negativa, que dificulta la unió/segregació de les partícules degut a les forces de repulsió. Els processos de tractament estan dirigits a: 1) desestabilitzar la càrrega (anul·lar-la) i 2) canviar la forma per afavorir la decantació. Els processos són els següents: Coagulació Procés destinat a neutralitzar/desestabilitzar/reduir/disminuir la càrrega elèctrica superficial de les partícules. S’aconsegueix afegint un coagulant . Ex: Al3+, Fe3+ (elements actius) en forma de Cl-(clorurs), SO42-(sulfats) respectivament. Es pot afegir alúmina (Al2(SO4)3·18H2O) a l’aigua. L’alúmina és una roca de color blanc groguenc, fràgil. És una salt d’un àcid fort (àcids forts: les seves salts es dissolen més fàcilment). L’Al3+ es rodeja de 6 molècules d’aigua i de cada molècula n’expulsa un hidrogen. Per tant, al alliberar-se H+, es comporta com un àcid. La cadena de reaccions és la següent:

)()()(

)()()3(

)()()2(

)()()1(

)(

3

332

242

252

623

blancOHAlúltim

HOHOHAlpas

HOHOHAlpas

HOHOHAlpas

OHAl

−

+−

++−

++−

+

→

+→

+→

+→

Amb el ferro, es forma Fe(OH)3, que és de color vermell (ens indica que el coagulant és el ferro). Al+, Al2+, Al3+ tenen afinitat amb la partícula: al dipositar-se redueix la càrrega de la partícula. Al(OH)3 no té càrrega i, per tant, no ens serveix. Així doncs, observant la successió de les diferents reaccions (pas1, pas2, etc.) es conclou que la mescla del coagulant ha de ser ràpida per evitar la formació d’hidròxid d’alumini. Tot i així, si es forma hidròxid d’alumini, és una sal que té tendència a precipitar i, per tant, pot arrossegar les partícules cap a la part inferior del recipient, independentment de les càrregues de les partícules. Per afavorir aquest fet, s’ha de mesclar lentament i posar-hi prou alumini com per assolir el producte de solubilitat del mateix:

[ ] [ ] sKOHAl ≥⋅ −+ 33

Aquest procés s’anomena floculació per escombrada . Floculació Procés destinat a conferir energia cinètica a les partícules (desestabilitzades) perquè xoquin i formin estructures d’ordre superior anomenades flòculs . La forma de donar energia cinètica és: agitant, generant turbulència. Així doncs, el procés seria afegir sulfat d’alumini a la mostra, agitar-la mitjançant un agitador; al cap de 10 min aproximadament comencen a veure’s els

+ Formació de polímers (Al-Al)

Desestabilitzants

flòculs. El residu sec resultant serà major que l’original ja que hem afegit sulfat d’alumini. Aquests flòculs són menys estables a l’aigua i els podrem treure per gravetat o amb filtres. Floculació natural Riu transporta MES on no pot flocular degut a la baixa concentració de sals (1g/litre) que fa que l’electronegativitat de les partícules relativa al medi sigui alta i, per tant, que es repeli amb les demés. Quan arriba al mar, la concentració de sals al medi és molt més elevada (35g/litre) i la seva electronegativitat relativa al medi es redueix molt (moltes càrregues positives al seu voltant). Assaig de floculació També anomenat Jar (matràs) test (en anglès) o Ensayo de las jarras (Amèrica llatina). Pretén determinar la dosis de coagulant necessària. Els equips són com els que es mostren a continuació: La base dels matrassos és de color blanc translúcid i està il·luminada en la seva part inferior. El motor que s’indica s’utilitza per a fer moure les politges que accionen els mecanismes d’agitació. Cada matràs s’omple de l’aigua a analitzar (volem trobar la dosis de coagulant necessària), normalment 1litre en total. A cada matràs s’hi posa una concentració diferent de coagulant. Protocol (adaptable a la planta): tracta de simular: 1. Mescla inicial (200rpm durant 1min).

2. Floculació (10-20min); agitar a 30-40rpm (volem que les partícules es toquin). Comencem a veure agregats. 3. Sedimentar/decantar per separar els flòculs que s’han format (0rpm; 20 – 30min). Volem veure què és el que queda a la resta de l’aigua: amb una pipeta s’agafa una mostra aigua de la part del centre del matràs (atenció: pot haver-hi flòculs a la superfícies que han estat empesos per bombolles d’aire) i es posa a una proveta per analitzar-la amb el turbidímetre. Abans de posar la proveta al turbidímetre, s’agita per trencar els flòculs que pugui haver-hi. Mesurem la terbolesa de la mostra.

Zona A Les partícules encara tenen càrrega negativa.

Zona B Determina el interval de concentracions desitjable. Zona C Les partícules es repelen igual que al principi però ara degut a la seva càrrega positiva. Zona D Es produeix floculació per arrossegament (Al3+ no només es diposita per les càrregues elèctriques sinó per altres mecanismes), per tant, ja no és necessària la mescla inicial. Hi ha prou alumini perquè es produeixi hidròxid d’alumini (sòlid), que al superar el producte de solubilitat decanta i en el seu descens arrastra les partícules (tant si estan estabilitzades com no). Línia discontínua La presència de sulfats i fosfats (SO42-, PO42-) neutralitza l’excés de càrregues positives. En aquest cas, la dificultat rau en determinar el punt òptim en base a criteris tècnics i econòmics. Aquest procés descrit té un residu sec que suposa un cost afegit, ja que 1) s’ha de deshidratar i 2) buscar-li una aplicació o un indret on dipositar-lo. Si la corba resultant de l’assaig (la contínua) és tal que la branca que correspon al primer descens és molt estreta, la zona desitjable ja no és la zona B sinó la zona D, ja que la terbolesa és molt sensible als canvis de concentració de coagulant en aquesta zona. Si la dosis que necessitem per a neutralitzar les càrregues és major que la necessària per assolir el producte de solubilitat del sulfat d’alumini, no cal mescla inicial ja que directament es realitza floculació per arrossegament. Model de floculació de partícules primàries N1t: concentració de partícules primàries en unt, que és aproximadament igual a la terbolesa (abans hem d’agitar per trencar els flòculs).

volum

partículesnN

o

t =1 en l’instant t.

...)'(1

11 +⋅+⋅⋅−= n

Terme

tt GKNGK

dt

dN4 34 21

K=ct (temperatura, partícules (forma, material), coagulant que utilitzem) G=(aportació energia)/(temps·volum) G=Pmotor/volum Com més partícules, més ràpidament desapareixen les partícules (més possibilitats de xoc). Si G petit, importància terme1. A mesura que G augmenta, el terme1 perd importància: N1t augmenta (flòculs es trenquen (excés d’energia)).

1

32

)( −=⋅⋅

=⋅

= sm

m

sNwattsW

V

PotènciaG

µ, on µ és la viscositat dinàmica de l’aigua i V el volum de

mostra. Si el reactor és de mescla completa: G(s-1) és aproximadament igual a la velocitat de gir (rpm) . Balanç màssic

{ )1(0)()(

1110...

11101 TGKNNNGKVQNQN

dt

VNd

permanentiestacionarestatSitt

t ⋅⋅+⋅=⇒=⋅⋅−⋅+−=

TGKN

N⋅⋅+= 1

11

10 (equació resultant)

Línia contínua: línia teòrica, és la recta que defineix l’equació resultant del balanç màssic. Línia discontínua: és la que sortiria en realitat, amb les mesures experimentals. El tram descendent és conseqüència dels termes d’ordre superior del model teòric. Si la gràfica (la real) arriba valors d’N10/N11 inferiors a 1, vol dir trencament de flòculs. Així doncs, el model és vàlid

per 140 −≤ sG . Per estimar els valor de K (T és conegut) a partir de les dades experimentals hem de tenir en

compte que KTdG

NNd=

)/( 1110 quan G tendeix a 0. Com més elevat sigui el valor de K, a

igualtat de G i T, més favorable serà el procés. Considerem el cas de flux en pistó: Balanç màssic

ttt

ttt KGNKGN

dt

dNKGNVQNQN

dt

VNd11

1110

1 00)()(

−=−−=⇒−+−=

kGTTN

N t

t eN

NKGT

N

NKGdt

N

dN=⇒−=⇒−= ∫∫

11

10

10

11

01

1 ln11

10

Per tant, tenim que:

+==

)1(1110

1110

KGTNN

eNN

MC

KGTFP N11FP<N11MC i eKGT>(1+KGT)

És a dir, el flux en pistó té major rendiment en foculació que la mescla completa.

)exp()1(

)1(:

.

.

.

)1(:2

)1(:1

110

1)1(1

1211

1110

KGTn

TKGNN

n

TKGNNèssimn

n

TKGNNon

n

TKGNNer

nn

n

nn

→+=⇒

+=−

+=

+=

∞→

−

Els murs que divideixen el dipòsit han de permetre la comunicació: són de plàstic, o fusta, etc. i no necessàriament d’estructura armada. Si la dosi de coagulant és d’una magnitud tal que es supera el seu producte de solubilitat, no cal posar murs divisors, ja que es produeix floculació per arrossegament.

Cal recordar que com més elevat sigui T, més gran serà V del dipòsit. En principi, els valor de T i G estan fixats: G=30-40s-1 i T=15-20min. El grau de llibertat és, doncs, K. Pretenem que K sigui elevada. Hem de tenir en compte que K depèn del coagulant, que està format per compostos que tenen Al i Fe. En la pràctica s’utilitzen dos tipus de substàncies: 1) Coagulant = desestabilitzador càrrega.

2) Coadjuvant (ajuda a floculació): polielectrolits: uneixen flòculs entre sí, és a dir, augmenta el valor de la K. Els polielectrolits s’afegeixen al final del procés de floculació, quan els flòculs ja estan formats. El flòcul resultant d’aplicar polielectrolits és de forma més o menys esfèrica, més dens i més resistent a l’abrasió.

En cas de reactors en sèrie: coagulant al 1er reactor i el polielectrolit a l’últim. Quan no polielectrolit, tots els reactors en sèrie tenen la mateix K: KA (N1i=N1(i-1)(1+KAGT)). Si li afegim, a l’últim reactor el valor de K canvia: KB: inclou efecte coagulant (que segueix actuant) i polielectrolit. Exemple 4 reactors:

131410

31310 )

41()

41(;)

41(

TGK

TGKNN

TGKNN BAA ++=+=

Resum paràmetres: Paràmetre Valor T coagulant 1min T floculant 10-20min G 30-50s-1 Coagulant 10-30mgAl/l (com menys millor: cost de

tractament del residu resultant). Si més gran, floculació per arrossegament.

Polielectrolit <1mg/l (a vegades pot ser major) Actualment, tendència a reduir polielectrolits perquè són compostos orgànics que es tem puguin tenir efectes nocius per la salut. Expressió empírica orientativa:

618.2 106(min))()/()( ⋅≅⋅⋅− totalTlmgAlCsG

Decantació/sedimentació Observació: es pot fer que en comptes de decantar, els flòculs surin. Com? S’afegeix aire a l’aigua, el qual s’adhereix al flòcul i el fa ascendir: flotació amb aire . Com s’introdueix l’aire?:

- Es forada el fons i s’introdueix aire: flotació amb aire dissolt (DAF: dissolved air flotation).

- Posar-hi aire a pressió perquè es dissolgui en aigua: flotació amb injecció d’aire . A la superfície de l’aigua es forma espuma. La densitat dels flòculs és > o igual a 1. Decantació lastrada : quan introduïm petites partícules de silici al flòcul (densitat sorra silici = 2.65) augmentant així la seva densitat. També podem afavorir la decantació mitjançant magnetita : s’adhereix als flòculs i si a la base del decantador hi ha un iman, el procés és més ràpid. Problema o factor clau: recuperació de la sorra i la magnetita. Forces que actuen sobre el flòcul: força pes (Fp) i força de fregament amb l’aigua (Fr). Aquesta última és funció de la secció transversal a la direcció del moviment.

)1710,(2

)(2

Newtonv

ACF

gVF

líquidRr

líquidpartículap

⋅⋅⋅=

⋅⋅−=

ρ

ρρon CR és el coeficient de fregament.

Arriba un moment en què ambdues forces s’equilibren: Fp = Fr, per tant, la velocitat de la partícula és constant. Aquesta velocitat rep el nom de velocitat de decantació . Observació: drag: fregament; settling: decantació; sedimentation: sedimentació. Si suposem que el flòcul té forma esfèrica, la velocitat de decantació té la següent expressió:

dgC

vlíquidR

d ⋅⋅−⋅⋅

= )1(3

4

ρρ

on d és el diàmetre de la partícula i 44.0≈RC si el règim és

turbulent. Nosaltres estem en règim laminar i, per tant, l’expressió per CR és:

líquid

dR dvynolds

C

υ⋅

=≅ 24

)Re(Re

24

Per tant, tenim la següent expressió:

2)1(18

dg

vlíquid

d ⋅−⋅

=ρ

ρυ

Per tant, el que volem és ajuntar partícules per augmentar el seu diàmetre. Distribució bimodal On d: és el diàmetre dels remolins que es forment en l’aigua. Aquest diàmetres estan distribuïts segons una distribució bimodal. Aquests remolins afecten al tamany dels flòculs: si el diàmetre del remolí és semblant al del flòcul, aquell trenca aquest. Decantador/ tanc de sedimentació Hipòtesis/postulats Hazen: 1. Règim aigua laminar. 2. Règim velocitat partícules uniforme. Aquestes dues primeres hipòtesis normalment no es compleixen degut a la temperatura, vent i densitat: pertorbacions que redueixen el rendiment. 3. Decantació independent (entre partícules). En la realitat, però, si que hi ha interacció entre les partícules, que suposa una floculació addicional. Per tant, efecte positiu. 4. Partícules queden retingudes al fons.

1. Ideal: règim laminar. 2. Velocitat efectiva. 3. Pot arribar a ser un 30-40% del volum del dipòsit. 4. Força que empeny aigua cap a sortida: per tant, la partícula té dificultat per decantar. Llargada=(2 a 4)·Amplada. T=V/Q (Volum: el de la part efectiva).

)()/(2

3

0diam

mv

S

Q

SH

QH

Q

VH

T

Hsmmv

lhoritzontalhoritzontad ⋅

=

=⋅

⋅=== on 0v és la càrrega

hidràulica superficial , que depèn exclusivament de la hidràulica del tanc. Totes les partícules

que tenen una 0vvd > decanten. Així doncs, les partícules retingudes són aquelles que

compleixen 0vvd > .

On 1-F(vo) = tant per u de partícules que es queden al decantador. Al llarg del interval marcat, F(vd) = constant. De les que tenen una velocitat menor que la càrrega hidràulica superficial, realitzem el següent anàlisi:

ddd dvvfv ⋅→ )( : les partícules que hi ha amb velocitat de decantació vd.

Proporció de retingudes:

0v

v

Tv

Tv

H

h d

o

d =⋅⋅

=

Total partícules retingudes (en tant per u) amb velocitat de decantació vd<v0:

)21(1

)())(1(1

)()(1Re

2

)(1

0000 0

0

0

AAv

dvvfvvvFv

dvvfv

vvFtingudes

o

A

vdF

ddd

A

v

ddd

final

d

+=

+⋅−=+−= ∫∫44 344 21434 2144 344 21

Partícules retingudes (en tant per u): 1)21(1

0

≤+ AAv

. Per augmentar aquesta proporció , hem

de disminuir v o. Hem de tenir en compte que podem aproximar les partícules retingudes a la terbolesa retinguda . Per tant,

Partícules retingudes (en tant per u): )21(1

00

10 AAvN

NN+=

−.

Si vo, vd disminueix. L’augment de la primera és degut al augment del cabal. Per fer-hi fron, doncs, hem d’augmentar la superfície horitzontal ( SQv /0 = ). Com? Ampliant la planta (es

construeix un altre decantador.

210 SS

Qv

+=

En aquest cas vd disminueix però la distància a recórrer també, fet que acaba tenint més pes que el primer, és a dir, que finalment el problema queda solucionat. Un dels problemes d’aquest decantador és la seva neteja. La solució és inclinar les superfícies.

- Lameles: material lleuger (plàstic, fusta, etc.). Tenen forma hexagonal. Permeten reduir moltíssim la càrrega hidràulica superficial: són aproximadament un 1% de les càrregues teníem amb el primer decantador presentat. El pes propi de les lameles és poc significatiu.

- Les parts ratllades representen els volums que no compleixen cap funció. - La part inferior està inclinada per afavorir la recollida de fangs.

- L’acumulació de partícules fa augmentar el pes del conjunt, que finalment llisca per la lamela.

En el cas de matèria inorgànica , aquest darrer comentari és cert. Però si es tracta de matèria orgànica (exemple: aigües residuals): desenvolupament biopel·lícula: partícules s’hi adhereixen i, per tant, no lliscament. Solució: neteja periòdica amb aigua a pressió. Observem que, en general, la neteja de les superfícies és crítica. Resum paràmetres: Paràmetre Valor Càrrega hidràulica superficial 20-40m3/(m2·dia) T 2h Longitud/Amplada 2-4m H 2-6m Quan el decantador és molt profund, és perquè s’utilitza com a magatzem de fangs. Decantadors circulars

1. Reparació molt costosa. 2. Acumula fangs a la part central. 3. Roda. 4. Va girant lentament. 5. Eix de gir. 6. Reparació molt més senzilla. Decantador Espai Neteja Rectangular + compacte + complexa Circular - compacte + senzilla Observació: És una altra manera de compactar el procés. Filtració És l’últim procés, que serveix per a reduir al màxim la terbolesa. Observació : funcionament càntir: la ceràmica constitueix un filtre natural d’aigua. A altes temperatures, l’aigua que es va filtrant tendeix a evaporar-se quan entre en contacte amb l’atmosfera, i per fer-ho treu calor de la massa d’aigua, mantenint-la freda. Filtres lents de sorra 1. Sorra. 2. Es forma pel·lícula biològica sobre la sorra. 3. Es produeix un tamisat de l’aigua. 4. Està obert per permetre la sortida de l’aigua filtrada. El diàmetre dels grans de sorra és de 1-2mm . Un cop formada la pel·lícula biològica, es considera que el filtre comença a filtrar.

1. Ara, al contrari que en la decantació, l’aigua es mou perpendicularment a la superfície. 2. A mesura que es va colmatant. 3. Cicle de filtració (fins que està llest per a tornar a filtrar) (1-2 mesos). 4. Filtració. 5. Fase de maduració (1-2 setmanes). 6. A partir d’aquí s’interromp procés i es neteja el filtre.

Per netejar: a) Interrompre pas aigua. b) Deixar assecar: pel·lícula forma crostes. c) Amb rasclet es retira. El temps de neteja depèn del clima en què ens trobem (influeix en el temps s’assecat).

Ex: 232

3

/1001001

100010mhab

l

diahab

m

l

diam

m =

⋅⋅⋅⋅

Altra opció: enterrar la pel·lícula en els primers centímetres del sòl. Però això només 4-5 cops, perquè sorra acaba colmatant-se. Amb la biopel·lícula no només traiem matèria en suspensió sinó també matèria orgànica dissolta . Exigències: 1) Lent. 2) Neteja difícil de mecanitzar. - 1-2 setmanes per formar-se pel·lícula. - 1-2 mesos filtració. Filtres ràpids de sorra Tot l’espessor del filtre participa en el procés (no només la superfície). Es diuen filtres en profunditat (filtres in-depth (en anglès)): - Augmenta la capacitat filtrant. - Més fàcil de mecanitzar. 1. Dispositius que porten l’aigua. 2. Canaletes que van d’un extrem a l’altre del filtre. 3. Fals fons: ara es tracta del següent fons:

Aquests dispositius s’enrosquen en els orificis i deixen passar l’aigua en eles dos sentits però no la sorra.

4. En principi tancat, però és per on entra i surt l’aigua. 5. L’aigua acostuma a arribar a aquest nivell. El diàmetre de les partícules de sorra és 2-3mm . Entrada d’aigua: Europeu És el representat en la figura anterior. Missions de les canaletes: 1. Evitar que l’aigua caigui des d’una altura que pugui produir un clot a la sorra. 2. S’utilitzen per extreure l’aigua bruta: En primer lloc, es deixa baixar el nivell d’aigua fins on indica la figura obrint les vàlvules que les canaletes tenen als seus extrems. A continuació s’injecta aire per la part inferior que agita la sorra i allibera la MES i després s’injecta aigua també per la part inferior que retira aquesta MES per les canaletes: l’aigua bruta de MES surt per les canaletes. L’aigua injectada que s’utilitza és un 3-6% de l’aigua que hem filtrat. Americà

1. Sorra. 2. Vàlvula: s’obra per a netejar. 3. Nivell inicial. El pes específic de la sorra és de 2.65 kg/m3. En primer lloc, s’obra la vàlvula ((2) de la figura anterior) i es deixa que l’aigua assoleixi el nivell que mostra la figura de la dreta. A continuació, el procés és el mateix que el descrit anteriorment però ara l’aigua bruta s’evacua per la zona indicada. Filtres ràpids: 240-360m3/(m2·dia) (inclús pot ser major (activitats industrials)) Cicle de filtració: 1-2dies Neteja: 5-10min Filtres lents: 5-10m3/(m2·dia) Cicle filtració: 1-2mesos Ideal: sorra: grans de sorra grans a la part superior i petits a la inferior per tal que filtre sigui en tot espessor. Durant neteja, però, segons llei Stokes (vd major si d major), els grans de major diàmetre es situaran a baix i els petits a dalt. Per tant, impossible aconseguir aquesta disposició ideal. Solució: filtrar de baix a dalt. Com? Vasos comunicants. Problema: a mesura que es colmata el filtre, l’empenta de l’aigua tendeix a aixecar el filtre. Com evitar-ho? Afegint pesos al filtre. Més alternatives: col·locar una capa d’antracita (carbó) per sobre de la capa de sorra. L’antracita és menys densa que la sorra. Si a més el diàmetre de les partícules d’antracita és major que el de les de sorra, l’objectiu impossible d’assolir s’assoleix parcialment, ja que després d’agitar el conjunt, la disposició relativa de les capes segueix sent la mateixa degut a la diferència de densitats. Si només tenim una capa de sorra: filtres monocapa . Si tenim dues capes de materials diferents: filtres bicapa . Actualment, n’hi ha de fins a quatre capes. Objectiu principal : augmentar la capacitat de filtració en tot l’espessor. 1. Nivell piezòmetre si sistema en repòs. 2. Menys pendent: filtre no funciona, porus grans (aigua passa sense problemes). 3. Més pendent: filtre funciona, aigua perd molta energia. 1. Terbolesa de l’aigua que surt del filtre.

2. Aigua tèrbola fruit de la neteja. El filtre no té temps de netejar-la (sobretot la part més a prop del fals terra. Hi ha d’haver un mecanisme que permeti retirar aquesta aigua i la reintrodueixi al filtre un cop aquest torna a funcionar adequadament.

Secció longitudinal:

1. Primer filtre més brut. 2. Segon filtre més brut. 3. Separadors: és com si tinguéssim filtres en sèrie. 4. Dispositiu que neteja cada filtre per separat. Amb el dispositiu (4), el filtre s’anomena filtre de pont mòbil o neteja contínua . Filtre Parkson/Dynasand (s’autoneteja) Més filtres:

1. Tancat: permet mantenir l’energia de l’aigua (només per la deguda al seu pas pel filtre). En cas presa que es mostra en la figura, si fos descobert, l’aigua perdria tota l’energia en el filtre ja que estaria a pressió atmosfèrica. 2. Plens d’aigua. No tenen aire a l’interior. 3. Per aquests conductes s’introdueix i s’extreu l’aigua de neteja. 4. La velocitat de filtració és la mateixa que si estigués obert ATENCIÓ. Pot ser que sigui més ràpid, però no que filtri més aigua (que passi més aigua en poc temps no vol dir que tota surti filtrada. Normalment se’n posen dos per funcionar sense interrupcions degut a la neteja.

Exemple piscines: el filtre que tenen es troba a la part inferior de la piscina i, per tant, és tancat per no perdre l’energia de l’aigua quan hi arriba i aprofitar aquesta energia per tornar-la a introduir a la piscina un cop filtrada. Tot i així, s’hi col·loca una bomba però que la seva funció és únicament donar moviment a l’aigua (vèncer el fregament, no l’altura). Filtres de torta : 1. Material de suport: teixit.

2. 1-2cm material molt fi (tamís). Terra de diatomees: tenen una closca silícica (diatomecions earth 2dollars/kg).

3. Teixit. 4. Per netejar. 5. Aigua a pressió. 6. Diatomees, les quals recobriran el teixit. 7. Armadura (manté la camisa/teixit desplegada). La closca de les diatomees té porus naturals. Per tant, l’aigua, a més de passar entre les closques, també passa a través d’aquests porus naturals i, per tant, les diatomees augmenten molt la capacitat filtrant del filtre. Filtre molt utilitzat en indústria alimentària. La pressió del dipòsit va augmentant perquè la pressió d’entrada es manté constant però cada cop es filtra menys aigua.

Inconvenient: hem de recarregar contínuament (després de la neteja) el filtre de diatomees: principal cost. Resum: A: mescla inicial: coagulació. B: floculació. C: decantador. D: filtre. A i B representen el 20-30% de la inversió, mentre que C i D, 30-40% i 30-40% respectivament. 1. Aigua de rentat. 2. Fang (MES). 3. Flux en pistó: només quan la qualitat de l’aigua és molt bona. 4. Al final del procés la terbolesa de l’aigua és <0.1unt. Degut al seu cost respecte el total, el interès està en suprimir C i D. C es pot quan no massa MES. Si suprimim C: perquè el filtre funcioni en tot l’espessor hem de flocular de manera diferent: flòculs més petits per no colmatar filtre. Objectius addicionals: exemple en A: també retira la MO que reaccioni amb el coagulant utilitzat. Per tant, entre els diferents processos s’estableix una sinèrgia (els processos s’ajuden entre sí). A, B, C i D conformen un sistema de barreres múltiples : fiabilitat i garantia de qualitat. DESINFECCIÓ Desinfectar: inactivar microorganismes patògens. Desinfectant que més tractarem: clor. CLOR És un halogen que físicament pot presentar dues formes: a) Gas (liquat). b) Líquida. Gas liquat: Es genera per electròlisi: es dissol clorur de sodi en recipient amb aigua i dos elèctrodes. Es dissocia en ió clorur i ió sodi. El clorur va capa a l’ànode formant-se Cl2: groc, tòxic, irritant. S’emmagatzema en recipients prismàtics/cilíndrics. El punt més conflictiu d’aquests és la vàlvula que permet la sortida del clor. Cal tenir en compte que la vaporització del clor és molt endotèrmica. La vàlvula és de ferro i si hi queda aigua a dins que es gela per baixes temperatures pot causar esquerdes a la vàlvula i, per tant, fugues. Normalment els dipòsits de clor estan en càmeres aïllades de l’exterior amb condicions molt específiques (obligat actualment), fet que implica un augment considerable del cost de la instal·lació. Per tant, es tendeix a utilitzar la forma líquida (gestió menys costosa). Líquida:

{%95%85

2

−

+ OHNaOCl . Com s’aconsegueix? En una dissolució de NaOH s’hi afegeix Cl2, produint

lleixiu (NaOCl), és a dir, clor líquid. Gas liquat

321

321

hipocloritió

hipoclorósàcid

OClHHOCl

ClHHCl

HClHOClOHdissoltCldissoltClOHgasCl

−+

−+

+→+→

+⇔+⇔+ 22222 )();()(

L’àcid hipoclorós i el ió hipoclorit constitueixen el clor lliure i són els que desinfecten l’aigua. L’alliberació d’hidrògens fa que el pH de l’aigua disminueixi. S’estableix el següent equilibri:

[ ][ ][ ]

4.710; −−+

−+ ==+⇔ KHOCl

OClHOClHHOCl i, per tant, si

[ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ]HOClOClpH

HOClOClpH

HOClOClpH

<<⇒<>>⇒>

=⇒=

−

−

−

4.7

4.7

4.7

La capacitat desinfectant del HOCl >> la capacitat del OCl-. De l’ordre de 100 vegades més gran. Per a aigües potables: pH=6.5-8.5. Però pH=6.5 només si alcalinitat baixa. En la nostra zona, les aigües convencionals tenen un pH=7.5-8.0, és a dir, són molt alcalines i, per tant, disminuir el pH costa (l’alcalinitat és la capacitat d’amortir els canvis de pH). El desinfectant predominant és, doncs, el OCl-. En les piscines: si pH per sota 7.2, la llàgrima no protegeix l’ull. La llàgrima està tamponada a 7.2. Líquida (lleixiu)

−+−+ +⇔++→+ OClHHOClHOClOHNaOHNaOCl

sòdichipoclorit

;2321 . La presència d’hidròxid fa

que el pH tendeixi a augmentar. Els dos components que formen el clor lliure (abans mencionats) són molt inestables (també en el cas anterior): es trenquen i generen clorur Cl-, que no té capacitat desinfectant. Llum: factor que contribueix decisivament a la inestabilitat del clor lliure (per això, lleixius en recipients opacs). Observació: 1. Tub de subministrament. 2. Desinfectant (clor). 3. Clor. 4. Piscina. Per llei, renovació d’un cert % d’aigua al dia. Afegir clor en forma de gas liquat:

El pH de la piscina tendeix a baixar perquè estem afegint clor liquat constantment (el percentatge d’aigua que renovem al dia és tal que no permet una disminució o manteniment de la quantitat de clor lliure. La solució en aquest cas és afegir una base: NaOH. No s’afegeix Ca(OH)2 perquè normalment hi ha sulfats amb els què precipita, fet que implica un augment de la terbolesa de l’aigua.

Afegir clor en forma líquida: El pH tendeix a augmentar. Per tant, 1) cada cop hi ha més OCl- 2) es formaran carbonats i, per tant, augmentarà la terbolesa de l’aigua. Solució : afegir àcid: HCl (salfumant). No hi afegim H2SO4 perquè possibilitat de formació de sulfat càlcic i, per tant, augment de la terbolesa.

Exemple 1 1. Aires condicionats. Atmosferes connectades. 2. Lleixiu 3. HCl Si posem lleixiu en el dipòsit de l’àcid clorhídric, la reacció canvia de sentit (recordar cadena de reaccions en l’apartat de gas liquat) i es genera clor gas, que passa a través dels conductes fins el recinte interior on es troba la piscina, i al ser més pesant que l’aire baixa i afecta als banyistes. Exemple 2 1. Lleixiu Si immediatament de posar el lleixiu hi afegim l’àcid clorhídric, la reacció torna a ser la mateixa que en l’exemple anterior. Per tant, primer s’ha de posar lleixiu, esperar que estigui ben mesclat en tota la massa d’aigua i que hi hagi reaccionat i a continuació posar-hi l’àcid. Clor liquat (HOCl) / líquid (OCl-): clor lliure Clor combinat (amb nitrogen) Més desinfectants Menys desinfectant Més inestables Menys inestables Més reactius Menys reactius Clor lliure: són molt oxidants: oxiden matèria orgànica, generant subproductes de la desinfecció : trialhometans (no desitjables). Opcions d’actuació: alterar un dels dos sumands: a) Rebaixar els nivells de matèria orgànica.

b) Canviar de desinfectant. Clor pot canviar de forma: clor combinat. Les seves característiques es mostren a la taula anterior.

Clor combinat (amb nitrogen):

{

−−

+−

+→→→→

→→→+

ClNOenitrogentriclorurdNCl

adicloraNHClamonocloraClNHNHNHOCl

HOCl

dies

tsfecde

aiguaambreaccionatambé

33

tansin

2243

:

min:min:/

321

4444444444 34444444444 21

Cloramines: monocloramina, dicloramina i triclorur de nitrogen. El clor combinat produeix menys subproductes.

La valència del clorur fins al triclorur de nitrogen (aquest inclòs) és constant i igual a +1. A continuació, una taula resum de característiques del clor lliure i combinat: Característica Clor lliure Clor combinat Desinfectant +++ + Reactiu (oxidant) +++ + Generació de subproductes +++ + DBP: Desinfection by product Estabilitat/Persistència + +++ La reducció dels subproductes generats i l’augment de l’estabilitat són les dues raons principals del actual canvi progressiu de clor lliure a clor combinat. Cloració al punt de ruptura Break Pint Chlorination La concentració de clor lliure de la dissolució B s’avalua amb la concentració de clor actiu (mgCl 2/l). Als recipients que contenen 1l de la dissolució A cadascun, hi afegim una quantitat de la dissolució B diferent en cada cas per tal d’obtenir diferents concentracions de clor lliure. De cada recipient en prenen una mostra i analitzem el seu contingut de clor lliure (HOCl, OCl-) i combinat (NH2Cl, NHCl2, NCl3) residuals . És important diferenciar la dosis de clor lliure (inici) del clor residual (passat un cert temps).

1. Clor lliure. 2. HOCl. 3. NHCl2. 4. NH2Cl. 5. No possible (en teoria).

1. NHCl2. 2. NH2Cl. 3. Clor lliure. 4. NCl2. 5. Corba aproximada corresponent al punt de ruptura del 4.5. 6. Corba aproximada corresponent al punt de ruptura del 2.7. 7. Tendència actual. Com fer-ho? Afegint amoníac. A: dosis que ens dóna el màxim clor combinat per la corba 6. Si aproximem el triangle per un d’equilàter i tenim en compte que el pendent dels costat és 1, el clor actiu residual al cap d’1 hora és d’1.35mgCl2/l Punt de ruptura: dosis de clor perquè no hi hagi clor residual ó dosis a partir de la qual comença a aparèixer clor lliure. Abans, només combinat. La dosis depèn de la concentració inicial d’amoníac. Per assolir el punt de ruptura s’ha de complir:

NmgNHmgClpresentNH

Clorafegit −≅− 32

3

/9

Exemple:

lmgClNmgNH

mgCllNmgNH /7.2

9/3.0 2

3

23 =

−⋅− (veure gràfic anterior) : és la dosis que hem

de posar en una mostra que contingui 0.3mgNH3-N/l per assolir el punt de ruptura. Com més cap a l’esquerra estiguem d’aquest valor, més clor combinat tindrem. Clor actiu Valoració química. NO de la capacitat desinfectant. Referència:

{ {

comparaciódeTerme

aiguadissoltGas

IKClKICl 22 2222 ++→++ +−+−

El Cl2 té un 100% de clor actiu. Per tant, una aigua amb 1mg de Cl2 conté 1 mg de clor actiu. 1mol Cl2=71gr. Exemple: 1) { OHINaClKClHClIKNaOCl

ATENCIÓ

22222 +++→++

Per tant, 1mol de Cl2 té la mateixa quantitat de clor actiu que 1mol de NaOCl. Sabem que 1mol de NaOCl=74.5gr. Per tant, no tot el seu pes és actiu. Tindrà 71gr de clor actiu. 2) { OHIHClKClHClIKHOCl

ATENCIÓ

22222 +++→++

Sabem que 1mol de HOCl=52.5gr. Per tant, cada gram d’HOCl té més clor actiu que el 100%. 1mol de HOCl té 71gr de clor actiu. 3) A les etiquetes de productes com el lleixiu, una de les informacions és el percentatge de clor actiu. Per exemple: 5.5%, 15%. Un 5.5% de clor actiu significa que hi ha 5.5grCl 2/100ml(dissolució) . Aquesta nomenclatura ve de considerar que la massa de 100ml és aproximadament 100gr (que no sempre és cert. L’aigua de mar, per exemple, té una massa major degut a la presència de sals): 5.5%=5.5grCl2/100gr(dissolució) 4) Suposem un recipient de 10l d’aigua que s’ha de desinfectar. Per experiència es sap que estarà desinfectada (i per tant la podrem beure) quan al cap de 30min d’haver posat la dosis corresponent de clor lliure, la concentració d’aquest és de 1-2mgCl2/l. Volem determinar quina quantitat de lleixiu amb un 5.5% de clor lliure hem d’afegir a l’aigua del recipient per tal de desinfectar-la.

gotesmgCl

gotamgClmgCllmgCll

gotamgClgotes

ml

ml

mgrCl

grCl

mgrClmlgrClmlgrCl

ATENCIÓ

475.2

110;10/110

/75.220

155

1

1000100/5.5;100/5.5%5.5

2222

22

2

222

≈⋅=⋅

=⋅=⋅=434 21

La doctora Chick va fer els primers assaigs de desinfecció el 1907: No=concentració coliformes totals en 100ml. Co=concentració desinfectant.

Nt/No=relació de supervivència. Sempre serà inferior a 1 i, per tant, el seu logaritme negatiu.

ttt KN

dt

dNKt

N

N−=⇒=−

0

log

K és funció del tipus de microorganismes, desinfectant, temperatura, etc. 1908: Watson treballa amb els resultats de Chick i estableix K=K’C n on n~1 i C és la concentració de desinfectant. Llei de Chick – Watson :

)exp(0

KCtN

N

KNdt

dN

t

tt

−=

−=⇓ Es diu que els microorganismes segueixen una llei de desinfecció de Ct.

Nt/No el fixem nosaltres i K també està fixat en funció dels factors esmentats anteriorment. Per tant, podem fixar una C elevada i un t baix o al revés. Si escollim un t alt i, per tant, un C baix, el tamany de la infrastructura ha de ser més gran. La gràfica abans mostrada deixa de ser una recta fins a valors de –log(Nt/No) majors a 104. A partir d’aquí el seu pendent va disminuint. Aquests valors són propis d’aigües molt contaminades. En aquests casos utilitzarem un altre model perquè aquest ja no és vàlid. Adaptació del model al reactor de mescla completa i flux en pistó

Balanç màssic mescla completa:

{ 0)()(

permanentRègim

ttot KCNVQNQN

dt

VNd=−+−=

Resultats: )1(1 KCTNNo += Mescla completa

)exp(1 KCTNNo = Flux en pistó (igual que mescla discontínua)

Exp(KCT)>>(1+KCT). Per tant, a igualtat de K, C i N1, el FP requereix menys T per assolir el mateix No. També ens podem trobar que la concentració de desinfectant no sigui constant i que segueixi la següent evolució:

)'exp(' tKCCCKdt

dCo −=⇒−=

Si fem el balanç màssic per un reactor de flux en pistó:

Ndt

dNNtKKCKCNV

dt

VNdo ⇒=−−⇒−+−= )'exp()(00

)(

OZÓ Gas O3: 1) Inestable. No perdura en l’aigua. 2) S’ha de generar in situ d’un ozonador. Consisteix en dues planxes disposades paral·lelament, separades uns centímetres, entre les quals generem una diferència de potencial molt gran (∆V). El contingut de l’espai que hi ha enmig és aire SEC (s’evita l’aigua perquè és conductora de l’electricitat i connectaria elèctricament les dues planxes) que conté O2 que per la diferència de potencial passa a O3. N’hi ha que en comptes d’utilitzar aire sec utilitzen O2 pur. En aquest cas l’oxigen es troba en estat líquid (liquat ) en un tanc cilíndric i es vaporitza per fer-lo passar per l’ozonador. La vaporització és una reacció molt endotèrmica i, per tant, els conductes de sortida del tanc cilíndric estan gelats. Degut a aquestes baixes temperatures, tocar els conductes pot significar quedar-hi enganxat, amb perill d’amputació de la part del cos que hi hagi quedat enganxada. Per aquest motiu es protegeix amb tanques de seguretat. L’ozó que es produeix a l’ozonador s’introdueix a l’aigua a tractar tal i com mostra la figura: l’O3 es dissolt i va oxidant la matèria orgànica. 3) Consum energia elevat, augmentant molt el cost de la desinfecció (4 vegades més que la desinfecció amb clor) fins a unes 2.75centims/m3. 4) S’ha de destruir l’ozó en els gasos/aire de sortida del dipòsit on es duu a terme el tractament ja que sempre n’hi ha una part que és arrossegada fins a l’exterior del dipòsit. Per tant, l’aire que surt d’aquest s’ha de tractar mitjançant dispositius específics per eliminar-lo. 5) S’utilitza preferentment per a millorar el gust i olor de l’aigua. 6) També genera subproductes. LLUM ULTRAVIOLETA (UV) Llum amb una longitud d’ona de 254nm. Té efecte desfavorable sobre la doble hèlix de l’ADN: Pertorba les molècules que enllacen les hèlixs, impedint que es separin quan els ribosomes hi passen a través per tal de fer la còpia de l’ADN. Tenen la forma dels llums fluorescents. Al seu interior hi tenen mercuri (en baixes quantitats). Quan es fan passar els electrons entre les reactàncies dels extrems, les partícules de mercuri s’exciten, generant vapor de mercuri . Aquesta excitació del mercuri és el que produeix la llum ultravioleta (confirmar).

1. Làmpada

2. Vidre: serveix per a protegir la làmpada perquè no es trenqui pel xoc tèrmic en contacte amb l’atmosfera (confirmar).

Els dos fabricants principals al món són: 1) Wedeco i 2) Trojan. Característiques del tractament d’aigües amb raigs UV: 1) Molt tecnològic. 2) Làmpades s’esgoten. 3) Efecte desinfectant presencial (només desinfecció al seu pas per la làmpada). 4) Cost similar al del clor. 5) Escassos o nuls subproductes de desinfecció (atractiu molt important). 6) Eficiència energètica molt baixa. De 100kwh de consum, només un 30-40% es converteix en llum UV utilitzable. Com major és la potència, menor és el rendiment: 100w 30% 1000w <10% 7) L’aigua que es tracta ha de tenir una transmitància>60% . Situació compatible: aigua amb color i, a la vegada, amb una transmitància elevada. 8) Neteja manual o, si procés és molt sofisticat, mitjançant un sistema automàtic. Tendència actual: tractament amb llum UV i després una petita quantitat de clor perquè l’aigua estigui protegida amb el clor residual resultant. La llum UV està mal vista per la societat. Resum llum UV: T>60%: - Aigua de subministrament: més eficiència. - Aigua residual: menys eficiència. No DBP (subproductes). Unitats: mWs/cm2=mJ/cm2. Dosis: entre 40 i 120 mJ/cm2. Esquema resum del tot el procés: Si la desinfecció és amb llum UV: Les barres representades són les làmpedes, que, tal i com mostra la figura poden estar disposades de tres maneres diferents. A més, l’aigua passa per tres conjunts de làmpades col·locats en sèrie: l’aigua rep tres dosis consecutives de rajos UV, fet que implica una major estabilitat de la desinfecció. Resultat del procés: aigua potable que es distribueix. XARXA DE DISTRIBUCIÓ O D’ABASTIMENT D’AIGUA POTABLE Un dels elements importants de la xarxa és el dipòsit regulador (en anglès es diu d’emmagatzematge): permet abastir una demanda variable a partir d’un cabal més o menys constant. Pot ser artificial, natural, superficial, subterrani, etc. Un exemple de natural seria un aqüífer. Del dipòsit, l’aigua passa a la xarxa pròpiament dita: conductes que permeten transport aigua fins punts de consum.

Classificació de xarxes:

- Mallades : aigua pot arribar des de diferents orígens, fet que implica una renovació de l’aigua constant (al contrari que a les ramificades, on la renovació s’ha de fer de manera expressa cada cert període de temps). - Ramificades : més econòmica. Consums en sèrie: el tall de la xarxa en un punt afecta a tota la ramificació posterior.

Gestió de la xarxa: mitjançant SIG (Sistema d’Informació Geogràfica). Com es dimensiona una xarxa? 1. Tuberies xarxa subministrament. 2. Clavegueram. S’han d’estimar els usos de l’aigua i el consum. Es fa una hipòtesi sobre els diàmetres de les tuberies: en funció dels diàmetres dels tubs que hi ha a la zona i de les dimensions normalitzades del mercat. Mitjançant un programa específic, es simulen totes les possibles pitjors situacions i es determina si la hipòtesi feta és vàlida o no. Per tant, passos a seguir: 1)Proposta 2)Simulació 3)Comprovació que satisfà les nostres necessitats d’abastiment. Pèrdua de càrrega: proporcional a v2. La velocitat màxima de l’aigua per les tuberies, tenint en compte aquesta proporcionalitat, és aproximadament 1m/s. Actualment és més costós obrir una rasa que les tubs en sí. Per tant, els diàmetres estan normalitzats. La satisfacció de la xarxa es mesura en base a dos paràmetres:

1) Xarxa subministri el Q requerit : s’ha de tenir en compte: número d’habitants, consum diari per habitant i dia (150l/(hab·dia)) i el factor de potència (els 150l no es consumeixen homogèniament al llarg del dia, sinó durant unes hores determinades. 2) Pressió mínima : establerta en 0.5 atm (=5m de columna d’aigua). Un cilindre de 10m d’altura i 1cm2 de base ple d’aigua equival a un litre, que aproximadament pesa un Kg. 1kg/cm2=1atm. Si l’aigua té una pressió superior a 0.5atm, hi ha un malbaratament d’aigua (ex: en obrir l’aixeta hem d’esperar a què la pressió es restableixi a 0.5atm, temps d’espera en el qual es consumeix aigua sense donar-li cap ús i que va directament al clavegueram). Ex: mànegues antiincendi: 6kg/cm2 (està indicat en el vidre de la caixa que les cobreix): a l’hora d’obrir-ne una s’ha de procurar de no prendre mal.

Exemple: suposem un edifici de 60m d’altura. Perquè l’aigua arribi a dalt de tot (en el límit: sense pressió en aquest punt), la pressió de l’aigua a l’entrada de l’edifici ha de ser de 6kg/cm2. Problema: els pisos inferiors tindran un excés de pressió. Per tant, necessitat d’un sistema de regulació : l’edifici es divideix en sentit vertical mitjançant les zones de serveis , en les quals hi trobem bombes per adequar la pressió de l’aigua, les instal·lacions dels ascensors,etc. En l’exemple anterior, si dividim l’edifici en tres blocs de 20m cadascun, n’hi ha prou en què la pressió de l’aigua al peu del mateix sigui de 2.5kg/cm2 (recordar que la pressió mínima és de 0.5atm). Observació: 1) buster: aparells que permeten donar empenta a l’aigua 2) les ciutats com Barcelona, que té els dipòsits al capdamunt de les muntanyes que la circumscriuen, tenen sistemes segmentats per tal de regular i adequar la pressió de l’aigua a les diferents altituds de la ciutat. Solució per a facilitar la gestió: l’alternativa a les rases (que es fan per a col·locar els tubs i després tornar-los a cobrir completament amb el material del propi sòl) són les galeries de serveis . Problema: suposen un major cost d’inversió.

Un cop l’aigua de subministrament arriba al punt de consum i és consumida (cal tenir en compte que no en tot el món l’aigua de subministrament és potable. Tampoc ho és en els ferrocarrils, per exemple), passa a ser aigua residual , que conté: aigua de subministrament + residus (substàncies afegides durant el seu ús). Com es recull l’aigua residual? 1) Hi ha una 2a xarxa (mallada o ramificada), anomenada xarxa de sanejament , que, a diferència de la subministrament, no està a pressió (làmina lliure) i funciona per pendent. No presenta el problema que presentava la de subministrament ramificada. A més, pot estar buida. 2) D’aquí passa a l’Estació Depuradora d’Aigües Residual (EDAR) , i d’aquí a 3) Punt d’Abocament , on s’aboca/disposa als cursos naturals. Aquests tres elements constitueixen el Sistema de Sanejament . Xarxa de sanejament : Recull dos tipus d’aigua: 1) Residual 2) D’escorrentia . Si recull els dos tipus s’anomena xarxa unitària (solució tradicional). En situacions de clima extrem: torrencial: Qescorrentia>>Qresidual. A la nostra latitud, la següent secció del calvegueram: 1. Espai per a l’escorrentia. 2. Nivell habitual de les aigües residuals. Alternativa 1. Per aigua residual. 2. Per aigua d’escorrentia. Aigua residual: més velocitat, no dipòsit de l’aigua i, per tant, no descomposició dels residus i conseqüent generació de males olors. Aigua d’escorrentia: abans es classificava com a neta, però en la realitat no és així. Clavegueram unitari planteja problemes de dimensionament EDAR per la variabilitat de Q. Si Q massa gran, se’n desvia una part que s’aboca als cursos naturals. Aquesta desviació es duu a terme mitjançant un by pass. Desviació implica problema mediambiental. Tendència actual: emmagatzemar el cabal desviat i tractar-lo posteriorment quan el cabal d’entrada es normalitzi. Les EDARs fixen un Qmàx que garanteix el seu bon funcionament. Com i quan de temps es poden sobrecarregar? Classificació aigües residuals: 1) Domèstiques (provinents dels habitatges). 2) Urbanes = Domèstiques + comercials (restaurants, cafeteries, petits tallers, etc.).

3) Industrial/ramader: polígons industrials (industrial parks): generació aigües residuals que poden ser depurades en les seves pròpies instal·lacions.

Observació: aigües sanitàries: aigües domèstiques que es generen a les indústries. Diferències entre: 1) Domèstiques i urbanes i 2) Industrials:

1) Cabals aproximadament estables (varien en funció de la hora del dia) i qualitat predictible. 2) Cabals molt variables (inclús entre indústries) i qualitats molt diverses.

Per tant, 1) i 2) reben un tractament diferenciat.

Aigua industrial: si després d’un tractament la seva qualitat és semblant a la de la domèstica o urbana es pot portar a una EDAR urbana. D’aquesta manera la indústria s’estalvia la última part de la depuració. Però aquesta connexió a una EDAR urbana no es permet a tots els països. AIGUA URBANA 1. Reixes que fan de filtre dels residus més voluminosos (arbres, cotxets, etc.).

2. S’eleven les aigües per sobre el nivell de la superfície (l’altura la fixa l’altura de l’entrada d’aigües a la depuradora) mitjançant bombes de cargol d’Arquímedes:

1. Motor que fa girar eix. 2. No contacte espiral – superfície interior cilindre. 3. Entrada aigua. Aquestes bombes no s’obturen, poden fer fins a 4m de diàmetre. 3. EDAR.

4. Reixes de desbast: per treure residus d’un cert volum. S’autonetegen mitjançant un sistema similar a una pinta. Els residus recollits per aquest sistema cauen en un contenidor. 5. Contenidor. 6. Desarenador: per evitar excés decantació sorra en processos posteriors. També perquè són abrasives i si després són bombejades juntament amb l’aigua: problemes per a les bombes, etc. Tenen un sistema d’airejament perquè la sorra que decanti sigui el màxim de neta possible, sense M.O. Si hi hagués M.O., al dipositar aquesta sorra decantada en un recinte especial per aquest fi, la M.O. es començaria a descomposar, i amb la falta d’oxigen es podrien generar productes no desitjables/tòxics. 7. Desengrassador: mitjançant la injecció d’aire per la part inferior, s’acumulen les grasses a la superfície del líquid. 8. Mesurador de cabal (amb dispositius mecànics o electrònics). 9. Fins aquí, el pretractament : és la part més conflictiva del procés, ja que es generen olors desagradables. Per tant, normalment aquesta fase es troba dins una nau per tal de controlar la pressió de l’ambient, la temperatura, l’emissió d’olors, etc. Perquè generació olors? L’aigua del clavegueram acostuma a tenir un baix contingut d’oxigen i, per tant, al ser agitada desprèn olors.

A partir d’aquí: tractament . TRACTAMENT PRIMARI Procés que pot eliminar un 60% de MES i un 30% de DBO5 (en suspensió (no dissolta)). La forma clàssica és un decantador, que s’anomena decantador primari :

1. Efluent primari. 2. Fangs primaris (MES que conté M.O. que és morta). Falta d’oxigen fa que es generin olors, però aquests no són problemàtics perquè els fangs es troben dins de canonades.

TRACTAMENT SECUNDARI 1a variant (s.XIX): era tractament seqüencial, discontinu (flux discontinu). Constava de més d’un reactor (Secuential Batch Reactor) que funcionaven de la següent manera: agitaven aigua amb agitadors, paraven i deixaven decantar durant cert temps. Es va deixar d’utilitzar per la complexitat (en aquell moment) d’obrir i tancar les vàlvules d’entrada i de sortida (2 de sortida: una per l’aigua i l’altra pels materials decantats). Ara però s’està tornant a implantar. 2a variant (finals s.XIX): flux en pistó. Filtre percolador : 1. Dutxa. 2. Graves. 3. Obertura. 4. 2-3m. 5. Q+Qr. 6. Qr (cabal recirculació). 7. Q. 8: Percolació. Percolar: verb que descriu el moviment de l’aigua a través d’un medi porós. És diferent que infiltrar (l’aigua passa d’un medi a un altre (de l’aire al sòl)), tot i que a vegades es confonen. Al voltant de les partícules de grava es forma una biopel·lícula que conté microorganismes que consumeixen la M.O. dissolta de l’aigua que passa per sobre la pel·lícula. El cabal de recirculació serveix per a donar més opcions als microorganismes de consumir M.O.. Necessitem que el sistema estigui airejat perquè microorganismes oxidin matèria orgànica. Com s’aconsegueix?: 1) Gràcies al sistema dutxa, que suposa una injecció aigua puntual que es repeteix en el temps, evitant que els porus quedin permanentment plens d’aigua. 2) Amb les obertures de la part inferior es permet l’entrada d’aire, que en general és més fred que l’aire dels porus, ja que l’activitat dels microorganismes augmenta la temperatura de l’ambient circumdant (procés exotèrmic). Com que aquest aire és més calent, tendeix a pujar i sortir per la part superior del filtre percolador. 1. Per difusió , l’aliment arriba a la part interior de la pel·lícula. 2. Part interior: condicions anaeròbies. Reaccions de reducció. 3. Part exterior: reaccions d’oxidació. Clau: porus no permanentment plens d’aigua. Per tant, sistemes que combina aerobi/anaerobi. Gran diversitat biològica. Sistemes 1)robustos i 2)fàcils de mantenir. Problema: grava: suposa una empenta lateral. Solució: en comptes de grava, palets de fusta disposats de manera específica, plàstics, etc., que únicament empenta vertical. Variant: aigua quieta i microorganismes en moviment: Contactors Biològics Rotatius (CBR) :

1. Aigua. 2. Superfícies disposades al llarg de l’eix i que van girant al seu voltant.

3. Punt crític: eix: dimensionar en funció càrrega pròpia i sobrecàrrega (superfícies i pel·lícula biològica).

Al cap d’un temps, part de la pel·lícula biològica cau i surt juntament amb l’aigua sotmesa al tractament. Per tant, necessitem decantador perquè la pel·lícula es dipositi i es pugui extreure: fang secundari . L’afluent que surt d’aquest decantador rep el nom d’efluent secundari . Inconvenients: 1)atracció insectes i 2)olors.

Solució 1) Fer girar molinet més ràpid per tal d’arrastrar els insectes amb l’aigua, o bé, tancar el sistema (aïllar-lo).

Esquema resum: Cultiu biològic secundari : Fix/Adherit a substrat: filtre percolador. En suspensió Cultiu biològic en suspensió * 1ers processos (ordre cronològic) que es duien a terme: agitació, aireació i repòs perquè decanti: tractament seqüencial : mitjançant Reactor Biològic Seqüencial (RBS) (discontinu). * Processos posteriors: mateixa idea però en continu. 1. Cabal de recirculació. 2. Decantador. La part més complicada és la del decantador. El 1914 dos tècnics anglesos descobreixen el que passava. 1. Aire: van comprovar que amb l’aire la decantació era molt bona. 2. Aigua residual. 3. Fangs activats . El fet d’introduir aire i agitar: favorable. Procés anomenat activació . Motiu: amb l’aire i la presència de substrat abundant propiciem el creixement de les bactèries (cultiu de bactèries ). Aquestes, un cop traiem l’aire, moren i tendeixen a flocular entre sí, fet que implica una major decantació. Recirculació: permet reduir el volum de la instal·lació. Al reactor biològic (tanc d’aireació/ cuva d’aireació) necessitem aire i agitació (perquè tots microorganismes tinguin opcions de consumir M.O.). Decantador : per separar microorganismes.

Cèl·lules: Y=0.6-0.7: per 1kg substrat consumit, generen 0.6.0.7kg de cèl·lules. Moltes de les reaccions del reactor són de 1er ordre com a mínim (ex: dN/dt=-KCN). Per tant, el flux en pistó és més eficaç que discontinu. Atenció : però So (substrat d’entrada) era tant variable que impedia fer-ho amb flux en pistó:

Avantatge discontinu: si entra un cabal amb una substància molt tòxic, aquesta es dilueix al reactor, mentre que si estem en flux en pistó, aquella secció del contingut del reactor queda inutilitzable.

Tipus de reactors: 1) Pot haver-hi una part amb aireació i una sense. 2) Carrusel 1. Entrada aigua residual. 2. Sortida aigua. 3. Circulació aigua. També podem trobar una combinació entre les dues formes de cultiu biològic (filtre percolador i en suspensió): 1. Materials diversos perquè a superfície es formi pel·lícula. Ex: 2. Esponges: es poden netejar exprimint-les. Com són els microorganismes dels cultius? 1) 1. Cèl·lules filamentoses: formen filaments al unir-se entre sí. 2. Cèl·lules no filamentoses: formen segregats i generen polímers per adherir-se als filaments. 3. Nucli. 4. Filaments. Flòcul no decanta (o difícilment) per l’excés de filaments. 2) Altra possibilitat:

1. Cèl·lules no filamentoses. Defecte filaments. Poca cohesió: es trenca segregació i aigua tèrbola. Ideal: combinació òptima. A vegades es poden acumular a superfície en forma d’escuma (per predomini/mancança de certs productes al substrat). Solució temporal : tallar filaments: substàncies que inactiven o maten les cèl·lules. Ex: clor : els filaments són la part més afectada perquè tenen més superfície específica. Directiva 91/271 : defineix característiques efluent secundari: <35mgMES/l <25mgDBO5/l <125mgDQO/l Què fem amb els fangs? Fangs 1aris i 2aris: M.O. Morta (del 1ari) Viva (microorganismes del 2ari: gairebé tots són cèl·lules)

Volem reduir la matèria orgànica. Per tant, mineralitzar (orgànica a inorgànica (digestió)).

H2O Volem reduir contingut d’aigua. Per tant, deshidratar . La mineralització i deshidratació es poden fer de manera consecutiva i també alternada. Mineralització Biològicament:

Aeròbiament: mitjançant digestor aerobi sense substrat. Y=0.6. Fins que matèria orgànica convertida en CO2 i H2O. Dies .

Anaeròbiament: digestió anaeròbia. Y=0.1. La resta energia es consumeix en la producció de N2, H2S i CH4. Mesos .

Problema: residus finals. Els gasos abans es cremaven. Deshidratació a) 1)Decantar=espessador. 2)Centrifugar. 3)Extreure fang de la corona centrífuga. b) Escalfar (residu): generació de pellets (boles petites fruit d’aplicar escalfor). Es pot fer a) i/o b). Fang: 6000mg mat org/l = 6g (mineralització)/1000g(deshidratació). RESUM 1. Pretractament. 2. Tractament 1ari. 3. Tractament 2ari. Temps d’estància : 4-8h 4. Tractament 3ari/Avançat: Treure amoníac i fosfats:

3423

4

233

)(POAlPO

NNONH

→

→→−

−

Desinfecció. Purificació (amb osmosi inversa). 5. Fins aquí, el que és obligat per la UE. 6. Potabilitzar: H2O potable.

7. En molts casos s’introdueix un Q circulant en aquest punt (per ex, riu) i es passa directament a potabilització, sense fer tractament 3ari.

Tractaments: Naturals Convencionals (abans rebien el nom de tecnologies dures) (els que hem tractat fins ara). Nivell de tractament es pot aconseguir multiplicant energia x temps = nivell tractament . El temps és sinònim de volum. A mateix nivell: Convencionals: augment energia i reducció temps. Naturals: disminució energia i augment temps. Energia: Sol. Tractaments naturals : Llacunatge : 1. Reixa que filtra els residus voluminosos. 2. Aigua. 3.1 1m. 3.2 1.5m. 3.3 Fem esforç per a distribuir-la. 4. Decantació.

5. MES que decanta. Matèria que experimenta digestió anaeròbia. Conseqüència: CH4, H2S, N2. Resultat: matèria al mineralitzar-se va desapareixent. 6. Capa de color verd. Composició:

NPOHCOfongsbactèriesOM +++→+ 22/.. La presència de nutrients propicia el creixement d’algues (d’aquí el color verd. Per tant, el color verd és indicador de la presència de nutrients).

Simbiosi bactèries – algues:

{ 434 21vivaOMSòl

uesAOPONOCOuesA

NHPONOOHCObactèriesOmortaOM

..

23

432

33

43222

lglg

).(.

+→+++

++++→++−−

−−

L’activitat de les algues és tal, que la concentració d’oxigen dissolt arriba a estar per sobre del nivell de saturació. Es pot arribar a concentracions de 20mgO2/l. Atenció . Les algues asseguren la oxidació del sulfídric que es genera a la part inferior de la llacuna.

Desinfecció: CO2 de l’aigua disminueix durant el dia i, per tant, el pH augmenta. Durant la nit no hi ha consum de CO2 per part de les algues i la seva concentració augmenta degut a l’activitat bacteriana (al contrari que l’oxigen, que disminueix, tot i que n’hi ha molt). Per tant, el pH baixa durant la nit. Aquestes variacions del pH constitueixen un mecanisme de desinfecció potent: bactèries patògenes (no les que experimenten simbiosi amb les algues) no ho resisteixen. A més d’aquestes variacions de pH, hem d’afegir la llum UV del Sol, que també desinfecta. Com retirem les algues? 1. Llacuna facultativa. 2. Llacunes de maduració /polit (n’hi pot haver més d’una). 3. Algues. 4. 1m.

5. <25mgDBO5/l i >35mgMES/l. Aquesta segona concentració és deguda a la presència d’algues.

Superfície llacunatge: 50% facultativa <1ha i 1.5m de profunditat. Si necessitem més superfície, es fa més d’una llacuna. 50% maduració (2 o 3 llacunes). 1m de profunditat. Temps estància aigua: 40-60 dies . 6-10m2/hab.: incloent camins d’accés, etc.

Atenció examen: l’efluent resultant no és estrictament secundari (degut al contingut de MES), però algunes administracions limiten aquest efluent a certs usos. Sistemes individuals (fossa sèptica) : 1. Llacuna facultativa. 2. Fossa sèptica (anaeròbia): menys temps de digestió. 3. Generació sulfídric. 4. Turbina flotant: agita aigua per introduir O2 per afavorir que algues oxidin sulfídric. On col·loquem la fossa? WETLANDS Aiguamolls que s’utilitzen com a llacunatge. 1) Aiguamolls de flux superficial

1. Joncs. 2. Joncs produeixen O2 per les tiges/arrels, les quals s’envolten de biopel·lícula (simbiosi). 3. 30-50cm (un disc de seti a 5cm ja no es veu). 4. S’han de deixar zones lliures per l’aterratge dels ocells. Com s’aconsegueix: amb la profunditat: com més profunditat més dificultat els joncs d’arrelar. Per controlar el nivell de l’aigua s’utilitza el principi de vasos comunicants:

2) Aiguamolls de flux subsuperficial 1. Entrada d’aigua. 2. Grava. 3. Nivell d’aigua.

Característica bactèries: Y=0.1. L’energia sobrant s’inverteix en producció H2S, CH4. En quan a massa, un Y=0.1 suposa un rendiment més baix que un Y=0.6-0.7. Característica: zones amb predomini anaeròbic: major mineralització però producció de H2S i CH4. Per tant, no podem abocar l’aigua sortint directament a l’atmosfera: ha de passar per un sistema d’aireació per a oxidar les substàncies tòxiques.

Professor OSWALD Perquè les algues estan a la superfície (recordar que necessiten Sol)? No totes ho estan. Només les que tenen capacitat de moviment . Les que no en tenen i per tant es troben a les zones intermèdies o al fons les ajudem a assolir la superfície, ja que Oswald va demostrar que proliferen molt més que les que tenen capacitat de moviment. Com les ajudem? Agitant/removent l’aigua: llacunes d’alt rendiment/alta càrrega (high rate) : 1. 15-20cm/s. 2. 0.3-0.4m. 3. Decantador: algues amb poca capacitat de moviment decanten fàcilment i floculen entre elles. 4. 4-6m2/habitant . Exigències d’aquestes llacunes: un cop decantades les algues, les hem d’extreure ràpidament. Perquè? En principi tenim predomini d’algues sense capacitat de moviment. Si passa massa temps, moren i desprenen nutrients que alimenten les algues que sí tenen capacitat moviment, que ascendeixen i enterboleixen altre cop l’aigua.

1. Carbó activat/actiu 2. Oxidació amb ozó (O 3) 1. Carbó activat/actiu (antracita) Carbó: acondicionat: Activa: augmenta superfície específica i hi ha un increment de porositat (correcte?). Trituració: pols, granular. L’activació es realitza mitjançant àcids o tractaments tèrmics, amb forns a 700ºC-1000ºC sense O2. Regeneració: a mesura que va quedant matèria orgànica absorbida. A 700ºC, les molècules orgàniques entren en reacció de combustió. Resines carbòniques tenen més carbó activat (sistemes en punt d’us!) (preguntar). 2. Oxidació amb ozó (O 3) O3: gas inestable, contaminant. Trenca parts de la molècula i pot oxidar-la, donant CO2 + H2O. Poden existir subproductes nocius (la llum ultravioleta no dóna subproductes). Def.: ozonador : allà on es genera O3. Gràfic Matèria prima: aire sec, oxigen pur. Resultat: l’O2 passa a O3. Esquema mescla O3-H2O: Gràfic Procés: l’O3 passa a carbó. 3. Filtratge amb membranes Ultrafiltració. Observacions: Desinfecció física: calor (100ºC, 10min), llum UV(254nm) (modifica ADN).