TEMA 58

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© Antonio Abrisqueta García, 1999 Temario Específico – Tema 58
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TEMAS DE FÍSICA Y QUÍMICA
(Oposiciones de Enseñanza Secundaria)
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TEMA 58
PRINCIPALES PROCESOS QUÍMICOS EN EL AGUA Y EN EL AIRE. IN-
FLUENCIA EN EL MEDIO AMBIENTE. EL AGUA: RECURSO LIMITADO;
CONTAMINACIÓN Y DEPURACIÓN. PROCEDIMIENTOS PARA DETERMI-
NAR LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA Y DEL AIRE.
Esquema
1. El agua y el aire en la Tierra.
2. Procesos químicos en el agua.
2.1. Composición química del agua continental.
2.2. Procesos químicos en el agua continental.
2.2.1. Reacciones de ácido-base.
2.2.2. Reacciones de oxidación-reducción.
2.2.3. Reacciones de complejación.
2.3. Composición química del agua marina.
3. Procesos químicos en el aire.
3.1. Estructura y composición química de la atmósfera.
3.2. Procesos químicos en la troposfera.
3.3. Procesos químicos en la estratosfera.
4. El agua: recurso limitado.
4.1. Contaminación del agua.
4.1.1. Contaminantes inorgánicos.
4.1.2. Exceso de nutrientes.
4.1.3. Contaminantes que alteran el pH y la salinidad del agua.
4.1.4. Contaminantes en aguas residuales urbanas.
4.2. Depuración del agua.
4.2.1. Potabilización de aguas de captación subterránea.
4.2.2. Depuración de aguas de origen industrial y urbano.
5. Determinación de la contaminación del agua.
6. Determinación de la contaminación del aire.
6.1. Medidas de inmisiones.
6.2. Medidas de emisiones.
6.3. Indicadores biológicos.
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TEMA 58
PRINCIPALES PROCESOS QUÍMICOS EN EL AGUA Y EN EL AIRE. IN-
FLUENCIA EN EL MEDIO AMBIENTE. EL AGUA: RECURSO LIMITADO;
CONTAMINACIÓN Y DEPURACIÓN. PROCEDIMIENTOS PARA DETERMI-
NAR LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA Y DEL AIRE.
1. EL AGUA Y EL AIRE EN LA TIERRA
El agua es un compuesto esencial para el desarrollo de la vida en nuestro planeta.
A pesar de ello, el agua de consumo es un bien que empieza a ser escaso, debido al au-
mento de la población y su poca disponibilidad. En este sentido, el agua dulce está con-
centrada en ríos, lagos y lagunas, en una proporción que no llega al 0'5% del agua de la
biosfera.
El agua en la biosfera existe en cantidades regulares, formando depósitos de re-
serva, en la atmósfera, en los océanos, en los continentes, en los casquetes polares, en
los estratos profundos y en los animales y plantas. Hay que considerar al agua en circu-
lación, transfiriéndose desde las capas superficiales de los océanos a las zonas profun-
das, evaporándose de los océanos, lagos y suelos a la atmósfera, precipitando en forma
de lluvia, nieve o hielo desde la atmósfera al mar o los continentes, efluyendo por géise-
res y volcanes al exterior de la tierra, por transpiración de las especies vegetales, etc.
La mayor reserva de agua se encuentra en los océanos (97% del agua presente en
la biosfera), seguida de los glaciares (3%), aguas subterráneas, aguas superficiales y
finalmente la atmósfera.
Respecto a la circulación de las aguas, el mayor flujo corresponde a la transferen-
cia desde las capas superficiales a las más profundas de los océanos, en cantidades 20
veces superior ala cantidad de agua que reciben los océanos procedentes de los ríos. En
consecuencia, los cambios de composición de los océanos debidos a cambios químicos
en los ríos, a causa del vertido de residuos, son, globalmente, despreciables.
El siguiente flujo del agua en importancia es la evaporación de las aguas de los
océanos, de la que el 90% regresa a los océanos por precipitación y el resto pasa a los
continentes. Esta precipitación sobre los continentes no es homogénea y depende de la
zona del planeta (desierto, selva húmeda, bosque, etc.).
El agua de consumo proviene de las aguas superficiales y las subterráneas. Estas
últimas tienen características diferentes a las superficiales, pues durante la percolación
el agua va arrastrando y disolviendo compuestos minerales y algunos orgánicos, mien-
tras que muchos microorganismos presentes en el agua quedan filtrados en las partículas
del suelo. Por el contrario, las aguas superficiales, además de disolver compuestos inor-
gánicos y orgánicos, mantienen en suspensión partículas sólidas de distinta naturaleza.
Si el agua resulta esencial para la vida en el planeta, no menos esencial es el aire
de la atmósfera. El aire es una mezcla de gases retenida por gravedad alrededor del pla-
neta y es una consecuencia de la actividad vital. El aire contiene Nitrógeno (78'08 %),
Oxígeno (20'93%), Argón (0'93%), Dióxido de carbono (0'035%), otros gases nobles y
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un gran número de componentes aún más minoritarios. Los tres principales N2, O2 y
CO2 se mantienen, en parte, debido a los procesos biológicos y sus concentraciones ac-
tuales son fruto de la acción de la vida a lo largo de la historia de la Tierra.
La característica más destacable es la abundancia de O2. Es la consecuencia de los
procesos que anularon el carácter reductor de la corteza y atmósfera primitivas. Al prin-
cipio jugó importante papel la disociación del agua en H2 y O2 por las radiaciones sola-
res. Después, desde la aparición de los seres vivos, la fotosíntesis ha sido el proceso
regulador del contenido de oxígeno.
El N2, químicamente inerte, es fruto de los seres vivos. La pérdida de N2 por fija-
ción biológica e industrial es compensada por la acción de bacterias nitratorreductoras,
que producen nitrógeno. El gas menos controlado biológicamente, aunque parezca ex-
traño, es el CO2. Su baja concentración en la atmósfera se mantiene por la disolución en
el océano, que actúa como enorme tampón produciendo deposición de rocas carbonata-
das en los mares poco profundos, aunque en un proceso muy lento.
De entre las misiones vitales que el aire cumple en el mantenimiento de los seres
vivo, están, además de ser la fuente de oxígeno para mantener la respiración, la de pro-
tegerle de los efectos nocivos de las radiaciones solares ultravioletas, producir un efecto
de presión sobre los seres vivos que permite la realización de múltiples procesos quími-
cos en medio acuoso, producir un efecto termorregulador del calor que procede del Sol,
evitando las altísimas variaciones de temperatura entre el día y la noche que se dan en
los planetas que no tienen atmósfera.
2. PROCESOS QUÍMICOS EN EL AGUA
2.1. Composición química del agua continental.
Los procesos químicos naturales que ocurren en las aguas del planeta dependen bá-
sicamente de su composición, y la composición de las aguas depende de cuatro factores:
1. Presencia de materia orgánica (disuelta o suspendida).
2. Concentración de oxígeno disuelto.
3. Concentración de di óxido de carbono disuelto.
4. Procesos químicos que ocurren durante la circulación del agua.
La presencia de materia orgánica disuelta (aminoácidos, ácidos grasos, alcoholes,
ésteres, hidrocarburos, pigmentos naturales, etc.) y en suspensión (productos de alto
peso molecular de procedencias húmicas) supone un consumo elevado de oxígeno para
llevar a cabo la degradación de dicha materia orgánica y un consiguiente empobreci-
miento de los niveles de oxígeno lo que implica una dificultad para el desarrollo de los
organismos vivos que habitan en el medio.
El oxígeno disuelto en las aguas permite la vida en el medio hídrico. El oxígeno es
producido por las algas verdes gracias a la fotosíntesis, no obstante, la oxigenación más
eficiente es la solubilización del oxígeno atmosférico, que se favorece con el movi-
miento turbulento de las aguas y se disminuye con la temperatura.
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Otro gas habitualmente disuelto en el agua es el CO2 En este caso la solubilidad es
mayor que la deotros gases, con el O2 o el N2, ya que el CO2 en el agua reacciona con
ésta, mediante una interacción ácido-base, dando ion bicarbonato:
CO2(g) ←→ CO2(aq)
CO2(aq) + H2O ←→ H+ + HCO3−
Debe señalarse que la concentración de CO2 en el agua es baja debido a que los
niveles de CO2 atmosférico son también bajos (0'5 mg/l).
Debe tenerse en cuenta, por un lado, la generación de CO2 debida a la biodegrada-
ción de la materia orgánica y por otro lado, la pérdida de CO2 a causa de la percolación
del agua a través de las zonas rocosas de calcita (CaCO3) que se disuelve dando bicar-
bonato: CaCO3(S) + CO2 ←→ Ca+2 + 2HCO3−
Esta reacción se da en las aguas superficiales y es la responsable de la presencia
de iones calcio en el agua. Además de la calcita, también contribuye a la liberación de
calcio otros minerales como son el yeso CaSO4.2H2O, la anhidrita CaSO4 o la dolomita
CaMg(CO3)2. Este último mineral, es también una fuente de magnesio, presente en las
aguas. La presencia de calcio, magnesio y a veces de hierro (Fe+2) en las aguas es lo que
da lugar a la dureza, propiedad que provoca la formación de precipitados al añadir de-
tergente al agua.
La liberación de iones Mg+2 y Ca+2, así como de iones alcalinos, como el Na+ y
K+, puede venir de la disolución de determinados silicatos, por la presencia del CO2 en
el agua, por una reacción del tipo:
Silicato-Al-M + H2CO3 + H2O → HCO3− + H4SiO4 + Silicato-Al + M+n
En medios ácidos, los aluminosilicatos liberan iones Al+3 que se encuentran fuer-
temente hidratados.
El ion ferroso Fe+2 se encuentra en el agua en condiciones reductoras, como las
que pueden existir en las aguas subterráneas. No obstante, en presencia de oxígeno el
ion Fe+2 se oxida a férrico Fe+3 y este ion se hidroliza dando lugar a aguas ácidas y a
depósitos de hidróxido: Fe+3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+
El Manganeso se encuentra también en aguas subterráneas, en forma de ion Mn+2,
pero en presencia de oxígeno y a pH no inferior a 7, puede oxidarse dando lugar a un
precipitado negro de MnO2.
El nitrógeno puede estar presente en las aguas bajo formas químicas distintas. Las
especies principales son los iones nitrato NO3−, pero en ambientes reductores, se en-
cuentra bajo la forma de ion amonio NH4+ y en determinadas condiciones como ion
nitrito NO2−.
El fósforo puede estar presente como fosfato ácido (HPO2-2) gracias a la disolu-
ción de la apatita, Ca5(PO4)3(OH), por la presencia de agua carbonatada:
Ca5(PO4)3(OH) + 4H2CO3 → 5Ca+2 + 3HPO4−2 + 4HCO3− + H2O
El azufre se encuentra en forma de sulfato SO4−2 y, en condiciones reductoras co-
mo sulfuro de hidrógeno H2S. La concentración de elementos no metálicos como el car-
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bono, nitrógeno, azufre y fósforo, puesto que forman parte de los nutrientes que susten-
tan la vida en el medio acuático, pueden variar significativamente.
Los organismos autótrofos utilizan la energía solar o energía química, para trans-
formar compuestos inorgánicos en complejas moléculas orgánicas. En concreto utilizan
CO2 y los iones NO3−- y HPO4−2 como fuente de los elementos C, N y P que incorporan
a las moléculas orgánicas. Un exceso de estos elementos, especialmente de N y P pro-
duce el crecimiento explosivo de especies autótrofas como algas verdes dando lugar a
problemas de eutrofización. En consecuencia, la presencia de estos organismos puede
modificar significativamente los niveles de estos elementos en las aguas.
2.2. Procesos químicos en el agua continental.
Las reacciones químicas que ocurren en el medio acuático son, fundamentalmen-
te, de tres tipos:
- Reacciones de ácido-base,
- Reacciones de oxidación-reducción y
- Reacciones de complejación.
2.2.1. Reacciones de ácido-base.
Ya se han mencionado procesos de ácido-base al hablar de los procesos de disolu-
ción de rocas y partículas edáficas. En este sentido se distinguen básicamente dos tipos
diferentes de reacciones ácido-base: las reacciones de disolución congruentes y las in-
congruentes.
Las reacciones congruentes se refieren a aquellos procesos de disolución total del
mineral para dar lugar a compuestos solubles. Este es el caso, por ejemplo de la disolu-
ción de la calcita CaCO3:
CaCO3(s) + H2CO3 → Ca+2 + 2HCO3−
o del cuarzo SiO 2 : SiO2(s) + 2 H2O → H2SiO4
o de la gibsita Al2O3.3H2O: Al2O3.3H2O(s) + 2H2O → 2Al(OH)4− + 2H+
Las reacciones incongruentes son aquellas en las que el mineral se transforma en
otro mineral secundario, amorfo, también insoluble, liberando al mismo tiempo otras
especies químicas que permanecen disueltas. Por ejemplo, la albita, que es un alumino-
silicato, se transforma en montmorillonita según el proceso:
NaAlSi3O8(s) (Albita) + 6H2CO3 + 20H2O → 6Na+ + 6HCO3− + 10H4SiO4 + 
+ 3Na0’33Al2’33Si3’87O10(OH)2 (s) Montmorillonita
y la Dolomita que se transforma en Calcita:
CaMg(CO3)2 (s) (Dolomita) + Ca+2 → Mg+2 + 2CaCO3 (s) Calcita
De hecho, estos procesos de disolución tienen lugar debido a que muchos de los
constituyentes de la corteza terrestre son termodinámicamente inestables en presencia
de agua. No obstante, en muchos casos estos procesos ocurren muy lentamente y sólo
son relativamente acelerados gracias a los procesos físicos de erosión que dejan al mine-
ral triturado, aumentando de esta forma su superficie específica.
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2.2.2. Reacciones de oxidación-reducción.
Con relación a los procesos redox, sólo unos pocos elementos están realmente im-
plicados en este tipo de reacciones, principalmente, C, N, O, S, Fe y Mn. La mayoría de
estos procesos son, en principio, lentos acelerándose por intervención de ciertos micro-
organismos. La naturaleza de estos procesos depende de la presencia o no de oxígeno
disuelto que es el principal agente oxidante en las aguas naturales. En un medio reduc-
tor, es decir, en ausencia de oxígeno, que puede ser el caso de cuando exista un exceso
de materia orgánica, cabe señalar la ocurrencia de los siguientes procesos (se representa
la materia orgánica como H-CHO que es la mínima unidad):
Respiración aerobia: H-CHO + O2 → CO2 + H2O
Desnitrificación: 5H-CHO + 4NO3− + 4H+ → 5CO2 + 2N2 + 7H2O
Fermentación: 3H-CHO + H2O → CO2 + 2H-CH2OH
Formación de metano: 2H-CHO → CO2 + CH4
En estos medios anóxicos, pueden actuar otros agentes oxidantes, como son los
óxidos de hierro y manganeso:
H-CHO + 4FeOOH) (s) + 8H+ → CO2 + 4Fe+2 + 7H2O
 H-CHO + 4MnO2 (S) + 4H+ → CO2 + 2Mn+2 + 3H2O
En estos casos, la materia orgánica se absorbe, primero sobre las partículas de
óxido, las cuales permanecen en suspensión, reaccionando después según un proceso
heterogéneo.
Si las aguas llevan oxígeno disuelto, entonces tiene lugar procesos típicos de oxi-
dación, como por ejemplo:
a) la degradación oxidativa de la materia orgánica
H-CHO + O2 → CO2 + H2O
b) la formación de sulfatos o de nitratos:
O2 + HS− → SO4−2 + H+
 O2 + NH4+ + H2O → NO3− + 6H+
c) la formación de óxidos:
4Fe+2 + O2 + 6H2O → 4FeO(OH) + 8H+
 2Mn+2 + O2 + 2H2O → 2MnO2 + 4H+
Todos estos procesos pueden tener lugar en un mismo sistema acuático, como por
ejemplo, un lago o un estanque profundo. En estos ecosistemas pueden distinguirse dos
zonas químicamente diferenciadas: una región anaerobia situada en la zona profunda del
estanque y en la que los niveles de oxígeno disuelto son bajos y otra zona superficial, la
cual intercambia oxígeno y CO2 con la atmósfera, formando un medio oxidante. En la
capa superficial tienen lugar reacciones de oxidación como las descritas anteriormente,
al mismo tiempo que ocurren procesos fotosintéticos que liberan oxígeno:
CO2 + H2O + hν (luz) → H-CHO + O2
Por el contrario, en la zona profunda, los procesosque ocurren son los de reduc-
ción, a causa de las condiciones anaerobias que prevalecen. En esta zona se produce un
intercambio de material con los sedimentos. Las aguas profundas de los lagos contienen
materiales reductores como amoníaco (NH3), sulfuro de hidrógeno (SH2), iones ferrosos
(Fe+2) e iones manganosos (Mn+2). En cambio, en la zona superficial se encuentran es-
pecies oxidadas disueltas, como iones nitrato (NO3−), sulfato (SO4−), CO2 así como óxi-
dos en suspensión.
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Durante la mayor parte del año el agua en estas zonas, superior e inferior del lago
o estanque no se mezcla, puesto que la densidad de estas capas es distinta a causa de las
diferencias de exposición solar. Este fenómeno se denomina estratificación térmica y la
capa que separa los dos estratos, se llama termoclino y actúa de barrera física ocasio-
nando que la composición de los dos estratos sea diferente.
2.2.3. Reacciones de complejación.
En estas reacciones suelen estar implicados iones metálicos Mg+2, Ca+2, Mn+2,
Fe+2, Fe+3, Cu+2, Zn+2, etc., los cuales forman enlaces químicos por aceptación de elec-
trones cedidos por otras especies químicas llamadas ligandos. Los ligandos más comu-
nes en las aguas naturales continentales son los siguientes:
-R-COO− Anión carboxilato
-Ph-O− Anión fenolato
-R-NH2 Aminas alifáticas y aromáticas
-R-O-PO3−; Aniones fosfato
Uno de los agentes complejantes naturales presentes en las aguas son los ácidos
húmicos, los cuales contienen varios grupos ligantes en sus moléculas. También los
iones cloruro (Cl−) participan en procesos de complejación con iones de metales de
transición.
Además de los ligandos naturales, en el sistema acuático pueden estar presentes
otros de origen antropogénico. Es el caso de ciertos agentes complejantes sintéticos,
como el EDTA (ácido etilendiaminotetraacético):
H2C CH2 N
CH2
CH2
COO
COO
N
H2C
H2C
OOC
OOC
el NTA (ácido nitrilotriacético):
CH2 COON
H2C
H2C
OOC
OOC
Estas sustancias complejantes se vierten en los cursos de agua, incorporados en
baños electrolíticos, en efluentes utilizados en procesos de tratamiento industrial de re-
siduos, en detergentes, en aditivos alimentarios, etc. La presencia de agentes comple-
jantes en las aguas puede ser negativo, puesto que éstos pueden llegar a disolver preci-
pitados que contengan elementos metálicos tóxicos en los sedimentos o lechos de los
ríos. Además estas sustancias interfieren en los procesos de depuración de las aguas
residuales, al dificultar la eliminación de los metales pesados.
2.3. Composición química del agua marina.
El medio acuoso marino posee unas propiedades físico-químicas que la diferen-
cian mucho del medio hídrico continental, debido a la elevada concentración de sales
que contiene. Por ejemplo, la viscosidad y la densidad del agua de mar son mayores que
las de la continental, aumentando ligeramente ambas propiedades al aumentar la salini-
dad. Por otro lado la presión osmótica, el punto de ebullición y la presión de vapor au-
mentan con la presencia de sales.
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Otra característica que distingue al medio marino del continental es la constancia
del pH del primer medio, el cual se mantiene en un estrecho margen comprendido entre
7'5 y 8'3 si bien la mayoría de las veces oscila entre 7'8 y 8'3. Esta relativa estabilidad
del pH del medio marino es lo que hace que este sistema pueda soportar el desarrollo de
la vida aun nivel muy elevado.
La constancia observada en el pH marino es una consecuencia del efecto tampo-
nante del sistema carbonato-bicarbonato que se establece gracias a la elevada solubili-
dad del CO2 en el agua del mar:
CO2 (g) ←→ CO2 (aq)  →← OH 2 H+ + HCO3− ←→ 2H+ + CO3−2
a este múltiple equilibrio, hay que añadir el correspondiente a la formación de CaCO3:
CO3−2 + Ca+2 → CaCO3
proceso importante en el medio marino.
Otro proceso que contribuye a tamponar el pH del medio marino es el sistema
formado por el ácido bórico y el borato:
H3BO3 + H2O → B(OH)4− + H+
El grado de salinidad de un mar o del océano depende de la evaporación y de las
precipitaciones. La salinidad tiene, además, una variabilidad estacional con máximos en
primavera-verano coincidiendo con la elevada evaporación y lluvias escasas de esta
época, y mínimos en otoño, cuando se dan las mayores tasas de precipitación. También
cabe señalar las variaciones con la longitud y la latitud, dependiendo de la climatología
de cada lugar y de las corrientes marinas que se establecen. Depende también de la pro-
fundidad; las capas superficiales poseen salinidad menor que las profundas, por la in-
fluencia del contacto con aguas dulces, sobre todo en zonas costeras, sin embargo en
alta mar se observa el fenómeno contrario, es decir la salinidad disminuye con la pro-
fundidad.
La concentración promedio de sales es de 35 ‰ en peso, aproximadamente. Las
sales presentes en mayor concentración son: el NaCl (27 g/lt), MgSO4 (2 g/lt), CaSO4 (1
g/lt). Otros elementos presentes son S, K, Br, C, N, Li, Sr, B, F, Rb, O, Si, Ar, P, Al, I,
Ba, Sb, etc.
El mar contiene materia orgánica disuelta y formando partículas en suspensión
que tienen origen biológico. Los compuesto que la constituyen son en su mayor parte de
estructura compleja, habitualmente polimérica, aunque también se encuentran en bajas
concentraciones, estructuras sencillas (monómeros) como azúcares o aminoácidos. La
mayor parte de la materia orgánica la constituye los llamados ácidos húmicos, de cons-
titución química parecida a los ácidos húmicos del suelo.
El mar contiene en su seno gases disueltos, como O2, CO2, CH4, CO, N2O, cloro-
metano (ClCH3), sulfuro de carbonilo (SCO), sulfuro de carbono (S2C), etc. Todos, sal-
vo el O2 y CH4 están a muy baja concentración. En las capas superficiales se establece
un equilibrio entre el oxígeno atmosférico y el oxígeno disuelto, mientras que por de-
bajo, la concentración de oxígeno viene dominada por la actividad biológica así los or-
ganismos vivos consumen oxígeno durante la respiración pero las plantas verdes lo ge-
neran a través de la fotosíntesis. Dependiendo de cuál de estos dos procesos prevalezca,
habrá déficit o exceso de oxígeno. En principio el oxígeno disminuye con la profund i-
dad puesto que se reduce la fotosíntesis, sin embargo, a suficiente profundidad, los ni-
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veles de este gas vuelven a aumentar, debido a su difusión de las capas profundas, ricas
en oxígeno, y que tiempo atrás formaron parte de las aguas superficiales.
En general la concentración de compuestos químicos en el mar se mantiene en ni-
veles muy constantes, salvo en los compuestos que actúan de nutrientes de los seres
vivos como NO3−, NO2−, NH4+ y HPO4−2, cuya concentración depende del consumo que
realice el fitoplancton marino de las aguas superficiales y por su regeneración bacteriana
en las profundidades del mar. La existencia de corrientes marinas profundas, que elevan
los nutrientes hacia aguas superficiales, es de indudable importancia para la regenera-
ción de los bancos de peces y para el mantenimiento de la vida en la zona superior.
3. PROCESOS QUÍMICOS EN EL AIRE.
3.1. Estructura y composición química de la atmósfera.
En la atmósfera pueden distinguirse cuatro zonas diferentes, dependiendo del gra-
diente de temperatura de cada una de ellas. La capa más baja, troposfera (desde superfi-
cie a 12 km de altura), la temperatura desciende desde 15°C a −56°C (gradiente negati-
vo), se produce una mezcla constante de masas de aire y en ella se produce la actividad
meteorológica.
La siguiente capa, la estratosfera, (hasta 50 Km) se produce una variación de
temperatura desde −56°C hasta −2°C (gradiente positivo),lo que impide la ascensión de
masas frías de aire por encima de las más calientes. En esta zona sólo se produce movi-
miento horizontal de masas de aire.
La siguiente capa, la mesosfera (hasta 85 km), la temperatura varía desde –2ºC
hasta –92ºC (gradiente negativo), la densidad de la zona es muy baja y los movimientos
convectivos son casi inexistentes.
Finalmente, la termosfera (desde 85 km hasta 500 km), la temperatura reinante es
de 1200°C que implica un gradiente positivo.
Debido a que la densidad de la atmósfera disminuye mucho con la altitud, casi to-
da su masa se concentra en la zona baja (alrededor del 99% de la masa total se encuen-
tra en los primeros 30 Km). La composición del aire en estos primeros 30 Km se puede
considerar constante.
Los componentes mayoritarios son Nitrógeno, Oxígeno y Argón. Los componente
minoritarios, son CO2, Ne, He, Kr, Xe, CH4, N2O, CO, O3 y compuestos a niveles de
trazas. Las concentraciones de estos gases minoritarios son variables debido a las con-
tribuciones antropogénicas, no sólo en el tiempo sino también en el espacio. En la tro-
posfera existe una cierta concentración de vapor de agua (humedad atmosférica) tam-
bién variable con el tiempo, altitud y latitud.
Forman parte de la composición de la atmósfera, aquellas sustancias que se vie r-
ten a ella por procesos naturales (contaminantes naturales), existiendo una cierta polu-
ción natural originada por una variedad de fenómenos biológicos y geoquímicos. Así
por ejemplo, la vegetación emite una gran variedad de compuestos orgánicos (parafinas,
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terpenos, etc.). El suelo emite N2O por procesos de desnitrificación, o NH3 a través de
procesos aerobios, también se emiten gases reductores como CH4, NO y H2S, debido a
procesos de fermentación anaerobia en zonas húmedas, como pantanos, arrozales, bos-
ques y selvas húmedas.
Una fuente natural importante de emisión de componentes a la atmósfera son los
océanos. Estos emiten gran cantidad de gases como: CO2, CO, CH4, N2O, S2C, SCO,
ClCH3, etc. Los volcanes son otra fuente de contaminantes atmosféricos y cuando están
en erupción vierten grandes cantidades de gases y partículas sólidas a elevadas altitudes,
como óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, H2S, SCO, HCl, HF, así como cenizas y
partículas sólidas procedentes de procesos de combustión.
Otras fuentes naturales de contaminantes son los incendios forestales, mediante
los cuales se vierten grandes cantidades de CO2, CO, óxidos de nitrógeno, SO2, ClCH3,
HCN, etc. y las descargas eléctricas en tormentas responsables de la generación de óxi-
dos de nitrógeno.
Salvo casos puntuales, la contaminación producida por estos fenómenos naturales
es perfectamente asimilada por la naturaleza, la cual posee mecanismos físicos y quími-
cos suficientes para degradar los contaminantes emitidos.
3.2. Procesos químicos en la troposfera.
La troposfera tiene un gradiente negativo de temperatura, lo que da lugar a que se
establezcan movimientos convectivos de masas de aire tanto en vertical como en hori-
zontal, lo que favorece la dilución de los contaminantes emitidos desde la superficie de
la tierra. El movimiento de estas masas, favorece su mezcla y activa buen número de
procesos químicos de autodepuración. Se destaca la presencia de radicales OH que son
poderosos agentes oxidantes que llevan acabo un proceso semejante a la combustión,
pero a temperaturas mucho más bajas.
El precursor del radical OH es el ozono estratosférico, componente que se genera
en la atmósfera ecuatorial y se desplaza hacia los polos. Al mismo tiempo que se des-
plaza, el ozono aminora su altitud y parte de él penetra en la troposfera. En la troposfe-
ra, el ozono se fotodisocia según: O3 + hν (luz) → O + O2
El átomo de oxígeno, que es altamente reactivo, reacciona con el agua, que es re-
lativamente abundante en las zonas bajas de la atmósfera, produciéndose radicales hi-
droxilo: O + H2O → 2OH
los cuales inician toda una serie de procesos químicos; así por ejemplo llevan a cabo la
degradación química de compuestos orgánicos oxigenados:
(CH4 , CO , CxHyOz , CxHy) + OH → CO2 + H2O
Otros procesos en los que intervienen los radicales OH son, la oxidación de los
óxidos de azufre y nitrógeno, transformándolos a sus respectivos ácidos sulfúrico y ní-
trico y la oxidación de gases reductores como H2S o NH3:
SO2 + OH → H2SO4
NO2 + OH → HNO3
SH2 + OH → SO2
NH3 + OH → NO
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El proceso de oxidación de los óxidos de azufre y nitrógeno es el origen de la aci-
dificación del agua de lluvia. Esta reacción puede tener lugar tanto en fase gaseosa co-
mo en medio acuoso. En fase gaseosa, el SO2 se asocia a los radicales OH, dando el
radical HOSO2: OH + SO2 → HOSO2
y este último se transforma en H2SO4 a través de un proceso aún desconocido.
Otro agente oxidante que lleva a cabo la transformación de SO2 a H2SO4 es el
ozono, que actúa en dos etapas:
- oxidación del SO2 a SO3: SO2 + O3 → SO3 + O2
- reacción del SO3 con agua: SO3 + H2O → H2SO4 
De hecho, la cantidad de SO2 oxidado por reacciones en fase gas es poca con rela-
ción al SO2 oxidado en medio acuoso, dada la elevada solubilidad de este gas. En este
caso el SO2 se transforma en ácido sulfuroso que es oxidado posteriormente, por reac-
ción con el agua oxigenada o bien con radicales OH también presentes en el medio
acuoso atmosférico:
SO2 + H2O → H2SO3
H2SO3 + 2OH → H2SO4 + H2O
La oxidación de los óxidos de nitrógeno tiene lugar, fundamentalmente en fase
gaseosa, y los principales agentes oxidantes son los radicales OH:
NO2 + OH → HNO3
y el ozono, el cual, mediante un mecanismo en etapas oxida al óxido nítrico a ácido ní-
trico: NO + O3 → NO2 + O2
 NO2 + O3 → NO3 + O2
 NO3 + NO2 → N2O5
 N2O5 + H2O → 2HNO3
En el caso de que los ácidos H2SO4 y HNO3 se hayan formado en fase gaseosa,
pueden disolverse en el medio acuoso de nubes o nieblas y retornar a la superficie en
forma de lluvia ácida. En realidad el agua de lluvia es de por sí ácida debido a la disolu-
ción del CO2 atmosférico: CO2 + H2O → H+ + HCO3−
Considerando la constante de este equilibrio, la concentración de CO2 y su solu-
bilidad en agua, el pH del agua de lluvia natural es 5'6. Cuando los ácidos HNO3 y
H2SO4 se incorporan al medio acuoso de la nube, el pH del agua de lluvia puede llegar a
tomar valores inferiores a 4'5, que en determinados medios es muy perjudicial.
3.3. Procesos químicos en la estratosfera.
En las capas bajas de la atmósfera existen barreras físicas y químicas que dificul-
tan el paso de los contaminantes procedentes de la superficie hacia la estratosfera. Sobre
todo la inversión térmica que existe en el límite entre la troposfera y la estratosfera, la
tropopausa, es la que pone más resistencia al paso de compuestos químicos entre una y
otra zona. Además, la presencia en la troposfera de especies reactivas como los radica-
les OH, hace que muchos de los contaminantes vertidos, se degraden en esta zona. En
consecuencia, son muy pocas las sustancias que llegan a penetrar en la estratosfera, tan
solo aquéllas que son muy estables y resistentes al ataque químico de los radicales OH,
con elevados tiempos de residencia en la atmósfera, tienen alguna posibilidad de intro-
ducirse en la estratosfera.
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La estratosfera es donde la concentración de ozono alcanza valores máximos. El
ozono se genera por fotodisociación de una molécula de oxígeno, seguida de una com-
binación átomo-molécula de oxígeno:
 O2 + luz → O + O O + O2 → O3
Para llevar a cabo este procesose requiere luz muy energética. Por ello, los mayo-
res rendimientos de formación de ozono ocurren a altitudes intermedias, consecuencia
de un equilibrio entre la mayor intensidad de luz a altitudes mayores y la mayor con-
centración de oxígeno molecular cuanto menor es la altitud. En este sentido, los mayo-
res rendimientos se obtienen en la zona ecuatorial, a altitud de unos 20 km.
Esta generación de ozono viene compensada por una cierta disminución, debido
en parte a su transferencia a la troposfera y a su descomposición a través del siguiente
proceso que transcurre en la estratosfera:
 O + O3 → 2O2 + calor O3 + luz → O2 + O
Con ello se mantiene, en principio, una concentración estacionaria de ozono en la
estratosfera, cuyo valor depende de la altitud. La mayor parte del ozono (80%) se en-
cuentra entre los 10 y los 35 km de altitud. Como el ozono absorbe la luz ultravioleta
(220 a 330 nm de λ del espectro electromagnético), la zona mencionada, llamada ozo-
nosfera, actúa de pantalla a la incidencia de esta luz energética nociva para la vida en el
planeta.
Determinadas especies químicas pueden desencadenar procesos cíclicos de elimi-
nación de ozono. Estos procesos consisten en dos reacciones consecutivas, cuyo balance
final es la destrucción de ozono. El mecanismo es:
X + O3 → XO + O2
 XO + O → X+ O2
Como puede observarse, la especie X desencadenante del proceso, se vuelve a re-
cuperar al final y el proceso global es la descomposición del ozono:
O3 + O → 2O2
Las especies X pueden ser átomos de H, Br o Cl, así como también moléculas de
N2O, radicales OH o CO.
Uno de los compuestos emitidos desde la superficie capaz de llegar a la estratosfe-
ra, dada su elevada estabilidad, es el N2O. Proviene de procesos biogénicos del suelo, de
quema de biomasa, combustión de carburantes y emisión de los océanos. Al llegar a la
estratosfera, el N2O se fotodisocia para dar nitrógeno y oxígeno y éste oxida al N2O a
NO: N2O + luz → N2 + O
 N2O + O → 2NO

y el proceso global es: 2N2O + luz → N2 + 2NO
El NO es una de las especies que cataliza la eliminación de ozono. No obstante la
principal amenaza del ozono proviene de los clorofluorocarbonos (CFC's). Estos com-
puestos, muy estables, se fotodisocian en la estratosfera para dar átomos de cloro reacti-
vos. El radical Cl es el que reacciona con el ozono para dar ClO e iniciar el proceso cí-
clico que conduce a la eliminación del ozono.
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Otros precursores importantes generadores de radicales Cl, son determinados
compuestos clorados como CCl4, CH3Cl, CH3−CCl3, etc. utilizados como disolventes,
que dada su volatilidad, su destino final es la atmósfera.
También destacamos el papel del bromo en la degradación del ozono. Este ele-
mento se forma por fotodisociación del bromuro de metilo:
BrCH3 + luz → Br + CH3
La erosión de la capa de ozono es especialmente intensa en la Antártida, donde se
ha observado que, de forma periódica, a finales de septiembre y comienzos de octubre
(final del invierno polar) se produce un descenso acusado de los niveles de ozono en la
estratosfera antártica. Durante esta época, se establece en la Antártida un régimen de
vientos (vórtex polar), que aísla una masa de aire encima del polo lo cual recrudece la
meteorología invernal. Se producen temperaturas de entre –80º a –90ºC que conducen a
la formación de partículas de ácido nítrico trihidratado (HNO3.3H2O) que favorecen el
desarrollo de determinados procesos químicos en su superficie. Principalmente, se pro-
duce la reacción entre el HCl y el ClONO2, que son dos especies que en la estratosfera
libre son estables y no liberan átomos de cloro. Al reaccionar ambos dan lugar a molé-
culas de cloro y más ácido nítrico:
HCl + ClONO2 → Cl2 + HNO3
En la oscuridad del invierno antártico, la molécula de cloro permanece estable.
Sólo cuando aparecen los primeros rayos de luz, la molécula se fotodisocia iniciando la
destrucción del ozono: Cl2 + luz → Cl + Cl
Cl + O3 →ClO + O2
Cl + O → Cl + O2
La eliminación del ozono prosigue hasta que la intensidad de la luz incidente es
suficiente como para aumentar la temperatura y destruir el vórtex polar. Cuando ocurre
esto, se evaporan los cristales de nítrico y se evita la reacción de HCl con el ClONO2.
De hecho, la destrucción masiva del ozono antártico tan solo dura unos cuantos
días, sin embargo, la disminución de los niveles de ozono es muy intensa, de tal manera
que se han detectado disminuciones superiores al 50% del total, en una época del año en
que la actividad fotosintética es elevada. Ello conlleva un impacto ambiental negativo
principalmente para el fitoplancton marino de la Antártida, que constituye el inicio de la
cadena trófica de la cual se nutren especies del resto del planeta.
4. EL AGUA: RECURSO LIMITADO
Las reservas totales que la Tierra posee de agua dulce exceden con mucho cua l-
quier necesidad imaginable de la población humana. Pero la mayor parte de este recurso
no es accesible, o sea, el hombre no puede disponer de ella. El resto disponible, muestra
una distribución irregular de un lugar a otro y de una estación a otra.
Para satisfacer la demanda de agua que presenta la agricultura y la industria, y la
más exigua en volumen, pero no menos apremiante del consumo doméstico, hay que
recogerla, represarla y distribuirla según prioridades. El método de control de reservas
de agua más extendido es la construcción de embalses en las corrientes fluviales. Tam-
bién ha desarrollado la explotación de los yacimientos subterráneos y la desviación y
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trasvase de aguas de una cuenca a otra. Toda esta gestión de recursos hídricos exige
grandes inversiones en presas, embalses, canalizaciones y grandes obras públicas desti-
nadas a regular el ciclo del agua.
Las reservas mundiales de agua dulce llenarían diez veces el Mediterráneo, pero
tres cuartos de las mismas se halla retenidas en los glaciares y en el hielo polar, lejos
todavía del alcance de nuestras técnicas. Casi todo el resto subyace en acuíferos subte-
rráneos que no se explotan de manera intensiva. Las principales fuentes de suministro
(ríos, lagos, vapor atmosférico) constituyen menos del 1% de las existencias totales. En
última instancia, la fuente de agua dulce es la continua destilación de los océanos por
radiación solar. La evaporación anual (incluida transpiración de las plantas) evaluada en
medio millón de kilómetros cúbicos de agua (500.000 km3), vuelve a caer sobre la tierra
en forma de lluvia y nieve; parte de esa precipitación cae sobre tierra firme y eliminan-
do lo perdido por evaporación, el balance neto del ciclo hidrológico es positivo (40.000
km3). Pero no todo este balance positivo queda a disposición del hombre para su apro-
vechamiento, pues parte de él se pierde por inundaciones, absorción en el suelo, reten-
ción en marismas, etc. La máxima cantidad aprovechable (14.000 km3) es el flujo de
circulación estable en los cursos fluviales. De este volumen, parte de él circula por re-
giones deshabitadas, por lo que el resto (9.000 km3) son los recursos efectivos mundia-
les de agua dulce con los que hemos de hacer frente a nuestras necesidades durante los
próximos años.
La demanda de agua por la humanidad tiene distintos orígenes. En primer lugar,
está el consumo doméstico. Para mantener una calidad de vida aceptable, la comunidad
debe proporcionar unos 30 m3 de agua potable por persona y año. La desigual distribu-
ción del agua en las zonas pobladas del planeta determina que en ciertas regiones el
agua sea cara y escasa y en otras sea abundante y económica. El desarrollo de la huma-
nidad tiene como objetivo corregir estos desequilibrios.
La agricultura, que presenta gran demanda de agua dulce, es lamás sensible a las
variaciones de suministro. El 85% de las tierras cultivadas reciben sólo agua de lluvia,
que aunque se aprovechan de un gran volumen de agua, obtenido de forma gratuita, la
mayor parte de ella se pierde irremisiblemente. Sólo el 12% de las tierras cultivadas se
riegan, utilizando 1'6 veces el agua que cae en las tierras de secano por ello, resultará
muy costoso, extender a regadío todas las explotaciones agrícolas, aún cuando fuera
deseable.
La demanda de agua por la industria, en los países desarrollados, es de 80 a 100
veces la demanda para uso doméstico, en promedio. Pocas industrias acaparan 2/3 de la
demanda total (papeleras, alimentarias, siderometalúrgicas, químicas y petroquímicas).
Gran parte del agua no se consume, sino que se emplea en refrigeración, principalmente
para obtener energía eléctrica, y regresa posteriormente a los cursos fluviales sin más
cambios que un aumento de temperatura. En general el agua utilizada en la industria
suele volver al río con una carga de contaminantes y en este caso, la demanda total debe
incluir el volumen adicional de agua suficiente que permita diluir los contaminantes
hasta un nivel aceptable.
La navegación fluvial no consume agua pero exige un curso muy caudaloso y una
gestión eficaz de los recursos de la cuenca. Otros usos del agua considerados en un pro-
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yecto global de gestión, son: mantenimiento de albuferas, marismas y zonas pantanosas
para proteger la vida y preservar los parques naturales.
Además de los problemas que plantea la adecuada gestión de los recursos irregu-
lares de agua para atender las diversas necesidades descritas, hemos de añadir el pro-
blema de la creciente contaminación del agua en su ciclo y en las fases de aprovecha-
miento por el hombre.
4.1. Contaminación del agua.
El rápido desarrollo industrial que ha tenido lugar en el mundo está originando
una ingente cantidad de residuos, muchos de los cuales son vertidos directamente a los
ríos, con el fin de diluirlos y dispersarlos. Ello ha traído como consecuencia que en la
actualidad, se puedan encontrar una gran variedad de sustancias químicas, así como la
presencia de microorganismos en abundancia, con resultado, también del vertido a los
ríos de aguas fecales procedentes de centros urbanos. Relacionaremos a continuación
los contaminantes habituales en los cursos de aguas continentales.
4.1.1. Contaminantes inorgánicos.
Se incluyen metales procedentes de vertidos de la industria metalúrgica y de acti-
vidades mineras (Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Mn, Hg, Ag o Zn) así como cianuro (CN−) utiliza-
do en la industria electroquímica.
Otros compuestos inorgánicos que suelen estar presentes en las aguas son el SH2,
de industrias papeleras, textiles y químicas, el ion NO2−, vertido por industrias de ali-
mentación, mataderos etc., el ion sulfito SO3−2, procedente de industria química y el ion
amonio NH4+, por la descomposición de materia orgánica nitrogenada.
4.1.2. Exceso de Nutrientes.
La presencia en exceso de compuestos esenciales para el desarrollo de los orga-
nismos vivos que habitan en el medio acuático es también perjudicial, puesto que favo-
recen los fenómenos de eutrofización. Por ejemplo, los nitratos, que proceden de los
fertilizantes; los fosfatos, que proceden de vertidos de detergentes, de descargas indus-
triales y residuos animales, el azufre en forma de sulfato y los iones K+, Ca+2 y Mg+2,
producen eutrofización.
4.1.3. Contaminantes que alteran el pH y la salinidad del agua.
Los desequilibrios en el pH del medio acuático afectan seriamente la integridad de
los organismos vivos que lo habitan. También actúa negativamente la presencia de un
exceso de sales.
La contaminación ácida se produce por la industria química y fundamentalmente
por la minería (H2SO4); también por la lluvia ácida cuya acidez no ha sido contrarresta-
da por el medio edáfico.
La contaminación alcalina puede producirse por procesos naturales como la per-
colación del agua en terrenos cuyos suelos consumen H+. La salinidad de algunos cursos
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de agua puede deberse a procesos industriales, purificación de salinas, extracción exce-
siva de agua dulce en zonas costeras.
4.1.4. Contaminantes en aguas residuales urbanas.
Las aguas residuales urbanas contienen gran cantidad y variedad de compuestos
químicos y microorganismos, que conforman una mezcla de gran complejidad química.
En las aguas residuales se encuentra materia orgánica a concentraciones elevadas, que
consumen oxígeno y empobrece las aguas en dicho elemento. Se encuentran también
compuestos orgánicos difícilmente biodegradables, como compuestos aromáticos, orga-
noclorados, pesticidas, etc. proveniente de vertidos industriales. Otros contaminantes
son metales pesados, álcalis, grasas, aceites, detergentes, etc. de procedencia diversa
fundamentalmente de vertidos industriales y domésticos.
Los detergentes sintéticos contienen un surfactante, que disminuye la tensión su-
perficial del agua y cuya fórmula contiene parte hidrófoba y parte hidrófila, pero ac-
tualmente los surfactantes empleados son biodegradables. El mayor problema contami-
nante de los detergentes es la presencia de los formadores, cuya función es enlazarse
con los iones responsables de la dureza del agua y aumentar al mismo tiempo, el pH del
agua y hacer más efectiva la acción del detergente. Estos formadores son polifosfatos
(uniones poliméricas de grupos PO4−3). El fósforo es un elemento nutriente cuyo exceso
produce eutrofización.
4.2. Depuración del agua.
El método para eliminar residuos en el agua depende de la procedencia de ésta.
Existen dos diseños diferenciados:
1. Potabilización de aguas de captación subterránea.
2. Depuración de aguas de origen industrial y urbano.
4.2.1. Potabilización de aguas de captación subterránea.
En primer lugar se somete al agua a una aireación, con lo cual, se eliminan por
arrastre, los contaminantes más volátiles como SH2, CO2, CH4, etc. A continuación se
añade óxido o hidróxido cálcico con el fin de reducir la dureza de las aguas, básicamen-
te representada por los iones Ca+2 y Mg+2. El proceso se basa en
la formación de precipitados de CaCO3.
Ca+2 + 2HCO3− + Ca(OH)2 → 2CaCO3 (s) ↓ + 2H2O
quedando el efluente libre de iones Ca+2. Si el ion bicarbonato
no estuviese presente, se añadirá carbonato sódico. Por otra
parte a pH suficientemente alcalino, el ion Mg+2 precipita como
hidróxido:
Mg+2 + 2OH− → Mg(OH)2 (s) ↓
Las partículas de CaCO3 y de Mg(OH)2 se dejan precip i-
tar en el estanque primario. En este estadio, gran parte del mate-
rial sólido permanece aún en suspensión debido a su reducido
tamaño y debe añadirse un coagulante como sulfato de hierro o
de aluminio, que provocan la aglomeración de partículas
(coagulación), y se realiza en el estanque secundario.
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Finalmente el efluente se somete a la acción del cloro (cloración), que es el agente
que más se utiliza como desinfectante, por su eficiencia en la destrucción de las bacte-
rias. Suele añadirse hipoclorito de calcio Ca(ClO)2 mucho más manipulable que el cloro
gaseoso. Las especies ClO − y ClOH son las que llevan a cabo la desinfección de las
aguas. La acción oxidante del cloro destruye la materia desagradable y elimina los iones
Fe+2 y Mn+2 que se oxidan a los correspondientes Fe+3 y Mn+3 precipitando como óxidos
o hidróxidos.
4.2.2. Depuración de aguas de origen industrial y urbano.
En el caso de depuración de aguas de origen industrial y urbano el esquema es
más complejo. Las depuradoras se diseñan teniendo en cuenta las siguientes etapas:
l. Homogeneización de residuos.
2. Neutralización.
3. Eliminación de aceites y grasas.
4. Eliminaciónde sólidos en suspensión.
5. Eliminación de metales pesados.
6. Eliminación de compuestos orgánicos volátiles.
7. Eliminación de compuestos orgánicos no volátiles.
1. La homogeneización es un pretratamiento y sirve para evitar sobrecargas o des-
cargas puntuales a elevadas concentraciones de residuo que provocaría un efecto nega-
tivo en el funcionamiento de la depuradora. La homogeneización se puede conseguir
almacenando el efluente durante las descargas intensas evacuándolo después en dosis
pequeñas. Si contiene sólidos es conveniente agitarlo mecánicamente y se puede hacer
mediante una aireación, con lo que además, se reduce la concentración de compuestos
volátiles presentes en el agua residual.
2. EI siguiente paso es neutralizar el agua. Es conveniente por dos razones: prime-
ra, porque el efluente al final debe tener un pH entre 6 y 9 y segundo, porque el pH óp-
timo para el tratamiento biológico posterior es de 6'5 a 7'5. Los efluentes ácidos se tra-
tan con lechada de cal o disoluciones de hidróxidos alcalinos, mientras que las aguas
alcalinas se neutralizan con sulfúrico, clorhídrico o haciendo burbujear CO2.
3. La eliminación de aceites y grasas es un proceso sencillo, pues las grasas y
aceites flotan en el agua. Para bajas concentraciones de aceite, la flotación puede favo-
recerse mediante una presurización del efluente en presencia de un exceso de aire. Con
ello las partículas de aceite se adhieren a las de aire y emergen a la superficie.
4. Los sólidos en suspensión se separan mediante diferentes operaciones, depen-
diendo del tamaño medio de las partículas. Las partículas superiores a l µm de diámetro
se eliminan por simple sedimentación y las más pequeñas pueden eliminarse por flota-
ción, o bien por coagulación.
5. Los iones metálicos se eliminan por precipitación como hidróxidos, para ello se
añade cal o disolución alcalina con el fin de aumentar el pH del efluente. En muchos
casos se obtiene una disolución coloidal, formada por partículas de tamaño inferior a l
µm que debe coagularse para proceder a la sedimentación. Otra alternativa es eliminar
los iones metálicos como carbonatos o como sulfuros. Otros métodos consisten en eli-
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minar metales por absorción sobre alumbres, carbón activo o floculantes, o utilizar resi-
nas de intercambio iónico u ósmosis inversa.
6. La eliminación de compuestos orgánicos volátiles se lleva a cabo mediante un
arrastre con aire o vapor, como ya se ha mencionado. El gas de arrastre pasa por filtros
de carbón activo, en el que queda retenido el contaminante. En muchos casos se puede
aplicar directamente el carbón activo a la fase acuosa para absorber los compuestos or-
gánicos presentes.
7. Buena parte de la materia orgánica no volátil puede eliminarse por tratamientos
biológicos, en los que determinados microorganismos presentes en las mismas aguas
residuales son los responsables de la degradación de los compuestos orgánicos.
Una forma de depuración es utilizar los estanques aerobios. Poseen una profundi-
dad de 1'5 m asegurando una relación área/volumen elevada y en consecuencia se pro-
duce una aireación suficiente. En estas condiciones, la materia orgánica se degrada por
oxidación catalizada por los microorganismos presentes en las propias aguas residuales.
Estos microorganismos son heterótrofos, es decir, que necesitan oxígeno para llevar a
cabo la completa mineralización de la materia orgánica.
Otra posibilidad es utilizar estanques anaerobios de mayor profundidad. En ellos
se produce un déficit de oxígeno desencadenándose procesos anaerobios que generan
gases reductores como CH4, SH2, NH3 y otros productos orgánicos parcialmente oxida-
dos. Estos procesos químicos pueden tener lugar en toda la extensión de las aguas del
estanque si se evita en lo posible la entrada de oxígeno atmosférico, lo que se logra cu-
briendo la superficie del estanque con aceite o grasa.
Pueden utilizarse estanques en los que se dé una situación intermedia (estanques
mixtos), que presentan una profundidad suficiente como para que tengan lugar procesos
anaerobios en el fondo. En la zona superficial se colocan turbinas que oxigenan las
aguas y así se provoca el establecimiento de una zona aerobia en la cual se oxidan los
gases reductores formados en el fondo.
Otra posibilidad de depuración biológica más económica consiste en aprovechar
la capacidad autodepuradora de las plantas verdes mediante las cuales se pueden tratar
aguas residuales que, como las urbanas, contengan un exceso de nutrientes, consumien-
do un mínimo de energía. Estas plantas sintetizan su propia materia consumiendo ele-
mentos minerales y utilizando como fuente de energía el Sol (fotosíntesis). Se utilizan
algas microscópicas como elementos depuradores pues producen oxígeno a través de la
fotosíntesis y este oxígeno es el que utilizan determinadas bacterias para degradar la
materia orgánica. Recientemente se han introducido las algas azules, las cuales fijan el
nitrógeno y por consiguiente son capaces de absorber también el fósforo.
Una alternativa a las algas es el uso de plantas vasculares acuáticas, que generan
una biomasa que se extrae fácilmente del estanque, cosa que no ocurre así cuando se
utilizan microalgas. Además las plantas vasculares se adaptan fácilmente a aguas resi-
duales de composición química diferente. Pueden utilizarse como plantas vasculares las
bogas, los jacintos, cañas de bambú, plantas flotantes, etc.
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5. DETERMINACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA
Habitualmente, la concentración de materia orgánica en las aguas continentales es
de algunos miligramos por litro, sobrepasando algunas veces los 50 mg/lt. La concen-
tración de materia orgánica se suele medir por parámetros globales que no distinguen la
naturaleza de los distintos compuestos orgánicos presentes en las aguas.
Por ejemplo, un parámetro que indica la cantidad de materia orgánica presente es
el TOC (Total Organic Carbon). Este parámetro se obtiene analizando el CO2 generado
por combustión de una muestra de agua, a la que se ha eliminado previamente los com-
puestos inorgánicos carbonados. Otros parámetros que definen la cantidad de materia
orgánica en el agua, son el COD (Chemical Oxygen Demand) y el BOD (Biological
Oxygen Demand). El primero se refiere al oxígeno consumido por una muestra que
contiene compuestos orgánicos al valorarla con un oxidante fuerte como el permanga-
nato potásico o el dicromato potásico, mientras que el segundo parámetro mide el oxí-
geno consumido por la degradación biológica de la materia orgánica de la muestra.
Así, unas aguas con altos valores de BOD o de COD significa que tienen en diso-
lución mucha materia orgánica, cosa que en el medio natural produce un elevado con-
sumo de oxígeno para llevar a cabo la degradación de dicha materia orgánica. El empo-
brecimiento de los niveles de oxígeno en el agua implica una mayor dificultad para el
desarrollo de los organismos vivos que habitan en el medio.
Como ya se ha mencionado, estos parámetros miden solo de forma global, la can-
tidad de materia orgánica presente en el agua. Para conocer su composición, es necesa-
rio llevar acabo un análisis individualizado de cada componente. En realidad, hasta la
fecha solo se ha podido llevar a cabo el análisis de una pequeña fracción de la totalidad
de compuestos químicos orgánicos existentes en las aguas continentales y se han detec-
tado la presencia de ácidos grasos, aminoácidos, alcoholes y sus ésteres derivados, azú-
cares, esteroles, pigmentos naturales y vitaminas y multitud de productos de elevado
peso molecular, no muy definidos en su composición, correspondientes a diferentes
sustancias del humus.
La determinación de los contaminantes inorgánicos y elementos metálicos conte-
nidos en las aguas continentales, comoHPO4−2, SO4−2, NO3−, NO2−, Cl−, Ca+2, Mg+2,
Fe+2, Mn+2, Pb+2, Cd+2, etc., se determinan mediante los respectivos análisis inorgánicos
de aniones y cationes respectivos.
6. DETERMINACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE.
La vigilancia de la calidad del aire en los núcleos urbanos y en el entorno de las
grandes áreas industriales, se realiza mediante programas de control que comprende las
siguientes funciones:
- Análisis de la contaminación y su evolución a largo plazo.
- Control del cumplimiento de las normas de calidad del aire.
- Evaluación de la eficacia de los planes de saneamiento.
- Programa de reducción de emisiones.
- Control de episodios de contaminación.
- Evaluación de efectos.
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Los métodos y técnicas utilizadas para la vigilancia de la calidad del aire depen-
den de los objetivos a cumplir, por lo que en general se recurre a técnicas de análisis
físico-químico mediante redes de estaciones distribuidas por la zona a vigilar.
Las redes de vigilancia suministran información sobre las concentraciones de los
contaminantes atmosféricos en las zonas en que los niveles de contaminación se prevén
altos, zonas pobladas y zonas de vegetación o cultivo, especialmente valiosas o sens i-
bles.
La configuración de las redes de vigilancia ha de basarse en estudios de dispersión
de la zona y distribución espacial de receptores. Ofrecerán información sobre: inventa-
rio de emisiones, distribución geográfica de las emisiones, datos meteorológicos, índ i-
ces de calidad del aire, etc. Medirán por diversos métodos los contaminantes más fre-
cuentes de la atmósfera, como: dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos,
ozono, monóxido de carbono, etc., partículas en suspensión y partículas sedimentables.
El instrumental comúnmente usado para el control de la contaminación atmosféri-
ca (monitores automáticos, muestreadores manuales, instrumentos analíticos de labora-
torio) realiza la medición de los contaminantes con el fin de conocer la calidad del aire
(inmisión) o para controlar el volumen de contaminante emitido por un determinado
foco (emisión).
6.1. Medidas de inmisiones.
Los métodos analíticos más comúnmente utilizados para la medida de inmisiones
son:
Dióxido de azufre……………. Medida de acidez y espectrofotometría.
Óxidos de nitrógeno.………… Espectrofotometría.
Partículas en suspensión…….. Reflectometría.
Partículas sedimentables…….. Gravimetría.
Amoníaco…………………… Espectrofotometría.
Plomo……………………….. Espectrometría de absorción atómica.
Hidrocarburos……………….. Ionización de llama.
Ozono……………………….. Absorción ultravioleta.
Monóxido de carbono………. Absorción infrarroja.
Acido fluorhídrico………….. Método Radiométrico.
Acido sulfúrico……………… Fluorescencia.
6.2. Medidas de emisiones.
Se llama medida de emisiones a la determinación de los contaminantes emitidos
por un foco puntual, por ejemplo, una chimenea. En este procedimiento primero se pro-
cede a una extracción de la muestra en un punto de la chimenea que tendrá gran impor-
tancia, debido a las variaciones de composición del flujo de gases a lo largo del con-
ducto. Tras la extracción, la muestra es analizada en el laboratorio.
Los sistemas de medición de emisiones sin extracción suelen ser equipos automá-
ticos de medición basada en la integración de la radiación absorbida en una cierta banda
del espectro, de un haz que atraviesa la chimenea. Tal es el sistema de los opacímetros y
de los monitores de emisión de SO2 y NOx. Estos métodos no extractivos son menos
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exactos que los extractivos y requieren su calibrado con aquellos para cada aplicación
concreta.
6.3. Indicadores biológicos.
Recientemente se está empleando la técnica de los indicadores biológicos como
complemento de las redes de análisis químicos para la vigilancia de la contaminación
atmosférica. Esta técnica presenta la ventaja de permitir hacer una evaluación biológica
de las situaciones de contaminación atmosférica.
Los indicadores biológicos se basan en la sensibilidad que presentan algunas es-
pecies o variedades de plantas a ciertos contaminantes gaseosos de la atmósfera, con
efectos más o menos específicos, que permiten identificar la presencia de estos conta-
minantes y vigilar su evolución.
Los contaminantes más comúnmente detectados mediante indicadores biológicos
son el ácido fluorhídrico (HF), el etano (C2H6), el dióxido de azufre (SO2), el ozono
(O3), los metales pesados y los isótopos radiactivos.
Entre las distintas especies animales y vegetales empleadas como indicadores
biológicos, los líquenes son los más ampliamente empleados en contaminación atmosfé-
rica. Los líquenes, entidad morfológica compuesta por la asociación simbiótica de un
hongo y un alga, son muy sensibles a la contaminación atmosférica, principalmente al
SO2, HF y HCl. Estos contaminantes producen alteraciones morfológicas y fisiológicas
en los líquenes. Esto, unido a que su actividad fotosintética es continua, su gran capaci-
dad de acumulación de contaminantes (S, Pb, F e isótopos radiactivos), su dependencia
directa de la atmósfera como única fuente de alimentación y su gran longevidad, los
hace especialmente aptos para ser utilizados como indicadores biológicos de la conta-
minación atmosférica.
El grado de contaminación de estos métodos se basa en el número de especies
biológicas presentes, la frecuencia de aparición y la fertilidad. Presentan el inconve-
niente de que para obtener datos absolutos del grado de contaminación es necesario dis-
poner de una red de medida basada en el análisis químico, con el fin de relacionar los
datos obtenidos.
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BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
Xavier DOMENECH. Química Ambiental. El impacto ambiental de los residuos.
Ediciones Miraguano. 1994. MADRID.
Josep PEÑUELAS. El Aire de la Vida. Editorial Ariel. 1993. MADRID.
José Manuel SANZ SA. La contaminación atmosférica. Unidades Temáticas Am-
bientales de la Secretaría de Estado para las Políticas del Agua y el Medio Ambiente.
Ministerio de Obras Públicas y Transportes. 1991. MADRID.
Robert P.AMBROGGI. Agua. Investigación y Ciencia. (Scientific American).
Noviembre 1980. Núm. 50. Prensa Científica, S.A. BARCELONA.
J.W.MAURITS LA RIVIERE. Los recursos hídricos, amenazados. Investigación
y Ciencia. (Scientific American). Noviembre 1989. Núm. 158. Prensa Científica, S.A.
BARCELONA.
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Tratamiento Didáctico
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OBJETIVOS
Conocimiento de la materia líquida y gaseosa de la naturaleza por el estudio de las
propiedades del agua y el aire.
Conocer la atmósfera, la importancia para la vida y la necesidad de protegerla y pre-
servarla de la contaminación.
Conocer todo lo referente al agua en la tierra, su papel básico y tomar conciencia de
su protección, depuración, etc.
Explicar a partir de la composición y propiedades del aire y agua, su importancia pa-
ra los seres vivos, para los fenómenos atmosféricos y para los cambios de clima.
UBICACION
Se puede ubicar en las enseñanzas mínimas del Bachillerato (científico y tecnológi-
co) en la asignatura de Física y Química, Unidad Didáctica: "Relaciones de la Ciencia,
Tecnología y Sociedad". Igualmente se puede ubicar en la U.D. 2 de la asignatura de
Química de 2º de Bachillerato: "Química, Tecnología y Sociedad".
TEMPORALIZACION
Se dedicarán 6 sesiones de 1 hora a distribuir de esta forma
1'5 horas para el estudio de la atmósfera su papel protector y contaminación.
2'5 horas para el estudio del agua, contaminación, depuración etc.
1 hora para experimentospara el estudio de propiedades del agua.
1 hora para análisis de datos sobre contaminación y debate.
METODOLOGIA
Exposición sistemática y comprensiva del tema y repercusiones en la vida del plane-
ta. Propiciar un clima de interés para el alumno, que incentive las reflexiones, plantee
preguntas y promueva debates.
Realizar actividades sobre el aire y agua en la naturaleza, bien de laboratorio, de bi-
bliografía académica o periodística de actualidad.
Visitas a instalaciones relacionadas con el tema: depuradoras, laboratorios, cauces de
ríos, estaciones meteorológicas, etc.
CONTENIDOS MÍNIMOS
Conocimiento de la materia líquida y gaseosa de la naturaleza.
La atmósfera. Estructura y composición.
Papel protector de la atmósfera. Fenómenos básicos de contaminación.
Importancia de la capa de ozono. Problemas por su desaparición.
El efecto invernadero. La lluvia ácida.
Importancia del agua en la vida y en la regulación del clima.
El ciclo del agua. Cambios de estado.
Procesos básicos de contaminación del agua de mares y océanos.
Aguas potables. Tratamiento de potabilización.
MATERIALES Y RECURSOS DIDACTICOS
Publicaciones de actualidad sobre problemas de contaminación del aire y agua, como
las publicadas por el Ministerio de Obras Públicas.
Audiovisuales sobre la atmósfera y los mares y océanos relacionados con problemas
de contaminación. Prensa, televisión.
EVALUACIÓN
Valorar el conocimiento mediante pruebas escritas, ejercicios, exámenes.
La utilización de fuentes de información sobre contaminación, etc. Debates en clase
sobre los problemas actuales planteados en el tema y los trabajos de laboratorio.