Resumen

Sabemos que uno de los problemas mas mencionados hoy en dÍa y uno de los mas preocupantes es la contaminación excesiva del agua por culpa del ser humano teniendo en cuenta que de un 99% contamos con tal solo un 1 % para nuestro abastecimiento,ahora sabemos que existen métodos para tratar de remendar este problema como lo hacen las plantas purificadoras de aguas negras sin embargo no es la mejor opción ya que utilizan métodos a través de químicos que no siempre son benignos;Por otro lado tenemos un método innovador rápido y eficaz que no es nocivo para la salud  que es a través del uso del ozono el cual consiste en oxidar lo componentes del agua eliminando olores y bacterias generalmente cloro-resistentes haciendo de forma progresiva la desinfección de aguas contaminadas ,sin embargo el ozono no hace toda la tarea sino que también cuenta con la existencia de una planta que través de la rizofiltración , la cual consiste en absorber metales pesados hace que esta quede purificada así completando un ciclo de limpieza relativamente natural la cual se creía imposible de remendar ; incluso el filtro puede ser elaborado de forma totalmente casera y económica teniendo este método como alternativa no únicamente de agua contaminada si no también para sistema pluvial logrando así disminuir el exceso de contaminación de la forma más sencilla posible .

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

En diversas partes del mundo principalmente en ríos y mares e han dado a conocer distintos casos de contaminación causando severos daños en el ambiente que pueden incluso ocasionar la muerte.
El consumo de agua potable cada día es más demandado ya que su es cases es provocado por diversas tipos de contaminantes ya sean de origen natural como pueden ser metales pesados,hierro,magnesio,etc.. o provocados por la acción del hombre , como compuestos orgánicos, volátiles pesticidas ,venenos en aerosol entre otros.

aunque hay diversas organizaciones potabilizadoras de agua la gente no toma la suficiente conciencia ignorando dicho problema , haciendo mas complicado su proceso purificador .

Antecedentes

OZONO

El ozono troposférico, cuya cantidad actualmente se está incrementando por las actividades antropológicas, colabora en el incremento del efecto invernadero de la atmósfera terrestre. Debido a su altísimo poder oxidante es nocivo para la salud, afectando el aparato respiratorio; también afecta a las plantas. Por su alto poder oxidante acelera el envejecimiento de los materiales.

En el tratamiento del agua, el ozono actúa como el agente oxidante natural más rápido y efectivo que existe. Es un poderoso bactericida, virulicida y fungicida. El ozono destruye los microorganismos rompiendo por oxidación su capa protectora (lípidos). El ozono es 12 veces más soluble en el agua que el oxígeno. Los productos químicos actúan por envenenamiento Los productos químicos actúan por envenenamiento enzimático de los centros vitales, por lo que el ozono resulta ser miles de veces más rápido que los mencionados agentes químicos.

El uso del ozono en el tratamiento del agua permite conseguir, entre otras, las siguientes aplicaciones:

• Decoloración completa del agua.
• Desinfección de conductos y utensilios.
• Disminución considerable del contenido de detergentes.
• Eliminación completa de los fenoles.
• Eliminación de los sabores y olores indeseables.
• Eliminación de nitritos.
• Eliminación de orgánicos como pesticidas, herbicidas, fenoleles.
• Inactivación de virus.
• Lavado de botellas y recipientes.
• Lavado de frutas y verduras.
• Precipitación del hierro y manganeso.
• Transformación de alimentos.
• Tratamiento aguas subterráneas.
• Tratamiento de agua potable y residual.

La acción oxidante del ozono puede presentarse de tres formas diferentes:

• Como oxidante, fijando uno de sus átomos de oxígeno.
• Como oxidante, fijando sus tres átomos de oxígeno en un enlace doble o triple.
• Como catalizador del oxígeno, acelerando la velocidad de las reacciones de oxidación en el aire ozonizado.

Algunas de estas características permiten que el ozono consiga resultados sorprendentes en los tratamientos de las aguas, gracias a su poderoso potencial oxidante con contaminantes convencionales como el hierro, manganeso, proteínas, ácidos aminados o ácidos húmicos, componentes que degradan el sabor, color y olor de las aguas. El ozono también oxida micros contaminantes orgánicos, como los detergentes, fenoles, hidrocarburos, pesticidas, herbicidas o fertilizantes minerales.

Acción del ozono

La ozonización es una buena alternativa a la cloración, (principalmente en la pre oxidación), cuando en el agua hay fenoles y otras sustancias orgánicas precursoras de trihalometanos. Los fenoles por la adición de cloro forman cloro fenoles de sabor y olor muy desagradables, aún en concentraciones tan pequeñas como 0,01 mg. /l Los precursores de trihalometanos suelen ser sustancias orgánicas naturales como los ácidos húmicos, fúlvicos y tánicos, generalmente de procedencia vegetal, que a la vez comunican a las aguas superficiales una determinada coloración. Sobre estas sustancias orgánicas, con enlaces dobles entre átomos de carbono, actúa el ozono rompiéndolos y a medida que esto sucede, no solo el color va desapareciendo, sino que los propios precursores de los trihalometanos se van eliminando (que son olores).

El ozono se utiliza en el tratamiento del agua desde hace más de 100 años, y si su empleo en este campo no está más extendido es debido a su mayor costo con respecto a los otros desinfectantes generalmente empleados, sin embargo y debido a las mayores exigencias en las distintas reglamentaciones, especialmente en la reducción de subproductos derivados de la desinfección, está originando un mayor interés en la aplicación de sustancias que originen menos subproductos en

El agua, así como una mayor reducción del sabor y olor del agua tratada. El ozono es más potente y de más rápida acción como desinfectante que el cloro, el dióxido de cloro y las clora minas; Debido al fuerte poder oxidante la calidad de la desinfección con ozono es muy superior a la que se consigue con un tratamiento con cloro. De esta forma, se consiguen eliminar virus, bacterias y microorganismos en general cloro-resistentes. También a este elevado potencial de oxidación se consigue precipitar metales pesados que pueden encontrarse en disolución y eliminar compuestos orgánicos, pesticidas, y todo tipo de olores y sabores extraños que el agua pudiera contener. Entre los distintos procesos de aplicación para el tratamiento de aguas, la combinación de radiación ultravioleta y ozono son muy interesantes cuando se desea un agua con un alto grado de pureza. Este proceso implica la formación de radicales hidroxilo. El ozono es un potente agente oxidante no selectivo y una excelente fuente de radicales libres; es además un aditivo deseable ecológicamente ya que durante su descomposición únicamente
se genera oxigeno
Proceso de ozonización

El proceso de ozonización de compuestos disueltos en agua puede constituir una técnica de oxidación avanzada en la que interviene el radical hidroxilo procedente de la descomposición del ozono catalizada por el ion hidroxilo, o bien iniciada por la presencia de trazas de sustancias como cationes de metales de transición.
El ozono disuelto en agua puede reaccionar con el contaminante mediante dos mecanismos diferentes. La velocidad de la reacción y los productos formados dependerán del mecanismo predominante.

No cabe mencionar que es un oxidante fuerte y sus reacciones se realizan dos mecanismos:

1) reacciones directas que atacan a los dobles enlaces y algunos grupos funcionales

2) reacciones indirectas son debidas  a la acción de los radicales hidroxilos que se originan al  descomponerse el ozono en el agua.

En la potabilización del agua el ozono se puede aplicar en las diferentes fases o etapas del proceso: Como pre ozonización se realiza al comienzo del tratamiento incorporándolo al agua bruta, con lo cual  a la vez que se realiza una primera desinfección se puede eliminar el hierro y manganeso y también ayudar al proceso de coagulación, especialmente en aguas con elevada dureza.

Como ozonización intermedia se puede aplicar antes de la filtración y en este caso además de oxidar a la materia orgánica natural favorece su eliminación biológica en los filtros de arena. Como pos ozonización se emplea en la fase final a la salida de la planta. A veces suele utilizarse simultáneamente en dos de las etapas de tratamiento o en las tres mencionadas.

El ozono actúa de forma muy eficaz en la eliminación de numerosa sustancia que da olor y sabor al agua, a este respecto estas sustancias se pueden englobar en varios grupos:

1) Compuestos inorgánicos que originan sabor como el hierro, manganeso, cobre y cinc y compuestos inorgánicos que dan olor como es el caso del ion sulfhídrico SH^– .

2) Compuestos orgánicos, subproductos del metabolismo de ciertas algas  cianofíceas y actinomicetos, como la geos mina y el 2-metilisoborneol (MIB), así como de otras que originan principalmente alcoholes, aldehídos aromáticos, cetonas y esteres. También la oxidación de algunos aldehídos precisamente con el ozono origina sustancias que provocan olor y sabor.

3) Contaminantes de origen industrial como pesticidas, disolventes, etc.

4) Subproductos generados al reaccionar el cloro residual con materia orgánica ya sea en la planta o en la planta o en la red de distribución.

Para eliminar la mayor parte de estos compuestos se muestra muy eficaz la combinación de la ozonización y la filtración sobre carbón activo así como también muestran gran eficacia los procesos de oxidación avanzada (AOP), combinando el ozono con agua oxigenada o con radiaciones ultravioleta. En relación con la ozonización y filtración sobre carbón activo hay que señalar que en muchos casos la capacidad de adsorción del carbón activo se ve disminuida cuando se aplica la ozonización previa sobre algunos tipos de materia orgánica natural del agua (MON), ya que si por un lado es cierto que la ozonización es favorable al  fraccionamiento de la MON dando moléculas de menor peso molecular, más fácilmente absorbibles sobre el carbón activo, por otra parte hay que considerar que generalmente estas moléculas de menor peso molecular provocan un aumento de la acidez y una mayor solubilidad en el agua, lo cual origina una mayor dificultad para ser adsorbidas por el carbón activado. Por tanto en estos casos de efectos contrapuestos, lo más conveniente suele ser conjugar y valorar ambos efectos. La pre ozonización es favorable para la absorción de los ácidos húmicos sobre el carbón y sin embargo la pre ozonización influye en menor medida en la absorción de los ácidos fúlvicos. La ozonización de las sustancias húmicas puede dar lugar generalmente a un descenso el formación potencial de trihalometanos(THMFP), aunque hay que señalar que en ciertos casos en aguas con elevados contenidos de ion bromuro, la ozonización de estas aguas favorece la formación de trihalometanos bromados como resultado de la oxidación del ion Br ^­ para formar BrOH.

El ozono se forma de manera natural en los niveles altos de la atmósfera por la acción de las radiaciones UV procedentes del Sol, que produce la disociación iónica de la molécula de oxígeno y la reacción posterior de los iones formados con nuevas moléculas de oxígeno. A niveles más bajos de la atmósfera, se forma ozono gracias a la energía desarrollada por las descargas eléctricas en las tormentas, transformando el oxígeno en ozono.

BUCHÓN DE AGUA ( limnobium laevigatum o Eihccnornia)

Las bacterias están siempre presentes en la planta del buchón de agua puesto que el nitrógeno se elimina por fenómenos de nitrificación-desnitrificación y amonificación, realizados por bacterias. Por tal motivo éstas son de vital importancia en el proceso de purificación del agua. Ahora es importante hablar más acerca de la planta acuática llamada el buchón de agua, ésta planta es originaria de las cuencas del amazonas y se caracteriza por carecer de tallo aparente, posee un rizoma muy particular pues de éste salen hojas con superficie esponjosa e infladas de aire, lo cual permite a la planta estar en una superficie acuática, también tienen raíces muy peculiares pues éstas son negras con las extremidades blancas cuando son jóvenes y negras violetas cuando son adultas. Esta planta requiere de bastante iluminación para poder sobrevivir. La principal característica del buchón es, que tiene la capacidad de purificar el agua contaminada, para hacer este proceso utiliza métodos de filtorremediación entre estos procesos se encuentra la Fito estimulación, la fitovolatización, la Fito estabilización, y la rizo filtración. En el filtro de agua que elaboraremos utilizaremos la rizo filtración.

¿QUÉ ES LO QUE EN REALIDAD HACE EL BUCHÓN DE AGUA?

Proceso de filtración

La rizo filtración consiste en purificar aguas que tengan toxinas orgánicas, líquidos contaminados, metales pesados entre otros. La función de la planta en este proceso es absorber por medio de la raíz aquellos contaminantes que sean peligrosos, y esto lo hace de la siguiente forma: La raíz absorbe los metales pesados en la planta, y esto lo hace por un proceso de difusión en el medio, y por intercambio de cargas. Es importante resaltar que la raíz de dicha planta posee cargas negativas, mientras que los metales tienen cargas positivas, lo que implica que en el momento que la rizo dermis interactúe con los metales entrarán en un equilibrio dinámico y esto facilitará la entrada al interior de la célula de la planta, así los cationes entran por la pared celular, y finalmente cuando las cargas positivas se adhieran a las cargas negativas de la pared celular los metales serán transportados por dos vías la poplástica o la simplástica , la poplástica es aquella donde los metales entran disueltos en el agua , y siguen la ruta por los espacios intercelulares y por las paredes celulares , mientras que por la vía simplástica solo entran los iones necesarios y nos es precisa su selección. De esta forma es como se hace el proceso de rizo filtración. Las ventajas de tal método son que no producen contaminantes secundarios por lo cual no son necesarios lugares para desechos, es poco perjudicial para el ambiente, se puede reciclar recursos naturales como el agua, estas son algunas de las ventajas que existen por utilizar el buchón como proceso de purificación del agua.

Otros mecanismos que la planta utiliza para filtrar los residuos sólidos son:

Los sólidos se eliminan por sedimentación, decantación, filtración y degradación a través del conjunto que forma el sustrato del humedal con las raíces y rizomas del Jacinto de agua, también La eliminación de la materia orgánica del agua es realizada por los microorganismos que viven adheridos al sistema radicular de la planta y que reciben el oxígeno a través de un sistema de aireación muy especializado. Una parte de la aireación del agua también se realiza por difusión del oxígeno del aire a través de la superficie del agua. También se elimina una parte de la materia orgánica por sedimentación, el fósforo que es otro material contaminante se elimina por absorción del buchón de agua

Ha incluso habido algunos reportajes sobre el uso de esta planta de forma eficaz como el siguiente:

Emplean planta buchón de agua para limpiar ríos con agua contaminada

Considerada como una plaga por su acelerada reproducción, tiene gran capacidad de absorción frente a varios minerales de metales pesados

UN/DICYT Investigadores de la UN proponen utilizar la planta buchón de agua para la remoción del mercurio en fuentes hídricas intervenidas por la mediana y la gran minería. La bio-remediación es la metodología que plantean para disminuir el riesgo de contaminación a causa del mercurio vertido en los ríos y que sube por la cadena alimenticia, envenenando una gran cantidad de especies que el hombre podría consumir.

Mundial mente, el buchón de agua es conocido como una plaga por su acelerada reproducción, que en ocasiones bloquea las fuentes hídricas. Sin embargo, científicos de todo el mundo han reconocido la capacidad de absorción que tiene esta planta frente a varios minerales de metales pesados. Andrés Felipe Franco, estudiante de Ingeniería Administrativa y uno de los artífices de la investigación, comenta: “Lo que quisimos fue aprovechar esa capacidad para separar el mercurio del agua antes de que se convierta en metilmercurio y se vuelva tóxico”.

Los mineros vierten mercurio líquido a la piedra y este, por sus propiedades, se adhiere al oro, resultando una amalgama que se introduce a unos hornos que hacen que el mercurio se vuelva gaseoso, separándose del oro. El problema es que estos reactores tienen una eficiencia del 95%. Ese 5% restante se pierde y es el que se vierte a las aguas.

Por eso, se propone la construcción de varias piscinas alrededor de la mina, con el fin de que absorban la gran mayoría del contaminante. “Estamos hablando de capturar el 75% del mercurio vertido, lo que, obviamente, disminuye el impacto sobre el río”, explica Franco. “Nosotros no estaríamos en contacto directo con el afluente, sino desviando y haciendo el proceso de remoción en las aguas antes de que se viertan. La extracción se haría desde ahí y después sí se depositaría al río. Nosotros haríamos un proceso entre la mina y la fuente hídrica”, asegura el investigador.

La planta deja de absorber a los siete días. No se muere, pero para el proceso ya no sería útil. Para solucionar esto habría una tercera piscina encargada de reproducir buchón y se garantizaría un cambio de líneas cada siete días para que la mina siga funcionando al 100%. El reemplazo de estas líneas de buchón la haría una sola persona, ya que el intercambio de una piscina a otra se hace con una polea y un material llamado geomalla, donde se colocan los nuevos ejemplares.

La deposición final del buchón con el mercurio en los hornos de las minas permite que el metal sea reutilizable en un 100%, abaratando los costos de producción. Además, no queda ningún residuo porque básicamente la biomasa se convierte en una ceniza perfectamente manejable.

Objetivo

Elaborar un filtro que purifique el agua contaminada a base de ozono y buchón de agua

Justificación

El agua es un recurso natural y renovable sin embargo puede llegar a estar tan contaminada por las actividades humanas haciendo que esta ya no sea útil sino más bien nocivas sobre todo en zonas urbanas.

Más sin embargo este no es el principal problema si no que los procesos son demasiados tardados o poco efectivos como lo es el cloro ; sabiendo que es un desinfectante comúnmente empleado sin embargo no es el más rápido ni el mejor por el contrario el poder desinfectante del ozono es de un efecto superior y mas eficaz debido al poder oxidante que contiene y esto consigue eliminar virus y bacterias generalmente cloro-resistentes.

Por su parte el buchón de agua tiene la capacidad para purificar mediante un proceso de fitorremediación, y la rizofiltración etc… Estos procesos consisten en purificar toxinas orgánicas  , líquidos contaminados metales pesados entre otros mediante la absorción por la raíz haciendo un intercambio equivalente de cargas en el tejido para purificar .

Con estos métodos se logra el objetivo de una filtración sin causar contaminantes ni efectos secundarios

Hipótesis

Si elaboramos un filtro purificador de agua a base de ozono y buchón de agua entonces podremos colar y depurar el agua contaminada y reutilizarla para diferentes usos.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales:

1 Pecera de 70 cm de largo x 60 cm de altura y 32 cm de ancho

1 manguera de 30 cm de largo x 0.3 pulgadas de ancho

2 kg de zeolita

1 kg de carbón activado

1 kg de carbón activado pellet

Filtro de luz ultra violeta

1.5 m de huata

Plantas Buchón de agua (preferentemente 2)

1 Bomba de agua para pecera

1 cinta negra para aislar

1 balanza gran ataría

2 vasos de precipitados de 250ml

Procedimiento:

1. Hacer 3 divisiones de 10 cm y 2 de 30 cm de largo, este se hará en forma de esclusa o desnivel.
2. Cortar un pedazo de huata del tamaño de la primera esclusa de 10 cm repitiendo lo 4 veces; 1 uno de estos cortes colocaras en el primer desnivel hasta el fondo.
3. Colocar 2 kilos de zeolita de forma uniforme para después colocar otro corte de huata ya hecho.
4. En la siguiente esclusa se colocara un kilo de carbón activado para después poner otro corte de huata ya hecho. Esto se hace para eliminar los sólidos.
5. Colocar el filtro de luz ultra violeta (este se puede conseguir en acuarios comerciales o elaborarse).
6. Ahora en el siguiente espacio se colocará la planta con cierto cuidado  (debemos de tomar en cuenta que esta se expande).
7. En la última esclusa quedará el agua purificada; para tener el proceso completo se coloca la bomba con la manguera haciendo la función de expulsar el agua en la primera exclusa para completar el ciclo.

Galería Método

Resultados

Obtuvimos un filtro purificador a base de ozono y buchón de agua que puede purificar y retirar sólidos así reduciendo la contaminación de agua y metales pesados

Galería Resultados

Discusión

El resultado final del proyecto fue satisfactorio ya que cumple con la función de eliminar sólidos, metales pesados y olores de aguas contaminadas

Conclusiones

El purificador a base de ozono y buchón de agua tiene la misma función que un filtro comercial aunque a diferencia de este nuestro filtro es mas económico y logra la alternativa para la sustentabilidad ambiental

Bibliografía

http://medioambiente2012.webnode.es/biologia/buchon-de-agua-/

http://www.elaguapotable.com/ozonizacion.htm

http://www.buenastareas.com/ensayos/Ozonizacion/2595739.html

http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/Ozono.htm

http://maomolina.tripod.com/plantas.htm

http://www.dicyt.com/noticias/emplean-la-planta-del-buchon-de-agua-para-limpiar-rios-contaminados-con-mercurio

Summary

We know that one of the problems most mentioned today and one of the most worrying is excessive water pollution because of human being considering that 99% have provided only 1% for our supply, we now know that there are methods to try to patch this problem as do the purification treatment plants however is not the best choice because they use methods by chemicals that are not always benign; on the other hand we have a quick and effective innovative method that does not is harmful to health is through the use of ozone which comprises oxidizing the components water eliminating odors and resistant chloro-bacteria generally making progressively disinfect contaminated water, however ozone does all the work but which also it includes the existence of a plant through the rhizofiltration, which is to absorb heavy metals makes this purified and cycling remains relatively natural cleansing which was believed impossible to mend; even the filter can be made of completely homemade and economic taking this method as an alternative not only contaminated water but also for achieving storm system reduce excess pollution in the simplest way possible.

Research Question

Problem approach

In differents parts of the world mainly in rivers and seas they have released several cases of contamination causing severe damage to the environment that can even cause death.
The consumption of drinking water each day is claimed as its shortage is caused by various types of pollutants and are of natural origin such as heavy metals , iron, magnesium , etc .. or caused by human action , such as organic compounds , volatile pesticides , poisons aerosol among others.

although there are various water purification water organizations people do not take enough awareness ignoring the problem , making its purifying process more complicated .

Background

Objective

To elaborate a filter that achieves to purify the water with ozone and hyacinth water (eichhnornia crassipes).

Justification

Natural water is a renewable resource but may become so contaminated by human activities causing it no longer useful if not rather harmful especially in urban areas.

Although this is not the main problem, if not the processes are time-consuming or too ineffective as it is chlorine; we know it is a commonly used disinfectant but it is not the fastest or the best, however the disinfecting power of ozone is higher and more effective effect due to strong power oxidant containing and it manages to eliminate viruses and bacteria generally resistant chlorine.

Meanwhile the water hyacinth has the ability to be purified by phytoremediation,rhizofiltration, etc.

These processes consist of purifying organic toxins, contaminated liquids, heavy metals among others by root absorption by charge exchange in the tissue to purify.

Hypothesis

If we elaborate a purifying filter based on ozone and hyacinth water (eichhnornia crassipes) then we can clean and strain the contaminated water and recycle it for different purposes.

Method (materials and procedure)

1 Fishbowl of 70 cm long for 60cm high and 32cm of width.

2 kg of zeolite.

1 kg of activated charcoal.

1 kg of activated charcoal pellet.

1 filter of uv light.

1.5 meters of huata.

Preferably 2 hyacinths water  (eichhnornia crassipes).

Procedure

1-make 3 divisions of 10 cm long and 2 of 20 cm of long ,  this will be done in the form of floodgate.

2-Cut your piece of size of the first floodgate of 10cm and repeat 4 times.

3-will be place 2lb of zeolite to then place another part of huata previously done .

4-on the next floodgate will be put 1lb of activated charcoal for then put another cut of huata previously done.this is done to remove solids.

5-position the filter of UV light /these will be found in commercial aquariums or you can draw.

6-then in the next space we put the plant with a little be careful , but the plant  you must take into account that the plant expands.

7-In the last airlock will be purified water ; to have the entire process pump is placed with the hose making function to expel the water in the first airlock to complete the cycle.

Method Gallery

Results

We got a purifying filter with ozone and water hyacinth can purify and                    remove solids thus reducing water pollution and heavy metals

Results Gallery

Discussion

The final result of the project it was satisfactory as it serves to removesolids, heavy metals and contaminated water odors

Conclusions

The purifier with ozone and water hyacinth has the same function as a commercial filter although unlike this our filter is cheaper and achieves alternative for environmental sustainability

Bibliography

http://medioambiente2012.webnode.es/biologia/buchon-de-agua-/

http://www.elaguapotable.com/ozonizacion.htm

http://www.buenastareas.com/ensayos/Ozonizacion/2595739.html

http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/Ozono.htm

http://maomolina.tripod.com/plantas.htm

http://www.dicyt.com/noticias/emplean-la-planta-del-buchon-de-agua-para-limpiar-rios-contaminados-con-mercurio