El fósforo total es un indicador importante de la calidad del agua, con un gran impacto en el medio ambiente de los cuerpos de agua y la salud humana. El fósforo total es uno de los nutrientes necesarios para el crecimiento de plantas y algas, pero si su concentración en el agua es excesiva, puede provocar la eutrofización del cuerpo de agua, acelerar la reproducción de algas y bacterias, causar proliferación de algas y afectar gravemente el medio ambiente. En algunos casos, como en el agua potable y el agua de piscinas, los altos niveles de fósforo total pueden ser perjudiciales para la salud humana, especialmente para bebés y mujeres embarazadas.
Fuentes de fósforo total en el agua
(1) Contaminación agrícola
La contaminación agrícola se debe principalmente al uso extensivo de fertilizantes químicos, cuyo fósforo llega a los cuerpos de agua a través de la lluvia o el riego agrícola. Normalmente, las plantas solo pueden absorber entre el 10 % y el 25 % del fertilizante, mientras que el 75 % al 90 % restante permanece en el suelo. Según estudios previos, entre el 24 % y el 71 % del fósforo en el agua proviene de la fertilización agrícola, por lo que la contaminación hídrica por fósforo se debe principalmente a la migración de este elemento del suelo al agua. Según las estadísticas, la tasa de utilización de los fertilizantes fosfatados suele ser de tan solo el 10 % al 20 %. El uso excesivo de fertilizantes fosfatados no solo supone un desperdicio de recursos, sino que también provoca la contaminación de las fuentes de agua por escorrentía superficial.
(2) aguas residuales domésticas
Las aguas residuales domésticas incluyen las de edificios públicos, las residenciales y las industriales que se vierten a las alcantarillas. La principal fuente de fósforo en las aguas residuales domésticas es el uso de detergentes que lo contienen, los excrementos humanos y la basura doméstica. Los detergentes utilizan principalmente fosfato de sodio y fosfato polisódico, y el fósforo presente en ellos llega a los cuerpos de agua junto con las aguas residuales.
(3) Aguas residuales industriales
Las aguas residuales industriales son uno de los principales factores que causan el exceso de fósforo en los cuerpos de agua. Estas aguas residuales se caracterizan por su alta concentración de contaminantes, la gran variedad de contaminantes presentes, su difícil degradación y su compleja composición. Si se vierten directamente sin tratamiento, tendrán un gran impacto en el cuerpo de agua, con efectos adversos para el medio ambiente y la salud de los habitantes.
Método de eliminación de fósforo de aguas residuales
(1) Electrólisis
Mediante el principio de electrólisis, las sustancias nocivas presentes en las aguas residuales experimentan una reacción de reducción y una reacción de oxidación en los polos negativo y positivo, respectivamente, transformándose así en sustancias inocuas para la purificación del agua. El proceso de electrólisis ofrece ventajas como alta eficiencia, equipos sencillos, fácil operación, alta eficacia de eliminación e industrialización de los equipos; no requiere la adición de coagulantes, agentes de limpieza ni otros productos químicos, lo que evita el impacto ambiental y reduce los costos. Se genera una pequeña cantidad de lodo. Sin embargo, este método requiere el consumo de energía eléctrica y materiales de acero, presenta altos costos operativos, un mantenimiento y gestión complejos, y el aprovechamiento integral del sedimento requiere mayor investigación y solución.
(2) Electrodiálisis
En el método de electrodiálisis, mediante la acción de un campo eléctrico externo, los aniones y cationes de la solución acuosa se desplazan hacia el ánodo y el cátodo, respectivamente, reduciendo considerablemente la concentración iónica en el centro del electrodo y aumentando la concentración iónica cerca del mismo. Si se añade una membrana de intercambio iónico en el centro del electrodo, se puede lograr la separación y concentración deseadas. La diferencia entre la electrodiálisis y la electrólisis radica en que, si bien la electrodiálisis utiliza un voltaje elevado, la corriente es baja, lo que impide mantener la reacción redox continua necesaria, mientras que la electrólisis presenta el comportamiento opuesto. La tecnología de electrodiálisis ofrece ventajas como la ausencia de necesidad de productos químicos, un equipo y un proceso de montaje sencillos, y una operación conveniente. Sin embargo, también presenta algunas desventajas que limitan su amplia aplicación, como un alto consumo energético, elevados requisitos de pretratamiento del agua bruta y una baja estabilidad del tratamiento.
(3) Método de adsorción
El método de adsorción consiste en la adsorción de ciertos contaminantes presentes en el agua mediante sólidos porosos (adsorbentes) para su eliminación. Generalmente, este método se divide en tres etapas: primero, el adsorbente entra en contacto directo con las aguas residuales para la adsorción de los contaminantes; segundo, se separa el adsorbente de las aguas residuales; y tercero, se regenera o renueva el adsorbente. Además del carbón activado, ampliamente utilizado como adsorbente, la resina de adsorción macroporosa sintética también se emplea con frecuencia en el tratamiento de aguas residuales. El método de adsorción presenta las ventajas de una operación sencilla, un buen efecto de tratamiento y una rápida aplicación. Sin embargo, su coste es elevado y la eficacia de adsorción disminuye con el tiempo. Si se utiliza la adsorción con resina, es necesario realizar análisis posteriores a la saturación, lo que dificulta el tratamiento de los residuos líquidos resultantes.
(4) Método de intercambio iónico
El método de intercambio iónico se basa en la acción de intercambio iónico, donde los iones del agua se intercambian por el fósforo de la materia sólida. El fósforo se elimina mediante una resina de intercambio aniónico, lo que permite una eliminación rápida y eficiente. Sin embargo, la resina de intercambio presenta desventajas como la facilidad de envenenamiento y la dificultad de regeneración.
(5) Método de cristalización
La eliminación de fósforo por cristalización consiste en añadir a las aguas residuales una sustancia similar en superficie y estructura al fosfato insoluble, destruir el estado metaestable de los iones presentes en ellas y precipitar cristales de fosfato sobre la superficie del agente cristalizador, que actúa como núcleo de cristalización. Posteriormente, se separa y elimina el fósforo. Como agentes cristalizadores se pueden utilizar materiales minerales que contienen calcio, como roca fosfática, carbón de hueso, escoria, etc., siendo la roca fosfática y el carbón de hueso los más eficaces. Este método ahorra espacio y es fácil de controlar, pero requiere un pH elevado y una concentración específica de iones de calcio.
(6) Humedal artificial
La eliminación de fósforo mediante humedales artificiales combina las ventajas de la eliminación biológica, la eliminación química y la eliminación por adsorción. Reduce el contenido de fósforo mediante absorción y asimilación biológica, así como por adsorción en el sustrato. La eliminación de fósforo se produce principalmente por adsorción en el sustrato.
En resumen, los métodos mencionados permiten eliminar el fósforo de las aguas residuales de forma rápida y sencilla, pero todos presentan ciertas desventajas. Si se utiliza uno de ellos de forma aislada, su aplicación práctica puede generar más problemas. Estos métodos son más adecuados para el pretratamiento o el tratamiento avanzado de la eliminación de fósforo, y su combinación con la eliminación biológica puede ofrecer mejores resultados.
Método para la determinación del fósforo total
1. Antiespectrofotometría de molibdeno-antimonio: El principio de análisis y determinación de la antiespectrofotometría de molibdeno-antimonio es el siguiente: en condiciones ácidas, el fósforo en las muestras de agua puede reaccionar con el ácido molibdenoso y el tartrato de potasio y antimonio en forma de iones para formar complejos de molibdeno-ácido. Este poliácido, y esta sustancia puede ser reducida por el agente reductor ácido ascórbico para formar un complejo azul, que llamamos azul de molibdeno. Al utilizar este método para analizar muestras de agua, se deben utilizar diferentes métodos de digestión según el grado de contaminación del agua. La digestión con persulfato de potasio generalmente se utiliza para muestras de agua con un bajo grado de contaminación, y si la muestra de agua está altamente contaminada, generalmente aparecerá en forma de bajo oxígeno, alto contenido de sales metálicas y materia orgánica. En este caso, es necesario utilizar una digestión con reactivos oxidantes más fuertes. Tras un proceso continuo de mejora y perfeccionamiento, este método para determinar el contenido de fósforo en muestras de agua no solo reduce el tiempo de monitorización, sino que además ofrece alta precisión, buena sensibilidad y un bajo límite de detección. Tras una comparación exhaustiva, se confirma que es el mejor método de detección.
2. Método de reducción con cloruro ferroso: Mezcle la muestra de agua con ácido sulfúrico y caliéntela hasta que hierva. A continuación, añada cloruro ferroso y ácido sulfúrico para reducir el fósforo total a ion fosfato. Luego, utilice molibdato de amonio para la reacción de color y mida la absorbancia mediante colorimetría o espectrofotometría para calcular la concentración total de fósforo.
3. Digestión a alta temperatura y espectrofotometría: Se digiere la muestra de agua a alta temperatura para convertir el fósforo total en iones de fósforo inorgánico. A continuación, se utiliza una solución ácida de dicromato de potasio para reducir el ion fosfato y el dicromato de potasio en condiciones ácidas, generando Cr(III) y fosfato. Se mide la absorbancia del Cr(III) y se calcula el contenido de fósforo mediante la curva de calibración.
4. Método de fluorescencia atómica: el fósforo total de la muestra de agua se convierte primero en fósforo inorgánico y luego se analiza mediante un analizador de fluorescencia atómica para determinar su contenido.
5. Cromatografía de gases: El fósforo total en la muestra de agua se separa y detecta mediante cromatografía de gases. La muestra de agua se trató primero para extraer los iones fosfato, luego se utilizó una mezcla de acetonitrilo-agua (9:1) como disolvente para la derivatización precolumna y, finalmente, se determinó el contenido total de fósforo mediante cromatografía de gases.
6. Turbidimetría isotérmica: convertir el fósforo total de la muestra de agua en iones fosfato, luego añadir tampón y reactivo de ácido molibdovanadofosfórico (MVPA) para que reaccione y forme un complejo amarillo, medir el valor de absorbancia con un colorímetro y, a continuación, utilizar la curva de calibración para calcular el contenido total de fósforo.
Fecha de publicación: 6 de julio de 2023
