Calidad del agua en sistemas industriales
Comprender la relación entre el pH y las algas es importante para preservar y utilizar de manera eficiente los recursos hídricos como prioridad mundial. La calidad del agua desempeña un papel fundamental en los entornos industriales, ya que afecta a la eficiencia operativa, el cumplimiento normativo y la responsabilidad medioambiental. A nivel mundial, la aparición de floraciones de algas nocivas ha aumentado desde la década de 1980, con un incremento del 44 % entre los años 2000 y 2010, especialmente en Asia y África. El aumento de la contaminación por nutrientes debido a la urbanización, el vertido de aguas residuales y la expansión de la agricultura son factores clave de este aumento. Un reto a menudo subestimado, pero significativo, en la gestión de la calidad del agua industrial es la interacción entre las algas y los niveles de pH. Las algas están directamente relacionadas con los niveles de pH, ya que las condiciones ligeramente alcalinas les proporcionan unas condiciones óptimas para su crecimiento. En consecuencia, los niveles elevados de pH favorecen la proliferación excesiva de algas, lo que da lugar a una serie de problemas en los sistemas de agua industrial, como el agotamiento del oxígeno y la corrosión de los equipos.
Explicación del hidrógeno potencial
pH, o «hidrógeno potencial», es una medida de la acidez o alcalinidad del agua y desempeña un papel crucial en la gestión del agua industrial. Se trata de una escala logarítmica que va de 0 a 14, siendo 7 el valor neutro, los valores por debajo de 7 indican acidez y los valores por encima de 7 indican alcalinidad. Dado que muchas algas crecen más abundantemente en un pH alcalino, intentar reducir la corrosión aumentando el pH puede provocar una proliferación de algas. Las diferentes especies de algas prefieren diferentes rangos de pH para un crecimiento óptimo.
En el contexto del agua industrial, es fundamental mantener el nivel de pH adecuado. El agua con valores de pH extremos puede corroer las tuberías y los equipos, lo que conlleva un mantenimiento costoso y una reducción de la eficiencia operativa.
Gestión de la proliferación de algas y del pH en sistemas de agua industriales
Muchas especies de algas, incluidas las algas verdes y las algas azul-verdes, prosperan en entornos con un pH elevado, normalmente en condiciones alcalinas. La proliferación de estas algas puede provocar el agotamiento del oxígeno y la producción de olores desagradables a moho, lo que afecta negativamente a la calidad del agua en los sistemas acuáticos industriales.
Es fundamental controlar la relación dinámica entre el crecimiento de las algas y los cambios de pH, ya que los niveles elevados de pH pueden provocar la corrosión de los equipos y las tuberías, lo que afecta a las operaciones industriales. Comprender cómo se disuelve el dióxido de carbono en el agua e interactúa con el carbonato cálcico y el ácido carbónico en los sistemas acuáticos ayuda a explicar estas fluctuaciones del pH. La clorofila y la ficocianina son pigmentos clave que deben controlarse para detectar precozmente las floraciones de algas nocivas. Para obtener más información sobre cómo el dióxido de carbono afecta a la química del agua, consulte la guía de la EPA sobre el pH en el agua.
La gestión eficaz de las algas y el pH requiere un control continuo de los parámetros de calidad del agua, como los niveles de pH, la concentración de oxígeno y la disponibilidad de nutrientes. Los sistemas de agua industriales a menudo se enfrentan a retos derivados de las floraciones de algas nocivas, que pueden alterar los procesos biológicos y amenazar la vida acuática. Además, los niveles de oxígeno disuelto disminuyen a medida que las floraciones de algas mueren y son degradadas por las bacterias. Esto provoca la asfixia de la vida acuática. Por lo tanto, mantener la capacidad tampón de las masas de agua y controlar los aportes de nutrientes, incluidos el nitrógeno total y el carbono orgánico disuelto, son estrategias esenciales.
¿Cómo mantener el pH y las algas bajo control?
La supervisión y el control de los niveles de pH son esenciales para prevenir el crecimiento excesivo de algas y mantener una calidad óptima del agua en los sistemas acuáticos industriales. El efecto de las algas sobre el pH es significativo porque, a medida que crecen, consumen dióxido de carbono, lo que reduce la concentración de ionenes de hidrógeno y provoca un aumento del pH, lo que a menudo conduce a condiciones alcalinas. Estas fluctuaciones del pH provocadas por las algas pueden tener efectos adversos en los equipos, la vida acuática y el cumplimiento de la normativa.
El rápido crecimiento de las algas puede elevar los niveles de pH por encima de los límites permitidos por organismos reguladores como el Sistema Nacional de Eliminación de Descargas Contaminantes (NPDES). Superar estos límites no solo conlleva el riesgo de multas y sanciones legales, sino que también puede provocar paradas operativas si se incumplen los permisos de vertido. Además, los niveles elevados de pH contribuyen a la corrosión de las tuberías y la maquinaria, lo que aumenta los costes de mantenimiento y acorta la vida útil de los equipos.
Es importante mantener un pH neutro o ligeramente alcalino, ya que la mayoría de las especies de algas y plantas acuáticas prosperan dentro de rangos de pH específicos. Por ejemplo, los sistemas de agua dulce suelen favorecer un pH cercano a 7,0, mientras que las algas marinas prefieren valores de pH ligeramente más altos, en torno a 8,2. Las desviaciones de estas condiciones ambientales pueden reducir la riqueza de especies y alterar el equilibrio de otros organismos en la columna de agua.
La química general del agua
La química del agua desempeña un papel fundamental en la regulación de los sistemas acuáticos. El equilibrio entre los nutrientes, las especies de carbono inorgánico disuelto, las condiciones ácidas y la capacidad tampón influye directamente en el entorno químico en el que prosperan las algas. Nutrientes como el nitrógeno y el fósforo son factores críticos que impulsan la proliferación de algas. Esto alimenta el rápido crecimiento que altera la composición química del agua. Durante la fotosíntesis, las algas consumen dióxido de carbono, lo que reduce la concentración de iones de hidrógeno. Esto provoca un aumento del pH, lo que a menudo conduce a condiciones alcalinas. Este cambio en el pH afecta a la especiación del carbono inorgánico disuelto, incluidos el dióxido de carbono, el bicarbonato y los iones de carbonato, cada uno de los cuales desempeña un papel distinto en el metabolismo de las algas. Por ejemplo, a valores de pH más bajos, el dióxido de carbono es la forma dominante disponible para la fotosíntesis. En cambio, a valores de pH más altos, el bicarbonato se vuelve más prevalente, y el carbonato domina en aguas muy alcalinas. La capacidad tampón del agua, determinada en gran medida por la presencia de carbonato cálcico y otros minerales, ayuda a moderar las fluctuaciones del pH neutralizando el exceso de ionenes de hidrógeno o hidróxido. Sin embargo, cuando el aporte de nutrientes es excesivo, este sistema tampón puede verse desbordado, lo que provoca cambios significativos y rápidos del pH que alteran la vida acuática y la calidad del agua.
El último recurso
Los tratamientos químicos pueden utilizarse como último recurso, pero tienen inconvenientes, como los posibles efectos adversos sobre la vida acuática, el riesgo de que la muerte de las algas provoque el agotamiento del oxígeno y la contaminación del medio ambiente. Muchos sistemas de agua dulce utilizan tratamientos químicos para varias especies de floraciones de algas. Sin embargo, con el tiempo, las floraciones de algas se acostumbran a los mismos métodos de tratamiento y, por lo tanto, se vuelven resistentes. Por ello, las industrias están adoptando cada vez más enfoques sostenibles y preventivos. Aquellos que pueden abordar el crecimiento de las algas antes de que se intensifique, ayudando a mantener la calidad del agua y evitando la muerte de peces asociada al agotamiento del oxígeno durante la muerte de las algas.
En resumen, comprender el efecto de las algas en el pH y sus efectos observados en los sistemas acuáticos es vital para la gestión industrial del agua. Mediante el mantenimiento de condiciones ambientales equilibradas y la supervisión de parámetros clave, las industrias pueden evitar cambios significativos en el pH, proteger la vida acuática, cumplir con las normativas sobre agua potable y vertidos, y garantizar la sostenibilidad a largo plazo de sus masas de agua.
Soluciones mejores que los productos químicos
Como se ha mencionado, los tratamientos químicos son eficaces a corto plazo y ofrecen resultados rápidos, pero solo matan las algas después de que han crecido y causado problemas. Deben dosificarse con frecuencia y no son seguros para el medio ambiente. Además, los productos químicos pueden causar corrosión y otros problemas en las plantas de tratamiento de agua. Algunos incluso pueden elevar los niveles de pH. Por otra parte, la dependencia de los tratamientos químicos puede dar lugar al desarrollo de cepas de algas resistentes, lo que dificulta el control a largo plazo. El impacto medioambiental de los residuos químicos puede afectar a los ecosistemas circundantes, dañando organismos acuáticos beneficiosos y alterando el equilibrio natural. Por lo tanto, las industrias buscan soluciones sostenibles y preventivas que aborden el crecimiento de las algas.
Aplicaciones en el mundo real
Comprender la relación entre el pH y las algas es fundamental, pero ¿cómo se traduce esto en aplicaciones reales en entornos industriales? Veamos más de cerca las instalaciones de generación de energía como ejemplo. Los estanques de refrigeración desempeñan un papel crucial en la generación de energía, pero el crecimiento excesivo de algas puede elevar los niveles de pH por encima de los límites permitidos. Para cumplir con la normativa, las centrales eléctricas deben implementar estrategias para controlar las algas y ajustar los niveles de pH antes de verter el agua de refrigeración.
NIPSCO, una central eléctrica de Estados Unidos, ha implementado con éxito las soluciones de ultrasonidos en su depósito. NIPSCO utiliza un gran depósito para sedimentar los sólidos en suspensión antes de verter el agua al río Kankakee. Esta agua es rica en nutrientes, lo que provoca que las algas crezcan a un ritmo indeseado. Las algas tienen un efecto directo sobre los niveles de pH y TSS del agua. El objetivo principal de NIPSCO era reducir los niveles de TSS para cumplir con los límites de descarga reglamentarios de NPDES. Tras instalar tecnología ultrasónica, consiguieron reducir el algicida y eliminar un bloqueador de rayos UV de su programa de tratamiento. Esto se tradujo en una mejora de la calidad del agua y un impacto medioambiental positivo.
Conclusión
En la gestión del agua industrial, es fundamental comprender la relación entre los niveles de pH y las algas. Como hemos visto, mantener el equilibrio entre el pH y el crecimiento de las algas puede evitar daños en los equipos. Esto también reduce los costes de mantenimiento, garantiza el cumplimiento de la normativa y protege el medio ambiente. Al adoptar tecnologías avanzadas y estrategias proactivas, las industrias pueden gestionar esta relación dinámica. Esto también garantiza la salud y la sostenibilidad de sus sistemas de agua, al tiempo que promueve sus objetivos operativos.
Obtenga más información en nuestros casos prácticos sobre la gestión de la proliferación de algas.