CHARLA TÉCNICA: OPERACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE FILTRACIÓN RÁPIDA Lic. Mblgo. Mblgo. Rómulo Aycachi Inga Jefe Departamento Departamento de Control Co ntrol de Calidad
PROCESOS UNITTARI UNI ARIOS OS Y PLANT PLA NTAS AS DE TRATAMIENTO
Importancia del Tratamiento de Aguas SANITARIA: Vigilancia y control de la fuente, dosificación óptima de
reactivos químicos durante el tratamiento; vigilancia del agua tratada; aguaa se agu segura gura;; pre prese serv rvac ación ión de la la salu salud. d.
ECONÓMICA: Co Costos de tratamiento; protecció iónn de redes de distribuci dist ribución; ón; prote protecci cción ón de la industria. industria.
CONSUMO HUMANO: higiene intachable; ausencia de materia tóxica y nociva noc iva;; fre fresc sca, a, inc incolor olora, a, ins insípi ípida, da, inod inodora ora..
INDUSTRIA: Exenta de materia de decantación y químicas dañinas; exenta exe nta de mate materia ria que puede puede produc producirir depó depósito sitoss cal calcáre cáreos; os; no corrosiv corrosiva. a.
PROCESOS DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DEL AGUA
Los procesos de tratamiento son los métodos utilizados para remover del agua elementos extraños que afectan sus características físicas, químicas y biológicas, y que pueden constituir un peligro para el desarrollo físico del hombre, para su salud y sobre vivencia .
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Las etapas de tratamiento consideradas en una planta dependerán de la calidad del agua cruda que deba tratar.
ASPECTOS DE CALIDAD DEL AGUA TRATADA
El agua que se entrega al consumo humano debe ser saludable y aceptable para la mayoría de los usuarios. Para ser saludable, el agua debe estar libre de organismos causantes de enfermedades, de sustancias tóxi tó xica cass y ca cant ntid idad ades es exc xces esiiva vass de mat ater eria ia min iner eral al y orgá or gánic nica. a. Te Tene nerr bu buen en asp aspec ecto to(in (incol color ora, a, tr tran anspa spare rent nte) e) y ser agradable al paladar, debe carecer de color, turbiedad, sabor y olor, y poseer una temperatura moderada, y con un contenido de oxigeno disuelto adecuado.
DEFINICIÓN DE SISTEMA SI STEMA DE TRATAMIENTO TRATAMIENTO
El objetivo principal de la potabilización de las aguas para uso domést stiico co,, es el de priv ivaarlas de mic icrro organismos patógenos y al mismo tiempo mejorar suss co su cond ndic icio ione ness fífísi sicas cas. Tambié iénn es frecuent ntee trat tr atar arla lass pa para ra mod modififica icarr su suss co cond ndici icioone ness qu quím ímica icas: s: Ablandamiento, remoción de sustancias tóxicas (arsénico, metales pesados, etc.)
PROCESO DE TRATAMIENTO
Se pueden dividir en dos grupos generales: a.
Los qu Los quee se ap aplilica cann pa para ra el elim imiina narr la lass im impu pure reza zass en coagulació lación, n, flocu floculació lación, n, sediment sedimentació ación, n, suspensión: coagu y filtraci filtración ón
b.
Los que remueven las sustancias disueltas: Oxidación, Los que disueltas: Oxidación, ablandamiento, en general tratamiento químico.
PROCESOS UNITARIOS
Operación unitaria unitaria es un proceso químico, quím ico, físico físico o biológico biológico mediante m ediante el cual las sustancias sustanc ias objetables que contiene el agua son removidas remov idas o transformadas en sustancias inocuas. La mayor ma yor parte de los procesos originan cambios cam bios en la concentración o en el estado de una sustancia, la cual es desplazada o incorporada en la masa m asa del agua.
PRINCIPALES OPERACIONES UNITARIAS EMPLEADAS EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA
Transferencia de sólidos: Cribado o cernido, Sedimentación, Flotación, Filtración. Transferencia de iones: Coagulación química, Precipitación química, Intercambio iónico, Absorción. Transferencia de gases: Aireación, Desinfección. Transferencia molecular : purificación natural del agua.
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA O PLANTAS POTABILIZADORAS Es una secuencia de operaciones o procesos unitarios, convenientemente seleccionados con el fin de remover totalmente los contaminantes microbiológicos presentes en el agua cruda y parcialmente los químicos y físicos, hasta llevarlos a los límites aceptables estipulados por las normas.
TIPOS DE PLANTAS DE TTO.
DE ACUERDO CON EL TIPO DE PROCESOS QUE LA CONFORMAN: Plantas de Filtración rápida Plantas de Filtración lenta DE ACUERDO CON LA TECNOLOGÍA USADA EN EL PROYECTO: Plantas convencionales antiguas Plantas convencionales de tecnología apropiada Plantas de tecnología importada o de patente
Plantas de filtración rápida: •
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Los filtros que las integran operan con velocidades altas, entre 80 y 300 m3/m2.d Como consecuencia se colmatan colmatan en un lapso de 40 a 50 horas en promedio. El retrolavado o lavado ascensional de la unidad durante un lapso de 5 a 15 min, para descolmatar el medio filtrante devolviéndole su porosidad inicial y reanudar reanudar la operación de la unidad.
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Plantas de filtración rápida completa.
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Plantas de filtración directa.
Plantas de filtración rápida completa: •
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Esta integrada por los procesos de coagulación, decantación, filtración y desinfección. Mezcla rápida y agitación lenta para promover la rápida aglomeración y crecimiento del flóculo (etapa de floculación). Coagulación con la finalidad de mejorar la eficiencia de remoción de partículas coloidales en el proceso de decantación. Filtración desempeña una labor de acabado, le da el pulimento final al agua. Desinfección como función principal completar la remoción de microorganismos patógenos que no quedaron retenidos en el filtro.
Plantas de filtración rápida completa: •
Datos a tener en cuenta: –
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El filtro debe producir un efluente con una NTU ≤ 0.10 para garantizar garantizar que esté libre de huevos de parásitos.
Para lograr lograr esta eficiencia, eficiencia , es necesario necesario que los decant deca ntadores adores produzcan un agua con 2 NTU como máximo. Desinfección normal, 1 mg/L a la salida de Planta y 30 min de contacto mínimo, mínimo, sólo só lo tiene capacidad ca pacidad de remover bacterias.
Plantas de filtración directa: directa: •
Es una alternativa a la filtración rápida.
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Procesos de mezcla rápida y filtración.
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Apropiada Apropiada solo so lo para aguas claras. c laras.
Plantas de filtración lent l enta: a: •
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Operan con tasas que varían normalmente entre 0.10 y 0.30 m/h (tasas 100 veces veces menores que las de los filtros rápidos). También son conocidos como filtros ingleses. Al igual que en la naturaleza, emplea procesos físicos y biológicos.
Plantas de Tecnología convencional clásica o antigua: •
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Tipo más antigua de Planta Planta (1910 – 1920). Se caracteriza por la gran extensión que ocupan las unidades, principalmente el decantador rectangular de flujo horizontal.
Plantas de Tecnología convencional de alta tasa o de tecnología CEPIS/OPS: •
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Se empezó a desarrollar a partir de la década de 1970. Unidades de alta tasa, ocupan una extensión que constituye el 25 a 30% del área de un sistema convencional.
Plantas de Tecnología importada, de patente o plantas paquete: •
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Están normalmente integradas por decantadores de manto de lodos de suspensión dinámica. Unidades que integran mezcla rápida, floculación y decantación decantación en un solo equipo, o cuando menos la floculación y decantación. Planta de Tecnología Patentada – Degre De grem mont- ti tipo po Pulsator (Francesa)
COAGULACIÓN
Coagulación: •
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El agua puede contener una variedad de impurezas, solubles e insolubles. Insolubles: partículas coloidales, sustan s ustancias cias húmicas y microorganismos en general. Presentan una carga superficial negativa que impide que se aproximen unas a otras, lo que favorece favorece su estabilidad. La coagulación se lleva a cabo con la adición de sales de aluminio y hierro, por dos fenómenos: –
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Químico: reacciones del coagulant coa gulante e con el agua y formación formac ión de especies hidrolizadas con carga positiva. Físico: Físico : transporte transporte de especies es pecies hidrolizadas para que hagan contacto con las impurezas impurezas del agua.
Coagulación: •
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El proceso es muy rápido, toma de décimas de segundo hasta cerca de 100 segundos. Se lleva a cabo en la unidad de tratamiento denominada mezcla rápida. De allí en adelante se necesitará de una agitación relativamente relativamente lenta, dentro del floculador floculado r.
La remoción de partículas coloidales está relacionada estrictamente con una adecuada coagulación, pues de ella depende la eficiencia de las siguientes etapas: floculación, sedimentación y filtración.
Efecto al disminuir el tamaño de las esferas Tiempo Area A rea Superfi Sup erfici cial al Requerido para Total Sedimentar
Diámetro de la Partícula mm
Escala de Tamaños
10
Grava
3 . 1 5 c m2
0.3 s
1
A re n a Grue sa
3 1 . 5 c m2
3 s
0.1
A re na Fina
3 1 5 c m2
38s
0 .0 1
Se d ime nt o
3 1 5 0 c m2
3 3 min
0.001
Bac t e ria
3 . 1 5 m2
5 5 ho ras
0.0001
P art íc ula c o lo id al
3 . 1 5 m2
2 3 0 d ías
0.00001
P art íc ula c o lo id al
0 .2 8 3 ha
6 .3 añ o s
0 .0 0 0 0 0 1
P art íc ula c o lo id al
2.83 ha
6 3 año s
ETAPAS DE LA COAGULACIÓN: COAGULACIÓN: Hidrólisi Hidrólisiss de los iones metáli m etálicos cos multi m ultivalentes valentes y su consecuente consecue nte polimerización polimerización hasta llegar llegar a especies espec ies hidrolíticas hidrolíticas multinucleadas. Adsorción de las especies hidrolíti hidrolíticas cas en la interfaz de la la solución sólida para lograr la desestabilización del coloide. Aglomeración de las las partículas desestabil deses tabilizadas izadas mediante un puente entre partículas (interacciones químicas). Aglomeración de las las partículas desestabil deses tabilizadas izadas mediante el transporte de las mismasy mismas y fuerzas de Van der Waals. W aals. Formación de los flóculos. Precipitación del hidróxido metálico.
Mecanismos de coagulación predominantes: predominantes: 1. Adsor Adsorció ción n de de las las espe especie ciess hidr hidrolí olític ticas as por el col coloid oide, e, lo lo que que provoca la neutralización de la carga. 2. Coagulació Coagulación n por barrid barrido, o, en la la que se produce producen n int inter eraccio acciones nes entre el coloide y el hidróxido precipitado.
SUSTANCIAS SUST ANCIAS QUÍMI Q UÍMICAS CAS UTILIZADAS
Las sustancias químicas utilizadas en la cuagulación se pueden clasificar en tres categorías: 1.- Co Coaagu gullan ante tes: s: Co Com mpu pueesto toss de alu lum min inio io o de hie ierrro que generalmente pueden producir hidróxidos gelatinosos no solubles y adsorber las impurezas. 2.- Alcalinizantes: hidróxido de calcio o sodio, carbonato de sodio, que pueden proporcionar la alcalinidad necesaria que le falta al agua para mejorar la coagulación. 3.- Co Coaadyu yuva vannte tess de la co coaagu gulac lación ión:: Com Compu puest estos(a os(arci rcilla lla,, sílic sílicee act ctiv ivaada, po polilieele lect ctrrolilito tos, s, etc tc.) .),, que se pu pueede denn co connve verrtitirr en partículas más densas y hacer que los flóculos sean más firmes.
SUSTANCIAS QUÍMICAS UTILIZADAS EN LA COAGULACIÓN
Los in Los insu sumo moss qu quím ímic icoos má máss ut utililiz izaado doss en la co coag agul ulac ació iónn so sonn lo loss coag co agul ulan ante tess in inoorg rgán ánic icos os,, lo loss al alca calilini niza zant ntees y lo loss ay ayud udaante ntess de coagulación y floculación.
1.- Coagulantes Sulfaato de al Sulf alum umin inio io:: Ac Actu tuaalmente es él más utitililiza zaddo para el tratam tra tamien iento to del agu agua. a. La forma forma sólida sólida viene viene en forma forma granul granulada ada,, de granos gruesos, su fórmula química: Al2 (SO4)3.18H2O. El ingrediente ingrediente activo de alúmina es de aproximadamente el 17% expresado como Al2O3. (oxido de aluminio)
En el mercado se encuentra como sulfato de aluminio tipo A y sulfato de aluminio tipo B, la diferencia se da en el contenido de impurezas insolubles.
Sulfato Sulfato de aluminio: Al A l2(SO4)3 18H20 •
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Su concentración se define en contenido de alúmina (Al 2O3), 17% aprox. Sal derivada de una base débil (hidróxido de aluminio) y un ácido fuerte (ácido sulfúrico): sulfúrico): pH 2 a 3.8
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COAGULACIÓN
1.- NATURALEZA DEL AGUA CRUDA: Las características del agua cruda que más influyen en el comportamiento del proceso son: Conc Co ncen entr trac ació iónn de de los los co colo loiide des. s.-- med medid idos os med edia iant ntee la la can cantitida dadd de de color y turbiedad La al alca calilini nida dadd na natur tural al de dell ag agua. ua.-- qu quee re reacc accio iona na di direc rectam tamen ente te co conn el coagulante. 1 mg/L mg/L de sulfato actúa con 0,45 mg/L de alcalinidad alcalinidad El pH de dell ag agua. ua.-- pH ba bajo jo de 4 a 6, 6, fav favor orece ece la re remoc moció iónn de co colo lorr y de rango 6 a 8 favorece la remoción de turbiedad. Tem emper peratu aturas ras ba baja jas. s.-- afe afecta ctann el pr proc oceso eso de coa coagu gula laci ción ón 2.- VARIABLES VARIABLES QUÍMICAS QU ÍMICAS DEL PROCESO: Dosis Dos is óp óptitima ma.-.- En la labo bora rator torio io co conn pr prue ueba ba de ja jarr rras as pH óptimo pH óptimo para coagular coagular.-.- con prueba de jarras Concen Con centra traci ción ón óp óptitima ma de dell co coagu agula lante nte.-.- ran rango go en entre tre 1% y 2%
LA ALCALINIDAD: •
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Es uno de los parámetros más importantes en el tratamiento del agua, pues influye directamente en la coagulación. Los bicarbonatos, carbonatos y el ion hidroxilo representan las formas mas importantes de alcalinidad. Una consecuencia de la alcalinidad alcalinidad es la acción amortiguadora o tampón de los componentes. El efecto del bicarbonato y el carbonato es resistir un cambio en el pH y alcanza su máximo nivel cuando sus concentraciones concentraciones son iguales. La alcalinidad es necesaria para la coagulación, si no está presente puede ser necesario agregarla en forma de cal u otro alcalinizante.
PARA QUE EXISTA EXISTA COAGULACION COAGULACION - FLOCULACION
FILTRACIÓN
CLORACIÓN
UNIDAD DE MEZCLA RÁPIDA En estas unidades se lleva a cabo la mezcla de los reactivos químicos con todo el caudal del agua que ingresa a la planta. Para logra una buena mezcla, estas unidades deben diseñarse para producir alta turbulencia en un corto tiempo, que puede variar entre décimas de segundo y 7 segundos como máximo. Estas unidades pueden ser hidráulicas ó mecánicas.
Mezcladores hidráulicos: a.- Resalto hidráulico.- canaletas Parshall, vertederos, rampas, etc b.- Difusores en canales o tuberías
Mezcl Me zclado adores res mec mecáni ánicos cos.- sistema de agitación con motor eléctrico, en cámara de mezcla, con estructura de ingreso y salida de agua
¡GRACIAS…!
