TRATAMIENTO CONVENCIONAL DE AGUA POTABLE
1. INT INTRODUC ODUCC CION ION : Las aguas naturales raramente son de calidad satisfactoria para el consumo humano o el uso industrial y casi siempre deben ser tratadas . El nivel de tratamiento necesario dependera de cuan aceptable o “pura” sea el agua natural . El agua dulce bruta se extrae de los rios, lagos u origen subterraneo y se trata hasta los estandares aceptables para el consumo humano o las necesidades industriales . Algunas fuentes de agua subterranea son tan puras que no se requiere tratamiento alguno, aunque cuando se utilizan para abastecimiento publico, las autoridades hidraulicas locales (publicas y privadas) tienden a aplicar un proceso de desinfección, aunque esto es prioritariamente para la desinfección de la reo de distrubucion . Algunas fuentes de rios o lagaos de montaña pueden ser tambien relativamente puras y de nuevo necesitar poco tratamiento . En la practica todos los subministros publicos de agua se someten a alguna forma de tratamiento, cuyo grado de tratamiento depende de la calidad de suministro de agua bruta. La calidad del agua tratada en el mundo desarrollado hoy dia esta casi estandarizada 2. OBJE BJETIVOS IVOS .2.1.- GENERAL Conocer los diferentes procesos a los que es sometido el agua para poder ser tratada 2.2.-ESPECIFICOS
Conocer los conceptos de las operaciones que se realizan en el tratamiento de aguas como ser : coagulación, floculacion, sedimentación, filtración, etc .
Conocer las diferentes coagulaciones que se utilizan durante el tratamiento de agua .
Conocer los diferentes desinfectantes que se utilizan en el tratamiento de aguas
Conocer en que consiste la cloracion
3. REVI REVISI SION ON BIBL BIBLIO IOGR GRAF AFIC ICA A .El tratamiento de aguas es muy importante ya que su uso es muy amplio, por ejemplo en las industrias el tratamiento debe ser un punto muy importante, esto para mejorar el producto final . Los suministros publicos de agua normalmente dan servicio a las necesidades de: viviendas domesticas, lucha contra incendios, industria y comercio . La demanda de agua varia según el usuario final . Existen cuatro clases de tratamiento de aguas:
Clase A .Las de la clase A son aquellas donde toman su suministro de agua de pozos que no tienen tratamiento. Esto es aceptable si la linea de suministro del origen al consumidor es muy pequeña. •
Clase B.El agua de clase B la desinfección es practica, proveniente de pozos y agua de cuenca alta. La desinfección normalmente se lo realiza con cloro, sin embargo hay un debate, acerca del uso extensivo de la desinfección por cloro existen alternativas como ser el de mantener una vigilancia analitica intensiva sobre la calidad microbiologia enviada al consumidor. El cloro con los productos organicos produce trihalometanos (THH) •
Clase C.Se lo conoce internacionalmente como tratamiento estandar del agua y se aplica a aguas de las zonas de cauces bajos y embalses . •
Clase D.Es el tratamiento especial del agua y se utiliza cuando el origen esta aguas debajo de zonas urbanas o cuando las industrias precisan de agua de gran calidad •
Clases de tratamiento de aguas CLASE DESCRIPCION Sin tratamiento A B
Solo desinfección
C
Tratamiento estandar del agua Tratamiento especial del agua
D
ORIGEN Algunas aguas de pòzo ocasionalmente agua de cuenca alta Algunas aguas de pozo ocasionalmente agua de cuenca alta Rios en cuenca baja y embalses
Algunos suministros males (Te y Mn) Eliminación de color Eliminación de elementos traza Agua industrial Eliminación de algas Eliminación de organicos
Tratamiento estandar de agua Clase C
si
Captacion
Rejas gruesas Rejas finas Bombeo Almacenamiento Ecualizacion Neutralización Aireación Pre-Tratamiento quimico
Coagulación y mezcla. Floculacion. Sedimentación Filtración
Desinfección
Cloración
Si
COAGULACION-FLOCULACION DE LAS IMPUREZAS DEL AGUA
Se llama coagulación- floculacion al proceso por el cual las particulas se aglutinan e pequeñas masas con peso especifico superior •
Del agua llamamos floculos, dicho proceso se usa para: a) Remocion de turbiedad organica o inorganica que no puede sedimentar rapidamente b) remocion de calor verdadero y aparente c) Eliminación de bacterias, virus y organismos patogenos susceptibles de ser separados por coagulación d) Destrucción de algas y plancton en general e) Eliminación de sustancias productoras de sabor y olor en algunos caos y de precipitados quimicos suspendidos.
Hay que distinguir dos aspectos fundamentales en la coagulación- floculacion del agua :
La desestabilizacion de las particulas suspendidas o sea la remocion de las fuerzas que la mantiene separadas El transporte de ellos dentro del liquido para que hagan contacto generalmente establecido puentes entre si, formando una malla tridimensional de coagulos porosos .
Al primer aspecto se le llama coagulación y al segundo aspecto floculacion , la coagulación comienza en el mismo instante en que se agregan los coagulantes al agua que dura solamente fracciones de segundo básicamente consiste en una serie de reacciones fisicas y quimicas entre los coagulantes, la superficie de las particulas, la alcalinidad del agua y el agua misma COAGULANTES: Loa coagulantes se pueden clasificar en sales de aluminio y sales de hierro .
Sales de aluminio: Las sales de aluminio forman un floculo ligeramente pesado, los mas conocidos de estos son: El solfato de aluminio, el sulfato de aluminio amoniacal y el cloruro de polialuminio. El primero es el coagulante que por su bajo costo y su manejo relativamente sencillo se usa con mayor frecuencia en las plantas de tratamiento de agua potable . •
Sulfato de aluminio:
El sulfato de aluminio Al 2 (SO4) 18 H2O es un plovo de color marfil ordinariamente hidratado. Cuando se añade la alumina al agua bruta, se produce las siguientes reacciones
Al2 (SO4)3 ·14 H2O +3Ca(HCO3)2 Aluminio
Hidroxido de calcio
2Al(OH)3 + 3Ca(SO4) +14H2O +6CO2 Floculo de hidroxido de aluminio
El objetivo es la producción de un floculo (de hidroxido de aluminio) sin embargo si no hay suficiente alcalinidad en el agua, se aumenta la alcalinidad mediante la adicion de cal (hidroxido de calcio)
Al2 (SO4)3 ·14 H2O +3Ca(HCO3)2
2Al(OH)3 + 3Ca(SO4) +14H2O +6CO2 Floculo de hidroxido de aluminio
El intervalo optimo de PH para la formación del floculo de hidroxido de aluminio es de 4.8-7.8 ya que dentro este intervalo el floculo es insoluble
Sales de hierro: Las sales de hierro tienen su ventaja sobre las sales de aluminio en algunos casos, por que forma un floculo mas pesado y de mayor velocidad de asentamiento y por que pueden trabajar a un rango de PH mas amplio. Las mas conocidas de las sales de hierro son: cloruro ferrico, sulfato ferrico, sulfato ferroso .
Cloruro ferrico: El cloruro ferrico se consigue en 3 formas como cristales hidratados (Fe Cl 3 · H2O) amarillos o cafes, como cristales anhídridos (Fe Cl3) de color verde oscuro o como solucion del 35.1 o 45.1 cualquiera que sea la forma en que venga el cloruro ferrico se aplica en solucion del 2 al 20% según el tamaño de la planta y la capacidad del aparato dosificador. El cloruro ferrico puede trabajar a un PH bajo como 4 y a PH tan alto como 11. Los lodos provenientes de la regulación con hierro son muy corrosivos
Coagulantes naturales: Son los que se producen en las reacciones bioquímicas naturales de animales y plantas, tales como proteinas, carbohidratos y polisacaridos muchos de estos componentes tiene propiedades coagulantes o floculantes los que han dado mejor rendimiento para uso en plantas de tratamiento son :
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Los componentes alginicos (alginado de sodio y acido alginico ) son obtenidos de algas marinas del grupo Phaephycae, los cuales contienen polisacaridos ampliamente utilizados en la industria Los derivados de la tuna o nopal son polvos blancos solubles en agua que se extractan con relativa facilidad, han sido provados con agua turbia, artificial y natural, dando resultados comparables o mejores que lo polimeros sinteticos Los almidones presentan un amplia gama de posibilidades. Su problema consiste en reducir a partir de ellos compuestos solubles en agua algunas marcas comerciales de polietectrolitos (nat) son simples derivados de almidones una de las ventajas es su baja toxicidad
FLOCULACION: La floculacion es el fenómeno por el cual las particulas ya desestabilizadas chocan unas con otras para formar coagulos mayores, debe distinguirse entre floculacion ortocinetica y pericinetica o con escala de turbulencia por encima o por debajo de la microescala de kolmogoroff n. La floculacion ortocinetica es la inducida por la energia comunicados al liquido por fuerzas externas (paletas giratorias por ejemplo) la floculacion pericinetica es la promovida, internamente dentro del liquido, por el movimiento de agitación que las particulas tienen dentro de aquel (movimiento browniano) y se realiza en un tiempo muy corto después de desestabilizado la particula. Hasta que la particula tiene un tamañlo que se acerca a la microescala de kolmogoroff n. en las plantas de tratamiento la floculacion es tanto pericinetica como ortocinetica
Transporte de partculas (floculacion)
ORTOCINETICA (>n)
Creado en el liquido porgradiente de velocidad
PERICINETICA (
Por movimiento Browniano Por sedimentación
Polimeros sinteticos: Son compuestos organicos producidos por transformación quimica derivados del carbon y el petroleo. Muchos se encuentran en forma de polvo seco otros son liquidos con concentraciones del 10 % al 60% de polimeros activos . Packman concidera que el 90% de ellos tienen como monomero basico a la arcrilamida
La poliacrilamida es tipicamente un polimero no ionico que puede manejarse en forma muy variada. Los derivados de la polacrilamida son no ionicos y las de poliacrilamida hidrolizada son anionicos. Cuando los polielectrolitos se añaden como ayudantes de floculacion los microfloculos tienen oportunidad de formarse primero y los polielectrolitos intervienen después solo para rforzar las uniones y aumentar el numero de núcleos que integran cada floculo, en este caso los polimeros se agregan de 15 a 60 segundos después que los coagulantes metalicos, antes que estos hayan ocupado todos los sitios de absorción y formando completamente el floculo
SEDIMENTACION : Una vez floculada el agua, el problema radica en separar los solidos del liquido, o sea las particulas coaguladas al medio en el cual estan suspendidas. Esto se puede conseguir dejando sedimentar el agua o filtrandola, o ejecutando ambos procesos consecuentemente que es lo comun . La sedimentación realiza la separacion de los solidos mas densos que el agua y que tienen una velociadad de caida tal que pueden llegar al fondo del tanque sedimentar en un tiempo económicamente aceptable. Se entiende por sedimentación a aquellos fenómenos mediante los cuales lo solidos en suspensión en un fluido son separados del mismo debido al efecto de la gravedad . El termino sedimentación comprende un grupo de acciones diferentes según el tipo y concentración de solidos o particulas en suspensión
SEDIMENTACION TIPO 1
2
3
4
CARACTERISTICA DESCRIPCION EJEMPLO DE LOS SOLIDOS DEL PROCESO EN SUSPENSION Particulas discretas y No hay Se divide en partes aisladas en soluciones interaccion entre en desarenadotes o relativamente las particulas y presedimentodores divididas entre las particulas y el resto del fluido Particulas Las particulas se Sedimentos o aglomeradas en aglomeran floculos en soluciones agrupandose en decantadores relativamente particulas de horizontales o de divididas mayos tamaño placas Soluciones de Las particulas Deposicion de concentración interfieren entre si lodos en intermedia en su descenso decantadores de manteniendo fluro ascendente posiciones estables Soluciones de alta Se forma una Captación de concentración estructura entre depositos de los las particulas que lodos va modificandose lentamente con el tiempo
Para el modelo de clarificacion tipo1 los solidos o particulas son idealizadas como discretas y aisladas, o sea no cambian de densidad, tamaño o forma al descender en el liquido. En el modelo de clarificacion tipo2 tan solidos o particulas son pensados como aglomeradotes y al descender se adhieren y aglutinan entre si cambiando de tamaño, forma y peso especifico durante la caida El la clarificacion tipo 3 y tipo 4 es el compotamiento conjunto de los solidos lo que se analiza, debido a las interferencias mutuas entre particulas que hace que estas formen un manto de lodos que flota en el liquido
FILTRACION : La filtración separa aquellos solidos que tienen una densidad muy cercana a la del agua o que han sido resuspendidas por cualquier cuasa en el flujo.
La filtración es el proceso de pasar el agua a travez de un medio poroso con la esperanza de que el filtrado tenga una calidad mejor que el afluyente. El medio suele ser arena, la filtración se ha utilizado desde el siglo 19 cuando el proceso de filtración lenta en arena era generalmente el unico metodo de tratamieDESINFECCION nto de agua la filtración lenta en arena tiene el merito de mejorar la calidad estetica del agua y tambien de la separacion de patogenos . Hay muchas clasificaciones de sistemas de filtración que incluyen : Gravedad o presion . • Velocidad de filtración rapida, lenta o variable. • Filtración de zorta o en profundidad • La filtración por gravedad es el proceso en que el agua pasa por el filtro sin ayuda excepto por la gravedad, los filtros de presion normalmente estan contenidos en recipientes y el agua va forzada a travez del medio filtrante sometida a presion. Las aplicaciones del tipo de presion suelen ser para uso industrial La filtración lenta opera a velocidades de filtración que varia entre 0.1-0.2 m/h mientras que los filtros rapidos tienen velocidades de entre 5 y 20 m/h
DESINFECCION: La desinfección del agua se refiere a la destrucción de los organismos causntes de enfermedades o patogenos presentes en ella. Las condiciones que debe tener un desinfectante ideal para poder ser usado en las plantas de purificación son Debe ser capaz de destruir los micororganismos cuasantes de enfermedades • Debe realizar esta labor a la temperatura del lugar y a un tiempo adecuado • No debe hacer el agua toxica • Su concentración en el agua debe poderse determinar rapidamente • Debe dejar un efecto residual, para que proteja el agua contra posteriores • contaminaciones La desinfección se puede dividir en natural y artificial , la primera se refiere a la muerte progresiva de las bacterias producida por agentes naturales tales como la luz solar. La desinfección artificial puede realizarse mediante agentes fisicos y quimicos
Desinfectantes fisicos: Rayos ultravioleta.Se hace pasar una lamina de agua bajo una fuente de rayos ultravioleta . la penetración de los rayos, asi como la eficiencia de la desinfección depende de la turbiedad del liquido, se usa principalmente en piscinas. No deja efecto residual ni se puede determinar en el agua la cantidad aplicada en forma facil no es adecuada para acueductos Calor.• Es principalmente un sistema de desinfección domestico no aplicable a plantas de purificación . 15- 20 minutos a temperatura de ebullición son suficientes para destruir cualquier microorganismo patogeno, el agua sin embargo adquiere un •
sabor peculiar debido a la expulsión de los gases por el incremento de temperatura
Desinfectantes quimicos:
Los mas importantes son los halogenos, la plata ionizada y el ozono entre los halogenos el mas conocido de todos es el cloro Yodo.• El yodo es el halogeno de mayor peso atomico y que por su bajo poder de oxidación resulto mas estable sus residuos se conservan por mas tiempo que las del cloro. En concentraciones mayores al 1 mg/l produce un sabor medicinal una investigación demostro que en concentraciones por debajo de 0.5 mg/l son aceptables para la mayoria de los consumidores , el yodo es mas costoso que el cloro • Bromo.Tiene propiedades desinfectantes al hidrolisarse con el agua forma acido hipobromoso Br 2 + H2O
HBr + H+ + Br –
La eficiencia del bromo es comparable a la del cloro y a la del yodo en la destrucción de microorganismos su costo es mas alto que dichos compuestos . su us esta limitado en la desinfección de piscinas, pues produce menor irritacion en los ojos que el cloro
Plata ionizada.Es un desinfectante utilizado en algunos paises europeos especialmete en plantas de purificación para el uso industrial. El sistema conocido como katadyin si bien es mas caro que la cloracion deja efectos residuales
Ozono.-
Es en la actualidad tanto por su costo como su eficiencia como desinfectante es el mas serio competidor del cloro. El ozono (forma aleotropica del oxigeno elemental que en lugar de dos moléculas tiene tres) es un gas de olor caracteristico, el ozono se ha usado en tratamiento de aguaz potables y en desinfección de liquidos cloacales CLORACION: La cloracion es el proceso de desinfección que hasta ahora el presente reune mayores ventajas, es eficiente, facil de aplicar y deja efecto residual que se puede medir por sistemas muy simples y al alcance de todos tiene un cambio la desventaja
de ser corrosivo y especialmente en algunos casos, forma subproductos, posiblemente peligrosos para la salud y produce un sabor desagradable en el agua El cloro puede aplicarse tambien utilizando algunas de sus sales como ser el hipoclorito de solido, hipoclorito de calcio que se expenden en polvo o en solucion con concentraciones entre 12 y 70%. El cloro y los hipocloritos producen reacciones similares en el agua y su eficiencia bactericida es identica. La unica diferencia es que el cloro baja el PH y el hipoclorito lo sube ligeramente el cloro se emplea principalmente en plantas medianas y grandes , el hipoclorito en plantas pequeñas, pisconas y pozos
