AGUA PARA CONSUMO HUMANO
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PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL AGUA PROPIEDADES FÍSICAS: TURBIEDAD: propiedad óptica de una suspensión que hace que la luz sea o no retransmitida a través de la suspensión. Actualmente el método más usado de medición es e s el nefelométrico. El método compara la luz dispersada por la muestra y lo compara con la luz dispersada por una muestra patrón o estándar.
La determinación de la turbiedad permite determinar de terminar el grado de tratamiento requerido por una fuente de agua cruda, su filtrabilidad, y consecuentemente la tasa de filtración mas adecuada. ambién permite conocer la efectividad ef ectividad de los procesos de coagulación, sedimentación y filtración. En otras palabas la turbidez permite de alguna manera, determinar la potabilidad del agua.
COLOR: E!isten dos tipos de colores en el agua. -
El color "E#$A$E#%, es el color de la muestra una vez removida la turbiedad El color A&A#E'E, contrariamente, es el color de la muestra con su estado de turbiedad original.
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PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL AGUA PROPIEDADES FÍSICAS: TURBIEDAD: propiedad óptica de una suspensión que hace que la luz sea o no retransmitida a través de la suspensión. Actualmente el método más usado de medición es e s el nefelométrico. El método compara la luz dispersada por la muestra y lo compara con la luz dispersada por una muestra patrón o estándar.
La determinación de la turbiedad permite determinar de terminar el grado de tratamiento requerido por una fuente de agua cruda, su filtrabilidad, y consecuentemente la tasa de filtración mas adecuada. ambién permite conocer la efectividad ef ectividad de los procesos de coagulación, sedimentación y filtración. En otras palabas la turbidez permite de alguna manera, determinar la potabilidad del agua.
COLOR: E!isten dos tipos de colores en el agua. -
El color "E#$A$E#%, es el color de la muestra una vez removida la turbiedad El color A&A#E'E, contrariamente, es el color de la muestra con su estado de turbiedad original.
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El color se mide en unidades de &t()o *platino y cobalto+. &or comparación visual, aunque también se pueden utilizar unos dispositivos llamados colormetros.
OLOR Y SABOR: La causa de presencia de estas propiedades organolépticas, se relaciona con contenidos de distintas sustancias. Las más usuales son- .%., )loruro de solio, ácido sulfhdrico, sulfatos de sodio y manganeso, fenoles, ace ites, algas, entre otros. /i bien se relacionan re lacionan con la sensibilidad del observador, ambas propiedades pueden describirse cualitativamente, a través del '0E#% $EE)A1LE. 2ue es una relación entre el agua con olor y3o sabor y un agua que no lo tiene. '$4*A51+3A A- mL de muestra con olor y3o sabor 1- mL de muestra m uestra sin olor y3o sabor '$- '6mero detectable
TEMPERATURA: La determinación precisa de la temperatura es fundamental, ya que muchas otras propiedades están ligadas a esta, como ser-
7rado de saturación de %.$.
-
Actividad biológica
Etc.
SÓLIDOS: )omprenden todo aquello que no es agua en una solución. -
/ólidos totales- residuo post evaporación de la muestra /ólidos suspendidos- residuo no filtrable de un agua, se determina por diferencia de peso de un filtro *que puede ser de asbesto o fibra de vidrio entre otros+ por el que pasó la muestra y luego fue secado para ser pesado.
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-
-
/ólidos disueltos- /t(/s /ólidos volátiles- son una medida de la cantidad de materia orgánica que contiene la muestra. Los sólidos volátiles se determinan por calcinamiento de la muestra a 89:) durante ;8(<9 minutos, y se registra la pérdida de peso. E!isten me=ores formas de determinar el contenido de materia orgánica *$1% y $2%+ /ólidos sedimentables- /on sólidos en suspensión que se sedimentarán, si se proveen las condiciones apropiadas, por simple acción de la gravedad.
&ara agua potable, lo más significativo es el contenido de />L?$%/ %ALE/, pero para el caso de efluentes cloacales es de poco valor ese dato. &ara cada caso en particular, se deberá analizar qué análisis realizar
SALINIDAD: /e puede e!presar como el n6mero de gramos de sal por @ilogramo de muestra o partes por mil. /e relaciona con una elevada concentración de cloruro de sodio.
PROPIEDADES QUÍMICAS: ALC A LCAL AL IN ID AD : se puede definir como la capacidad de neutralizar ácidos, es decir, de reaccionar con los iones hidrógeno. /e relaciona fundamentalmente con la presencia de tres clases de iones-
1icarbonatos
-
)arbonatos
-
idró!idos
Aunque e!isten otros que también pueden contribuir.
ACI A CI DE Z: se puede definir como la capacidad para neutralizar bases *soluciones alcalinas+. La determinación del grado de acides de un agua es muy mu y importante dadas las caractersticas corrosivas de los ácidos, y el costo que supone la remoción de dichas sustancias. La causa más com6n de acides es el contenido de dió!ido de carbono, que puede estar disuelto por reacciones en el agua o ser dió!ido de carbono atmosférico
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DUREZA: son aguas BdurasC aquellas que requieren cantidades considerables de =abón para producir espumas y que producen incrustaciones en las tuberas de agua caliente. /e mide en mg3L de )a)%D *carbonato de calcio+ 9 F8 mg3L 1landa F8 ;89 mg3L oderadamente dura ;89 D99 mg3L $ura GD99 mg3L uy dura Las causas de la dureza se relacionan con el contenido de cationes metálicos divalentes que reaccionan con el =abón para formar precipitados y con ciertos aniones presentes en el agua para formar incrustaciones CATIONES QUE CAUSAN DUREZA
ANIONES
)a5
)%D( *bicarbonato+
g55
/%HI *sulfato+
/r55 *Estroncio+
)l(
Je55
'%D( *nitrato+
n55
/i%D *metasilicato+
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En ocasiones se considera que la dureza total es la suma de la dureza causada por el )alcio y el agnesio, dado que son los más influyentes. -
$K#EA )A#1%'AA$A- se considera Bdureza carbonatadaC a la parte de la dureza total equivalente qumicamente a los bicarbonatos presentes en el agua. En aguas naturales la principal causa de alcalinidad es debido a la presencia de bicarbonatos, entonces$ureza carbonatada Mmg3LN4Alcalinidad Mmg3LN ambién se conoce como B$ureza temporalC ya que desaparece cuando se hierve el agua, debido a que los iones carbonato hacen precipitar el )a55 como )a)%D *es el fenómeno de incrustación relacionado con la dureza del agua en calderas y demás artefactos de calentamiento de agua
-
$K#EA '% )A#1%'AA$A- es la dureza restante, que no es equivalente qumicamente con los carbonatos presentes.
$ureza ')Mmg3LN4$ureza total Alcalinidad *o $ureza )+
GRUPO DEL NITRÓGENO: Los compuestos 'itrogenados son de gran interés pa ra los ?ngenieros dada su relevancia en relación a los procesos vitales de los organismos vivos *plantas, animales, microorganismos acuáticos, etc.+ Las formas de mayor interés son-
'itrógeno amoniacal
-
'itrógeno de nitritos
-
'itrógeno de nitratos
-
'itrógeno orgánico &rotenas
El ciclo del nitrógeno es sumamente comple=o pero lo esquematizaremos.
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El alto contenido de protenas *nitrógeno orgánico+ en el agua es un indicador de una contaminación reciente. /i el contenido de nitrógeno se encuentra en forma de nitritos o nitratos, es un indicador de que la contaminación se produ=o con mucha anterioridad y tuvo lugar la o!idación de las protenas.
Este proceso se acelera en verano, dado que el proceso de descomposición en nitritos y nitratos de los compuestos nitrogenados, se acelera con temperaturas más altas. [Escribir texto]
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1ien se podra considerar que el riesgo para la salud de un agua contaminada disminuye más rápido en verano.
GRUPO DEL AZUFRE: E!isten diferentes formas de azufre que son de interés, las más importantes se pueden clasificar como-
/KLJA%/- El ión sulfato */%H((+ es uno de los más comunes en aguas naturales. E!isten dos inconvenientes asociados a la presencia de sulfatos- el efecto purgante que producen los sulfatos de sodio y manganesoO la formación de incrustaciones en instalaciones de agua caliente. &or otro lado, en condiciones anaerobias, se forma ácido sulfhdrico *
-
/KLJK#%/- estos son muy comunes en aguas residuales de tipo doméstico e industrial, y se encuentran en forma suspendida o disuelta. ambién se encuentran en aguas subterráneas y superficiales, debiendo su causa a la descomposición biológica anaerobia. Estos compuestos tienen asociados dos problemas- mal olor y corrosión sobre el hormigón y el acero. /i el p es mayor a P, estos problemas se reducen dado que se disocia el
CLORUROS: /us principales formas en el agua son las siguientes-
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Compuesto
Nombre
Nº de oxidación
)l
Qcido clorhdrico
(;
)l(
?on cloruro
(;
)l<
)loro molecular
9
%)l
Qcido hipocloroso
;
%)l(
?on hipoclorito
;
)l%<
Qcido cloro
D
)l%<(
?on clorito
D
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)l%<
$ió!ido de cloro
H
)l%D
Qcido clórico
8
)l%D(
?on clorato
8
/us orgenes en el agua tienen diversas causas. El agua de mar contiene grandes cantidades de cloro. )uando la cercana al mar mantiene una napa freática en equilibrio hidrostático y se sobrebombea la napa, produce el ingreso de azufre a la misma. Los e!crementos humanos, fundamentalmente la orina, posee cloruros en cantidades iguales a las que contienen los alimentos ingeridos. /i bien no tienen efectos desfavorables sobre la salud del ser humano, no se recomiendan contenidos de cloro mayor a los <89mg3L ya que q ue puede producir un sabor salado.
FLUORUROS: e!isten dos razones por las que es importante la determinación de fluoruros en el agua. -
-
-
/e debe controlar la eficiencia y eficacia de los dispositivos de remoción de fluoruros en aguas que contienen e!ceso de los mismos. /e debe adicionar en cantidades optimas en aguas que no cuenten con esta sustancia. $ado que permite reducir hasta un R9S los problemas de caries en una comunidad con contenidos de 9,F a ;,< mg3L. 'o se encuentra libre en la naturaleza, sus principales formas son-
Jluoruro de sodio M'aJN
-
/ilicofluoruro de sodio M'a
-
Qcido fluoruro(silcico M
FÓSFORO: Es considerado como uno de los nutrientes que controla el crecimiento de algas. Es decir, es la causa de e!cesos de algas, y las consecuencias inapropiadas para cuerpos de agua. La adición de ;g de fósforo *como nutriente+ puede producir ;99g de biomasa, y una $1% de hasta ;89g de o!igeno para su o!idación aerobia, esto sumado a los procesos de crecimiento de fitoplancton y eutrofización. /e encuentra en las siguientes formas-
%rtofosfatos M&%H(((N la descomposición en el ciclo del fósforo conduce a ortofosfatos
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-
&olifosfatos &olifosfatos Mcadenas de &%H(((N
-
Josfatos orgánicos
OXÍGENO DISUELTO: $etermina la e!istencia de condiciones aerobias o anaerobias. El contenido de %$ e el agua se relaciona mucho con la estabilidad de la materia orgánica presente. Estos valores disminuyen con la temperatura. ca ntidad de o!geno utilizado por los DEMANDA BIOLÓGICA DE OXÍGENO: Es la cantidad microorganismos microorganismos en la estabilización de la materia orgánica biodegradable, ba=o condiciones aerobias, en un periodo de 8 das y a <9:). &or eso se le denomina $1%8 también. $urante la medición es fundamental que-
/e suministre el suficiente o!igeno para garantizar las condiciones aerobias
-
E!ista suficientes nutrientes *' y &+, y sean eliminados posibles tó!icos que podran afectar la población microbiológica de la muestra
-
La población microbiológica tiene que ser suficiente en cantidad y variedad de especies. &or otro lado tienen que estar aclimatadas a climatadas también.
/imiente se llama a la población bacterial o microbiológica de la muestra durante el ensayo de determinación de $1% [Escribir texto]
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Kn factor que debe ser aislado durante la determinación de $1% es el proceso de '?#?J?)A)?>'. -
'?#?J?)A)?>'- proceso de o!idación de los compuestos nitrogenados por acción de bacterias nitrificantes. )omo el ensayo de $1% debe medir el o!igeno consumido por las bacterias que estabilizan materia orgánica, el proceso de nitrificación podra alterar los resultados del ensayo.
A e!cepción de determinados efluentes industriales, las bacterias nitrificantes aparecen después del quinto da, por lo que generalmente no es un problema. La presencia o ausencia de luz solar, incidiendo sobre la muestra durante el ensayo, en agua con contenidos elevados de algas, puede alterar significativamente los resultados. En presencia de luz solar estos microorganismos elevan el o!geno disuelto, y consecuentemente el ensayo arro=a resultados inferiores. 2ueda a criterio de quien deba interpretar los resultados, realizar el ensayo en botellas oscuras o no *eliminando o no la luz solar+. /in luz solar el resultado no está alterado por el %$ que puede incrementar por fotosntesis la población de algas. )on luz solar el resultado arro=a el comportamiento real del cuerpo de agua *si es que está al sol+
DEMANDA QUIMICA DE OXÍGENO: es un parámetro analtico de contaminación, que mide el material orgánico contenido en una muestra liquida mediante la o!idación qumica, es decir, mediante un agente qumico o!idante fuerte. El procedimiento consiste en un proceso de ebullición de la mezcla con ácido sulf6rico y e!ceso conocido de dicromato de potasio *T<)r<%F+. La reducción del T<)r<%F es una medida de la materia orgánica o!idada. El ensayo dura cerca de < horas *significativamente menos que el ensayo de $1%+. [Escribir texto]
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La relación $2%3$1% permite conocer predominio de material biológicamente degradable *U<+, o el contenido de material qumicamente degradable *G<+. En ocasiones también puede ser $1%G$2%. Si no estn estab!ecidas !as caracter"sticas de !a muestra #re!ación DQO$D%O& no se puede corre!acionar a e'ectos de reemp!a(ar uno de !os ensa)os con e! otro*
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PARÁMETROS DE AGUA POTABLE DEFINICIONES •
•
A7KA &%A1LE- seg6n se define en las 7uas *%/+, no ocasiona ning6n riesgo significativo para la salud cuando se consume durante toda una vida, teniendo en cuenta las diferentes vulnerabilidades que pueden presentar las pe rsonas en las distintas etapas de su vida. Las personas con inmunodeficiencia grave posiblemente deban tomar precauciones adicionales, como hervir el agua, debido a su sensibilidad a microorganismos cuya presencia en el agua de consumo normalmente no sera preocupante. /?/EA $E A1A/E)??E'%- Es el con=unto de instalaciones y equipos ?'E##ELA)?%'A$%/V entre s para proveer un servicio de agua potable, en cantidad, calidad y en tiempo.
)A&A)?>'
#AA.?E'%
$?/#?1K)?>'
?'E##ELA)?%'A$%/, es decir, que están vinculados, y las caractersticas de cada pieza del proceso se ve vinculada a la anterior y subsiguiente.
CALIDAD QUÍMICA E INORGÁNICA •
•
La evaluación de la idoneidad de la calidad qumica del agua de consumo se basa en la comparación de los resultados de los análisis con los valores de referencia. Kn valor de referencia es la concentración de un componente que no ocasiona un riesgo para la salud superior al tolerable cuando se consume durante toda una vida. Wstos se fi=a en función de los grupos más vulnerables de la comunidad.
Es importante que los valores de referencia recomendados sean tales que su aplicación sea prctica ) 'actib!e, as como que prote=a la salud p6blica. 'o suelen establecerse valores de referencia en concentraciones inferiores a los lmites de detección alcanzables en las condiciones operativas rutinarias de laboratorio. Además, al establecer los valores de referencia se tienen en cuenta las t+cnicas disponib!es para controlar, eliminar o reducir la concentración del contaminante hasta el nivel deseado.
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CARGA MICROBIOLÓGICA En la mayora de los casos, conllevará el análisis de microorganismos indicadores de contaminación fecal, pero también puede incluir, en algunas circunstancias, la determinación de las concentraciones de patógenos especficos. Los virus y protozoos entéricos son más resistentes a la desinfecciónO por tanto, la ausencia de contaminación fecal *E. )oli+ no implica necesariamente que no haya presencia de estos organismos.
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PARÁMETROS DE REFERENCIA (Código Alimentario Argentino – Cap. XII)
Jluoruro *J(+- para los fluoruros la cantidad má!ima se da en función de la temperatura promedio de la zona, teniendo en cuenta el consumo diario del agua de bebida( emperatura media y má!ima del aXo *Y)+ ;9,9(;<,9, contenido lmite recomendado de Jl6or *mg3l+, lmite inferior- 9,Z- lmite superior- ;, F( emperatura media y má!ima del aXo *Y)+ ;<,;(;H,R, contenido lmite recomendado de Jl6or *mg3l+, lmite inferior- 9,P- lmite superior- ;,8( emperatura media y má!ima del aXo *Y)+ ;H,F(;F,R, contenido lmite recomendado de Jl6or *mg3l+, lmite inferior- 9,P- lmite superior- ;,D( emperatura media y má!ima del aXo *Y)+ ;F,F(<;,H, contenido lmite recomendado de Jl6or *mg3l+, Lmite inferior- 9,F- lmite superior- ;,<( emperatura media y má!ima del aXo *Y)+ <;,8(
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'itrato *'% D (,+ má!.- H8 mg3lO 'itrito *'% < (+ má!.- 9,;9 mg3lO &lata *Ag+ má!.- 9,98 mg3lO &lomo *&b+ má!.- 9,98 mg3lO /elenio */e+ má!.- 9,9; mg3lO /ólidos disueltos totales, má!.- ;899 mg3lO /ulfatos */% H 4+ má!.- H99 mg3lO )loro activo residual *)l+ mn.- 9,< mg3l. )aractersticas icrobiológicas1acterias coliformes- '& a DF Y)( HP hs. *)aldo c )on@ey o Lauril /ulfato+, en ;99 ml- igual o menor de D. Escherichia coli- ausencia en ;99 ml. &seudomonas aeruginosa- ausencia en ;99 ml. )ontaminantes orgánicos, má!.- ;99 ug3lO Aldrin 5 $ieldrin, má!.- 9,9D ug3lO )lordano, má!.- 9,D9 ug3lO $$ *otal 5 ?sómeros+, má!.- ;,99 ug3lO $etergentes, má!.- 9,89 mg3lO eptacloro 5 eptacloroepó!ido, má!.- 9,;9 ug3lO Lindano, má!.- D,99 ug3lO eto!icloro, má!.- D9,9 ug3l<,H $, má!.- ;99 ug3lO 1enceno, má!.- ;9 ug3lO e!acloro benceno, má!- 9,9; ug3lO onocloro benceno, má!.- D,9 ug3lO )ontaminantes orgánicos;,< $icloro benceno, má!.- 9,8 ug3lO ;,H $icloro benceno, má!.- 9,H ug3lO [Escribir texto]
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&entaclorofenol, má!.- ;9 ug3lO <, H, R riclorofenol, má!.- ;9 ug3lO etracloruro de carbono, má!.- D,99 ug3lO ;,; $icloroeteno, má!.- 9,D9 ug3lO ricloro etileno, má!.- D9,9 ug3lO ;,< $icloro etano, má!.- ;9 ug3lO )loruro de vinilo, má!.- <,99 ug3lO 1enzopireno, má!.- 9,9; ug3lO etra cloro eteno, má!.- ;9 ug3lO etil &aratión, má!.- F ug3lO &aratión, má!.- D8 ug3lO alatión, má!.- D8 ug3l.
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PURIFICACIÓN DEL AGUA IMPUREZAS DEL AGUA El agua en su forma molecular pura no e!iste en la naturaleza, debido a que contiene impurezas en suspensión y3o en solución. En función del tipo de impureza el agua puede aparecer-
urbia
-
)oloreada
-
Ambas dos
TURBIEDAD La turbiedad esta principalmente formada por arcillas en suspensión. Las arcillas son partculas de diámetro U9,99
)aolinita
-
ontmorillonita *1entonita+
-
?lita
-
uscovita
La dimensión de esos cristales vara entre <,R y 8,98.;9[*(P+cm Al no ser las estructuras reticulares perfectas dimensionalmente, se da origen a distintas formaciones, para cada tipo de arcilla.
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COLOR La aparición de color en el agua se puede deber a las s iguientes razones -
E!tracción producida por el agua de sustancias provenientes de la madera
-
/olución de productos de descomposición de las made ras
-
/olución de materia orgánica de suelo
-
Kna combinación de los procesos anteriores
?ndependientemente del origen reciben el nombre de sustancias h6micas, y se clasifican en H fracciones- ácidos f6lvico, h6mico e himatomelánico y carbón h6mico. E!iste desacuerdo respecto de si las sustancias productoras de color se encuentran completamente disueltas en el agua o se encuentran en estado coloidal. El color presenta también un efecto BindicadorC ya que el p hace cambiarlo de intensidad. E!isten nomogramas que permiten relacionar el color con un determinado p y los colores obtenidos variando el p. DI,ERENCIAS ENTRE TUR%IEDAD - CO.OR
\E
)%L%#
K#1?E$A$
)omposición fsica
/ustancias disueltas, parcialmente coloidales.
Arcillas coloidales
)omposición qumica
Qcidos orgánicos
)ristales de aluminosilicatos
%rigen
%rgánico
ineral
amaXo de dispersión
PFS U 9,9;]m
Entre 9,; y ;9]m
?ntensidad
"aria con el p
'o vara con el p
)omportamiento qumico
/ustancia disuelta
/uspensión coloidal
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COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN: proceso por el cual las partculas se aglutinan en pequeXas masas de peso especfico superior al del agua *floc+ Este proceso sirve para-
#emoción de turbiedad no sedimentable
-
#emoción de color verdadero y aparente
-
Eliminación de bacterias, virus y organismos susceptibles de ser separados por coagulación
-
$estrucción de algas y plancton en general
-
Eliminación de sustancias productoras de olor y3o sabor
ay que distinguir dos aspectos o subprocesos fundamentales en la coagulación(floculación del agua-
-
)oagulación Mdel latn BcoagulareC que significa aglutinarN- desestabilización de partculas suspendidas, es decir, remoción de las fuerzas que las mantienen separadas 1ásicamente son reacciones fisicoqumicas entre los coagulantes, la superficie de las partculas, la alcalinidad del agua y el agua Jloculación Mdel latn B floculareC que significa hacer un grumoN- transporte de ellas dentro del lquido para que hagan contacto, estableciendo puentes entre si y formando una malla. Las partculas ya desestabilizadas chocan unas con otras para formar coágulos mayores.
COAGULACIÓN /e puede efectuar por medio de D mecanismos-
Adsorción(desestabilización, basado en las fuerzas electrostáticas de atracción y repulsión.
-
&uente qumico, que establece una relación de dependencia entre las fuerzas qumicas y la superficie de los coloides
-
/obresaturación de coagulante en el agua
La naturaleza electrostática de un coloide *permitirá comprender me=or los tres mecanismos de coagulación+
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•
A$/%#)?>'($E/E/A1?L?A)?>'-
Este concepto de coagulación surge de la interacción de las fuerzas electrostáticas de repulsión, o Coulómbicas y de atracción o de Van der Waals. $e la composición de estas fuerzas *ver diagrama anterior+ se obtiene una resultante. &ara que un coloide flocule es necesario que las partculas se encuentren a una distancia menor a la distancia a partir de la cual, la interacción de fuerzas resulta en atracción.
Los coloides se apro!imarán a esta distancia cuando el potencial electrostático se disminuya hasta el punto denominado B punto isoeléctricoC *49+. Este punto podrá ser alcanzado de dos formas:
'eutralización de la carga electrostática/e puede lograr de dos maneras Cambio de las concentraciones de los iones que determinan el potencial del
–
coloide –
Adsorción de iones que posean carga opuesta a las que determinan el potencial del coloide. os coloides pueden adsorber: •
!ones o productos de "idrólisis simples como Al#$%&''
•
(ol)meros formados más tarde al continuar las reacciones del coagulante con el agua
)ompresión de la capa doble- con el incremento de concentración de electrolito se incorporan Bcontra ionesC en la capa doble, lo que reprime las fuerzas repulsivas. )abe aclarar que el proceso no altera el potencial electrostático del coloide, solo altera la forma de la c urva de fuerzas BCoulómbicas* aumentando la distancia a la que se encuentra el punto isoeléctrico.
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•
&KE'E 2K\?)%-
/e da cuando la adsorción de contraiones es debida fuerzas qumicas, provenientes de enlaces de hidrógeno, covalentes o iónicos. En este caso las moléculas quedan adheridas al coloide, en puntos fi=os de adsorción. El n6mero de puntos de adsorción de moléculas podrá aumentar en el coloide hasta producir un cambio de carga en el mismo, y su consecuente estabilización. Este mecanismo e!plica por qué la coagulación puede hacerse sin que se alcance el punto isoeléctrico en los coloides.
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E!iste un modelo matemático que permite predecir el comportamiento de la suspensión en función de la concentración de polmero. Le=os de pretender cuantificar el fenómeno se e!pone a continuación para poner en evidencia determinados comportamientos
: é :ó í ó :ó í ó :ú : ó á : ! ":#ó ! :ú $%&! ^- Jracción de sitios cubiertos en una superficie dada. $epende solo de *&o(&+, ya que los otros parámetros son incontrolables o dependen también de *&o(&+. &or lo que, la velocidad de floculación *(d'3dt+ es función de la concentración de polmeros, y consecuentemente de ^.
•
1A##?$% % ?')%#&%#A)?>'-
Este tipo de coagulación se produce cuando se agrega una concentración de coagulantes tan alta que e!cede el lmite de saturación de la solución por lo que produce una precipitación que BarrastraC las partculas suspendidas. 'o es en realidad una coagulación, pero es un método muy utilizado, dado que las cantidades aportadas de coagulantes e!ceden la cantidad de saturación *a los p y temperaturas de traba=o+ $?A7#AA/ $E )%A7KLA)?>'(K#1?E$A$- /i bien fueron diseXados para predecir las condiciones qumicas que gobernarán el proceso de coagulación, en este caso los citaremos a efectos de poner en evidencia el hecho de que se producirá coagulación por 'eutralización de cargas o 1arrido en función de las condiciones de Acidez3Alcalinidad de la solución y la concentración de coagulante.
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E!isten distintos diagramas, elaborados para distintos coagulantes y por distintos autores, pero todos llegan más o menos a las mismas conclusiones.
Este diagrama fue elaborado por Almirthara=h y ills para el /ulfato de Aluminio
FLOCULACIÓN #ecordemos que la floculación se mencionó durante el tema coagulación porque son dos procesos vinculados. &ero estrictamente la floculación es el fenómeno de Baglutinamiento de las partculas ya desestabilizadasC por medio del cual s e forma el BflocC.
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Este proceso se produce de dos formas –
–
%rtocinética- )on escala de turbulencias por encima de la micro escala de Tolmogoroff. Es decir que, se le induce a la solución, una determinada energa cinética. Esta puede ser provista por un =uego de paletas, por e=emplo. &ercinética- )on escala de turbulencias por deba=o de la micro escala de Tolmogoroff. Es decir que la agitación se produce por el mismo movimiento B1ro_nianoC de las partculas suspendidas.
)abe destacar que en las plantas se producen los dos procesos. Es decir la floculación es tanto %rtocinética como &ercinética. #E/K?E'$%Adsorción 2 neutra!i(ación COA/U.ACI0N1 desestabi!i(ación de !as part"cu!as
3uente 4u"mico Sobresaturación #barrido&
,.OCU.ACI0N1 a5!utinamiento de !as part"cu!as
Ortocin+tica 3ercin+tica
COAGULANTES/FLOCULANTES E!isten dos grupos•
•
&olielectrolitos, o ayudantes de coagulación. Las cadenas poliméricas ya se encuentran formadas. )oagulantes metálicos. Las cadenas poliméricas se forman una vez que el coagulante entra en solución.
&%L?ELE)#%L?%/- E!isten dos clases- naturales y sintéticos. •
•
'aturales- son sustancias que producidas por reacciones bioqumicas naturales de animales y plantas. En lneas generales, son utilizados por nativos de forma emprica para clarificar el agua. /intéticos- &roducidos por transformaciones qumicas de derivados del petróleo y el carbón. En la actualidad e!isten más de ;99 marcas comerciales de polielectrolitos sintéticos aprobados para uso en agua potable. $ebe tenerse la precaución de consultar el uso de cada uno de ellos en las autoridades sanitarias competentes en cada región, dado que la to!icidad de algunos de estos productos puede ser peligrosa.
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Ori5en
Se56n su car5a
Aniónicos *(+ &olmeros naturales
?ónicos )atiónicos *5+
&olmeros sintéticos
'o iónicos
%$% $E E&LE% $E &%L?ELE)#%L?%//i consideramos las definiciones dadas de coagulación y floculación, podremos distinguir tres formas de uso de estos productos *polielectrolitos+•
)omo coagulante
•
)omo ayudante de coagulación
•
)omo ayudante de floculación
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SEDIMENTACIÓN REMOCIÓN DE PARTÍCULAS Kna vez floculadas las partculas, se pueden tomar dos caminos-
-
La sedimentación- proceso en el cual las partculas son removidas del flu=o lquido por un proceso de segregación fsico, relacionado con la di ferencia de densidades de las partculas y del fluido, y la acción gravitacional. La filtración- proceso por el cual las partculas floculadas son retenidas en mallas que interceptan el flu=o, cuyas aberturas son inferiores a las de las partculas que se desean retener.
Lo com6n es tratar los dos procesos como complementarios, dándole mayor importancia a uno u otro en función de una optimización ya sea de tiempo, recursos, espacio, etc.
TIPOS DE SEDIMENTACIÓN En función del tipo de partculas a remover e!isten diferentes modelos de procesos de clarificación del agua por sedimentación.
Tipo
Caracter"sticas de !as part"cu!as
Descripción de! proceso
E7emp!o
Sentido de '!u7o
;
&artculas discretas y aisladas, en soluciones diluidas
'o hay interacción entre partculas, ni entre partculas y el resto del fluido
$esarenadores
orizontal vertical inclinado
<
&artculas aglomerables en soluciones relativamente diluidas
Las partculas se aglomeran en otras de mayor tamaXo
/edimentadores de flocs
orizontal vertical inclinado
D
/oluciones de concentración intermedia
Las partculas interfieren entre s, adoptando posiciones estables
$ecantadores de flu=o ascendente
"ertical inclinado
H
/oluciones de alta concentración
/e forma una estructura entre partculas, que se modifica muy lentamente en el flu=o
)ompactación de depósitos de lodos
•
?&% ;- Las partculas tienen caractersticas floculentas mnimas en suspensiones diluidas. La sedimentación no es interferida y e s función solamente de las propiedades del fluido y de las caractersticas de las partculas *que se asumen discretas+
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•
•
•
?&% <- Es la sedimentación de suspensiones diluidas de partculas floculentas. Es necesaria la consideración de las propiedades floculentas. *por e=emplo, la sedimentación que le sigue a los procesos de coagulación y floculación+ ?&% D- /uspensiones de concentración intermedia de material floculento. 7racias a las fuerzas de interacción entre partculas, estas mantienen posiciones relativas estáticas, unas respecto de otras. Jormando as una matriz que es sostenida por el fluido. Esta matriz de partculas fi=as forma una capa de barros por deba=o de agua clarificada, por esto recibe también el nombre de clarificación o sedimentación zonal ?&% H- La concentración de material floculento es tal, que al entrar en contacto unas partculas con otras, forman partculas que de=an de ser sostenidas por la matriz, por lo que descienden y se compactan en el fondo del tanque.
$urante la operación de sedimentación, generalmente, interact6a más de un tipo de sedimentación.
DECANTACIÓN DE PARTÍCULAS AISLADAS EN UN FLUIDO EN REPOSO (MODELO DE PARTÍCULAS AISLADAS) ?ntervienen en el modelo de análisis, D fuerzas actuantes-
Juerza e!terna- el peso de la partcula y la acción de la gravedad, tienden a hacerla descender.
-
Juerza de empu=e- por el principio de Arqumedes, la partcula tiende a flotar. La fuerza ascendente es igual al peso del volumen de agua desalo=ado por la partcula.
-
Juerza de rozamiento- iende a detener la partcula, cualquiera sea su sentido de desplazamiento. /e debe al fenómeno de tensión de corte hidráulico generado sobre las paredes de la partcula. Esto se relaciona con la viscosidad del lquido.
Juerza e!terna-
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# ' ( #:!) Página 33
: :ó Empu=e hidrostático# ' * (+ , # ' --. ( ( #:/0 1á 2: 23 : í *: í! +:+ í 45 Juerza por rozamiento- # ' ( (2 ( 6 #:!) ) :! :ó í 7: í 6 7 :í é í 8 6 9( 3 / í !é , ' 3 :á í El coeficiente de arrastre B)dC se relaciona con el '6mero de #eynolds B'rC, y la forma de la partcula. En estos gráficos se puede visualizar una marcada diferencia entre si el comportamiento del fluido es de tipo laminar o turbulento. ` esto aplica a todas las f ormas de partculas.
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Es com6n en la práctica utilizar tablas de valores de B)dC para partculas esféricas, modificando el diámetro de la partcula con un coeficiente que dependerá de su forma.
; ' < (= ; :á > <:! ! = :á í )onceptualmente, a mayor distorsión, menor diámetro equivalente. Descripción de !a 'orma de !os 5ranos
8
Esféricos
;.99
#edondeados
9.ZP
$esgastados
9.ZH
Agudos
9.P;
Angulares
9.FP
riturados
9.F9
SEDIMENTACIÓN CONVENCIONAL. MODELO DE HAZEN Y CAMP Este modelo teórico describe y permite comprender, el funcionamiento de un sedimentador. Las hipótesis son las siguientes-
Este modelo es un sedimentador de ipo ;, por lo que las partculas se suponen discretas y aisladas.
-
La distribución de partculas en el ingreso es uniforme
-
En la zona de sedimentación las partculas quedan retenidas
-
La velocidad del flu=o es uniforme en toda la zona de sedimentación
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La diferencia entre los distintos régimen de funcionamiento, se basa en la relación que e!ite entre cocientes- "f3"s y L3. $onde( "f- "elocidad del flu=o lquido ( "s- "elocidad de sedimentación de la partcula ( L- Longitud de la zona de sedimentación ( - &rofundidad de la zona de sedimentación -
#W7?E' /K&E#)#\?)%- no todas las partculas sedimentan. /e puede deber a alta velocidad del flu=o, o a corta longitud del sedimentador.
-
#W7?E' /K1)#\?)%- Las partculas terminan de sedimentar antes de recorrer todo el tanque. Las causas son las inversas a la condición anterior.
-
#W7?E' )#\?)%- la velocidad del flu=o y la profundidad están perfectamente con=ugadas a efecto de que las partculas sedimenten al ;99S, en toda la longitud del tanque. /e diseXa en esta condición.
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Esto se relaciona con el hecho de que el modelo matemático para analizar esto es una seme=anza de triángulos. )omo se muestra a continuación.
El punto de partida del diseXo es-
+? ' A +@ B
+? ' DC(B , C: +@ ' +? BA ' DC(A ' C :á ! > C+ ú B) E C FGHIG JKLMHNOFOGP El '6mero de azen es la Eficiencia del sedimentador. /i el '6mero de azen es; el sedimentador es de régimen crtico [Escribir texto]
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U; el sedimentador es de régimen supercrtico G; el sedimentador es de régimen subcrtico Este modelo recibe también el nombre de Banque idealC porque no considera una serie de fenómenos, que en la realidad influyen sobre el comportamiento del sedimentador.
Diverge!i"# e$re e% Se&i'e$"&(r i&e"% &e )"*e C"'+ , %" re"%i&"&Tipo de inter'erencia
Causa
3roduce
)orrientes térmicas
)orrientes de fondo *flu=o vertical+
)orrientes de densidad
7iros de la masa de agua *flu=o vertical+
"iento que impulsa la masa superficial
$esvos del flu=o superficial
Alteraciones hidráulicas en la entrada
Jlu=os transversales en el tanque
%bstrucciones en la zona de decantación
urbulencias que levantan el floc
Alteraciones de salida
/ucción de partculas
)orrientes de densidad
)orrientes eólicas
)orrientes cinéticas
TIPOS DE SEDIMENTADORES E!isten distintos tipos de sedimentadores, una primer clasificación podra hacerse e n función de la carga superficial de diseXo *lo que definimos anteriormente como "s+.
: á ! > C FGHIG JKLMHNOFOGP +@ ' +? BA ' DC(A ' C Tipo de operación de !a p!anta
Carca super'icia! 9m:$m;$dia<
&recaria
<9(D9
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#azonable
D9(H9
1uena
D8(H8
E!celente c3ay. $e coagulación
H9(R9
&ara endoza se recomiendan valores entre <9 y H9 MmD3m<3daN *para sedimentadores longitudinales convencionales En función del modo de funcionamiento podemos mencionar entre otros, los siguientes tipos de sedimentadores. •
•
/E$?E'A$%#E/ )%'"E')?%'ALE/ –
L%'7?K$?'AL
–
%#?%'AL
/E$?E'A$%# $E JLK% "E#?)AL ` A'% $E L%$%/
E!isten otros tipos también como son los de Alta #ata, que a través de placas detienen el flu=o de partculas. &ero se utilizan en instalaciones de tipo industrial, y e!ceden el alcance de este traba=o.
SEDIMENTADORES CONVENCIONALES
DIAGRAMAS DE SEDIMENTADORES CON.ENCIONALES LONGITUDINAL0
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Al modelo anteriormente mostrado *gráfico de eora y &ráctica de la &urificación del Agua+ debe considerársele el fondo con forma de tolva, que es más apropiado para la recolección de lodos. Las pendientes recomendadas para las pendientes de fondo son-
&osiblemente también sea apropiado el diseXo del vertedero con vertederos de tipo triangular, para facilitar el aforo de caudales.
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DIAGRAMAS DE SEDIMENTADORES CON.ENCIONALES )ORIZONTAL0 1 23!i ("'ie$(-
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SEDIMENTADOR VERTICAL E!isten fundamentalmente dos tipos-
anto de lodos con suspensión hidráulica- las partculas quedan suspendidas de bido a la fuerza de arrastre hidráulico del flu=o ascendente de agua.
-
anto de lodos con suspensión mecánica- las partculas quedan suspendidas *una porción de ellas+ por acción de un sistema de agitación.
En ambos casos la mezcla, floculación y sedimentación se realiza en la misma unidad, es decir, es un proceso de clarificación del tipo < y D. &or otro lado, pueden o no tener vertederos superiores para el control del nivel del manto. ` pueden o no tener sistema de recirculación de lodos sedimentados. ,orma de mantener e! manto suspendido
Sistema de me(c!a de !odos
Sistema de contro! de a!tura de! manto
Tipo de '!u7o
idráulica
/in recirculación
)on vertedero de lodos
)onstante
/in vertedero de lodos
&ulsante
/in recirculación
)on vertedero de lodos
)onstante, con separación dinámica
)on recirculación
/in vertedero de lodos
)onstante con agitación simple
ecánica
?ndependientemente de la clasificación anterior, el principio que rige el funcionamiento de los sedimentadores verticales es el mismo. Las variaciones son tecnológicas y permiten una me=or adecuación del proceso a los recursos disponibles y necesidades del proyecto. El agua cruda que ingresa por la parte inferior debe atravesar un manto de lodos. En el mismo, las partculas quedan retenidas por floculación y coagulación, en primera instancia. /i bien el régimen hidráulico macro del equipo es laminar *por las ba=as velocidades+, se dice que en el manto de lodos el régimen es turbulento. Esto se relaciona con el hecho de que el agua debe pasar por los intersticios que de=an las partculas del manto de lodos. Esa colisión turbulenta entre el agua cruda y el manto de lodos es lo que permite la floculación.
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FILTRACIÓN El ob=etivo de la filtración, consiste en separar partculas y microorganismos ob=etables, que no fueron retenidos en las instancias de purificación previas *floculación, coagulación y sedimentación+. La filtración se identifica por la velocidad con que el agua atraviesa el manto de filtro. Esta se define como el caudal, dividido el área filtrante.
>Q ' !C C: !: ! ! >Q : !óRé Q S !óR TUV MECANISMO DE FILTRACIÓN Las partculas que el agua aun sedimentada contiene, pueden ser retenidas en un medio filtrante por una serie de mecanismos mecánicos, qumicos y electroqumicos. En una primera instancia podemos decir que e!isten dos etapas en la filtración de un agua, es decir, en el proceso de retención de partculas. -
&rimeramente, las partculas son transportadas dentro de los poros.
-
&or 6ltimo son adsorbidas por los granos del medio filtrante.
)abe destacar que estas instancias son complementarias una de otra, aunque muy distintas.
MECANISMO DE FILTRACIÓN (! "#$%&'#"!) El transporte de partculas, provee el conte!to para distintos procesos fsicos por medio de los cuales las partculas quedan retenidas en el medio filtrante
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Ceri&( - cuando la partcula es transportada en un lecho filtrante, quedara atrapada en un poro que sea menor a su tamaXo.
Se&i'e$"!i4 - al ser diferente la velocidad de agua en los distintos capilares del medio filtrante, se puede producir en algunos puntos *de ba=a velocidad+ la sedimentación.
I$er!e+!i4 - al llegar a un estrechamiento, las partculas que via=an con las lneas de corriente *que para flu=os laminares o de ba=a velocidad se cumple+ estas se ponen en contacto unas con otras y con las partculas del filtro que produ=eron el estrechamiento, quedando retenidas por las mismas.
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I'+"!$( ier!i"% - en los puntos en los que el flu=o es de mayor velocidad, las partculas debido a su masa adquieren inercia. Esta inercia le permite continuar su trayectoria e impactar contra un grano del lecho filtrante sin acompaXar la lnea de corriente.
A! !i4 5i &r( &i6 'i!" - al ser el agua un medio viscoso, en un flu=o laminar, una partcula podra tener velocidades distintas en sus e!tremos, lo que g enerara una componente de atracción hacia el grano del filtro. La componente se generara por el giro de la partcula, y la consecuente diferencia de presiones, que lleva a la partcula a zonas de más ba=a velocidad
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Di23#i4 - debido al movimiento bro_niano, e!iste una tendencia de las partculas pequeXas a difundirse desde las áreas de mayor concentración, a las de menor concentración. Esto permite la formación de depósitos de partculas pequeXas *arcillas por e=emplo+ en puntos del lecho filtrante donde la velocidad es prácticamente nula. Los distintos mecanismos fsicos de retención de partculas en un medio filtrante, interact6an todos en simultáneo.
Estos mecanismos al traba=ar en simultáneo, permitieron a algunos investigadores plantear el grado de incidencia de cada mecanismo, en función del diámetro de las partculas.
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MECANISMO DE FILTRACIÓN (A!#!%*+$) El hecho de que el contacto entre una partcula y un grano del filtro sea efectivo, es decir, que la partcula quede retenida, se relaciona con fe nómenos qumicos y electroqumicos en mayor medida que con los fenómenos mecánicos o de transporte mencionados anteriormente. Los efectos más importantes son-
Juerzas de "an der aals
-
Efectos electrostáticos
-
&uente qumico
Estos fenómenos se plantearon en las etapas de floculación y coagulación. /i bien la naturaleza de estos fenómenos es idéntica, e!istirán en el lecho filtrante condiciones particulares.
F3er*"# &e ." &er 7""%# - las lneas de corriente provocarán un acercamiento de las partculas a los granos del filtro, cuando esta apro!imación sea suficiente la partcula será atrada por el grano. Al ser la constante de "an der aals proporcional a la densidad, los flocs mas densos generarán adherencias de mayor intensidad.
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F3er*"# e%e!$r(#$6$i!"# - e!isten D modos de adherencia de las partculas a los granos del lecho filtrante relacionadas con las fuerzas electrostáticas-
Los granos son negativos, y las partculas, coagulos o flos son positivos.
-
Los granos son positivos, y las partculas, coagulos o flos son negativos.
-
Ambos son negativos, pero la acción hidrodinámica hace que se apro!imen lo suficiente para que las fuerzas de "an der aals puedan actuar, fi=ando las partculas al lecho filtrante.
P3e$e 839'i!( - con el mismo concepto que se e!plico en coagulación3floculación las partculas quedan retenidas en puntos de adsorción de cadenas poliméricas que se adsorben también al lecho filtrante. Este fenómeno se incrementa cuando las cadenas empiezan a enlazar granos del filtro entre s. aciendo las veces de una telaraXa termina por sumar más y más coloides.
FILTRACIÓN BIOLÓGICA: La carga biológica que trae el agua cruda se introduce en los granos del medio filtrante, haciendo que se forme una capa biológica en los primeros centmetros del filtro. Esta capa aumentará de tamaXo con el tiempo. Esta capa biológica *si las condiciones de temperatura y p lo permiten+ procesará la materia orgánica, bacterias y protozoarios *entre otros+ reduciéndola a través de reacciones de o!idación y reducción, obteniendo como productos finales-
Agua
-
$ió!ido de carbono
-
'itratos, sulfatos y fosfatos
Estos productos se descargarán con el efluente del proceso.
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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN E!isten distintos factores que afectan el comportamiento del proceso de filtración. -
$iámetro de partculas- son inversamente proporcionales a la eficiencia
-
"elocidad de filtración- es inversamente proporcional a la eficiencia
-
ipo de suspensión- una suspensión se caracteriza fundamentalmente a través de dos grupos de parámetros-
-
-
&arámetros fsicos- el volumen y densidad del floc inciden d e varias maneras con la rapidez que aumenta la pérdida de carga hidráulica en el filtro. La temperatura al descender aumenta la eficiencia del proceso &arámetros qumicos- el p y el potencial inciden de diversas maneras en el proceso de filtración *los que cambian el &.. son los granos del lecho de filtración, no los flocs independientemente del p+ A medida que el & se hace mas electronegativo, el p aumenta y la turbiedad disminuye, hasta alcanzar un punto a partir del cual el aumento de p conlleva una elevación en los niveles de turbiedad.
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TIPOS DE FILTROS E!isten distintos tipos de filtros que varan de acuerdo a configuraciones, velocidad de filtración, dirección del flu=o, énfasis que hace en algunas de las etapas o subprocesos durante el filtrado, entre otros. Los funcionamientos de estos distintos tipos de instalaciones son de cierta forma similares entre s.
*El detalle es de un filtro rápido convencional+ [Escribir texto]
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Las etapas o subprocesos fundamentales que lleva a cabo un filtro son dos- filtración y lavado. El final de la etapa de filtración se alcanza cuando la saturación de sólidos suspendidos es tal que genera una pérdida de carga que disminuye la tasa de filtración a valores que ya no son los apropiados.
odos los filtros deben de poder invertir el flu=o de agua para el lavado del lecho, dado que cada un determinado tiempo este se colmata. Entonces en un detalle de filtro deberán poder identificarse los siguientes flu=os-
Jlu=o de entrada de agua sedimentada al filtro
-
Jlu=o de salida de agua filtrada
-
Jlu=o de entrada de agua de lavado del filtro
-
Jlu=o de salida de agua de lavado del filtro
-
Jlu=o de salida para eliminar el primer agua filtrada. asta que entra en régimen el filtro, el agua que pasa por el mismo no cumple con la calidad esperada
$e acuerdo a la dirección del flu=o pueden presentarse tres tipos de configuraciones. Jlu=o descendente, ascendente y dual *como se muestra respectivamente en la siguiente imagen+. [Escribir texto]
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En coincidencia de que la clasificación de filtros más usual es respecto de la tasa de filtración, el siguiente cuadro resume las caractersticas más importantes.
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Las siguientes, son configuraciones usuales de filtros.
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El 6ltimo diagrama corresponde a un tanque de filtración presurizado, que es un sistema muy efectivo y utilizado en instalaciones barriales.
MEDIO FILTRANTE #especto del medio filtrante este puede ser-
omogéneo *igual en todo el filtro+
-
eterogéneo *en cuyo caso se presentan capas de distintos materiales y3o granulometras+
Los materiales filtrantes más utilizados son arenas y antracita, aunque también pueden utilizarse gravas, granate, ilmenita, magnetita e inclusive granos de poliestireno que es un polmero termoplástico de alta densidad *;,9H+. Las configuraciones más utilizadas para los distintos tipos de filtro *en función de la tasa de filtración+ se muestran en la imagen a continuación.
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DESINFECCIÓN CONCEPTO. DESINFECCIÓN EN ETAPAS PREVIAS. La desinfección es el proceso por el cual, los microorganismos patógenos *pero no sus esporas+ son destruidos. El ob=etivo final de este procedimiento es la prevención de la diseminación de enfermedades hdricas. En los procesos de mezcla, coagulación, floculación, sedimentación y filtración se remueven en gran medida estos organismos. /e pueden considerar inclusive, como procedimientos preparatorios para la desinfección, ya que-
$isminuyen la carga bacteriana del agua
-
acen más eficientes los métodos de desinfección
La remoción de microorganismos en las etapas previas en la potabilización, se deben a una similitud de tamaXos entre las partculas que se remueven y dichos microorganismos. &or esto es que es de esperarse que al progresar el aglutinamiento de las partculas tanto virus como bacterias, queden retenidas dentro de flocs y sedimenten o se retengan en etapas de filtración.
Esta remoción bacteriana, entonces, es proporcional a la remoción de turbiedad. /i la remoción de turbiedad es eficiente, se pueden esperar reducciones de carga bacteriana de hasta el ZF,FS.
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En las etapas de filtración, precedidas de etapas de coagulación, se remueve gran cantidad de microorganismos. &ero cuando el agua no cuenta con alg6n coagulante *como sulfato de aluminio+ esta efectividad se reduce hasta un <9S. &or esto es que en etapas de filtración que no son precedidas de etapas de coagulación3floculación, se sugiere incorporar antes de filtrar una dosis apropiada de dicho producto.
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&or otra parte, algunos investigadores encontraron que las partculas de arcilla adsorben virus con buena rapidez. )omo se vio anteriormente, la remoción de arcillas está ntimamente ligada a la remoción de turbidez. Esto refuerza el concepto anteriormente mencionado de que en los procesos previos a la desinfección, se remueve carga microorgánica en gran medida. )abe destacar que esta adsorción es reversible, por lo que el mane=o de estos lodos debe hacerse con un especial cuidado. El p tendrá una incidencia decisiva en el proceso de desinfección, dado que la e!posición de microorganismos a p elevado produce la destrucción de los mismos. Esta e!posición vara en p y duración hasta destruir el microorganismo. En lneas generales una e!posición a pG;; puede producir la inactividad del ZZ,ZS de microorganismos. La desinfección pretende la eliminación de microorganismos patógenos *que producen enfermedades+. Los principales se mencionan a continuación-
1acterias- +almonella, +"ingellas, Vibrio comma, -ersinia, E. Coli
-
&rotozoarios- Amoebas, iardia lamblia, Cr/ptospodidium
-
"irus- epatitis, &oliomelitis, otros
-
remátodos- +c"istosoma manzoni, 0racunculus 1edinensis, Ascaris
CONDICIONES DE UN DESINFECTANTE IDEAL Las condiciones que debe reunir un desinfectante ideal para poder ser utilizado en plantas de potabilización son las siguientes-
$ebe tener capacidad de destrucción de los microorganismos que sean necesarios
-
$ebe realizar esta labor en las condiciones de temperatura del lugar, y en un tiempo apropiado
-
'o debe hacer tó!ica el agua, ni saborizarla u odorizarla
-
$ebe ser de fácil obtención, barato, y de manipulación sencilla
-
La determinación de concentración en muestras debe ser simple, rápida y barata.
-
$ebe de=ar efecto residual. Esto es a efectos de proteger el agua que se encuentra en la red hasta que llega al consumidor.
La efectividad de un proceso de desinfección se mide por el porcenta=e de organismos muertos dentro de un tiempo, temperatura y p prefi=ados. Las esporas bacterianas son las más resistentes, por otro lado, las ba cterias vegetativas son las más sensibles a agentes desinfectantes y consecuentemente, fáciles de remover.
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VELOCIDAD DE DESINFECCIÓN )omo todo proceso, no se realiza de forma instantánea sino progresivamente. Al tratarse de una reacción de primer orden, el n6mero de organismos eliminados es proporcional a la cantidad de organismos remanentes. Este modelo se conoce como la Ley de )hic@
W E ' X( :ú : X: !ó UU?ntegrando encontramosGG
` ' W 8RYZY ([\]^ X _ _:
)omo se puede apreciar, esa ecuación que es la que describe el proceso de desinfección, ya plantea la imposibilidad de la remoción de la totalidad de microorganismos, dado que 'o nunca alcanzará el valor cero. &or esto es que se habla en términos de porcenta=es de remoción de microorganismos. &or otro lado, si bien la Ley de )hic@ permite e!plicar el fenómeno de desinfección, no lo hace más que de forma estimativa. Esto se debe a que en realidad, la desinfección, no es una reacción de primer orden, y por esto es que se pueden producir desviaciones. La ley de )hic@ tiene valor de referencia para la evaluación de procesos de desinfección. Esto es una representación gráfica, en escala semilogartmica de la Ley de )hic@.
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FACTORES QUE INCIDEN EN EL PROCESO DE DESINFECCIÓN RELACIÓN CONCENTRACIÓN TIEMPO El tiempo de contacto necesario para matar a un determinado n6mero de organismos viene dado por la e!presión de atson-
' Xa X: !ó :ó ! :! > b ! !Rc ! dó TEMPERATURA )uanto más caliente este el agua, más eficiente y rápido será el proceso de desinfección. Esto se cuantifica a través de BTC
X ' X6_Se f ghij6_ X: !ó kl ' k X6_: !ó 8Zl k: l g:! > ZRZmW ZRZn POTENCIAL HIDRÓGENO ('H) /i bien los microorganismos son sensibles a la acidez3alcalinidad del agua, también lo es la eficiencia del desinfectante. &or esto es que los desinfectantes tienen rangos de p donde su eficiencia es má!ima, e!cedidos dichos rangos la eficiencia empieza a decaer. Este decaimiento será progresivo a medida que nos ale=amos del rango de traba=o especificado del desinfectante.
N,MERO Y TIPO DE ORGANISMOS La concentración y tiempo de e!posición para matar una determinada cantidad de microorganismos es la misma que para una cantidad mayor o menor. )omo se menciono anteriormente, el punto pasa por porcenta=es de reducción. Esto es, que si la carga microorgánica es mayor o menor no importa, a igualdad de e!posición *en tiempo, concentración y condición+ al agente desinfectante, la tasa de mortalidad en proporción es la misma. El tipo de microorganismo si influye. )omo se mencionó anteriormente, algunos son más sensibles al agente desinfectante y otros más re sistentes al mismo.
MODOS DE DESINFECCIÓN DEL AGUA E!isten dos formas de clasificar las acciones que llevan a la desinfección del agua. &rimeramente se puede plantear la clasificación en función de la génesis del método, esto nos permite clasificar los procesos en 'aturales o Artificiales.
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)omo muchos de los procesos naturales son utilizados por el hombre para desinfectar el agua, es que esta clasificación se vuelve vidriosa. &or e=emplo, la luz solar produce una tasa de mortalidad de microorganismos en el agua, el hombre por su parte, diseXa un sistema a través del cual hace pasar una lámina de agua de una pileta a efectos de estimular su desinfección. Kn modo más cómodo de clasificar los agentes desinfectantes es discriminándolos por las caractersticas del proceso en s, en Agentes Jsicos y 2umicos.
Age$e# F9 #i!(# -
-
#ayos ultravioleta- las ondas bactericidas se e!tienden entre los <999 y los
Age$e# 839'i! (# -
E!isten varios desinfectantes qumicos- `odo, %zono, )loro, 1romo, entre algunos otros. El más utilizado es el )loro, aunque el %zono es un competidor directo por varias razones *como ser- costo y eficiencia c omo desinfectante+.
CLORACIÓN El cloro es el más ampliamente utilizado desinfectante. #e6ne todas las condiciones mencionadas anteriormente con algunas desventa=as pun tuales-
-
-
Es corrosivo en concentraciones elevadas. En las plantas de tratamiento se debe tener especial cuidado durante la etapa de cloración. /aboriza ligeramente el agua. En s no es una desventa=a ya que en algunos pases esto se considera como garanta de que en efecto se está consumiendo agua desinfectada. Jorma como subproducto rihalometanos M)DN. El trihalometano formado por el cloro es el cloroformo M))lDN, que al ser cancergeno en roedores, comprende un potencial riesgo para la salud. La formación de estos compuestos se debe a la cloración de materia orgánica, fundamentalmente a la cloración de sustancias h6micas. La me=or forma de controlar los subproductos de la cloración es eliminar las sustancias orgánicas precursoras, cuyo origen es generalmente natural *%../.+. El )ódigo Alimentario Argentino limita el contenido de en el agua potable ;99 ]g3l. Aunque la %../. limita este valor a D99 ]g3l.
-
Jormación de ácidos haloacéticos. Es otro subproducto de la cloración, de gran interés debido a sus efectos nocivos sobre el sistema nervioso central y el hgado, además de haberse probado que es cancergeno en animales, lo que le confiere un
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delicado nivel de peligrosidad. La %/ limita el contenido de ácidos cloroacéticos a v alor de referencia provisional de 89 ]g3l. La reglamentación de dicha institución entiende que es imposible el proceso de cloración con contenidos de ácidos cloroacéticos menores a H9 ]g3l. El )AA no hace referencia a estas sustancias.
RESIDUALES El cloro en cualquiera de sus formas, reacciona con el agua de la siguiente forma-
6 f B6 ' B f Bo f j En función del p de la solución, el ácido hipocloroso *%)l+ se disocia de la siguiente manera.
Las especies %)l y %)l( *ácido hipocloroso y ion hipoclorito, respectivamente+ son lo que se denomina los B#E/?$KALE/ $E )L%#% L?1#EC o B)L%#% L?1#E $?/&%'?1LEC. El ácido hipocloroso es ;99 veces más efectivo como desinfectante que el ion hipoclorito, por lo que la desinfección con cloro más eficiente, se lleva a cabo con p ba=o *medio ácido+. En presencia de amoniaco *'D+, el %)l reacciona formando BcloraminasC. -
onocloramina
-
$icloramina
-
ricloramina
Estos compuestos se los denomina como B)L%#% )%1?'A$% $?/&%'?1LEC o B#E/?$KAL $E )L%#% )%1?'A$%C. Los residuales de cloro combinado son compuestos más estables que los residuales libres, pero tienen menos poder desinfectante.
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C!asi'icación
Residua!
E'ecti=idad re!ati=a
#esidual libre
Qcido hipocloroso
;
?on hipoclorito
;3;99
ricloramina
G;3P9
$icloramina
;3P9
onocloramina
;3;89
#esidual combinado
DEMANDA DE CLORO
C3rv" &e &e'"&" &e !%(r(/e puede construir una gráfica que represente la dosis de cloro aplicada contra los residuales. Las proporciones varan de un agua a otro, inclusive variarán en el mismo agua de determinadas condiciones *temperatura y p+ a otras. /i bien se sugieren valores en la siguiente imagen, la citamos a efectos de presentar los distintos subprocesos que se llevan a cabo durante la cloración del agua. JA/E ?- El cloro reacciona con los agentes reductores del agua. 'o se forman compuestos de cloro residual. JA/E ??- El cloro aXadido reacciona con el amoniaco presente, formando cloraminas. El incremento de residual de cloro, representa la formación de estos compuestos. JA/E ???- )uando el cloro reaccionó con todo el amoniaco presente, comienza el proceso de o!idación de las cloraminas. Este proceso de o!idación de cloraminas es lo que reduce el residual, y hace descender la curva. JA/E ?"- Kna vez o!idadas todas las cloraminas, se alcanza el B&unto de quiebreC o Bbrea2 point*, a partir del cual el cloro aXadido se transforma en residual libre. En todas las etapas coe!isten todos los tipos de compuestos *organoclorados, residuales libres y residuales combinados+. Lo que se enfatiza en las etapas mencionadas, es cómo van prevaleciendo unas sobre otras sustancias en las distintas etapas.
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/e puede definir la demanda de cloro de un agua, como la diferencia entre la dosis de cloro aplicada y el contenido de cloro residual luego de un determinado tiempo de contacto.
d ' d W Re"!!i(e# &e &e'"&" &e !%(r(E!isten distintos factores que alteran la demanda de cloro de un determinado tipo de agua. •
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Luz solar- Las soluciones de cloro son inestables en presencia de luz solar, de ah el mayor consumo de aguas e!puestas a la luz, como ser en piletas. /ustancias inorgánicas- al combinarse con sulfuros, amoniaco, iones de hierro y manganeso, entre otros, una porción de la dosis de cloro conferida al agua se pierde en procesos de o!idación de dichas sustancias. 'itrógeno orgánico- el cloro reacciona de igual manera que con el amoniaco *nitrógeno inorgánico+.
CONTROL DE CLORACIÓN /i bien no se puede establecer dosis para cualquier tipo de agua, en forma generalizada, e!isten algunos lineamientos e!tendidos por distintos autores y organizaciones. El servicio de salud p6blica estadounidense elaboró una tabla con las recomendaciones de concentración de cloro residual libre.
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%tro muy utilizado el &#%$K)% ). Es el producto de la concentración residual de desinfectante por el tiempo de contacto. La Agencia de &rotección Ambiental estadounidense, e!tendió tablas para distintas temperaturas y p, en las cuales se da la concentración de cloro libre y el producto ) para una remoción de ZZ,ZZS de virus y ZZ,ZS de quistes de 7iardia.
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)omo e=emplo/i tenemos•
)#L- ;,R mg3l
•
p- P
k ' k k: k:R :ó
) Mmg3lN ) Mmin . mg3lN MminN El tiempo de contacto necesario para lograr las metas de virus y quistes para las que fue realizada la tabla, con una temperatura de ;8 :), es- >;?@ minutos
)omo pudimos ver en el e=emplo anterior, debemos determinar primero la concentración de residual de cloro libre. Kno de los métodos más utilizados por su simpleza y rapidez es el método %A *%rtotolidina Arseninto+. El principio del método es el hecho de que los residuales de cloro libre reacciona instantáneamente con la ortotolidina, formando un compuesto que tiXe el agua de color amarillo, y por comparación colorimétrica, permite conocer la concentración de residual libre de cloro en el agua. La ortotolidina es un compuesto aromático o!idable en solución ácida por el cloro, las cloraminas y otros o!idantes. Esta o!idación produce un comple=o de color amarillo que a pU;,P es proporcional a la cantidad de o!idantes.
OTROS DESINFECTANTES QUÍMICOS. YODO- la acción bactericida es similar a la del cloro, pero las dosis para lograr las mismas tasas de mortalidad son superiores. La efectividad de e ste producto como viricida es casi nula.
BROMO- las caractersticas desinfectantes son muy similares a las del cloro, pero su precio y escases lo hacen inaplicable.
PLATA- el alto costo inhabilita su utilización a gran escala, aunque si e!isten en el mercado equipos de filtración y desinfección domésticos que lo utilizan.
LUZ ULTRAVIOLETA- si bien es un eficiente desinfectante de agua, no produce residuales de ning6n tipo. &or otro lado para desinfectar agua, deb e hacerse pasar una pelcula muy pequeXa de agua lo cual es poco práctico.
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OZONO- como se di=o anteriormente, es un potencial competidor. Los inconvenientes asociados a la utilización del ozono son- no tiene efecto residual y la producción de ozono tiene un elevado costo energético. En Qmsterdam se utiliza en una planta como pre tratamiento de la cloración, ya que su poder o!idante confiere al agua e!celentes cualidades para ser sometida al proceso de cloración, el cual le conferirá protección a todo el sistema de distribución.
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ÓSMOSIS INVERSA DESCRIPCIÓN DEL PROCESO E!isten membranas capaces de convertir casi cualquier tipo de agua en agua pura. &or agua pura entiéndase agua BdestiladaC. Este tipo de proceso se basa en el principio de ósmosis que veremos a continuación. )abe destacar que este tipo de tratamiento reemplaza a muchos subprocesos del proceso de potabilización BconvencionalC que es el que hasta ahora hemos descripto. &ero no quita que sea de fundamental importancia un pretratamiento para el proceso de purificación por ósmosis inversa *#%, por sus siglas en ingles, reverse osmosis+
La >smosis es un fenómeno muy com6n en la naturaleza. anto el organismo de los animales y plantas como el propio cuerpo humano se sirven de la >smosis para realizar una gran cantidad de procesos. )uando dos fluidos de distinta densidad se encuentra separados por una membrana semipermeable e!iste una diferencian de presión entre ambos, y el fluido menos denso tiene a pasar a través de la membrana hasta equilibrar dicha presión. Este es el fenómeno conocido como >smosis. En la industria, esa tendencia natural se fuerza a actuar en sentido inverso en lo que lo hara la naturaleza. Este hecho es el que da el nombre al sistema que al llamamos >smosis ?nversa.
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MEMBRANA DE ÓSMOSIS INVERSA Es una membrana que tiene un área microporosa que rechaza las impurezas y que no impide el paso del agua *pero los gases pasan a través+. La ósmosis inversa es una tecnologa de rechazo en porcenta=e. La pureza del agua producida depende de la pureza del agua cruda.
AGUA RECHAZADA Kn gran porcenta=e *89(Z9S+ del agua de alimentación no pasa por la membrana pero corre del otro lado, limpiando el agua continuamente y trayendo los sólidos inorgánicos y orgánicos para drenarlos. Esa agua se llama agua rechazada.
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SISTEMA TÍPICO DE ÓSMOSIS INVERSA
Esencialmente todas las fuentes de agua donde se usan sistemas de membranas de #% deben someterse a ciertos niveles de pretratamiento el cual b usca preservar la integridad de las membranas, ma!imizando su eficiencia y durabilidad. Los procesos de pretratamiento usualmente involucran la adición de ácidos, inhibidores de incrustación, o ambos, para prevenir la precipitación de sales poco solubles, seguido de una etapa de filtración para prevenir la obstrucción por p artculas. El postratamiento puede incluir muchas unidades tpicas de un sistema convencional de tratamiento de agua potable, tales como aireación, desgasificación, a=uste de p, adición de qumicos contra la corrosión, fluorización, y desinfección.
OBSTRUCCIÓN La obstrucción de membranas es un resultado de la deposición de sólidos suspendidos, orgánicos y microbios en la superficie de la membrana, tpicamente en el lado de abastecimiento *lado concentrado+. Las causas de obstrucción de una membrana #o son•
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$eposito de cieno *limo+ u otros sólidos suspendidos que han sido inadecuadamente removidos por el pre(tratamiento ?ncrustaciones inorgánicas causadas por la precipitación de sales poco solubles o slice. %bstrucciones bilógicas causadas por el e!cesivo crecimiento microbiano. La bio( obstrucción ha sido considerado uno de los problemas más se rios en la operación de las plantas de #o *especialmente desalinizadoras de agua de mar+. El método usual
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para prevenirlo es la dosificación continua de cloro en la toma de agua. /in embargo, esto crea un nuevo problema por la poca3nula tolerancia de las membranas de #% al cloro. •
?nteracción de orgánicos con la membrana *obstrucción qumica+. La obstrucción qumica es causada por la adsorción de materiales orgánicos.
INCRUSTACIÓN La incrustación de una membrana #% es el resultado de la precipitación de sales saturadas sobre la superficie de la membrana. Kna membrana incrustada presenta problemas de desempeXo- presión de operación más alta de lo normal *para compensar el menor flu=o de la membrana a presión constante+ y un menor rechazo de sales de lo esperado.
MATERIALES DE MEMBRANAS Los materiales más comunes son el acetato de celulosa *y sus derivados+ y las poliamidas aromáticas. A continuación se muestra un cuadro comparativo de los dos tipos de membrana predominantes para procesos de ósmosis inversa. Las caractersticas e!presadas pueden variar de un fabricante a otro.
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MÓDULOS DE MEMBRANA Las formas básicas de los módulos de membrana son-
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PLACA Y MARCO
TUBULAR
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ESPIRAL- Los módulos en espiral son los más comunes hoy en da en #%.
MANTENIMIENTO El desempeXo de la membrana tiende a deteriorarse con el tiempo debido a una combinación de degaste del material y a la obstrucción irreversible de los elementos de la membrana. picamente los elementos de la membrana deben ser reemplazados cada 8(F aXos para mantener su desempeXo en términos de calidad del agua y consumo de potencia para la separación de sales.
PLANTA DE TRATAMIENTO POR ÓSMOSIS INVERSA LA UNTA/0 MALARG1E0 MENDOZA. La obra constó de provisión, instalación, puesta en m archa, seguimiento y mantenimiento de un equipo de %smosis ?nversa para una producción de 8999 lt3hr, una recuperación igual o superior al R9S. Automatizado y con membranas acordes para obtener un a calidad de agua aceptada por el código alimentario argentino.
P"r6'e$r(# &e %" i#$"%"!i4 tem
Concepto
Ba!or Unidad
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2 &ermeado
8,99
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2 #echazo
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)audal de Alimentación
8F,99 mD3h
99H
&orcenta=e de R9,99 S #ecuperación
998
ensión
<<9
"
99R
)onsumo
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emperatura <9(H8 :) del <% a tratar
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I#$"%"!i4
/istema de prefiltración- mediante < cartuchos de polipropileno compactado insertos en < carcasas plásticas de H,8 ! <9, con acometida de ;. Las membranas que se colocaron son las de tipo K1KLA# *como se puede ver en las imágenes+ aunque en el pliego de licitación se especificaron de tipo E/&?#AL.
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