SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUA NO CONVENCIONALES
PRESENTADO POR: DE ORO AGUADO LUÍS ALFONSO DORIA LÓPEZ YESENIA TORRES AGÁMEZ ANTONIO JOSÉ VI SEMESTRE
PRESENTADO A: JHON JAIRO FERIA DÍAZ MCs. CIENCIAS AMBIENTALES
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL MONTERÍA 2012
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TABLA DE CONTENIDO
.......................................................................... ................................................... ............................4 INTRODUCCIÓN ................................................. OBJETIVOS ................................................ .......................................................................... .................................................... ................................... .........5 OBJETIVO GENERAL .................................................. ............................................................................ ........................................... .................5 OBJETIVO ESPECIFICOS ................................................... ............................................................................. ................................... ......... 5 1. SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUA NO CONVENCIONALES ................ 6 1.1 SISTEMAS CONVENCIONALES ................................................ ...................................................................... ......................6 1.1.1 Pretratamiento ................................................. ........................................................................... ....................................... .............7 1.1.2 Tratamiento .................................................. ............................................................................ ........................................... .................7 1.2 SISTEMAS NO CONVENCIONALES .......................................... ................................................................ ......................8 1.2.1 Plantas compactas de potabilización ................................................... .....................................................8 1.2.2. Sistemas de potabilización por ósmosis inversa .................................. ..................................11 1.2.3. Desinfección por radiación ultra violeta................................................ ................................................13 2. CONCLUSION ...................................................................... ............................................................................................... ............................. .... 17 BIBLIOGRAFIA ................................................ ......................................................................... ................................................... ............................. ... 19
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TABLA DE FIGURAS Figura 1. Planta de tratamiento de agua convencional ........................................ 8 Figura 2. Planta compacta en el municipio El Paraíso (Departamento de la Guajira) ................................................................................................................... 9
Figura 3. Planta compacta Likuid-URA ................................................................ 10 Figura 4. Proceso de separación de compuestos orgánicos e inorgánicos por ósmosis inversa .................................................................................................... 12
Figura 5. Planta de potabilización “La desaladora de Ashkelon” Israel ................13 Figura 6. Sistemas cerrados de contacto de lámparas UV .................................. 15 Figura 7. Planta compacta-portátil potabilizadora de agua ................................... 16
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INTRODUCCIÓN En el presente trabajo, se discutirá sobre los principales sistemas no convencionales implementados para la potabilización de agua, esencialmente sobre las plantas compactas, los sistemas de membrana por osmosis inversa y la desinfección por luz ultravioleta. De las plantas compactas se hablará sobre las ventajas que representan para las comunidades aisladas el uso de este sistema para la potabilización de agua, teniendo en cuenta los diversos factores limitantes comunes en estas regiones, en los que se mencionará además los procesos unitarios utilizados para la obtención de un agua potable de acuerdo a los requisitos establecidos en la norma. En los sistemas de membrana de osmosis inversa, se abordará las etapas de evolución que ha tenido este sistema, a través de las modificaciones de las configuraciones y el mejoramiento de los materiales utilizados como membranas de filtración. En países como Israel y España que cuentan con poca disponibilidad de agua dulce, estos tipos de sistemas son den gran importancia y utilidad para la potabilización, gracias a que puede retener minerales disueltos como las sales que predominan en los cuerpos de agua de dichas regiones. Y por último se abarcará los sistemas no convencionales que utilizan luz ultravioleta como método desinfectante para la eliminación de agentes patógenos presente en las fuentes de agua naturales, describiendo sus ventajas y desventajas.
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OBJETIVOS Objetivo general Identificar los principales sistemas de tratamiento de agua no convencionales
Objetivo específico
Diferenciar los sistemas de tratamiento de agua convencionales de los no convencionales.
Mencionar las etapas de funcionamiento que presentan los sistemas de tratamiento de agua no convencionales: plantas compactas, sistemas de ósmosis inversa y desinfección por radiación ultravioleta
Indicar las ventajas que representa el uso de los sistemas de tratamiento de agua no convencionales: plantas compactas, sistemas de ósmosis inversa y desinfección por radiación ultravioleta, teniendo en cuenta las distintas limitaciones que presentan las poblaciones.
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1. SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUA NO CONVENCIONALES La salud humana depende no solo de la cantidad de agua suministrada, sino de su calidad: según la OMS (1979) “casi la cuarta parte de las camas disponibles en los
hospitales del mundo están ocupadas por enfermos cuyas dolencias se deben a la insalubridad del agua”.
Teniendo en cuenta lo anterior, los sistemas de tratamiento de agua no convencionales, considerado así por su uso poco común, representan una herramienta oportuna para países que requieren de mejores y/o mayores operaciones con el objeto de obtener un agua potable que cumpla con los distintos parámetros de calidad establecidos en la normatividad de cada país. Las condiciones de calidad del agua cruda destinada para consumo humano y de disponibilidad en las que se puede encontrar este recurso, juega un papel de vital importancia a la hora de determinar las operaciones necesaria para hacerla apta para el consumo de las personas y además de otros factores, como los sociales, técnicos y económicos que al igual tienen cierta incidencia para la implementación de los procesos. Si bien es cierto, los sistemas convencionales y no convencionales presentan el mismo principio de funcionamiento en sus procesos, la diferencia gira en torno a las variaciones del comportamiento que exhiben las características de las unidades y la forma como operan (Vargas, 2005). Para poder diferenciar los sistemas entre si, a continuación se presentan algunas especificaciones de las plantas de potabilización de aguas convencionales y no convencionales:
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1.1 Sistemas convencionales: Corresponden a esta clasificación sistemas de tratamiento de agua normalmente muy antiguos que se han venido utilizando a principio del XX (1910-1920), caracterizándose por la gran extensión que ocupaban sus unidades
[1].
Los sistemas convencionales, llamados así por su amplio uso en muchos países constan de las siguientes etapas generalmente:
1.1.1 Pretratamiento:
Desarenadores.
Presedimentadores o embalses.
1.1.2 Tratamiento:
Unidades de medición del caudal.
Mezcla rápida: generalmente no tienen este proceso o se ha agregado mezcla mecánica a partir de que los resultados de las investigaciones efectuadas indicaron su decisiva influencia en la eficiencia de todo el sistema de tratamiento.
Floculación hidráulica o mecánica.
Decantadores rectangulares de flujo horizontal.
Filtros de tasa constante sin mayor equipamiento.
Desinfección generalmente mediante cloración directa o al vacío
[1].
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Figura 1. Planta de tratamiento de agua convencional (Foto de Augusto A. Bernal, Aguas de México)
1.2 Sistemas no convencionales: Los sistemas no convencionales para la potabilización de agua, son el resultado de amplias y rigurosas investigaciones que se han llevado a cabo, en búsqueda de dar soluciones a situaciones excepcionales como la poca disponibilidad de agua, calidad del agua muy pésima para el consumo humano, colapsos de los sistemas de potabilización municipales por desastres naturales, entre otras; lo que obliga a desarrollar sistemas de tratamiento distintos a los que comúnmente se vienen aplicando en nuestras regiones. Estos tipos de sistemas se caracterizan por las que plantas de potabilización utilizan tecnología importada, de patente o plantas de paquete (Vargas, 2005). Dentro de este tipo de sistemas, podemos distinguir las siguientes plantas de potabilización:
1.2.1 Plantas compactas de potabilización:
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Éstas son plantas de potabilización preensambladas en fábrica, las cuales desarrollan todos los procesos necesarios hasta obtener agua potable apta para consumo humano. Como su nombre lo indican, cuenta con todas las fases de tratamiento en una sola unidad: coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección
[2].
Estas plantas satisfacen los requerimientos de agua en
pequeñas comunidades, donde otro tipo de tecnología resultaría excesivamente compleja y costosa, garantizando una buena calidad del agua de acuerdo a los parámetros establecidos por ley. Las ventajas de estas plantas son su flexibilidad y capacidad de adaptación a diferentes condiciones, en especial diseñadas para trabajos pesados a la intemperie, además de su sencillez operacional (sobre todo si existen condiciones para la opción con sistema informativo en computadora), su bajo consumo de reactivos y su relativo bajo costo
[2].
En la siguiente imagen se muestra una planta
compacta de potabilización de agua.
FIGURA 2. Planta compacta en el municipio El Paraíso Departamento de la Guajira (Foto de N&F de Colombia)
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Esta planta cuenta con la suma de procesos requeridos para el tratamiento y potabilización de aguas exigidos por las autoridades reguladoras. - Desbaste y captación - Floculación en línea - Decantación Ascendente - Filtración Rápida Descendente - Desinfección Por Cloro. Adicionalmente se le puede incorporar un modulo de esterilización UV para perfeccionar la calidad del agua resultante [3]. Existen plantas que tienen una mayor compactación, debido a que presentan una simplificación de la línea de tratamiento y a la vez garantizan una seguridad y fiabilidad sanitaria.
FIGURA 3. Planta compacta Likuid-URA (Foto de Likuid-URA) Esta planta tiene la capacidad de eliminar bacterias sin la utilización de agentes desinfectantes como el cloro, gracias al sistema de filtración (Tangencial/Crossflow)
[4].
Sin dudas esto representa una gran ventaja debido a que evita productos
secundarios como los trihalometanos que se pueden derivan de la mezcla entre compuestos de naturaleza orgánica y cloro, siendo estos cancerígenos para los animales [1].
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Por lo general este tipo de plantas son utilizadas en zonas residenciales alejadas del casco urbano, donde no es posible contar con un sistema de distribución de agua potable. Entre otras ventajas que presenta este sistema es su instalación. La instalación de éstas se puede realizar en cualquier lugar cercano a una fuente de agua y además puede trabajar completamente manteniendo flujos elevados con independencia de las condiciones de partida y de las variaciones existentes en la calidad del agua de aporte [4].
1.2.2 Sistemas de potabilización por ósmosis inversa En teoría la posibilidad de aplicar membranas de ósmosis inversa es conocida desde hace varias décadas, pero su aplicación práctica data desde los años 70, en los que comenzaron a investigarse materiales que alcanzaban buena permeabilidad y a la vez soportaban presiones elevadas
[5].
Es a partir de esa
época en que sus aplicaciones comerciales se orientaron a la potabilización de agua, en especial a tratar aguas salinas en los que por medio de sistemas convencionales resultaba muy costoso remover. Desde entonces la evolución de estos sistemas ha sido muy progresiva, partiendo desde las membranas de acetato de celulosa. Dicho material inicialmente exhibía muchos inconvenientes debido a que se deterioraba fácilmente por la poca resistencia a los ataques microbianos y a la presencia de cloro. Las nuevas configuraciones de estas membranas (plana, fibra, hueca, espiral) y la aparición de nuevos materiales sintéticos (poliamidas) a finales de los 90 permitieron ir resolviendo los problemas comunes a los que se encontraba este sistema. Esto ha que su utilización sea cada vez mas sencilla, mas confiables y por tanto mas difundida en regiones donde hay poca disponibilidad de agua dulce. El funcionamiento de este tipo de sistemas de tratamiento no convencional, básicamente está regido por “la separ ación de componentes orgánicos e
inorgánicos presentes en el agua, debido a la presión ejercida en una membrana
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semipermeable mayor a la presión osmótica de la solución. La presión conlleva al agua pura a través de la membrana semipermeable, dejando atrás los sólidos disueltos. El resultado es un flujo de agua pura, libre de minerales, coloides, partículas de materia y bacterias” (PNUMA, 2006).
Figura 4. Proceso de separación de compuestos orgánicos e inorgánicos por ósmosis inversa (Figura tomada de Sistemas de potabilización y purificación de agua, PNUMA). El material filtrante de la membrana tiene una multitud de poros sub-microscópicos en su superficie. El tamaño del poro de la membrana (0.0005 a 0.002 micrones) es mucho más pequeño que el de las aberturas de un filtro mecánico normal (1 a 25 micrones) con un diferencial de presión más grande para hacer que el agua pase por la membrana que el diferencial requerido por un material filtrante normal
[6].
Los sistemas de filtración con membrana de ósmosis inversa utilizados para la potabilización de agua, representa una alternativa viable para países en los que la disponibilidad de agua es demasiado restringida a causa de las escasas
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precipitaciones o por la falta de fuentes superficiales incapaces de suministrar el volumen necesario para suplir las demandas de dichas regiones. Es tan importante este tipo de tecnologías, que países como Israel han invertido grandes sumas de dinero para liderar el desarrollo de este tipo sistema de potabilización, ya que tan solo cuenta con el Mar de Galilea como fuente de agua dulce y pocos acuíferos; hoy en día éste país consume casi el 90% de agua potable provenientes de pozos subterráneos, pero muy salinizadas [7].
FIGURA 5. Planta de potabilización “La desaladora de Ashkelon” Israel (Foto tomada de J. Aguado, Universidad de Alcalá)
1.2.3 Desinfección por radiación UV La radiación UV aplicada para la desinfección del agua, puede decirse que comenzó a principios del siglo XX con el desarrollo de la lámpara de mercurio como fuente de luz ultravioleta, protegida por una envoltura de cuarzo. La primera unidad en plan experimental aplicada a la desinfección del agua, tuvo lugar en 1910 en Marsella [8 ] . Su aplicación era muy reducida , (el cloro era un gran rival)
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pero con la implantación de las primeras lámparas de descarga de gas , a principios de los años 40, las lámparas de mercurio de alta y baja presión y las mejoras en la envoltura de cuarzo, colaboraron a un mayor empleo en la desinfección del agua . A mediados de los años 50, en Suiza y Austria, se empezaban a aplicar de forma más o menos extensa a la desinfección. A partir de los 60 se extendió su uso tanto en Europa como en los Estados Unidos, en algunos casos combinando su empleo con cloro. La desinfección por radiación ultravioleta (UV) implementado en las plantas de potabilización de agua, es utilizada para la eliminación de agentes patógenos que comúnmente encontramos en las fuentes de agua naturales. Esta técnica funciona como un germicida, ya que anula la vida de las bacterias, gérmenes, virus, algas y esporas presentes en el agua, mediante la luz ultravioleta, los microorganismos no pueden proliferarse ya que destruyen el ADN y mueren al contacto con la luz, obteniéndose un producto libre de gérmenes vivos [6].
Los microorganismos son inactivados por luz UV como resultado del daño fotoquímico a sus ácidos nucleicos. La radiación UV es absorbida por nucleótidos, los bloques de construcción del DNA y RNA celulares en una manera dependiente de la longitud de onda con picos de cerca de 200 y 260 nm (Sonntag y Schuchmann, 1992). Se sabe que la luz ultravioleta destruye virus y bacterias, sin embargo, como en el caso del ozono, es necesario del uso posterior de cloro, para prevenir el recrecimiento de bacterias. La luz ultravioleta provee un método de operación y mantenimiento sencillo, es útil con tiempos cortos de contacto y no genera residuos tóxicos o subproductos [9].
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FIGURA 6. Sistemas cerrados de contacto de lámparas UV (Foto de Maria Leal, Instituto Mexicano de tecnología)
Entre sus principales limitaciones se encuentran su incapacidad de inactivar protozoarios, y su ineficiencia para tratar aguas turbias con sólidos suspendidos, color o materia orgánica soluble. En estos casos la radiación será absorbida por estas sustancias y la desinfección se verá seriamente limitada. La efectividad de la radiación ultravioleta con vías a desinfectar agua depende de la dosis absorbida por los organismos, en función de la intensidad de la lámpara utilizada y el tiempo de exposición. Si la dosis no es suficiente, el material genético puede verse dañado pero no destruido, lo que permitirá el recrecimiento bacteriano una vez que cese el tratamiento [10]. Es necesario resaltar que estas técnicas tienen poca importancia para las operaciones de tratamiento del agua en gran escala, pero representan gran interés para situaciones en que deban tratarse pequeños volúmenes de agua, como en la planta compacta-portátil potabilizadora de agua mostrada a continuación.
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FIGURA 7. Planta compacta-portátil potabilizadora de agua (Foto de N&F de Colombia) Este tipo de plantas diseñada en Colombia por la empresa Ingeniería en Agua, tienen la capacidad de producir de 1.000 a 10.0000 litros/hora de agua potable y cuentan con la suma de procesos de purificación requeridos por las normas internacionales (O.M.S) para manejo de aguas TIPO A1 y A2 (Max 100 NTU) [3].
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2. CONCLUSIONES La utilización de sistemas de tratamiento de agua no convencionales, representan oportunidades de vida para las poblaciones que presentan dificultades a la hora de conseguir agua que sea apta para el consumo humano. Sin lugar a duda esto puede acarrear mayores o menores costos en la implementación de los procesos que nos permitirán obtener agua de excelente calidad teniendo en cuenta los parámetros exigidos en la normatividad de cada país. A partir de lo anterior, nos permite precisar sobre situaciones como es el caso de Israel y España, que están utilizando a gran escala sistemas de tratamiento de agua por membranas de osmosis inversa, debido, a que la mayor disponibilidad de agua presenta altas concentraciones de sal, lo que permite ser viable económicamente éstos procesos. Aquí los sistemas de ósmosis inversa presentan grandes ventajas con respecto a los otros sistemas convencionales, ya que, se reduce al máximo la utilización de agentes químicos, se minimiza el uso de energía, y se logra una remoción de bacterias, parásitos, entre otros. Las plantas compactas, al tener todo el sistema integrado en una sola unidad, exhibe notables ventajas en lo que corresponde a movilidad, gasto de funcionamiento y accesibilidad. Estas tres cualidades hace que estos sistemas sean mas viables que los convencionales, es decir, su instalaciones se puede realizar en comunidades con pocos habitantes, reduciendo el gasto de inversión por parte de los entes territoriales. En la desinfección por radiación ultravioleta, se presenta una alternativa que permitirá reducir los productos secundarios como los trihalometanos, que se forman normalmente por la utilización de cloro como método químico
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desinfectante. Es de anotar que este proceso se trabaja en sistemas de tratamiento de agua que demandan poco caudal. En general los sistemas de tratamiento aquí mencionados como muchos otros no convencionales, son de gran ayuda a las poblaciones de los distintos países, en las que no son viables desde el punto de vista ambiental, económico y social la implementación de sistemas convencionales que comúnmente vemos en nuestros municipios.
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BIBLIOGRAFÍA [1] CANEPA de Vargas, L, Lidia. Tratamiento de agua para consumo humano, plantas de filtración rápida, Manual I: Teoría. CEPIS/OPS, 2004. Perú
[2] GUTIÉRREZ, M. Planta compacta potabilizadora de aguas superficiales con zeolita. Instituto superior técnico “José Antonio Echeverría” ,2010. Cuba.
Disponible en:
[3] SOTO, A. Plantas compactas potabilizadoras de agua. N&F de Colombia, 2012. Colombia. Disponible en:
[4] LIKUID. Plantas compactas de potabilización.[En línea][Citado: 20 octubre 2001]. Disponible en:
[5] GIRALDO, M. Ósmosis inversa, permeabilidad dinámica. ROMIN Ingeniería, 2008. Argentina. Disponible en:
[6] PNUMA. Sistemas de potabilización y purificación del agua lluvia. 2006, México. Disponible en: http://www.pnuma.org/recnat/esp/documentos
[7] AGUADO, J. Israel, un país con problemas y soluciones para el agua. Universidad de Alcalá, 2008. España.
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[8] WRIGHT,H, et al. Desinfección de agua por medio de luz ultravioleta. Trojan Tecnologies Inc. 2007. Canadá. Disponible en:
[9] LEAL, M. Tecnologías convencionales de tratamiento de agua y sus limitaciones. Instituto Mexicano de Tecnología, 2010. México. [10] EPA. Environmental pollution control alternatives: Drinking watertreatment for small communities, 1990. Estados Unidos
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