INTRODUCCIÓN A LA POTABILIZACIÓN DEL AGUA PARTE (I) · •Llamamos agua potable al agua que...

R E AL I Z AD O P O R :

I N G . J O S É D AN I E L V I Z C AR R A L L E R E N A

INTRODUCCIÓN A LA POTABILIZACIÓN DEL AGUA

PARTE (I)

Programa Especializado en Tratamiento

de Agua Potable

CONTENIDO

1. Introducción.

2. Ciclo hidrológico del agua.

3. Balance Hídrico.

4. Calidad del agua.

5. Composición de las aguas Naturales.

6. Tipos de aguas Naturales.

Introducción

¿QUÉ ES EL AGUA?

• El agua es una

necesidad fundamental

de la humanidad.

• Según Naciones Unidas

cada persona en la

tierra requiere al menos

20 a 50 litros de agua

potable limpia y segura

al día para beber,

cocinar y simplemente

mantenerse limpios.

El agua como Fin de

vida.

¿QUÉ ES EL AGUA?

El agua se encuentra en nuestro planeta enforma líquida, sólida y gaseosa. El total deagua en la Tierra se estima en unos 1.400millones de km3 , de los cuáles un 3% deltotal corresponde a agua dulce. Laprovisión global de agua en la Tierra(invariable desde hace miles de millones deaños) está sometida al denominado "CicloHidrológico" que consiste en una serie decambios de fase, de características físicas,químicas, y microbiológicas, e incluso, deemplazamiento físico (mares, nubes,glaciales, ríos, aguas subterráneas) cuyoúltimo efecto es la "renovación" periódicade la dotación de agua en las grandesacumulaciones de ésta del planeta:océanos, ríos y lagos, atmósfera y litosfera.El motor del "Ciclo Hidrológico" es laradiación solar recibida por la Tierra queprovoca la evaporación de agua desde lasuperficie libre de océanos y mares hasta laatmósfera.

¿QUÉ ES EL AGUA?

• El agua es una sustancia decapital importancia para lavida con excepcionalespropiedades consecuenciade su composición yestructura. Es una moléculasencilla formada por trespequeños átomos, uno deoxígeno y dos de hidrógeno,con enlaces polares quepermiten establecer puentesde hidrógeno entre moléculasadyacentes. Este enlace tieneuna gran importancia porqueconfiere al agua propiedadesque se corresponden conmayor masa molecular.

AGUA POTABLE

• Llamamos agua potable al aguaque podemos consumir o bebersin que exista peligro para nuestrasalud. El agua potable no debecontener sustancias omicroorganismos quepuedan provocar enfermedadeso perjudicar nuestra salud.

• Por eso, antes de que el aguallegue a nuestras casas, esnecesario que sea tratado enuna planta potabilizadora. Enestos lugares se limpia el agua y setrata hasta que está encondiciones adecuadas para elconsumo humano.

• Desde las plantas

potabilizadoras, el agua

es enviada hacia

nuestras casas a través

de una red de tuberías

que llamamos red de

abastecimiento o red

de distribución de agua.

ABASTECIMIENTO DE AGUA

• El abastecimiento de aguaen los centros laboralesreviste gran importancia parala vida, salud, la higiene delos trabajadores y losdiferentes procesosindustriales.

• El grado de pureza querequiere el agua dependedel uso al que sea destinado,ya sea para consumohumano, doméstico,Industrial, agrícola, recreativoy/o para la preservación deflora y fauna.

ABASTECIMIENTO DE AGUA

Para conseguir un sistema de abastecimiento eficaz, sonvarios los aspectos que habrán de considerarse.

• Adecuada Capacidad en la captación y transporte delsistema.

• Calidad de acuerdo a la correspondientereglamentación en los punto de suministro, ligada engran medida a la calidad de las fuentes y al proceso detratamiento aplicado.

• Integridad de la red que evite fugas y agua nocontabilizada.

• Adecuada gestión económico-administrativo, que endefinitiva, posibilitan el conseguir los puntos anteriores.

OBJETIVO PRINCIPAL DEL ABASTESIMIENTO DE AGUA

Lograr un agua potable que cumpliendo con los

requisitos legales mínimos de calidad exigidos,

satisfaga las necesidades de los consumidores tanto

en calidad como en cantidad en los diferentes

puntos del sistema y en toda época.

Ciclo Hidrológico del Agua

CICLO DEL AGUA

• El ciclo del agua y elbalance del agua globalson el modelo básicopara entender elfuncionamiento delsistema hídricoatmosférico movidobásicamente por laenergía solar, el cual esel enlace vital entre elocéano y el continente,mediante la circulacióny transformación delagua a través de laatmósfera, la hidrosfera,la litosfera y la biósfera.

CICLO DEL AGUA

• Se estima que el volumentotal de agua contenido enla hidrósfera es de 1386millones de Km3.

• De este volumen, el 96.5%se encuentra en losocéanos como aguasalada.

• el 3.5% restante como aguadulce proveniente delcontinente.

• De este último porcentajeel 69% se encuentra enforma sólida en losglaciares• el 30% como agua

subterránea

• 1% que conforma los ríos y loscuerpos de agua.

CICLO DEL AGUA

• El ciclo hidrológico está gobernado por procesosnaturales que ocurren de manera continua. El agua caesobre la superficie terrestre en forma líquida o solida(nieve, granizo, etc), parte de la cual puede serevaporada antes de tocar la superficie terrestre.

• Aquella fracción que alcanza la vegetación esparcialmente retenida por las hojas de las plantas(intercepción).

• De allí una parte es evaporada nuevamente hacia laatmósfera, en tanto que la fracción restante cae haciael suelo, donde puede infiltrarse o escurrir por lasladeras, siguiendo la dirección de las mayorespendientes del terreno.

Balance Hídrico

BALANCE HÍDRICO

• El balance hídrico se basa en la ley física universal deconservación de masas. Representa una de las herramientas demayor uso en la práctica hidrológica para el estudio de lavariación espacial y temporal de los elementos constitutivos delciclo hidrológico; expresa la igualdad existente entre los aportesde agua que entran por un lado en una unidad hidrogeográficadeterminada y la cantidad de agua que es evacuada por elotro, considerando además las variaciones internas en elalmacenamiento de humedad ocurridas durante el período detiempo determinado.

• Los balances hídricos, tanto globales como regionales y locales,permiten determinar la disponibilidad hídrica natural de las áreasen consideración y conocer el comportamiento de la oferta delagua, tanto superficial como subterránea, a través de estudiosde las diferentes fases del ciclo hidrológico.

BALANCE HÍDRICO

• La concentración y crecimiento de la demanda del agua

en zonas donde la oferta es limitada, la deforestación, el

aprovechamiento y el uso indiscriminado y no planificado

de los recursos naturales, alteran seriamente el ciclo

hidrológico y los componentes del balance hídrico y

modifican la disponibilidad del agua, tanto en términos de

cantidad como de calidad.

• La alteración de los procesos que incluyen la

sedimentación de los cauces y la agudización de los

periodos de sequía e inundación pueden causar efectos

catastróficos sobre las actividades humanas y

socioeconómicas.

Calidad del Agua

CALIDAD DEL AGUA

• La calidad de las aguas es unavariable descriptora fundamental delmedio hídrico, tanto desde el puntode vista de su caracterizaciónambiental, como desde laperspectiva de la planificación ygestión hidrológica, ya que delimitala aptitud del agua para mantenerlos ecosistemas y atender lasdiferentes demandas.

• La calidad de las aguas puede versemodificada tanto por causasnaturales como por factoresexternos. Cuando los factoresexternos que degradan la calidadnatural del agua son ajenos al ciclohidrológico, se habla decontaminación. La prevención,control y resolución de los problemasderivados de la contaminación delas aguas constituye uno de losobjetivos que deben plantearse encualquier política avanzada degestión de recursos hídricos.

CALIDAD DEL AGUA

• En esencia se realiza el tratamiento con el objeto fundamental demejorar la calidad física, química y bacteriológica del aguaproveniente de las obras de toma, a fin de entregarla al consumo,apta, inocua y aprovechable para el hombre, animales, agriculturae industrias y cuyo tratamiento debe incidir en los siguiente aspectosbásicos:

• Higiene: eliminar o reducir del agua las bacterias, protozoos, quistes, parásitosy en especial aquellos que son patológicos para el hombre. Reducir laexcesiva mineralización o materias orgánicas que pueden originar trastornosfisiológicos de diferente orden y agregar substancias que aminores o reducenel desarrollo de ciertos trastornos orgánicos propios de los consumidores.

• Estético: hay factores físicos característicos de las aguas tales como color, olor,turbiedad y sabor, que son los que mas impresiona al público consumidor, yaunque no constituyen un problema que afecte la salud pública, debenreducirse su concentración para que el público no las rechace.

• Económico: el efecto corrosivo o incrustante del agua hace que las cañeríastengan menor vida útil.

CONTAMINACIÓN DEL AGUA

COMPONENTES O IMPUREZAS A ELIMINAR EN EL AGUA POTABLE

Tipo de contaminante Operación Unitaria

Sólidos gruesos Desbaste

Partículas coloidales Coagulación-Floculación-

decantación

Sólidos en Suspensión Filtración

Materia Orgánica Afino con carbón activado

Amoniaco Cloración

Germenes Patógenos Desinfección

Metales no deseados Precipitación por Oxidación

Sólidos disueltos Osmosis Inversa.

PARÁMETROS DE CALIDAD Y NIVELES DE TRATAMIENTO

Grado de Tratamiento Composición del

tratamiento

Descripción

Tipo A1 Tratamiento físico

simple y desinfección

Filtración rápida +

desinfección

Tipo A2 Tratamiento Físico

Normal, tratamiento

químico, desinfección

Precloración +

Coagulación-

floculación-

decantación +

filtración +

desinfección

Tipo A3 Tratamiento Físico y

Químico Intensivo,

Afino, desinfección

Precloración +

coagulacion-

floculación-

decantación +

filtración + afino con

carbón activado +

desinfección

Composición de las Aguas

Naturales

COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS NATURALES

• La composición del agua natural depende de muchosfactores, tales como el tipo de agua (subterránea,marina, atmosférica), de su localización geográfica, dela estación del año que se considere, de la influenciaantropogénica, etc.

Composición de las aguas

naturales

Químicas Físicoquímicas

Se estudiaran

PRINCIPALES ESPECIES QUÍMICAS PRESENTES EN AGUAS NATURALES

Gases

• Los gases más abundantes son los provenientes de

la disolución de gases atmosféricos (CO2, N2 y O2

principalmente), los producidos por la actividad de

los seres vivos (CO2 y O2) y los originados por la

descomposición, aerobia o anaerobia, de los

mismos (CO2, CH4, H2S, N2).

PRINCIPALES ESPECIES QUÍMICAS PRESENTES EN AGUAS NATURALES

Sustancias inorgánicas

• Los iones que se presentan en mayor concentración provienen:

• De la disolución y meteorización de los materiales de la corteza terrestre, contándose entre los más abundantes los cationes Ca2+, Na+, Mg2+, K+, Fe2+, etc. (algunos de estos metales pueden estar en forma de especies complejas –compuestos de coordinación- con ligandos naturales orgánicos como ácidos húmicos, o inorgánicos como Cl-, OH-, etc.) y los aniones HCO3-, Cl-, SO42-, PO43-, F-, NO3-.

• De iones presentes en el agua de lluvia, como el H3O+ y el HCO3-.

• De los procesos de descomposición de los seres vivos: SO42-, PO43-, NO3-, NH4+, CH3COO-.

PRINCIPALES ESPECIES QUÍMICAS PRESENTES EN AGUAS NATURALES

PRINCIPALES SUSTANCIAS ORGÁNICAS PRESENTES EN AGUAS NATURALES

• Deben destacarse las especiesprovenientes de seres vivos, talescomo aminoácidos, hidratos decarbono, ácidos grasos,alcoholes, terpenos, pigmentosnaturales, etc., y en suspensión oestado coloidal las sustanciashúmicas y fúlvicas, queconstituyen la materia orgánicade los suelos, junto a otrasmacromoléculas orgánicas deorigen natural, como proteínas ypolisacáridos.

PRINCIPALES SUSTANCIAS ORGÁNICAS PRESENTES EN AGUAS NATURALES

• Los compuestos orgánicos presentes en las aguas

naturales provienen de los procesos metabólicos

llevados a cabo por organismos autótrofos. Estos

organismos sintetizan estos compuestos a partir de

especies inorgánicas sencillas. Así mismo, la

descomposición de la biomasa genera

compuestos orgánicos. Como resultado de todo

ello, se incorporan al agua una variada gama de

compuestos orgánicos, como por ejemplo hidratos

de carbono, ácidos carboxílicos, aminoácidos,

aminas, polipéptidos, fenoles, ácidos grasos, etc.

PRINCIPALES SUSTANCIAS ORGÁNICAS PRESENTES EN AGUAS NATURALES

• Los compuestos fenólicos son las sustancias orgánicascomúnmente más abundantes en el medio hídrico.Pueden distinguirse compuestos monoméricos –mono ypolihidroxifenólicos, generados como producto detransformaciones metabólicas de compuestosaromáticos y poliméricos, como los taninos y ligninas.Otra fracción importante de materia orgánica disuelta oen estado coloidal corresponde a las sustanciashúmicas. Estos compuestos son polielectrolitos, es decir,polímeros con grupos iónicos o ionizables en lascadenas, que contienen fundamentalmente gruposhidroxilo y carboxilo. En realidad, se desconoce cuál essu fórmula química exacta

PRINCIPALES SUSTANCIAS ORGÁNICAS PRESENTES EN AGUAS NATURALES

• En las aguas naturales la fracción húmica comprendeentre el 5 y el 75% de toda la materia orgánica disueltay proviene, básicamente, de la percolación del agua através del suelo. La materia húmica causa unadegradación de las propiedades organolépticas delagua, dando lugar a una coloración entre amarilla ymarrón, cuya intensidad aumenta al aumentar el pH delmedio. Los dos componentes principales del humus,fácilmente separables mediante procesos de hidrólisis,son los ácidos húmicos y fúlvicos. Estos componentes sediferencian entre ellos por su composición empírica y enel número de grupos ácido en sus cadenas. Así, losácidos húmicos, son más ricos en carbono y más pobresen oxígeno que los ácidos fúlvicos, mientras que éstoscontienen más grupos ácido que aquellos

PROCESOS FÍSICO-QUÍMICOS QUE INFLUYEN EN LA COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS

Tipos de Aguas Naturales

AGUA ATMOSFÉRICA

El agua atmosférica corresponde alagua líquida natural presente en laatmósfera. Esta se concentra,prácticamente toda, en las nubes; elcontenido de agua en las nubes esentre mil y cien mil veces mayor que elcontenido en los aerosoles atmosféricos(Doménech, 2000). Se caracterizaporque (Orozco et al., 2003):

• Llevan en disolución los gases presentes enel aire: CO2, SO2, NO, O2, O3, CH4.

• Es un agua muy poco mineralizada (10-100ppm como valores medios), dependiendode las zonas marinas o continentales.

• Se trata de agua con bajo contenido desustancias orgánicas provenientes de laoxidación de compuestos orgánicos engeneral y de algunos hidrocarburos simples,en particular.

AGUA ATMOSFÉRICA

• Una nube es una soluciónsupersaturada de partículas deagua líquida o sólida en el aire.Normalmente, en las nubes hayuna mezcla de partículas sólidas ylíquidas. Por término medio, elespacio libre entre partículas en lanube es unas cien veces ladimensión de éstas. El tamaño delas gotas en la nube estácomprendido entre 10 y 50 μm. Sinembargo, las gotas terminan poragregarse para generar gotas delluvia, las cuales poseen undiámetro aproximado de 1000 μm.Con tal tamaño, las gotasprecipitan en la superficie terrestre.

AGUAS SUPERFICIALES

Agua Dulce:

• Es el agua, que independientemente de ser o nopotable, tiene un contenido de sales tal que nollega a darle sabor.

• Como resultado de la purificación porevaporación, todas las formas de precipitación sonde agua dulce, lo mismo que lagos, ríos, aguassubterráneas y otras masas que reciben un flujoabundante de agua de lluvia.

AGUAS SUPERFICIALES

Aguas superficiales de escorrentía (fluviales)

• Entre sus características se pueden citar:

• Su composición va depender fundamentalmente del tipo de terreno atravesado.

• La composición es variable en función del tramo de río considerado: procesos de erosión y disolución.

• Los estuarios son zonas especiales con fenómenos de estratificación y coagulación

AGUAS SUPERFICIALES

Aguas lacustres y embalses

Se puede destacar que:

• En los que tienen una profundidad importante,superior a 8 metros, se produce unaestratificación térmica que lleva a la existenciade dos zonas separadas por el termoclina, enuna y otra tienen lugar distintos procesos, lo queorigina una composición diferente en cada unade ellas Orozco et al., 2003):

• En las zonas superficiales (Epilimnion), se encuentranespecies oxidadas como O2, CO2, SO42-, NO3-, Fe(III),Mn(IV).

• En las zonas profundas (Hypolimnion), se encuentranespecies reducidas como CH4, H2S, NH3, Fe(II), Mn(II).

AGUAS SUPERFICIALES

Aguas marinas

En ellas merece destacarse:

• La influencia de los aportes de la atmósfera (a toda la superficieoceánica), de los ríos (zonas costeras), glaciares (regiones polares) yaguas hidrotermales (zonas profundas).

• Se produce una estructura en capas como en el caso de los lagos, concomposiciones diferentes en cada una de ellas.

• Poseen una elevada salinidad (35-45 g/kg), al actuar como depósito delos restantes tipos de aguas, dependiendo su valor esencialmente de laclimatología (evaporación) y de la profundidad.

• El valor de pH es bastante constante (7.8-8.2), debido al efecto tampónde los pares de sustancias existentes.

• El contenido en oxígeno disuelto disminuye con la profundidad.

• La materia orgánica es más abundante en las capas superficiales, debidoa una mayor actividad del fitoplancton.

• La concentración de bionutrientes, compuestos de nitrógeno y fósforo, esmuy variable.

AGUAS SUPERFICIALES

Agua salada o salina

• Agua de océanos y mares en su mayoría, que

contiene al menos tres por ciento de sales (30

partes por millar). Es el agua que contiene sales en

mayor proporción que las aguas normalmente

destinadas a usos domésticos, agrícolas o

industriales

AGUA DURA Y AGUA BLANDA

• El agua dura es aquella que contiene minerales, sobre todo carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio, por lo que corta el jabón e impide la formación de espuma. Produce escoria, cuajos u óxidos en calderas y calentadores. En cambio, el agua blanda es aquella casi libre de los minerales que hacen que el jabón precipite y forme incrustaciones, es decir, está casi libre de calcio y magnesio.

• En términos de dureza las aguas pueden clasificarse así

0-75 mg/L Blanda

75-150 mg/L Moderadamente dura

150-300 mg/L Dura

>300 mg/L Muy dura

AGUAS DEL SUBSUELO

Como agua del subsuelo se entiende aquélla que se encuentradebajo de la corteza terrestre. Al igual que el agua superficial, lacomposición química del agua del subsuelo es muy variable,dependiendo de la localización y de la profundidad que seconsidere. Se pueden distinguir dos tipos de aguas: agua edáfica yagua subterránea, en las que se podría destacar:

• Son muy importantes los procesos de intercambio de iones agua-suelo.

• Se produce la adsorción de determinados iones metálicos del aguamediante procesos de complejación con materiales arcillosos ysustancias húmicas.

• El proceso de filtración efectuado por el terreno produce unasaguas con ausencia de materiales en suspensión y de color.

• La mineralización es elevada, por lo que las aguas presentan unafuerte conductividad.

• Las condiciones reductoras conducen a la presencia de especiescon bajo grado de oxidación: Fe(II), Mn(II), H2S.

AGUA EDÁFICA

• El agua edáfica se localiza en la zona no saturada delsubsuelo, en la cual el agua forma una capa superficialadsorbida sobre la superficie de las partículas sólidas. Lacomposición química del agua edáfica es el resultado de suinteracción con las partículas minerales, especialmente através de intercambio iónico. La presencia de especies en elagua edáfica se debe también a su interacción con el airedel suelo, ya que el agua no llena completamente los porosexistentes entre las partículas, sino que comparte el espacioporoso con el aire infiltrado. Los iones más abundantes en elagua edáfica son Cl-, SO42- y Ca2+, los cuales se encuentrana niveles comprendidos entre algunas decenas y variascentenas de ppm. Otros iones no tan abundantes son: Mg2+,H3SiO4-, HCO3-, K+, Na+ y Mn2+. La materia orgánica esmucho menos abundante en el agua edáfica, debido a sudescomposición en procesos microbiológicos y en procesosquímicos de oxidación que ocurren en el suelo

AGUA SUBTERRÁNEA

• Esta agua se localiza en la zona saturada del subsuelo, esdecir, en la región donde todos los poros están llenos deagua. Esta agua tiene su origen en la infiltración del aguasuperficial, lo cual hace que varíe su composición química,enriqueciéndose de elementos minerales y empobreciéndosede materia orgánica. Por lo anterior, usualmente el aguasubterránea es de gran calidad para el consumo humano. Suelevada mineralización se debe a diversos procesos. Durantela infiltración del agua superficial se van incorporando salessolubles presentes en el suelo como cloruros, nitratos y sulfatosde metales alcalinos y alcalinotérreos. Además, a causa de lapresencia de CO2 en el agua edáfica, se produce lasolubilización de carbonatos.