manual potabilización de aguas

7/28/2019 manual potabilización de aguas

http://slidepdf.com/reader/full/manual-potabilizacion-de-aguas 1/83

MANUAL DE POTABILIZACION DE AGUAS.

MIGUEL ANTONIO SUAREZ RUIZ

ING.QUIMICO

BARRANCABERMEJA, OCTUBRE DE 2011.



INTRODUCCION

El agua ha sido desde siempre el fundamento de la vida. Ella como recursonatural básico, tiene hoy día una gran importancia para nuestro ambiente. Elagua está en todas las cosas; y lo está, rigiendo en gran medida el destinohumano de supervivencia.

El Ciclo Hidrológico, cuyo principal eslabón lo constituye el intercambio de aguaentre los océanos (gigantescos vaporizadores) y la tierra, le brinda al agua esamaravillosa propiedad de renovarse continuamente. Este ciclo además, es elprincipal mecanismo de abastecimiento de agua para la humanidad. Tanto lahumedad de las masas terrestres como la de los mares, se evapora dejando

las sales. A continuación se forman las nubes y la humedad se precipita enforma de lluvia o nieve. Esta agua de la atmósfera rellena los depósitossuperficiales como los ríos y los lagos, rehumedece el suelo y recarga losacuíferos (estratos subterráneos de suelo permeable o roca). La mayor partede la precipitación vuelve al mar directamente a través del flujo de aguasubterránea costera o a través de las corrientes superficiales que se dirigen almar, completando de esta manera el ciclo hidrológico.

Entonces, Qué es un agua Potable?. Es aquella que puede ser consumida por el ser humano, sin que le produzca efectos adversos a su salud y que reúna losrequisitos físicos, químicos y bacteriológicos, exigidos por las autoridades

normativas.

Es así, como debemos pensar en no mal usar las cuencas de las principalesfuentes de agua con que contamos y en no alterar la composición de esterecurso tan maravilloso que nos ha regalado la naturaleza. En otras palabras;NO CONTAMINEMOS MAS EL AGUA.



CAPITULO PRIMERO

1. PRINCIPIOS DE CLARIFICACION Y POTABIILIZACION

1.1IMPUREZAS DEL AGUA

El agua, tal como se presenta en la naturaleza contiene una mayor ó menor cantidad de impurezas en la forma de:a) Sólidos suspendidos ( arcillas, limos, algas, plancton, materia orgánica,

etc.)b) Sólidos disueltos (cloruros, sulfatos, dureza, etc.), yc) Gases Disueltos ( O.D., CO2, H2S, CH4, etc.)

Veamos algunas de las características más importantes a considerar en aguapara usos domésticos.

1.2.- TURBIEDAD

Se debe la turbiedad a la materia en suspensión que interfiere con el paso de laluz. Es causada por una amplia variedad de materia suspendida con tamañosdesde coloidal hasta dispersiones gruesas. El material suspendidoprincipalmente es arcilla, cieno, lodos, etc.; aunque crecimientos de algas,bacterias y materia orgánica también contribuyen a causar turbiedad.La materia suspendida causante de la turbiedad es removida por procesos declarificación y filtración.El conocer los valores de la turbiedad es importante pues en agua cruda es labase para la dosificación de coagulantes y en agua sedimentada y filtradapermite evaluar la eficiencia del tratamiento del agua.

1.2.1. SIGNIFICADO SANITARIO

a.- ESTETICO: La turbiedad en el agua hace dudar de su potabilidadb.- INTERFERENCIA: Interfiere con la desinfección, ya que las bacteriaspatógenas quedan ocluidas en las partículas, no existiendo un buen contactocon el Cloro y otros desinfectantes.c.- DEPOSITOS: Forma depósitos en tanques de almacenamiento



1.2.2. DETERMINACION DE LA TURBIEDAD

Dada la gran variedad de materiales que causan la turbiedad, inicialmente seestableció un patrón arbitrario u “operacional”, el cual fue:1 mg. de SiO2/litro = 1 unidad de turbiedad

Con este patrón se calibró el turbidímetro JACKSON de llama que fue elinstrumento estándar. Hoy día, la unidad de turbiedad se expresa como NTUbasada en un patrón hecho de formazida. La solución patrón se hace consulfato de Hidracina más Hexametilentetramina, aprobado por la EPA

(Enviromental Protection Agency).

1.3 COLOR

Junto con la turbiedad, el color del agua es una de las características másimportantes pues constituyen la base para evaluar la eficiencia del tratamientodel agua.El color es debido a compuestos orgánicos complejos resultantes de ladegradación de la materia orgánica; es función del pH y aumenta cuando seincrementa el pH del agua.Los coloides causantes del color son electronegativos y pueden removerse por coagulación-floculación. Son más pequeños que los coloides formadores de laturbiedad y por lo tanto requieren mayores dosis de cargas positivas para sucoagulación.

Las aguas pueden aparecer con alto color debido a materia suspendidacoloreada, aun cuando el agua en si, no tenga color.Se distinguen:

a) Color causado por materia suspendida, que se refiere como color APARENTE.

b) Color causado por degradación vegetal o extractos orgánicos, que se

refiere como color VERDADERO.



1.3.1. SIGNIFICADO SANITARIO

a) Desde el punto de vista estético, el color hace dudar de la potabilidad delagua

b) El ácido Húmico, causante del color, comunica sabor al aguac) El color interfiere con la cloración, ejerce alta demanda de clorod) El color interfiere con la coagulación de la turbiedad por formar

complejos con los iones Fe+++ y Al+++.e) El color acompleja el Hierro y el Manganeso, interfiriendo con la

separación de estos metales.

El método oficial de determinación del color es por comparación visual contrapatrones de Cloroplatinato de Potasio

1 mg. / 1Pt = 1 u.c.

1.4 OLOR Y SABOR

El consumidor promedio juzga la calidad del agua por el olor, la claridad y elsabor.Las principales causas de la presencia de olores y sabores en el agua crudason: la contaminación con aguas residuales industriales, residuos humanos,crecimientos de maleza acuática y productos de descomposición biológica.Durante el tratamiento del agua los olores y sabores pueden producirse ointensificarse como consecuencia de la reacción del cloro con sustancias detipo fenólico. En los sistemas de distribución la presencia de olores y saborespueden deberse a crecimientos de bacterias de hierro, azufre, etc.El olor y sabor en el agua se pueden controlar bien sea eliminando las fuentesde producción en el agua o bien mediante tratamientos complementarios en laplanta de filtración. Entre tales tratamientos se pueden citar la aplicación de

Carbón Activado pulverizado, filtración a través de Carbón Activado granulado,desinfección con dióxido de Cloro u Ozono, etc.



1.5 ALCALINIDAD

Es la capacidad que tiene el agua para neutralizar ácidos y se debeprincipalmente a la presencia de Carbonatos ( CO3

-2 ), Bicarbonatos ( HCO3- ) e

Hidróxidos ( OH- ). Se expresa como CaCO3.Se distinguen tres tipos de Alcalinidades:

a) Alcalinidad total o M; Neutraliza ácido hasta pH de 4.3.b) Alcalinidad a la phenolftaleina o P; neutraliza ácido hasta pH de 8.3.c) Alcalinidad al OH; es la fracción debido al ión OH-; se obtiene por

cálculos:Alcalinidad al OH = 2P – M

En aguas naturales generalmente la Alcalinidad es debida a bicarbonato deCalcio y Magnesio.

Al usar Alumbre ( Sulfato de Aluminio Al2(SO4)3 ) en el proceso de coagulaciónla alcalinidad del agua tratada disminuye como se puede ver en la siguientereacción:

Al2(SO4)3 + HCO3- --------------- 2Al(OH)3 + 3SO4

-2 + 6CO2

El valor de Alcalinidad igualmente es importante en el agua tratada, por cuantoestá relacionada al carácter corrosivo o incrustante del agua.

1.6. PH

Es una medida de la concentración actual de iones H +, y se define por laecuación:

pH = - logaritmo ( H+ )El pH es una medida de la fortaleza ácida de una solución. La escala devalores de pH varia entre 0 y 14 con pH igual a 7 considerado como neutro.

El pH es importante en el agua porque:a.- Influye de manera importante en la tendencia corrosiva o incrustante delaguaBajos pH favorecen la Corrosión; Altos pH favorecen la Incrustación.b.- Controla el fenómeno de coagulación en la clarificación del agua ya queexiste un pH óptimo al cual se logra una mejor coagulación del agua. Esto esespecialmente cierto cuando se usan coagulantes metálicos o inorgánicos.



1.7 DUREZA

Es una medida del contenido de sales, principalmente de Calcio y Magnesio,presentes en el agua. Se expresa como CaCO3. En aguas crudas es quizá lacaracterística que más contribuye al contenido mineral del agua.No existe un criterio para fijar un valor máximo de dureza en el agua deconsumo humano. Sólo se ha establecido que el contenido de sólidos disueltostotales no exceda las 500 ppm. Sin embargo, muchas comunidades consideranque durezas por encima de 150 ppm son objetables.

La siguiente clasificación da una idea de los tipos de durezas más frecuentes:

Aguas Muy Duras: Mayor de 300 ppm de CaCO3

Aguas Duras: Entre 150 y 300 ppm de CaCO3

Aguas Moderadamente Duras: Entre 50 y 150 ppm de CaCO3

Aguas Suaves o Blandas: Menor de 50 ppm de CaCO3.

Durezas excesivas en el agua se remueven por procesos de precipitaciónquímica (Cal-Soda) o por procesos de Intercambio Iónico.

1.8 CLORUROS SULFATOS SOLIDOS DISUELTOS

Los Cloruros están presentes en toda agua natural en mayor o menor concentración. La importancia de Cloruros, Sulfatos y Sólidos Disueltos en elagua gira alrededor de las propiedades laxativas y de sabor que taleselementos comunican al agua.Tanto para Sulfatos (SO4

-2) como para Cloruros (Cl-) se ha establecido unmáximo de 250 ppm en el agua para consumo humano. Igualmente elcontenido máximo de Sólidos Disueltos es de 500 ppm.



1.9 HIERRO Y MANGANESO

Tanto el Hierro como el Manganeso son elementos que presentaninconvenientes en los suministros de agua para usos domésticos e industriales.El Hierro mancha la ropa y los aparatos sanitarios, e igualmente modificanotablemente el sabor del agua. Este sabor puede describirse como amargo yastringente.La cantidad de hierro aceptado por el control de calidad del agua para evitar elsabor desagradable y el manchado de la ropa es de 0.3 ppm Fe. Este valor no

tiene ninguna importancia desde el punto de vista de la toxicidad.Existen do9s razones básicas para limitar la concentración de Manganeso (Mn)en el agua potable:a) Por razones estéticasb) Para evitar cualquier efecto fisiológico causado por una ingestión excesiva. Aún cantidades mínimas de Manganeso manchan la ropa y comunican sabor alagua y a las bebidas preparadas con esa agua. Desde el punto de vista de lasalud, no existen datos que indiquen los efectos dañinos del Manganesocuando se ingiere. El máximo de Manganeso en agua potable se haestablecido en 0.05 ppm Mn.

1.10 NITRATOS – NITRITOS

Los estándares establecidos para el agua potable determinan un límite de 10ppm N de Nitratos más Nitritos. Se ha establecido este límite combinado debidoa que además de los efectos abrasivos y tóxicos de los Nitratos, los Nitritos soncausantes de enfermedades serias en los niños.

1.11 CARACTERISTICAS BACTERIOLOGICAS.

El cumplimiento de las exigencias bacteriológicas estará basado en losexámenes de las muestras obtenidas en lugares representativos a lo largodel sistema de distribución.

La cantidad mínima de muestras que deben obtenerse y analizarse deberáestar de acuerdo con la siguiente tabla:



POBLACION SERVIDA NUMERO MINIMO DE MUESTRASPOR MES

2.000 y menos 210.000 1425.000 30100.000 1001.000.000 3002.000.000 4005.000.000 500

TABLA Nº 1.1 Cantidad mínima de muestras por mes de acuerdo a lapoblación servida.

1.11.1 LIMITES

La presencia de organismos del grupo Coliforme en las muestrasexaminadas no debe exceder de los límites siguientes:

1.11.1.1 Cuando se examinan proporciones estándar de 10 ml. no debe

aparecer en ningún mes la presencia del grupo coliforme en unaproporción mayor del 10%. La presencia del grupo coliforme en tres omás proporciones de 10 ml. de una muestra estándar no debepermitirse si ocurre:

a) En dos muestras consecutivasb) En más de una muestra por mes, cuando se examinen menos de 20

en el mismo lapsoc) En más del 5% de las muestras, cuando se examinen más de 20 por

mes.

1.11.1.2 Cuando se verifica la presencia del grupo coliforme en tres o másporciones de 10 ml. de una sola muestra estándar, deberánobtenerse muestras diarias del mismo sitio de muestreoinmediatamente, y examinarlas, hasta que los resultados que seobtengan, de por lo menos dos muestras consecutivas, manifiestenser de agua de calidad satisfactoria.



1.11.1.3 Cuando se examinen porciones estándar de 100 ml. no deben acusar estas la presencia del grupo coliforme en un porcentaje mayor de 60en cualquier mes. La presencia del grupo coliforme en las cincoporciones de 100 ml. de una muestra estándar, no será aceptable siesto ocurre:

a) En dos muestras consecutivasb) En más de una muestra por mes cuando se examinan menos de

cinco en el mismo lapso; óc) En más de 20% de las muestras, cuando se examinan cinco o más

en el mismo lapso.

1.11.1.4 Cuando todas las cinco porciones de 100 ml. de una sola muestraestándar acusan la presencia de organismos del grupo coliforme,deberán obtenerse muestras diarias del mismo sitio de muestreoinmediatamente, y examinarse hasta que los resultados obtenidos,de por lo menos dos muestras consecutivas, manifiesten ser deagua de calidad satisfactoria.

1.11.1.5 Cuando se usa la técnica del filtro de membrana, el promedioaritmético de densidad de coliformes de todas las muestras estándar examinadas mensualmente, no deberá exceder de uno por 100 ml.Las colonias de organismos coliformes no deben exceder de: 3/50ml., 4/100 ml.. 7/200 ml., o 13/500 ml. por muestra estándar en:

a) Dos muestras consecutivasb) Más de una muestra estándar, cuando se examinan menos de 20por mes.

c) Más de cinco por ciento de las muestras estándar cuando seexaminan 20 o más por mes.

1.11.1.6 Cuando las colonias del grupo coliforme exceden a los valores

antes mencionados, deberán obtenerse muestras diarias del mismo sitio demuestreo inmediatamente, y examinarlas hasta que los resultados que seobtengan, de por lo menos dos muestras consecutivas, manifiesten ser deagua de calidad satisfactoria.



CAPITULO SEGUNDO

2 FUENTES Y CAPTACION

2.1. FUENTES DE AGUA.

Los suministros de agua no son puros en el sentido de que están desprovistos

de todos los productos químicos disueltos, como sucede con el agua destilada,des ionizada. Por conocerse el agua como el disolvente universal, debido a sucapacidad para disolver lentamente cualquier cosa con la que llegara a estar encontacto, desde gases hasta rocas; entonces, los suministros de agua tienenuna variedad natural en la calidad, la cual depende enormemente del origen delsuministro y de sus características Físico-Químicas, pero el CICLOHIDROLOGICO es en ultimas, la principal fuente de nuestras aguas y es esteproceso el que controla nuestros recursos de aguas.Los recursos hídricos de nuestro país, según lo determinó el antiguo HIMAT(hoy IDEAN), se pueden clasificar en seis categorías: aguas lluvias, aguassuperficiales, aguas subterráneas, aguas termo-minerales, aguas marinas y

oceánicas y aguas de los nevados.

2.1.1. AGUAS LLUVIAS

Las precipitaciones en las diferentes regiones que comprende nuestro país noson iguales, debido a las características de la circulación atmosférica y a ladeferencia en el contenido de humedad en las masas de aire. Se presentan enel país, cuatro tipos de precipitaciones:

a) TIPO OROGRAFICO: Este tipo de lluvia es originado por el ascenso delas masas de aire al encontrar obstáculos, como las montañas

b) TIPO CONVECTIVO: Causada por fuerte calentamiento de la superficie

terrestre debido a la radiación solar, generalmente con días de pocanubosidad y alto contenido de humedad en la atmósfera.

c) ZONA DE CONFLUENCIA INTERTROPICAL: Es la zona donde losvientos Alisios del noreste y del sureste confluyen en el hemisferio. Estaconfluencia da origen a la formación de grandes masas nubosas yabundantes precipitaciones.



d) CICLONES TROPICALES: Es el fenómeno meteorológico más peligrosoen los trópicos y presenta una configuración nubosa de aparienciaredonda u ovalada, con diámetros hasta de 500 Km., siendoocasionados por depresiones tropicales o tormentas.

Las aguas lluvias son consideradas como las fuentes de todas las fuentes deagua, ya que en el CICLO HIDROLOGICO,(figura 2.1), fenómeno natural que lebrinda al agua la maravillosa propiedad de renovarse constantemente ya que lasepara de las sales al evaporarse, ellas juegan un papel muy importante. Deotro lado, en zonas rurales, en muchos casos el agua lluvia es la principal

fuente de agua potable, aunque sólo por temporadas, pues no durante todo elaño está lloviendo.

Figura 2.1. Ciclo Hidrológico.



2.1.2. AGUAS SUPERFICIALES

Aguas superficiales es un termino general que describe cualquier tipo de aguaque se encuentra discurriendo o estancada en la superficie terrestre, talescomo arroyos, ríos, estanques, lagos, lagunas y embalses. Ellas se originan por una combinación de procedencias:

a) ESCORRENTIAS SUPERFICIALES: Lluvia que ha caído sobre elterreno y que fluye directamente sobre la superficie hacia la masa deagua.

b) PRECIPITACION DIRECTA: Lluvia que cae directamente sobre la masa

de agua.c) MANTO INTERMEDIO: Exceso de humedad en el suelo que está

continuamente drenando en la masa de agua.d) DESCARGA DE LA CAPA FREATICA: Donde hay un acuífero debajo de

una masa de agua y la capa freática es lo suficientemente alta, el aguase descargará directamente desde el acuífero a la masa de agua.

La calidad y cantidad de agua superficial dependerá de una combinación entreel CLIMA y FACTORES GEOLOGICOS.

En los ríos, el caudal, es en general mayor en invierno que en verano debido ala mayor cantidad y duración de las lluvias. Pequeñas fluctuaciones en elcaudal, sin embargo, son más dependientes de la geología de la zona decaptación; algunas zonas de captación liberan a los arroyos un mayor porcentaje de la lluvia caída, que otras.

Así, el actual perfil de lluvias, es menos importante para las aguas estancadas,como los lagos y embalses, donde el agua se recoge durante un período largoy se almacena, mientras que en ríos y arroyos donde el agua es un sistemadinámico de constante movimiento, el volumen de agua depende de lascondiciones atmosféricas.

La calidad del agua se puede ver afectada también por las precipitaciones quetraen cantidades apreciables de materia sólida a la tierra como es el polvo,polen, cenizas de volcanes, bacterias, esporas, e incluso, en ocasionesorganismos mayores; igualmente por la lluvia ácida que contiene disolventesorgánicos y óxidos de Nitrógeno y Azufre.

También puede ser afectada la cantidad y calidad del agua por la geología dela cuenca de captación.



2.1.3. AGUAS SUBTERRANEAS.

En general, las aguas subterráneas suelen recargarse con las precipitacionesque se infiltran en el suelo, cursos de aguas y embalses naturales o artificiales.Las aguas penetran en la tierra hasta que llegan a un estrato rocosoimpermeable.

Aunque las aguas subterráneas se pueden emplear principalmente para beber,debido a su gran valor biológico y a sus beneficiosas características físicas y

bacteriológicas, también cabe dedicarlas a otras finalidades como agua potableen regiones industriales densamente pobladas.

En Colombia, las aguas subterráneas son un recurso hídrico de granimportancia en la mayoría de las regiones y con mayor razón si hay escasez deagua superficial. Infortunadamente la información al respecto es aun preliminar,es decir, la disponibilidad total de aguas subterráneas en Colombia, e incluso,la cantidad en que esta se extrae anualmente, no está todavía establecida.

Económicamente, el agua subterránea es mucho más barata que el aguasuperficial ya que está disponible en el punto de demanda a un relativo bajocosto y no requiere la construcción de embalses o largas conducciones. Esgeneralmente de buena calidad, libre de sólidos en suspensión y, excepto enlimitadas áreas donde han sido afectadas por la contaminación, libre debacterias y otros patógenos. Por todo ello, no requiere un extensivo tratamientoantes de su uso.

Los ACUIFEROS se clasifican como CAUTIVOS Y LIBRES. Un acuífero librees uno que se recarga donde la roca porosa no está cubierta por un estratoimpermeable de suelo o de otra roca. La capa no saturada de roca porosa estáseparada de la capa insaturada de agua por una interfase denominada CAPA

FREATICA. La capa no saturada es rica en oxígeno. Un acuífero cautivo esaquel que está cubierto por una capa impermeable y el agua de la superficie nopuede penetrar en la roca porosa, en cambio el agua migra lentamente enforma lateral desde las áreas libres.



Debido a que los acuíferos cautivos están entre dos capas impermeables, elagua generalmente está bajo una presión hidráulica considerable, de forma queel agua alcanzará la superficie por su propia presión a través de perforacionesy poros, lo cual es conocido como POZOS ARTESIANOS.

Es desde los acuíferos libres desde donde se realiza la mayoría de lasextracciones de aguas subterráneas. El agua subterránea de los acuíferoslibres se origina principalmente por las precipitaciones y por eso esparticularmente vulnerable a la presencia de los focos de contaminación difusa,

especialmente debido a las prácticas agrícolas y a la deposición decontaminación atmosférica proveniente principalmente de la industria.

En general, la calidad del agua subterránea depende de una serie de factores:

a) La naturaleza del agua lluvia, la cual puede variar considerablemente,especialmente en términos de acidez debido a la contaminación y a losefectos del aerosol marino que afecta especialmente a las zonas costeras.c) La naturaleza de las aguas subterráneas existentes, las cuales pueden

tener una edad de decenas de miles de años.d) La naturaleza del suelo a través del cual el agua se debe infiltrar e) La naturaleza de la roca que forma el acuífero.

Así, el agua subterránea consiste en un número de iones mayoritarios, loscuales forman los compuestos. Estos son: el Calcio, el Sodio, el Potasio y enmenor cantidad el Hierro y el Manganeso. Todos estos son cationes (cargapositiva) los cuales se hallan en el agua combinados con un anión (carganegativa), para formar compuestos denominados sales. Los anionesmayoritarios son el Carbonato Acido (bicarbonato), sulfatos y cloruros.

La mayoría de los acuíferos tienen aguas duras. La dureza total se debe a ladureza del Carbonato formado por la presencia de carbonato ácido de Calcio(CaHCO3) y carbonato ácido de Magnesio (MgHCO3) , mientras que la durezano carbonato o permanente se debe a otras sales de Calcio y Magnesio.



2.1.4. AGUAS TERMOMINERALES

Uno de los aspectos importantes de las aguas subterráneas son las aguastermominerales que brotan a una temperatura superior a la ambiental e inferior a 100º C y que contienen en disolución varias sales minerales, procedentes decapas acuíferas muy profundas.

Esta agua contiene sales disueltas disociadas. Además de vapor de agua, haypresencia de gases disueltos y ocluidos, entre los que se destacan el gas

carbónico (más frecuente y abundante) y el Nitrógeno; como también gasesraros, tales como el Helio, Argón, Criptón y Xenón, que aunque sólo existen entrazas, son frecuentes.

La temperatura es la característica más importante de las aguastermominerales. Una fuente se dice termal cuando las aguas tienen unatemperatura superior a 5 ó 6º C con respecto a la temperatura promedioambiente de la zona de influencia.

2.1.5. AGUAS OCEANICAS Y MARINAS

Son aguas que se caracterizan por su alto contenido de sales principalmentede Yodo, Potasio y Sodio. En Colombia contamos con costas sobre el océanoPacifico y el mar Caribe que constituyen una tercera parte del perímetrocontinental, aunque su desarrollo ha sido ante todo de actividad comercial ypesquera.

2.1.6. AGUA EN LOS NEVADOS

Estas son aguas debidas a glaciaciones del pasado reciente. Al igual que las

aguas Termo minerales y las oceánicas y marinas, son aguas no usadas paratratamiento de potabilización; bien sea por su alto contenido de sales, por sualto costo de tratamiento o por su dificultad para ser tratadas.



2.2. CAPTACION DE AGUAS

El agua se capta de los ríos por medio de la construcción de presas paraasegurar mínima profundidad de agua en la presa ó con el uso de pontonesflotantes.

La captación no debe interferir con otros usos del rio, tales como la navegación,pero debe asegurar que se pueda tomar agua durante todo el año. La cantidad

de agua que se puede captar está limitada por el caudal mínimo necesariopara:

a) Proteger la calidad biológica de la fuente, incluyendo la pesca.b) Diluir los vertidos industriales y domésticos. Recordar que los ríos son

vitales para eliminar los vertidos y en cierta medida para tratarlos através de procesos naturales de purificación.

c) Para asegurar que otros usos del rio no se vean afectados por lacaptación. (tales como una suficiente profundidad para la navegación)

d) Para permitir un caudal adecuado, con el fin de prevenir que la mareainvada la corriente aguas arriba y convierta el agua dulce en salobre.

Para mantener la integridad del rio se debe calcular el caudal mínimo encondiciones atmosféricas de sequedad y mantenerse todo el tiempo. Una vezcalculado, cualquier exceso de agua sobre este caudal mínimo en condicionessecas se puede, en teoría, utilizar para la captación. A la inversa, si el caudaldel rio disminuye hasta o por debajo de este caudal mínimo, entonces lacaptación se debe reducir o detenerse inmediatamente.

De otra parte todos los vertidos depositados o productos químicos utilizados enuna cuenca de captación, finalmente se dirigirán hacia el rio deteriorando la

calidad de sus aguas por lo cual se deben extremar las precauciones paraasegurar que la calidad del agua este protegida y se controla continuamente.



La mayoría de las captaciones tienen una capacidad de almacenamiento deforma que el agua bruta se puede almacenar hasta siete (7) días antes de ser tratada y suministrada. Esto tiene una doble función, en primer lugar proteger alconsumidor del efecto de la contaminación del rio, o de vertidos accidentalesde materiales tóxicos, permitiendo un tiempo suficiente para dispersar lacontaminación en el rio antes de que se vuelva a reanudar la captación sincortar el suministro a los consumidores; y en segundo lugar, el almacenamientode agua de esta manera mejora la calidad del agua antes de su tratamiento,pues permite ser aireada y decantada.

Para maximizar la disponibilidad de agua para el abastecimiento, los hidrólogosexaminan el ciclo hidrológico dentro de la cuenca de captación, midiendo lasprecipitaciones, caudal de los arroyos y escorrentías superficiales y dondecorresponda, los recursos de aguas subterráneas. Frecuentemente, se puedesuplir la captación de agua de los ríos , en los períodos de caudales muy bajos,tomando agua de otros orígenes, tales como aguas subterráneas o pequeñosembalses de almacenamiento, utilizando estos limitados recursos paracompletar la fuente de suministro principal en los períodos críticos. Más comúnes la construcción de embalses en las cabeceras, los cuales se pueden usar entonces para controlar el caudal del rio mismo, en un proceso conocido comoCOMPENSACIÓN. Estos depósitos de compensación están diseñados comouna parte integral del sistema del rio. Se recoge el agua de las escorrentías delas tierras aguas arriba y se almacena durante la época húmeda. El aguaentonces se libera cuando se necesita para mantener el caudal mínimo en laépoca seca y para permitir que las captaciones continúen.

Debido a que para la captación se usan sistemas de bombeo, con el fin detransportar el agua desde la fuente hacia la planta de tratamiento, examinemosalgunos conceptos sobre Bombas e Hidráulica.



2.3 BOMBAS E HIDRAULICA

2.3.1. BOMBAS

Una bomba es una máquina que da energía a un líquido. Las bombas se usanpara mover líquidos de un lugar a otro; los líquidos fluyen de áreas de mayor energía potencial a sitios de menor energía potencial, lo que es lo mismo, deun área de mayor presión a un área de menor presión.

Las bombas pueden cambiar la dirección del flujo, es decir, mover un líquido deun área de menor presión a un área de mayor presión.

La bomba aplica energía para forzar el líquido de la línea de succión a la líneade de4scarga. La diferencia entre la presión de succión y la presión dedescarga es la energía dada al líquido por la bomba.

Igualmente, la bomba puede cambiar la rata de flujo, haciendo que el líquidofluya a una rata mayor. En resumen, una bomba aplica energía mecánica a unlíquido, debido a esta energía la bomba hace que el líquido fluya:

a) De un sitio a otro más altob) De un área de menor presión a otra de mayor presiónc) A mayores ratas de flujo.

Existen muchos tipos de bombas: de vacío, de Desplazamiento Positivo(Recíprocas y Rotatorias), Centrífugas, etc. En los sistemas de purificaciónpara bajos caudales y altas presiones y las centrífugas para necesidades altasde flujo.



2.3.2 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Se puede mover un líquido por desplazamiento. Si en bloque se mete en unbalde con agua, el bloque desplaza el agua del balde en un volumen igual aldel bloque. De igual manera, al tener un conjunto cilindro-pistón, a medida queel pistón se mueve dentro del cilindro, desplaza un volumen de fluido. Eldesplazamiento del pistón es positivo o Constante y el volumen de líquidodesplazado es el volumen del pistón en el cilindro.

Una bomba que desplaza un volumen constante de líquido se llama BOMBADE DESPLAZAMIENTO POSITIVO. Esta bomba primero atrapa un volumen delíquido en el cilindro y luego la parte móvil desplaza un volumen de líquido delcilindro.

Las bombas de desplazamiento positivo se clasifican en Rotatorias yRecíprocas. Una bomba Rotatoria es aquella llamada de engranajes(gear pump) y usa un movimiento rotatorio para atrapar y desplazar el líquido.Una bomba Recíproca es una bomba de pistón.

El volumen de líquido que la bomba de desplazamiento positivo puededesplazar en una revolución, se llama DESPLAZAMIENTO (V)

V = A x LDonde: V: Desplazamiento, A: Área, L: Longitud de la carrera del pistón.

La capacidad, Q, de una bomba, es el volumen de líquido que mueve en unperíodo de tiempo. Ejemplo: gal/min (gpm), L/s (litros por segundo), m3/h(metros cúbicos por hora), etc.Se conocen dos tipos de capacidad de las bombas: Capacidad teórica ycapacidad real.



La Capacidad Teórica se calcula mediante la siguiente expresión matemática:Q = V x v

Donde: V: Desplazamiento y v: velocidad en rpm.

La capacidad teórica de una bomba de desplazamiento positivo es el volumende líquido desplazado por la bomba multiplicado por la velocidad en rpm, a lacual funciona. En la operación real, parte del líquido se desliza por las partesmecánicas haciendo que la capacidad de la bomba disminuya. A esta se leconoce como Capacidad Real y es la cantidad de líquido que realmente está

mandando la bomba desde la succión hacia la descarga.

La relación entre la capacidad real y la capacidad teórica de la bomba se llamaEFICIENCIA VOLUMETRICA (E) y se expresa comúnmente como porcentaje:

E = ( Qreal/ Qteórica) x 100

A medida que la eficiencia volumétrica decrece, la capacidad real de la bombadisminuye, debido generalmente al desgaste de las partes móviles, por fricción,aumentando la filtración del líquido.

2.3.3. PRINCIPIOS DE HIDRAULICA

2.3.1. FLUJO EN TUBERIAS

La ecuación de BERNOULLI es considerada como la ecuación fundamental delflujo en tuberías, descrita entre dos puntos:

P1/r + V12/2g + z1 = P2/r + V2

2/2g + z2 + HL1-2

Donde: P1/r: Cabeza de presión

V2

/2g: Cabeza de velocidad HL: Pérdida de cabeza

HL1-2 incluye pérdidas de energía causadas por la fricción en tuberías y por cambios de cantidad de movimiento en accesorios.



2.3.1.2 REGIMENES DE FLUJO

Reynolds identificó dos tipos de regímenes de flujo: Laminar y Turbulento.En el flujo laminar las líneas de corriente permanecen paralelas, sin que ocurramezcla entre las láminas o capas adyacentes. En este tipo de flujo, el esfuerzocortante resulta de la viscosidad del fluido.

En el flujo turbulento, la mezcla ocurre a través de la tubería. En este tipo deflujo, el esfuerzo cortante resulta de intercambios de cantidad de movimiento

que ocurren como consecuencia del movimiento de partículas de fluido de unacapa a otra.

Reynolds encontró que la transición de flujo laminar a flujo turbulento serelaciona con el siguiente parámetro adimensional: NRe = DVd/u = DV/ p donde: NRe: Número de Reynolds, adimensional

D: Diámetro de la tubería, mV: Velocidad del fluido en la tubería, m/sD: Densidad del fluido, Kg/m3

u: Viscosidad absoluta del fluido Kg/m.sp: Viscosidad cinemática del fluido, m2/s.

Si NRe menor 0 igual que 2100, entonces se tiene flujo Laminar.Si NRe está entre 2100 y 4000, entonces se tiene flujo de transición.Si NRe mayor de 400, entonces se tiene flujo turbulento.

Para efectos de nuestros estudios consideraremos:Si NRe menor o igual a 2100, se tiene Flujo Laminar, ySi NRe mayor que 2100, se tiene Flujo Turbulento.

Para el transporte de agua, en la mayoría de las circunstancias, dado que lasvelocidades en tuberías están generalmente en el rango de 0,6 m/s o mayores,es claro que habrá pocas ocasiones en las cuales ocurrirá flujo laminar. Esto noimplica que el flujo laminar no exista tanto en los sistemas de agua potablecomo en los de aguas negras, ya que el agua no es el único fluido que debeser manejado. Los polímeros y coagulantes metálicos manejan viscosidadesentre 20 y 1000 de la del agua.



2.3.1.3. ECUACION DE DARCY-WEISBACH

Estos investigadores propusieron, con base en experimentos, que la pérdida deenergía resultante de la fricción, varía como:

HL = f x L/D x V2/2g donde: f: factor de fricción, adimensionalL: longitud de la tubería, mD: diámetro de la tubería, mV: velocidad del fluido, m/sG: aceleración de la gravedad, m/s2

Se puede demostrar, mediante análisis dimensional, que f depende sólo yúnicamente de NRe y de otro parámetro adimensional, e/d, llamado Rugosidadrelativa. Donde e es la altura de la rugosidad de la superficie en la pared de latubería. Ahora, para flujo laminar f = 64/NRe

Sin importar que régimen de flujo haya dentro de la tubería, existirá una capalaminar cerca a la pared. Si dicha capa es sustancialmente más gruesa que larugosidad e de la tubería, la tubería será hidráulicamente lisa. El grosor real dela capa está dado mediante:

G = 32.8 D/ NRe f 0,5

Si e/G menor que 0,25, la tubería se puede considerar lisa; pero si e/G esmayor de 6,0, la tubería es totalmente rugosa.

Dentro del régimen de flujo turbulento, cuando la velocidad y el NRe seincrementan, es evidente que tanto el grosor de la capa laminar como el efectode fricción viscosa disminuirán mientras que la rugosidad aumentará. En laregión descrita como completamente turbulenta, f depende sólo de e/d.Nikuradse desarrolló la ecuación

f-0,5 = 1,14 + 2,0 log. e/dLa cual refleja este fenómeno.

En la región entre flujo laminar y completa turbulencia, ambos, los efectosviscosos (NRe) y la rugosidad (e/d), afectan a f.



CAPITULO TERCERO

3. PROCESOS DE TRATAMIENTO DEL AGUA

3.1. GENERALIDADES

Para producir agua potable a partir de una fuente de agua contaminada,especialmente en forma natural o como resultado de la actividad humana, serequiere llevar a cabo uno o varios procesos, los cuales reciben el nombre deOperaciones Unitarias. Desde el punto de vista del tratamiento del agua, unaOperación Unitaria es un proceso químico, físico o biológico, mediante el cuallas sustancias no deseadas contenidas en las aguas crudas, se separan o setransforman en sustancias aceptables.

La gran mayoría de los procesos de potabilización origina cambios en laconcentración de una determinada sustancia, fenómeno que recibe el nombrede Transferencia de Fase. Las principales fases son la gaseosa, la líquida y la

sólida, sin perder de vista otros estados específicos como son el Disuelto y elColoidal, maneras en las cuales existen en el agua una gran cantidad desustancias.

3.2 PROCESOS UNITARIOS

Se presentan a continuación los procesos de mayor utilización en el tratamientode las aguas, pero se debe tener en cuenta que no siempre es necesarioutilizarlos en su totalidad pues esto dependerá de la calidad de la fuente.

3.2.1. TRANSFERENCIA DE GASES

Es el proceso en el cual el agua, expuesta al aire, permite absorber o escapar un gas. El ejemplo más importante es el de la adición de oxígeno por medio dela aireación, mediante la aspersión o el burbujeo. Otro ejemplo importante es elde la oxidación del hierro y el manganeso, usando como catalizador el CarbónCoque, para su posterior retirada en el proceso de clarificación.



3.2.2. TRANSFERENCIA DE IONES

Entre los diferentes procesos por los que se efectúa la transferencia de iones,se pueden citar los siguientes:

a) Coagulación Química. Proceso que consiste en la adición de unasustancia química soluble (llamada Coagulante) al agua, la cualtransfiere sus iones a sustancias poco o no sedimentables o a sólidos

coloidales, formando agregados o sólidos fácilmente sedimentables.Para la adición del coagulante se deben tener en cuenta las condicionesde pH y alcalinidad del agua. Un ejemplo es la adición de Sulfato de Aluminio como coagulante, para la remoción de turbiedad y color.

b) Precipitación Química. Este proceso consiste en la adición de unasustancia química soluble al agua, de la cual, los iones reaccionan conlos iones de la sustancia que se desea remover, formando unprecipitado. Ejemplos de este proceso son la adición de Cal para laremoción de hierro y para el ablandamiento del agua precipitando ladureza carbonatada.

c) Intercambio Iónico. Es el cambio de iones específicos del agua por iones complementarios que son parte de un medio sólido deintercambio. Un ejemplo típico, el ablandamiento del agua por intercambio de iones de Calcio y Magnesio por iones iones de Sodio, alpasar el agua por un manto de zeolitas de Sodio, las cuales se puedenregenerar con agua una salmuera.

d) Adsorción. Este proceso consiste en la remoción de iones y moléculas(adsorbatos) de la solución, mediante su concentración en la interfasedel medio adsorbente, por medio de fuerzas interfaciales. Un ejemplo esla remoción de sustancias productoras de olores y sabores, mediante laadición de carbón activado pulverizado, el cual se remueve

posteriormente por sedimentación y filtración.



3.2.3. ESTABILIZACION DE SOLUTOS

Operación en la cual solutos objetables son convertidos en formas noobjetables, sin llegar a su remoción. Por ejemplo, la adición de cal al agua parala conversión de dióxido de carbono en bicarbonato soluble, o la sobrecloración del agua para la oxidación de sustancias productoras de olor.

3.2.4. TRANSFERENCIA DE SOLIDOS

En este tipo de proceso, los sólidos son separados del agua, por las siguientesoperaciones:

- Cribado. Conocido también como Cernido, consiste en hacer pasar elagua a través de barras o mallas las cuales retienen los sólidossuspendidos mayores que sus aberturas, tales como hojas, trozos demadera, y hasta algas mediante el micro cernido.

- Sedimentación. Proceso en el cual se remueven los sólidos ensuspensión más pesados que el agua, por medio de la fuerzagravitacional. Este es un proceso de desarenado.

- Flotación. Consiste en la remoción de sólidos más livianos que el agua,en condiciones de quietud o por la adición de agentes de flotación. Esassustancias más livianas, ascienden siempre hasta la superficie, dedonde son retiradas por desnatado. Ejemplo, la remoción de aceites ygrasas.

- Filtración. Este es un proceso complejo en el cual se combinan elcernido, la sedimentación, el contacto interfacial y aún la floculación,para transferir sólidos suspendidos y flóculos a granos de arena, carbóno antracita, del cual son posteriormente retirados. Son ejemplos, lafiltración lenta en lechos de arena y la filtración rápida.



3.2.5 TRANSFERENCIA MOLECULAR O DE NUTRIENTES

En la purificación natural de las aguas, los organismos saprófitos conviertensustancias orgánicas complejas en material celular vivo, o en sustancias mássimples o estables, incluyendo los gases de descomposición, y los organismosfotosintéticos convierten sustancias simples inorgánicas en material celular,utilizando la luz solar y produciendo dióxido de carbono y oxígeno comosubproducto. Estos son los procesos que ocurren en la estabilización aeróbicay anaeróbica de la materia orgánica.

Vale la pena mencionar, además, el proceso de desinfección, mediante el cualse destruyen organismos potencialmente peligrosos. Son ejemplos, lacloración, la aplicación de rayos ultravioleta y la utilización de ozono.



CAPITULO CUARTO

4. PROCESO DE AIREACION

4.1 GENERALIDADES

Se entiende por aireación el proceso mediante el cual el agua es puesta encontacto íntimo con el aire con el fin de modificar las concentraciones desustancias volátiles contenidas en ella.

Dentro de las funciones más importantes de la aireación se encuentran:

_ Transferir oxígeno al agua para aumentar el oxígeno disuelto, OD _ Disminuir la concentración de CO2

_ Disminuir la concentración de H2S _ Remover gases como metano, cloro y amoníaco _ Oxidar hierro y manganeso

_ Remover compuestos orgánicos volátiles _ Remover sustancias volátiles productoras de olores y sabores

Cuando se trata de aguas residuales, la función más común del sistema deaireación es la de transferir oxígeno al líquido, a las tasas requeridas para queel oxígeno no limite la utilización de la materia orgánica y las funcionesmetabólicas de los microorganismos. La aireación es una de las operacionesde mayor consumo de energía en los sistemas de tratamiento, medianteequipos de aireación difusa, equipos de turbina y aireadores mecánicos.

La aireación también se usa para la remoción de olores y sabores causados

por sustancias volátiles en el agua, sin embargo, en la mayoría de los casos espoco efectiva en la solución de este problema.

El agua aireada es más agradable al paladar; la aireación reduce el nivel deCO2 hasta unos 4,5 mg/l, pero la corrosión sólo se previene si la alcalinidad delagua excede de 100 mg/l.

Los principales aireadores, utilizados comúnmente en purificación de aguas,son los de cascadas, de bandeja y toberas. En aguas residuales se utilizanaireadores por difusores y aireadores mecánicos superficiales o sumergidos.



d.2 FUNDAMENTOS DE LA AIREACION

Los solutos , en general, tienden a difundirse en una solución hasta que lacomposición se hace homogénea. La tasa a la cual un soluto se difunde através de un área transversal uniforme depende de su tamaño y formamolecular así como del gradiente de concentración de las sustancias.

Una sustancia se mueve espontáneamente de una zona de alta concentracióna una zona de concentración inferior; por lo tanto, la concentración de lassustancias volátiles en el aire y en el agua, así como la concentración desaturación, son factores que controlan la tasa a la cual se efectúa elintercambio. Como las temperaturas altas aumentan la volatilidad de loscompuestos y disminuyen su valor de saturación, la aireación, para la remociónde sustancias volátiles, es más eficiente en aguas cálidas que en aguas frías.De la misma manera, la remoción, por aireación, de gases como el H 2S, CO2 yNH3 es función del pH del agua. De acuerdo con la primera ley de la difusión deFick y la teoría de la capa líquida estacionaria, la tasa de cambio en laconcentración de una sustancia volátil se expresa por la ecuación:

dC/dt = - Q.A( Cs – C )/V

donde: dC/dt : tasa de cambio en la concentración, mg/l.sK : Coeficiente de transferencia de la sustancia volátil, m/sA : área de contacto entre la fase gaseosa y la fase líquida, m2

V :volumen de la fase líquida, m3

Cs: Concentración de saturación del gas en el líquido, mg./lC : Concentración del gas o sustancia volátil en el líquido, mg./l

Esta ecuación nos indica que la tasa de cambio en la concentración del gas,durante la aireación, es directamente proporcional al área de contacto A, aldéficit de saturación y al coeficiente de transferencia, e inversamenteproporcional al volumen del líquido expuesto. Por lo tanto, cualquier factor queafecte estos parámetros afecta la tasa de transferencia del gas.



En la desorción (figura 4.1) o liberación de un gas, o sea cuando laconcentración del gas disminuye con el tiempo o se desgasifica una soluciónsobresaturada, la tasa de difusión, dC/dt, aumenta a medida que laconcentración C disminuye ( ver figura 4.1), y la ecuación resulta:

C = Cs + (Co – Cs) e-KAt/V

Figura 4.1 Desorción de un gas.

En la absorción de gases (figura 4.2), o sea cuando la concentración del gasaumenta con el tiempo o período de aireación la ecuación es diferente: (ver figura 4.2)

C = Cs – ( Cs – Co ) e-KAt/V



Figura 4.2 Absorsión de un gas.

Donde: C: concentración del gas para el tiempo t, mg./lCo: concentración inicial del gas en el líquido o concentración para t=0,

mg/l.T: tiempo de aireación, s.

En este caso la tasa de absorción del gas disminuye a medida que laconcentración aumenta.Las ecuaciones anteriores, conocidas como ecuaciones de Lewis y Whitman,indican:

- La tasa de transferencia del gas para cualquier tiempo t es proporcionala la diferencia entre la concentración de la saturación Cs y laconcentración C del gas en el agua.

- La tasa de transferencia es directamente proporcional a la relación delárea de contacto entre la fase gaseosa y la fase líquida con el volumende la fase líquida, A/V.

- La tasa de transferencia es directamente proporcional al coeficiente detransferencia del gas, K.

- La cantidad de gas transferido es mayor a medida que aumenta eltiempo de aireación.

- La temperatura y la presión son factores importantes porque afectan losvalores de Cs, de la difusividad y del coeficiente de transferencia del gas,

K.



De acuerdo con lo anterior, los factores más importantes en el diseño deaireadores son:

- El tiempo de aireación- La relación A/V- Una ventilación adecuada.

d.3 TIPOS DE AIREADORES

d.3.1 AIREADORES DE FUENTE O SURTIDORES

Consisten usualmente en una serie de toberas fijas, sobre una malla detuberías, las cuales dirigen el agua hacia arriba, verticalmente o en ánguloinclinado, de tal manera que el agua se rompe en gotas pequeñas. Este tipode aireadores ha sido usado para la remoción de CO 2 y la adición deoxígeno; tienen gran valor estético, pero requieren un área muy grande.

El tamaño, el número y la distancia entre toberas depende de la energía aconsumir, del área disponible y de la interferencia entre fuentes adyacentes.Generalmente se usan toberas de 2,5 a 3,8 cm. (1.0 a 1.5 pulg.) dediámetro con descargas entre 4,7 a 11,0 l/s (75 a 175 GPM) a presiones de69 KPa, espaciadas 0,6 a 3,6 m. El área requerida varía generalmente entre0,11 y 0,32 m2 por l/s de agua tratada.



Figura 4.3 Trayectoria teórica de un chorro de agua en un aireador defuente.

Como la corrosión, tanto interior como exterior, puede ser un problema serio enlas tuberías de aireación, es deseable que la instalación sea de material

anticorrosivo.

4.3.1 AIREADORES DE BANDEJAS MULTIPLES

Un aireador de bandejas múltiples consiste en una serie de bandejasequipadas con ranuras, fondos perforados o mallas de alambre, sobre loscuales se distribuye el agua y se deja caer a un tanque receptor en la base.En muchos aireadores de bandeja se coloca medio grueso de coque,piedra, ladrillo triturado o cerámica, de 5,0 a 15,0 cm. de diámetro, paramejorar la eficiencia del intercambio de gases y la distribución del agua; enplantas de remoción de hierro y manganeso, para usar el efecto catalíticode los depósitos de Fe y Mn.

Generalmente se usan de 3 a 9 bandejas, comúnmente 3 a 5; elespaciamiento entre bandejas es de 30 a 75 cm. El área requerida para lasbandejas varía entre 0,05 y 0,15 m2 por l/s de agua tratada, generalmentemenos de 0,06 m2. La altura del aireador de bandejas suele ser de 2 a 3 m.

La ventilación es un factor importante en el diseño de estos aireadores ydebe estudiarse cuidadosamente para la selección del sitio de localización.

La corrosión, la formación de lamas biológicas y crecimientos algales sontambién factores deimportancia en el diseño de aireadores; por ello, se construyen con

materiales durables como acero inoxidable, aluminio, concreto o maderasresistentes. Los crecimientos biológicos y de algas pueden controlarsemediante tratamiento del agua cruda con cloro y sulfato de cobre.



Figura 4.4 Aireador típico de bandejas.

4.3.2 AIREADORES EN CASCADAS Y VERTEDEROS

En este tipo de aireadores el agua se deja caer, en láminas o capasdelgadas, sobre uno o más escalones de concreto. El aireador de cascadaproduce una pérdida de energía grande, pero es muy sencillo y se diseñacomo una escalera; entre más grande sea el área horizontal más completaes la aireación. La aireación ocurre en las áreas de salpicamiento en formasimilar a la que ocurre en un rio turbulento; por ello se acostumbra colocar salientes, bloques o vertederos en los extremos de los escalones. La cargahidráulica de estos aireadores puede ser de 10 a 30 l/s. m 2, donde la cargahidráulica es la relación entre el caudal aplicado y el área horizontal delaireador. La altura de los escalones es de 20 a 40 cm. y la altura total, de1,0 a 3,0 m.

Figura 4.5 Aireador de cascadas



La aireación en vertederos es factible cuando existe suficiente energíadisponible; en ese caso el sistema es económico, no se requiere energíaadicional y el mantenimiento es sencillo. El sistema de aireación convertederos es más eficiente que el de aliviaderos. Es posible mejorar laaireación creando turbulencia, mayor relación de área/volumen, cuando elagua cae libremente de un nivel superior a uno inferior que cuando caedeslizándose sobre la cara del vertedero. En un vertedero, la aireaciónocurre durante la formación de la capa agua-aire en la cresta del vertedero

en caída libre. La transferencia de gases se mejora por entrapamiento ysalpicamiento en la superficie inferior de agua.

Figura 4.6 Esquema de vertedero para aireación.



CAPITULO QUINTO

5. PROCESO DE CLARIFICACION

El proceso de clarificación del agua, es por decirlo así, la etapa más importantedel tratamiento del agua potable ya que en este paso del tratamiento se retiranno sólo las partículas coloidales presentes en ella sino además son retirados

cerca del 95% de los microorganismos patógenos que puedan hallarse ensolución.Se debe tener en cuenta que además este proceso es de gran importanciapara la elaboración de la mayoría de los sistemas de tratamiento de agua,tales como, agua de enfriamiento, agua para calderas, agua desionizada, aguasuavizada, etc.El proceso de clarificación consiste en tres etapas fundamentales: Coagulación,Floculación y Sedimentación, para así poder retirar todas las partículascoloidales presentes en el agua.

5.1SUSPENSIONES COLOIDALES

Las sustancias presentes en el agua se pueden hallar en ella de variasmaneras:

a) Si una molécula de una sustancia se encuentra disgregada dentro delagua, se dice que dicha sustancia está en SOLUCION.

b) Si partículas muy pequeñas de la sustancia están dispersas en el agua,se dice que están en ESTADO COLOIDAL O DISPERSION COLOIDAL.

c) Si estas partículas son relativamente grandes y se encuentran flotandodentro del agua, se dice que están en SUSPENSION.



La figura 5.1 nos aclara esta clasificación de acuerdo al tamaño de laspartículas.

Cualquier material que sea insoluble en agua, puede formar DISPERSIONES,en las cuales el material sólido no está disuelto sino que permanece disperso osuspendido en el agua. La dispersión coloidal consiste de partículas muy finasque están separadas unas de otras por el medio de dispersión, cuya remociónpor sedimentación es sumamente lenta, debido al tamaño tan fino de laspartículas. La turbiedad y el color son ejemplos típicos de una dispersión

coloidal.

Figura 5.1 Tamaño de las partículas coloidales

Es importante anotar que no existen límites definidos del tamaño de laspartículas coloidales, pero, en general, se estima que tienen dimensionescomprendidas entre 1,0 y 1.000 milimicras aproximadamente. Es importanteanotar, que además de estos límites de tamaño, también determina si lapartícula es coloidal, la naturaleza del material.

Existen diferentes tipos de sistemas coloidales, pero los más importantes parael tratamiento de aguas son los HIDROFILICOS y los HIDROFOBICOS.Los coloides hidrofílicos son aquellos que muestran gran atracción por el agua

y comprenden soluciones verdaderas, ya sea se moléculas grandes o deagregados de moléculas pequeñas, cuyas dimensiones están dentro de loslímites coloidales y comprenden polímeros, proteínas, ácidos nucleicos,almidones, etc. Son considerados generalmente como los causantes delCOLOR en el agua.Los coloides hidrofóbicos muestran menos atracción por el agua e incluyensustancias como arcillas, limos, algas, plancton, materia orgánica y óxidosmetálicos. Son generalmente considerados como los causantes de laTURBIEDAD en el agua.



5.2 PROPIEDADES DE LOS COLOIDES

La particularidad que tienen los coloides de permanecer suspendidos en elagua demuestra que su naturaleza es tan propia que los distingue en formaprecisa debido a sus propiedades, entre las que podemos resaltar:

5.2.1 PROPIEDADES CINETICAS

Son aquellas propiedades debidas al movimiento de las partículas ycomprenden:

- MOVIMIENTO BROWNIANO: Consiste en el movimiento constante eirregular de las partículas coloidales dentro de la fase líquida, detectadopor primera vez por el inglés Robert Brown en 1.928. La teoría cinéticaexplica este fenómeno como resultado del bombardeo caótico de laspartículas en suspensión por parte de las moléculas de agua, situaciónque aumenta al elevarse la temperatura del líquido.

- DIFUSION: Este fenómeno está muy relacionado con el movimientobrowniano, ya que debido a este, las partículas coloidales tienen latendencia a dispersarse por todas partes en el agua.

- PRESION OSMOTICA: Cuando un solvente, agua, y un sistemacoloidal, agua más coloides, se encuentran separados por unmembrana, la cual es permeable al solvente pero no a los coloides, ladilusión puede ocurrir solamente con el movimiento del solvente hacia elsistema coloidal a través de la membrana. Esto ocurre en formaespontánea y se llama FLUJO OSMOTICO. Si se aplica una presión

hidrostática apropiada de forma que el flujo osmótico se detenga, sealcanza un estado de equilibrio. La presión balanceante es la PRESIONOSMOTICA, propiedad muy interesante ya que sus determinacionesexperimentales nos ayudan a calcular el número de partículas y el pesopromedio de dicho número en sistemas coloidales.



5.2.2 PROPIEDADES OPTICAS.

Se basan en el efecto de Tyndall-Faraday. Describe el fenómeno de dispersiónde la luz al pasar a través de una dispersión coloidal. La dispersión esdirectamente proporcional al tamaño de las partículas. Se utiliza este fenómenoen la determinación de la turbiedad por medio de un nefelómetro. Sin embargo,esta determinación no tiene relación con el número de partículas de turbiedadni con la masa total.

5.2.3 PROPIEDADES DE SUPERFICIE

Las partículas coloidales se caracterizan por tener una gran superficieespecífica, definida esta como la relación entre el área superficial y la masa deuna partícula. La tabla 5.1 muestra el efecto de la disminución del tamaño delas esferas sobre el área total superficial y el tiempo de sedimentaciónrequerido.

Tabla 5.1 Efecto del tamaño decreciente de las esferas ( )

Diámetro departículas, mm

Orden detamaño

Areasuperficialtotal1

Tiempo necesario para lasedimentación2

10 Grava 3,142 cm2 0,3 s1 Arena gruesa 31,42 cm2 3 s0,1 Arena fina 314,2 cm2 38 s0,01 Limo 0,31 m2 33 min-0,001 Bacterias 3,14 m2 55 h

0,0001 Partículas

coloidales

3,17 m2 230 días

0,00001 Partículascoloidales

2.833 m2 6,3 años

0,000001 Partículascoloidales

28.328 m2 Mínimo de 63 años.

1 Superficie para partículas del tamaño indicado, producidas a partir de unasola partícula de 10 mm de diámetro y una densidad de 2,65 g/cm3.2 Estos cálculos se basan en una esfera de una densidad de 2,65 g/cm 3 para

descender una distancia de 0,30 m.



5.2.4 PROPIEDAES ELECTROCINETICAS

Se ha observado que al pasar una corriente directa a través de una dispersióncoloidal, las partículas son atraídas a los electrodos positivo o negativo;fenómeno conocido con el nombre de electroforesis, e indica que las partículascoloidales tienen carga eléctrica y que se mueven, de acuerdo a su carga,hacia el electrodo de signo opuesto. Por su naturaleza, la mayoría de los

coloides poseen carga negativa, lo cual es muy importante para comprender laestabilidad de las dispersiones coloidales.

Igualmente, es conocido por todos que cargas iguales se repelen, y por estarazón las partículas coloidales, cargadas con un mismo tipo de carga, nopueden juntarse para aglomerarse en partículas de mayor tamaño. Esto haceque los coloides sean estables, es decir, permanezcan suspendidos en ellíquido, siendo muy difícil su remoción. La remoción de partículas coloidales(como es la turbiedad y color del agua cruda) se lleva a cabo, entre otros, por medio de la Coagulación-Floculación de las mismas.

5.3 ESTABILIDAD E INESTABILIDAD DE LAS DISPERSIONESCOLOIDALES

Se entiende por estabilidad, la propiedad inherente de las partículas coloidalesde permanecer en suspensión en el transcurso del tiempo, mientras que por inestabilidad, se expresa la tendencia de dichas partículas a aglomerarse,siempre que entren en contacto entre si.

La estabilidad de las dispersiones coloidales se debe a las fuerzas derepulsión, originadas por la carga eléctrica de los coloides, generalmente delmismo signo, y por la hidratación de los coloides hidrofílicos que determinanque las moléculas de agua sean atraídas hacia la superficie de aquellos,formando una barrera que impide el contacto entre los mismos.



La inestabilidad se debe a factores como la gravedad, el movimiento brownianoy además a las fuerzas de Van der Waals. La gravedad produce un efectoinsignificante y por lo tanto no es considerada. El movimiento browniano sitiene importancia porque hace posible que las partículas entren en contacto, locual es un requisito para la desestabilización. Otro factor muy importante loconstituyen las fuerzas de Van der Waals, las cuales son fuerzas débiles deorigen eléctrico. Estas fuerzas, que son siempre de atracción,independientemente de la carga de las partículas, se deben al movimientocontinuo de los electrones en sus orbitas,

5.3.1. FUERZAS DE ESTABILIZACION

Las propiedades electrocinéticas de los coloides demuestran que estos tienencarga eléctrica, por lo general negativa, lo cual puede originarse de variasmaneras, a saber:

.- IONIZACION: Muchos coloides contienen en su superficie grupos químicoscomo carboxilos, hidróxilos, etc., que pueden ionizarse, generando una cargaeléctrica. Ejem.:

( Coloide- SiOH) + H2O -------------------- ( Coloide – SiO)- + H3O+

Coloide con cargaNegativa.

.- ADSORSION PREFERENCIAL: Los coloides pueden cargarse al absorber iones de la solución acuosa en su superficie.

.- REEMPLAZO ISOMORFICO: Es una causa de adquisición de carga muyimportante para las arcillas, como consecuencia de una imperfección en la

estructura reticular. Como ejemplo se presenta el caso del tetraedro de SiO4; elátomo de Si ( valencia +4), puede ser reemplazado por uno de Al ( valencia +3)en la estructura reticular, la cual queda cargada negativamente.



5.4. ETAPAS FUNDAMENTALES DEL PROCESO DECLARIFICACION

5.4.1 ETAPA DE COAGULACION.

La COAGULACION constituye sólo el proceso de desestabilización de laspartículas coloidales, destruyendo las fuerzas que separan los coloides. Ellacomienza en el instante en que se agregan los químicos coagulantes( Alumbre, polímeros, etc. ) y dura sólo fracciones de segundo.La coagulación básicamente consiste en una serie de reacciones físico-químicas entre coagulantes, superficie de coloides, agua y alcalinidad de lamisma ( esta última con coagulantes metálicos).Junto con la Floculación, la coagulación es el proceso más importante en laclarificación del agua.

Para que los coloides puedan ser removidos del agua, estos debencoagularse previamente por las siguientes razones:

a) Los coloides son tamaño extremadamente pequeño y su velocidad desedimentación es supremamente lenta, y

b) Las fuerzas de repulsión de coloides impiden que estos se aglutinen enpartículas más grandes, lo cual contribuye a su lenta sedimentación.

La coagulación y floculación son procesos de desestabilización de partículascoloidales y aglutinación de las mismas, en pequeñas masas llamadas flocs,las cuales pueden separarse del agua por sedimentación.

La coagulación-floculación se hace necesaria para:a) Remover la turbiedad que no puede sedimentar rápidamenteb) Remover color verdadero y color aparentec) Reducir las bacterias u otros organismos patógenos susceptibles a

coagulación ( es posible remover del 93 al 99% de losmicroorganismos patógenos con una apropiada coagulación-floculación )

d) Remover algas y plancton en general.



5.4.1.1 MECANISMOS DE DESESTABILIZACION O COAGULACION DECOLOIDES.

Existen esencialmente tres mecanismos que explican como se coagula odesestabiliza un coloide. Son ellos:

a).- Por Adsorción y neutralización de iones que posean una carga opuesta a lade los iones que determina el potencial.

b)- Por Precipitación y Atrapamiento

En este mecanismo se promueve la precipitación de Hidróxidos metálicos, cuyasolubilidad es baja:

Fe+3 + 3 OH- --------------------- Fe(OH)3 FLOC

Al+3 + 3 OH- --------------------- Al(OH)3 FLOC

Mediante este mecanismo las partículas coloidales quedan atrapadas uocluidas en el precipitado, a medida que estos se forman. La remoción deturbiedad y color en aguas claras sigue este mecanismo.

Floc metálico Coloides Floc Resultante



c)- Puente Químico (Desestabilización con Polímeros)

En este mecanismo parte de los grupos funcionales de la molécula delpolímero se adsorben en la superficie de la partícula, dejando otra parte de lamolécula extendida en la solución. Una segunda partícula con polímero

adsorbido y superficie vacante se une al segmento libre de votra, formando unpuente y floc de mayor tamaño y peso.

Polímero Coloide PartículaEstabilizada

5.4.1.2. QUIMICA DE COAGULANTES

Como su nombre lo indica, coagulantes son sustancias capaces de producir lacoagulación o desestabilización de las partículas coloidales.

Básicamente los coagulantes son de tipo:

A) Inorgánicos o Metálicos (Sulfato de Aluminio, Cloruro Férrico, etc )B) Orgánicos ( Polímeros sintéticos y Polímeros Naturales, generalmente

de tipo catiónico).

La secuencia de operación de los coagulantes inorgánicos es:1a Etapa: Reacciones de Hidrólisis

Al2(SO4)3 + 12 H2O ------------------------ 2(Al(H2O)6)+++ + 3SO4-2

Acido(AL(H2O)6)+++ + HCO3

-1 ------------------ (AL(H2O)5OH)++ + CO2 + H2O

(AL(H2O)5OH)++ ------------------------- AL (H2O)3(OH)3 + 2H+

Estas reacciones de Hidrólisis duran del orden de 10 -3 a 10-1 segundos.



2a Etapa: Reacciones de Polimerización

La siguiente es una reacción típica de polimerización:

2 (AL(H2O)5OH)++ ------------------------- (Al2(H2O)8(OH)2)+4 + 2H2

Otros polímeros formados mediante otras reacciones son:

(Al6(OH)15)+3 y (Al6(OH)20)+4

Estas reacciones duran del orden de 10-2 a 10-1 segundos.

Estos polímeros contienen mucha agua de coordinación y en consecuenciaproducen un lodo que es muy voluminoso.

3a Etapa: Desestabilización

En esta etapa es donde se lleva a cabo la neutralización de cargas, laadsorción de iones y el barrido de las partículas coloidales. Estas reaccionesocurren en tiempos tan cortos como: 1x10-4 – 2x10-4 segundos.

5.4.1.3. COAGULANTES ORGANICOS

Los polímeros orgánicos son moléculas muy largas, hechas a partir de laagrupación de muchas unidades moleculares más pequeñas llamadasMonómeros. EJ: POLIACRILAMIDA

Las dos características que determinan la utilidad de un polímero en unsistema, son sus propiedades físicas y químicas.La composición química se refiere a la estructura química del monómero quese polimeriza, asi como también a la configuración que toman los monómerosen la molécula final del polímero. La composición física se refiere altamaño(peso molecular) y forma de la molécula del polímero, grado deramificaciones o que tan lineal es, densidad de carga, etc..



5.4.1.4. APLICACIÓN DE POLIMEROS CATIONICOS

El mecanismo de coagulación que se sigue cuando se emplean polímeroscomo coagulantes es el de la adsorción y neutralización de cargas y el de

puente químico, Algunas de las características mas notables de los polímeros tipo coagulanteson:

1. Reemplazan total o parcialmente al Sulfato de Aluminio y al CloruroFérrico. Polímeros de perso molecular bajo, facilitan más el reemplazototal. La proporción de coagulante metálico reemplazado es muy ampliay es función de la turbiedad del agua y de la densidad de carga delpolímero.Para un polímero dado, la proporción de coagulante metálicoreemplazado, aumenta a medida que aumenta la turbiedad del agua. Enla práctica, hay necesidad de realizar ensayos de Jarras para conocer las dosis óptimas de polímeros y otros coagulantes.

2 La remoción de color mediante la aplicación de sólo polímeros es muydifícil y generalmente requiere altas dosis.

3. La aplicación de polímeros no altera el pH del agua, lo cual podríadisminuir costos de tratamiento por disminución en el consumo de Alcalis,cuando estos se emplean para ajustar pH.

4. Con el uso de polímeros se disminuye la producción de lodos ensedimentadores, lo cual es especialmente ventajoso en unidades que operancon purga manual de lodos, por cuanto las paradas para lavado no son tan

frecuentes.5. Los polímeros no aumentan la salinidad del agua, lo cual es muybeneficioso cuando el agua debe someterse a un tratamiento posterior dedesmineralización.

6. El floc producido a partir de polímeros catiónicos tiene mayor capacidad de penetración del medio filtrante, lo cual se traduce en carreras defiltración más prolongadas, con ahorro en el consumo de agua de lavado.

7. El floc producido a partir de polímeros es más denso, con mayor velocidad de sedimentación y soporta velocidades de agitación más intensas.Por todo esto disminuye los arrastres de flocs en sedimentadores.



5.4.1.5. FACTORES QUE AFECTAN LA COAGULACIÓN.

Los factores más importantes que afectan la coagulación son:

A) NATURALEZA DEL COLOIDE

Las arcillas que forman los coloides no son del mismo tipo; alguna de suspropiedades físicas, como por ejemplo, la Superficie específica, hace que lasdosis de coagulante sean diferentes.

El Color es producido por coloides más finos que los de la turbiedad, y por consiguiente su remoción requiere un mayor consumo de coagulante.

B) pH DEL AGUA

Para cada agua en particular existe un pH óptimo al cual la coagulación delcoloide es máxima.Los rangos de pH del agua para la coagulación con Alumbre o Cloruro Férricose indican a continuación, tanto para la remoción de turbiedad como para elcolor:

CARACTERISTICA COAGULANTE pH OPTIMOTurbiedad Alumbre 6,5 – 7,5

Turbiedad Cloruro Férrico 5,5 – 8,5Color Alumbre 5,0 – 6,5Color Cloruro Férrico 3,7 – 4,2

C) COMPOSICION QUIMICA DEL AGUA

La composición del agua facilita el tipo de mecanismo de coagulación. Ejemplo: Alta Alcalinidad y baja mezcla rápida favorecen la formación de Hidróxidosmetálicos, que son coagulantes pobres.



D) GRADIENTE DE VELOCIDAD O GRADO DE AGITACIÓN DEL AGUA.“G”

ES QUIZA EL FACTOR MAS IMPORTANTE. Las reacciones de coagulaciónson muy rápidas ( < 1 segundo ) y por lo tanto hay que dispersar rápidamenteel químico para evitar su desperdicio.

E) TEMPERATURA DEL AGUA.

Las reacciones químicas se aceleran con un aumento de temperatura. El efectoes más crítico en floculación que en coagulación.

5.4.1.6. EQUIPOS DE COAGULACION O MEZCLA RAPIDA.

Los equipos donde se realiza la coagulación se denominan MEZCLADORESRAPIDOS (Flash Mixing). Su función es producir una coagulación homogénea,causada por una dispersión completa del coagulante.

El factor más importante en el diseño de un mezclador rápido, es el gradientede velocidad o grado de agitación del agua, G, desarrollado en el agua paraproducir la agitación,

La mezcla rápida puede efectuarse mediante turbulencia, provocada por medios hidráulicos o mecánicos, tales como resaltos hidráulicos en canales,

canaletas Parshall, vertederos rectangulres, tuberías de succión de bombas,mezcladores mecánicos en línea, rejillas difusoras, chorros químicos y tanquescon equipo de mezcla rápida.

En los mezcladores Hidráulicos la mezcla es ejecutada como resultado de laturbulencia que existe en el régimen de flujo; en los mecánicos la mezcla esinducida a través de impulsores rotatorios del tipo de hélice o turbina. Los dehélice, semejantes a hélices de barco, generan corrientes axiales fuertes quecrean gran intensidad de mezcla y se han usado para mezcla de alta velocidadcon rotaciones hasta de 2.000 rpm. Los impulsores de paletas generanprincipalmente corrientes radiales y tangenciales, y son más usados en



Floculación con velocidades rotacionales bajas, 2 a 150 rpm, debido a la mayor área expuesta al agua.

El término turbina se aplica, a una gran variedad de formas de impulsores,generalmente consisten en varias aletas montadas verticalmente sobre unaplaca plana, aunque también se usan las de aletas curvas.La rotación se hacea velocidades moderadas y las corrientes generadas son principalmente dedirección radial y tangencial. Los impulsores de flujo radial descargan el líquidodesde el impulsor, a lo largo de un radio, en ángulo recto con su eje; en los deflujo axial el líquido entra al impulsor y es descargado desde él, en formaparalela a su eje.





5.4.2 ETAPA DE FLOCULACION.

La Floculación se define como el proceso de aglomeración de partículaspreviamente coaguladas para formar partículas más grandes llamadasFLOCS. Es un fenómeno de transporte de partículas que se produce por laagitación suave del agua.

5.4.2.1. MECANISMOS RESPONSABLES DE LA FLOCULACION

A continuación se describen los mecanismos que explican el porque laspartículas se aglomeran o floculac:

A.- ATRACCION POR FUERZAS DE VAN DER WALL.

Por medio de este mecanismo, las partículas, que poseen el movimientoBrowniano, se sienten atraídas por otras partículas, con las que chocan y seaglomeran, después de ser coaguladas-

B.- PUENTE DE HIDROGENO

En este caso las moléculas polares del agua, adheridas a las partículas,ejercen fuerzas de atracción debidas al puente de Hidrógeno.



C.- PUENTE QUIMICO.

La floculación por Puente Químico, se presenta cuando se usan polímeroscomo Coagulantes, como ayudantes de Coagulación o como Floculantes.Este mecanismo se explicó previamente.

D.- ATRAPAMIENTO

En este mecanismo las partículas son atrapadas en la red del Flocproducido por Hidróxidos metálicos. Este también se conoce como“Barrido”.



5.4.2.2. RATA DE FLOCULACION,

La rata de floculación o aglomeración de partículas, está dada por lasiguiente ecuación:

N = 1/6 n1n2 ( d1d2 ) G

Donde:

N = Frecuencia de choques

n1 = Número de partículas con diámetro d1

n2 = Número de partículas con diámetro d2

d1 = Diámetro de partículas n1

d2 = Diámetro de partículas n2

G = Gradiente de velocidad o geado de agitación del agua.

La anterior ecuación indica que la rata de Floculación depende de:

a) Número de partículas por unidad de volumen, o sea de la turbiedad delagua cruda ( n1n2 )

b) Tamaño o volumen de las partículas coloidales ( d1d2 )

c) Intensidad de la mezcla ( G ).

Esta ecuación explica los siguientes hechos:

a) Aguas Turbias ( alto n1n2 ), floculan más rápido que aguas claras bajo( n1n2 ).



b) Coloides grandes, presentes en aguas turbias, floculan más rápido quecoloides pequeños, presentes en aguas con color.

c) Para condiciones iguales de n1n2 y d1d2, es decir para igual turbiedad ycolor, a medida que la agitación, G se hace más intensa, se acelera lafloculación, hasta su valor óptimo.

5.4.2.3. FACTORES QUE AFECTAN LA FLOCULACION.

Los siguientes son los factores que afectan la velocidad de floculación:

A.- GRADIENTE DE VELOCIDAD O GRADO DE AGITACION DEL AGUA, G.

Como lo indica la siguiente gráfica, la velocidad de floculación es directamenteproporcional al gradiente de velocidad o grado de agitación del agua, hasta unvalor óptimo.

B.- TIEMPO DE AGITACION

Se requiere un tiempo mínimo para lograr la aglomeración de partículas. Existe

también un tiempo máximo, después del cual se rompe el Floc. Para un valor



dado de G existe también un tiempo de floculación óptimo. G y t dependen unodel otro, por lo que se prefiere hablar del parámetro Gt.

C.- COMPOSICION QUIMICA DEL FLOC.

La composición química del floc es muy importante. El floc de color es débil,quebradizo y flocula muy lentamente. El floc de turbiedad es fuerte y flocularelativamente rápido. Flocs hechos con polímeros de bajo peso molecular floculan más rápido que los formados con polímeros de alto peso molecular-

D.- TIPO DE COAGULANTE USADO.

Flocs producidos con polímeros catiónicos soportan agitaciones más intensas ytiempos de floculación prolongados, comparados con los producidos con salesinorgánicas.

E.- ADICION O NO DE POLIMEROS AYUDANTES DE FLOCULACION.

Los polímeros ayudantes de floculación aceleran la etapa de floculación,requiriéndose así menos tiempo para ésta.

F.- VISCOSIDAD DEL AGUA.

Aguas frías requieren mayor potencia para desarrollar la misma agitación, por cuanto a menor temperatura mayor viscosidad del agua.

G = P/U



La anterior ecuación indica que la rata de agitación disminuye con latemperatura para una misma potencia consumida.

G.- PRESENCIA O NO DE CORTOCIRCUITOS HIDRAULICOS.

Los cortocircuitos hidráulicos disminuyen la eficiencia de la floculación, debidoa variaciones en tiempo de residencia.

H.- NUMERO DE COMPARTIMIENTOS EN FLOCULADORES.-

A mayor número de compartimientos en los floculadores hidráulicos, máseficiente es la floculación, por disminución en los cortocircuitos hidráulicos.

5.4.2.4. AYUDANTES DE FLOCULACION ORGANICOS ( POLIMEROS).

Los ayudantes de floculación orgánicos son productos que facilitan y aceleranla aglomeración de flocs finos en flocs granulados y pesados de rápidasedimentación, dado su alto peso molecular.

El mayor beneficio derivado de los polímeros ayudantes de floculación es elgran aumento en el tamaño del floc, debido a que su alto peso molecular hacemás eficiente y efectivo el mecanismo de puente. Esto contrasta con lospolímeros cationicos de bajo peso molecular, los cuales funcionan como



coagulantes primarios. Los ayudantes de floculación no funcionan normalmentecomo coagulantes primarios, excepto en casos donde la carga eléctrica es

baja. Los ayudantes de floculación pueden ser catiónicos, aniónicos o noiónicos.

Las reacciones de los polímeros ayudantes de floculación son muy rápidas, el85% del polímero se absorbe dentro de los 10 segundos aproximadamente, yel 15% adicional es absorbido después de un contacto más prolongado. Conesto en mente, es evidente porque hay que diluir al máximo las soluciones deestos polímeros para que se distribuyan muy bien en el medio a flocular,Generalmente estos se diluyen al 0,02% o menos, antes del punto de

aplicación.

Estos polímeros dan lugar a reacciones reversibles, es decir, si se rompe elfloc, los segmentos de la molécula del polímero pueden hacer una floculaciónsecundaria. En contraste, los flocs producidos a partir de sales metálicas sonquebradizos, livianos y no floculan una vez se han roto.

La dosis de floculante, generalmente está en el rango de 0.05 a 1.00 ppm ydeen aplicarse en sitios donde exista turbulencia máxima, por esta razón seaplican en la etapa de coagulación. No debe aplicarse en los floculadores, por cuanto allí no existe una agitación adecuada para la distribución del producto.

Los Polímeros ayudantes de floculación tienen gran aplicación en las siguientessituaciones:



a.- Como complemento del Alumbre, en aguas de baja turbiedad, para acelerar la floculación, dar más peso al floc y aumentar la sedimentación.

b.- Como complemento del Alumbre, en la remoción del color, para acelerar lafloculación, hacer el floc más fuerte y de mayor penetración en filtros.

c.- Donde quiera que haya problemas de floculación debido a tiempos deresidencia muy cortos, cortocircuitos hidráulicos, mala operación defloculadores, etc.

d.- Para aumentar capacidad de tratamiento, si otras etapas de este lo permitenhidráulicamente.

e.- Para disminuir el arrastre de flocs en sedimentadores.

5.4.2.5. EQUIPOS DE FLOCULACION O DE MEZCLA LENTA.

Básicamente existen dos tipos de floculadores o mezcladores lentos:

a.- Mezcladores lentos de Agitación mecánica

b.- Mezcladores lentos de agitación Hidráulica.

a.- FLOCULADORES MECANICOS

La eficiencia de estos equipos depende del número de compartimientos que

tenga la unidad; en unidades de un solo compartimiento se presentan



cortocircuitos hidráulicos. En estas unidades es ventajoso que los agitadoressean de velocidad variable para poder variar la intensidad de agitación, G; pero

presentan la gran desventaja del alto consumo de energía.

b.- FLOCULADORES HIDRAULICOS-

Estos floculadores son excelentes para evitar cortocircuitos hidráulicos ya quedisponen de un gran número de compartimientos y tienen la ventaja de que noposeen partes mecánicas y en consecuencia el consumo de energía es bajo ysu mantenimiento es mínimo y su gran desventaja consiste en que el grado de

agitación, G, es función del flujo del agua que pasa a través de la unidad.



5.4.3. ETAPA DE SEDIMENTACION.

Después que el agua ha sido coagulada y floculada, la etapa siguiente es la

separación de los sólidos o partículas, del medio en el cual estánsuspendidas, Esto se puede conseguir po sedimentación y filtración delagua. La sedimentación y la filtración deben entonces considerarse comoprocesos complementarios.

La sedimentación realiza la separación de los sólidos más densos que elagua, y que tienen una velocidad de caída relativamente rápida. La filtraciónen cambio, separa aquellos sólidos que tienen una densidad muy cercana ala del agua, o que no han sido removidos en el proceso anterior desedimentación.



5.4.3.1. TIPOS DE SEDIMENTACION.

Dependiendo de las características y concentración de las partículas aseparar en una suspensión, la sedimentación puede ser de dos tipos, asaber:

A.- SEDIMENTACION DE PARTICULAS DISCRETAS

Es aquella en que los sólidos o partículas no cambian de densidad, tamañoo forma al descender en el líquido. Es decir es la sedimentación desuspensiones diluidas de partículas que no tienen tendencia a flocular. Eneste tipo de sedimentación el parámetro más importante es el área delsedimentador. Ejemplo de este tipo de sedimentación es la

presedimentación de agua cruda, por baja turbiedad.

B.- SEDIMENTACION DE PARTICULAS AGLOMERABLES OFLOCULABLES.

Es aquella en que los sólidos, al descender en el líquido, se pegan oaglomeran entre si, cambiando de tamaño, forma y peso específico durantela caída. Este es el tipo de sedimentación que se presenta en los procesos

normales de clarificación, donde el agua es sometida a las etapas decoagulació-floculación antes de pasar a la etapa de sedimentación.

5.4.3.2. CLASIFICACION DE LOS SEDIMENTADORES

Los sedimentadores se clasifican: Según la dirección del flujo y según lacarga hidráulica.

Según la dirección del flujo, estos pueden ser:

a.- De Flujo horizontal, Convencionales o Rectangulares.



b.- De Flujo vertical, Compactos o Circulares

Según la Carga Hidráulica, estos pueden ser:a.- De Baja Velocidad de Separación.b.- De Alta Velocidad de Separación, también conocidos como de Placas,de Pantallas o de Celdas.

5.4.3.3. SEDIMENTADORES DE FLUJO HORIZONTAL

La Sedimentación con Flujo Horizontal se hace en tanques rectangulares enlos cuales la masa líquida se traslada de un punto a otro con una velocidadVs.

En un sedimentador horizontal se puede considerar que existen cuatro (4)Zonas Hipotéticas, como se indica en la Figura Nº

ZONA DE ENTRADA: Evita la entrada brusca del agua floculada a la zonade sedimentación. Distribuye mejor el agua en toda el área transversal delsedimentador.

ZONA DE SALIDA: Evita los cambios bruscos del flujo, de la zona desedimentación a las canaletas de recolección de agua sedimentada.Distribuye uniformemente la salida del agua sedimentada, disminuyendo elfenómeno de arrastre de floc.

ZONA DE LODOS: Recibe el material sedimentado y evita que los lodos

interfieran con la sedimentación de las partículas en la zona desedimentación.

ZONA DE SEDIMENTACION: Es la zona donde propiamente dicho laspartículas sedimentan libre de la interferencia de las otras zonas.



En el sedimentador hipotético presentado en la Fig. Nº , se haestablecido que una partícula queda removida del agua cuando llega a lazona de lodos. Igualmente, una partícula queda removida del agua, cuandotiene una velocidad de caída, Vsc tal que, si entra a la zona desedimentación a uan altura igual a la de la superficie del agua, sale de ellacuando la capa o lámina de agua que la transportaba pasa de la zona desedimentación a la zona de salida ( línea A-B de la Fig. Nº ). Esta partícula

recibe el nombre de partícula Crítica.Por definición, el tiempo en el cual la partícula crítica llega al fondo, es igualal tiempo teórico de retención, to.

to = V/Q

En donde: V: volumen del sedimentador Q: Caudal de tratamiento.

Si A es el área superficial del tanque y h su altura, tenemos:



to = Ah/Q = ___h_____ = ______h_____ Q/A Vsc

Vsc = h/to = _____h_____ = Q/AA h/Q

La relación Q/A se denomina carga superficial o Carga Hidráulica delsedimentador y es el parámetro más crítico en la operación de la unidad.La carga superficial de un sedimentador depende, entre otros, del tipo deunidad:

TIPO DE UNIDAD CARGA SUPERFICIAL.

( m3/día m2 )

Horizontales 15 - 30Verticales 30 - 60Unidades con placas 60 - 180.

5.4.3.4. SEDIMENTADORES DE FLUJO VERTICAL.

Llamados también sedimentadores Circulares o compactos, En estossedimentadores, las etapas de mezcla rápida, floculación y sedimentaciónse realizan en la misma unidad.

Existen dos tipos generales de sedimentadores de flujo vertical:a.- Los Clarificadores con manto o colchón de lodos, yb.- Los Clarificadores con recirculación de lodos.

a.- CLARIFICADORES CON MANTO O COLCHON DE LODOS-

En este tipo de clarificadores el agua cruda y el coagulante se mezclan enuna zona central de reacción, mediante agitación mecánica o hidráulica, yfinalmente se hace pasar a través de un colchón o manto de lodos formadopreviamente. Al fluir el agua en forma ascendente a través del manto delodos, las partículas finas o micro-flocs, recientemente coaguladas, se

aglomeran al floc existente, formando más lodo. El manto de lodos que



contiene los precipitados formados por acción de los coagulantes semantiene suspendido por agitación mecánica y acción hidráulica.

En una unidad operada correctamente, es posible ver la línea dedemarcación donde termina la superficie superior del colchon o manto delos lodos.

b.- CLARIFICADORES CON RECIRCULACION DE LODOS.

Como su nombre lo indica, en estas unidades un volumen controlado delodos se recircula desde la parte exterior de la zona de sedimentación,hasta la zona central de reacción. Como resultado de esta recirculación,siempre se mantiene una cierta concentración de lodos en la zona dereacción, los cuales actúan como “semilla” para aglutinar los flocs finos

recién formados.En este tipo de unidades no son críticas las fluctuaciones en la turbiedad delagua cruda, ya que siempre se trata de mantener un cierto contenido desólidos suspendidos o lodos en la zona de reacción. El diseño usualmentepermite operaciones a ratas de tratamiento más altas que en unidades queno tienen recirculación de lodos.

CAPITULO SEXTO

6. PROCESO DE FILTRACION

El objetivo básico de la Filtración es remover las partículas y

microorganismos que no han sido removidos en la etapa de sedimentacióndel proceso de clarificación.

Este proceso se lleva a cabo haciendo pasar el agua a través de un medioporoso llamado medio o Lecho Filtrante. La rata a la cual el agua pasa através del medio filtrante es la rata de Filtración y se expresa en m3/día/m2.

6.1 MEDIO FILTRANTE.

El medio filtrante usado en plantas de tratamiento de agua está constituidopor: Arena Silícea, Antracita, Carbón Activado o una combinación de dichos



materiales. El medio más comúnmente usado en la filtración de aguamunicipal es la Arena Silícea.

Las dos características básicas de un medio filtrante son: El tamañoefectivo, Te, y el coeficiente de uniformidad, Cu, ( que en realidad es dedesuniformidad, ya que su valor se aumenta a medida que el grano esmenos uniforme).

El Coeficiente de Uniformidad es la razón del 60% al 10% así:

Apertura del tamiz que dejará pasar el 60%, mmCu = __________________________________________ Apertura del tamiz que dejará pasar el 10%, mm.

El Tamaño Efectivo es la apertura del tamiz que dejará pasar el 10%, mm.

Ejemplo: Si al tamizar una arena se encuentra que el 10% pasó el tamiz conapertura de 0,5 mm y el 60% pasó el tamiz con apertura de 0,8 mm, elCoeficiente de Uniformidad y el tamaño efectivo serán:

Cu = 0,8 mm/ 0,5 mm = 1,6

Te = 0,5 mm.

6.2. TIPOS DE FILTROS.

Los Filtros pueden clasificarse en función de Medio Filtrante, de la Rata deFiltración, del Tipo de Construcción y del Tipo de operación.

6.2.1. SEGÚN EL MEDIO FILTRANTE.

Según el medio filtrante los filtros pueden ser:

a.- Filtros de Arenab.- Filtros de Antracitac.- Filtros de Carbón Activado (C.A.)d.- Filtros de Lecho Doble. ( Arena-Antracita, Arena- C.A., Antracita- C.A. )e.- Filtros de Lecho Mezclado ( Arena-Antracita-Carbón Activado ).

6.2.2. SEGÚN LA RATA DE FILTRACION.



Según la rata de filtración las unidades pueden ser: Filtros Lentos de Arena

y Filtros Rápidos (de arena, antracita o carbón activado).

a.- FILTROS LENTOS DE ARENA.

Fueron los primeros tipos de filtros. Están limitados a turbiedades promediode 10 NTU y máxima de 30 NTU. Hacen uso de lechos del orden de 2.000m2, con espesores de lecho de 85 cm y arena fina con tamaño efectivo de0,25 a 0,35 mm. La rata de filtración está en el rango de 0,93 a 9,3m3/día/m2, siendo la más representativa 2,8 m 3/día/m2. La carrera del filtroentre limpiezas dura entre 20 y 60 días. La limpieza del filtro se realizaretirando la capa superficial de arena, donde se acumula la casi totalidad de

los sólidos removidos del agua.

b.- FILTROS RAPIDOS.

Este tipo de filtro es el de uso actual en las plantas de abastecimiento deagua municipal. El resto de la discusión que se sigue será sobre filtrosrápidos.

6.2.3. SEGÚN EL TIPO DE CONSTRUCCION

Según el tipo de construcción lois filtros pueden ser:

a.- FILTROS A PRESION

Son aquellos donde la unidad es de Acero, cerrada y opera con agua bajopresión.



b.- FILTROS A GRAVEDAD.

Son aquellos construidos en concreto y abiertos a la atmósfera, es decir operan a gravedad. Este tipo es el que tiene aplicación en la producción degrandes volúmenes de agua.

6.2.4. SEGÚN EL TIPO DE OPERACIÓN-

Según el tipo de operación los filtros pueden ser: de Rata Constante o deRata Declinante.

a.- FILTROS DE RATA CONSTANTE.

En estos filtros la rata de filtración se mantiene constante durante toda lacarrera del filtro, abriendo la válvula del efluente a medida que la unidad seva colmatando y consecuentemente disminuyendo la velocidad de filtración.

b.- FILTROS DE RATA DECLINANTE.

En estos filtros la unidad inicialmente, cuando el medio filtrante está limpio,opera con una alta velocidad de filtración, y se deja que la rata de filtración

vaya disminuyendo al tiempo que la unidad se va colmatando.



6.3. PRINCIPALES MECANISMOS DE LA FILTRACION.

Los mecanismos que tienen que ver con la remoción de los sólidossuspendidos, en el filtro, son muy complejos. Los mecanismos dominantesdependen de las características físicas y químicas de los sólidos suspendidos,del medio filtrante, de la rata de filtración y de las características químicas delagua.

En filtros de lecho granular, la remoción se lleva acabo dentro del lechofiltrante, y se refiere como Filtración de Profundidad. Algunos sólidos puedenser removidos por un simple fenómeno de cernido entre los intersticios de los

granos del medio filtrante.

La remoción de otros sólidos, particularmente los más pequeños depende dedos mecanismos:Primero, un mecanismo de transporte que debe traer las partículas pequeñasdesde la masa de fluido que está entre los intersticios hasta la superficie de losgranos.Segundo, cuando las partículas se acercan a la superficie del medio filtrante, oa sólidos previamente depositados, se requiere un mecanismo de adhesiónO unión que retenga la partícula.

El mecanismo de unión puede ser por interacción electrostática, puentequímico, o adsorción; los cuales están afectados por el tipo de coagulanteaplicado en el tratamiento y las características químicas del agua y el mediofiltrante.

En los filtros de lecho granular la remoción es el resultado de una combinación

de los anteriores mecanismos. Tanto la remoción superficial como la remocióndentro del lecho filtrante pueden tener lugar simultáneamente.

Durante la filtración en unidades de lecho profundo, el sedimento o sólidossuspendidos se almacenan en el medio. Estas partículas se mantienen en elfiltro en equilibrio con las fuerzas hidráulicas de deslizamiento que tienden adesprenderlas y llevarlas a las capas más profundas del filtro. A medida queestos depósitos se acumulan, la velocidad a través de las capas superiores,que casi están colmatadas, se aumenta y entonces estas capas vienen a ser menos efectivas para la remoción. Así, la carga de remoción se va haciendocada vez más profunda en el lecho.



Finalmente, sólo queda una capa de lecho limpia que no es suficiente paraproducir la calidad de agua deseada, y entonces debe terminar la Carrera del

Filtro.

6.4. OPERACIÓN Y LAVADO DEL FILTRO.

El tipo de filtro más común para el tratamiento de agua es el Filtro por Gravedad. Su operación va produciendo el Agua Filtrada por medio de losmecanismos expuestos hasta finalizar la CARRERA DEL FILTRO, momento enel cual el filtro debe sacarse de servicio para realizar su lavado.

Al quedar retenidas las partículas en el lecho del filtro este comienza a

COLMATARSE ( ensuciarse) y la caída de presión a través de la unidadaumenta. En la filtración por gravedad esta caída de presión se expresa enpérdida de cabeza, pies o metros de agua. Cuando la pérdida de cargaalcanza un cierto nivel ( usualmente 6 a10 pies), el filtro debe LAVARSE. Estelavado que realmente es un RETROLAVADO se hace invirtiendo el flujo deagua a una rata mayor que la rata de filtración, de manera que el lecho filtrantese expanda entre un 15% y un 25%. En esta forma los flocs acumulados sedesprenden de los granos del medio, reduciéndose la condición que causa lapérdida de carga. Típicamente, el filtro se lava hasta cuando el agua que sedescarga a la alcantarilla sale clara. Esto toma alrededor de 8 a 15 minutos.

Para el lavado se usa agua filtrada. Después del contralavado se comienzanuevamente el ciclo de filtración.

6.5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACION.

Los factores más importantes que influyen en la filtración son:

6.5.1. MEDIO FILTRANTE

Entre más fino sea el grano del medio filtrante, mayor será la eficiencia deremoción en el filtro. Generalmente, un medio Doble o mezclado es máseficiente que un medio sencillo.

6.5.2. VELOCIDAD DE FILTRACION.



La eficiencia de filtración es inversamente proporcional a la rata o velocidad de

filtración, ya que la posibilidad de que el floc pase a través del medio filtrante,aumenta.

6.5.3. TIPO DE SUSPENSION.

El volumen, densidad y tamaño del floc se relacionan en varias formas con larapidez con que aumenta la pérdida de carga en el filtro. El tamaño de laspartículas influyen en el mecanismo que predomina en la remoción del materialsuspendido. Las característica químicas se relacionan al pH y potencial Zeta. Elpotencial Zeta es función del pH y en consecuencia éste hace que hayanvariaciones en el tipo e intensidad de carga que tenga el floc que se va a filtrar,

como también el medio filtrante.

6.5.4. TEMPERATURA.

La literatura a este respecto señala que a temperaturas bajas se obtiene menor pérdida de carga, debido probablemente, a una remoción de floc más lenta amenor temperatura.

6.5.5. DUREZA DEL FLOC.

Se refiere a la capacidad que tiene el floc de quedar retenido después de ciertotiempo de operación del filtro, o de salir prematuramente en el agua filtrada. La

adición de polímeros de alto peso molecular endurece el floc, mejorando lacalidad del agua filtrada, aun con unidades operando a altas ratas de filtración,pero en cambio aumentan la pérdida de carga.

6.6. FILTROS CON MEDIO O LECHO SENCILLO.

El filtro de lecho sencillo más empleado es el de Arena. La antracita también seusa como lecho sencillo en algunos casos.





Estos materiales se seleccionan de tal manera que el lecho final quedegraduado con granos de tamaño efectivo de 1 a 2 mm arriba y de 0,5 mm

abajo. La tabla 6.1 muestra el diseño típico de medios filtrantes.

TABLA 6.1 DISEÑO TIPICO DE MEDIOS FILTRANTES

Tamaño Efectivo Espesor Rata de retrolavadoMm pulg. Gpm/pie2

Medio sencillo Arena 0,4 - 1,0 23 – 30 15 - 20

Medio Doble Arena 0,35 12 15 – 17 Antracita 1,0 – 1,5 18

Medio Mezclado Antracita 1,0 – 1,1 18 - 20 15 -17 Arena 0,42 – 0,48 9 – 10C.A. 0,21 – 0,23 3 – 4

CAPITULO SEPTIMO.

7. PROCESO DE DESINFECCION

7.1 ORIGEN DE LA DESINFECCION DEL AGUA.

La desinfección del agua ha sido practicada hace muchísimos años, aunqueinicialmente no muy entendida. Los record históricos señalan que el hervir elagua es una práctica recomendada desde el año 500 A. de C.Clásicamente, la desinfección se ha practicado con el propósito de destruir



o inactivar organismos causantes de enfermedades u organismospatógenos, más particularmente bacterias de tipo intestinal.

Aunque la desinfección del agua tiene como finalidad la destrucción odesactivación de organismos patógenos y otro tipo de organismos designificado sanitario, ella no necesariamente implica la destrucción completade todos los organismos vivos, es decir no esteriliza.

Entre las enfermedades más comunes transmitidas por la vía del aguatenemos: Fiebre tifoidea, fiebre paratifoidea, Disentería bacilar, disenteríaamebicida, cólera y hepatitis infecciosa.

7.2 METODOS DE DESINFECCION

La desinfección del agua puede realizarse de varias formas. Excluyendo losprocesos de tratamiento del agua (tales como clarificación, filtración, etc.)que remueven parcialmente microorganismos patógenos; los métodos máscomunes y específicos de desinfección incluyen:1º) Calentamiento hasta ebullición del agua2º) Irradiación con luz ultravioleta (UV)3º) Aplicación de metales, tales como plata (Ag).4º) Aplicación de agentes oxidantes, tales como Halógenos (Flúor, Cloro,Bromo, Yodo), ozono y otros.

Entre todos los anteriores métodos de desifección, el Cloro es el más

ampliamente usado en el tratamiento de agua de abastecimiento público,debido a su fácil consecución y su gran efectividad desinfectante.

7.3. CLORACION.

El uso del Cloro como desinfectante del agua se remonta a 1.896, cuandose usó a manera experimental, en estudios de filtración en LOUSVILLE(USA). Posteriormente se usó, también en base experimental, en Inglaterraen 1.897, para desinfectar el sistema de distribución, después de unaepidemia de Tifo. El primer uso continuo de Cloro se hizo en Bélgica, a

comienzos de 1.902, con el doble propósito de ayudar a la coagulación de



hacer el agua biológicamente “segura”. En los Estados Unidos de América,la primera aplicación continua de Cloro se hizo en 1.908 en la planta de

New Jersey.

A temperatura y presión normales, el Cloro existe como un gas. Sinembargo, puede ser fácilmente comprimido hasta un punto donde se licúa.Esto es ventajoso, ya que en esta forma puede comprarse y transportarseen recipientes de acero. El Cloro es dos y media veces más pesado que elaire, es de color amarillo verdoso, altamente irritante y de olor penetrante.No es corrosivo cuando está seco, pero es extremadamente corrosivo a losmetales comunes en presencia de humedad.

Además del Cloro, como elemento puro, otros productos derivados del cloro

se usan como desinfectantes, especialmente en sistemas deabastecimiento de agua pequeños. Entre este tipo de productos tenemos elHipoclorito de Sodio (NaOCl), el cual es suministrado comercialmentesolamente en forma de solución que contiene entre el 5% y el 15% de Clorodisponible y el Hipoclorito de Calcio (CaOCl2), producto sólido quegeneralmente contienen alrededor del 70% de Cloro disponible

7.3.1. DEMANDA DE CLORO.

Cuando se aplica suficiente Cloro al agua, inicialmente reacciona con lasustancia reductora, posteriormente reacciona con la materia orgánica yNitrógeno orgánico para formar compuestos Cloro orgánicos. Estos notienen ninguna acción desinfectante y pueden causar olores y sabores. Sise aplica suficiente Cloro para que reaccione con todos los compuestosreductores y materia orgánica, un poco más de Cloro reaccionará concualquier Amoníaco que pueda estar presente en el agua para formar Cloroaminas. Cuando las reacciones anteriores se han completado,cualquier Cloro adicional que se aplique Estará presente como “CloroResidual Libre Disponible”, el cual como hemos visto es un agente

desinfectante muy activo. La Figura 7.1 es una presentación gráfica de las



reacciones de Cloro en agua; tal curva se llama “La curva de Demanda deCloro”.

Figura 7.1 CURVA DE DEMANDA DE CLORO

La cantidad de sustancias reductoras, materia orgánica y Amoníaco varíacon el tipo de agua y aún varía con la época del año para la misma agua.Consecuentemente la cantidad de Cloro que debe aplicarse al agua,también varía.

La cantidad de Cloro consumida por las sustancias reductoras y la materiaorgánica se define como la Demanda de Cloro. Cuantitativamente definidala demanda de Cloro es igual a la cantidad de Cloro aplicada menos lacantidad que está presente después de un período de reacción(generalmente 10 minutos) medido mediante el ensayo de Ortotolidina.La cantidad de Cloro que permanece después de un cierto tiempo escogidode reacción se define como Cloro Residual y se expresa en ppm.Como se ha visto el Cloro Residual puede existir como Cloramina en cuyocaso se llama “Cloro Combinado Disponible”, o como Cloro libre, en cuyocaso se llama “Cloro Residual Libre Disponible”. También puedepresentarse tanto combinado como libre, en cuyo caso se llama “Cloro



Residual Total Disponible”. En la práctica, en las plantas de tratamientodebe mantenerse CLORO RESIDUAL LIBRE en el agua tratada.

7.3.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CLORACION.

A continuación se presentan los factores más importantes que tieneninfluencia en el residual de Cloro deseado:

a. TIEMPO DE CONTACTO. CONCENTRACION,

Estos dos factores se relacionan mutuamente y se refieren al tiempo dereacción disponible para la desinfección y a la cantidad y tipo de Cloro

Residual. Así por ejemplo, Cloro combinado por ser un desinfectantemás débil requiere de una mayor concentración y que actúe por untiempo largo. Un residual de Cloro libre, por otra parte, por ser undesinfectante más fuerte, requiere de menor concentración y menor tiempo de contacto.

b. TEMPERATURA

La temperatura del agua afecta sobremanera la acción desinfectante delCloro Residual. A temperaturas más bajas la destrucción de las bacteriasdecrece y se necesitan residuales de Cloro más altos.

c. pH

Como se mencionó antes, el pH del agua afecta la acción desinfectante delCloro. A pH de 6.5 y una temperatura de 21º C, 0,3 ppm de Cloro ResidualCombinado destruye el 100% de las bacterias. A la misma temperatura y a pHde 7.0, el Residual Combinado debe aumentarse a 0,6 ppm; y a pH de 8.5 a1,2 ppm para tener el mismo grado de destrucción de las bacterias.

7.3.3. RECOMENDACIONES DE CLORACION.

Recomendaciones de concentraciones mínimas de Cloro Residual Libre vs

Cloro Residual Combinado para asegurar una desinfección efectiva(1)

.



Valor del pH Concentración Mínima de Concentración de Cloro

Cloro libre período de Combinado, período deDesinfección de 10 minutos desinfección de 10 minutosMínimo. mínimo.

6.0 0.2 1.07.0 0.2 1.58.0 0.4 1.89.0 0.8 No aplicable10.0 0.8 No aplicable.

(1) “Manual of Instruction for Water Treatment Plant Operators” New York

State Department. Pag.165-

7.4. FLUORURACION.

7.4.1. GENERALIDADES.

La aplicación de Flúor a las aguas de suministro público con el objeto deprevenir las caries dentales en los consumidores es una práctica establecida enmuchos países. Pocas medidas de salud pública han sido causa dediscusiones acaloradas como la Fluoruración del agua.

La decisión de fluorurar o no fluorurar el agua la toman las entidadesgubernamentales de la localidad, y así la responsabilidad del operador de laplanta de tratamiento radica sólo en llevar a cabo tal aplicación, de acuerdo alas normas que se establezcan.

A continuación se presentan los efectos fisiológicos de los Fluoruros:

1. En concentraciones adecuadas reduce las caries dentales2. En concentraciones mayores a las indicadas (0.6 a 1.2 ppm) produce

manchas en el esmalte dental, especialmente en la población infantil.3. Es tóxico en concentraciones excesivas





8.1. CONCEPTO DE CORROSION.

Uno de los propósitos del suministro de agua es la producción de agua tratadaque no sea ni corrosiva, es decir, agua que no cause el deterioro de losmetales en la red de distribución o tuberías domésticas o produzca “agua roja”,ni incrustante (producción de costras o incrutaciones en las tuberías) quereduzcan el diá,metro de las tuberías, reduciendo así su capacidad de flujo.

Dado que muchas aguas naturales y aguas tratadas son corrosivas, laprevención de la corrosión es a menudo una etapa necesaria en el suministrode agua. Se dice que un agua es corrosiva a un metal, si disuelve el metal osuministra sustancias que reaccionen con él en la interfase metal.agua.

La corrosión típica del hierro está caracterizada por el llamado pitting opicadura del metal, la cual resulta de la disolución del hierro, y la llamadatuberculación, o deposición del Hidróxido férrico (producto resultante de ladisolución del hierro en agua) y otros productos de la reacción. El “agua roja”es otro resultado común de la corrosión del hierro. La disolución gradual delmetal puede debilitarlo hasta el punto de causar la destrucción del mismo; latuberculación reduce la capacidad hidráulica de la tubería.

La corrosión es un proceso electroquímico, es decir, depende de reaccionesquímicas y del flujo de la corriente eléctrica que generan las reacciones decorrosión. Esencialmente la corrosión tiene lugar en tres etapas:

1º.- Los átomos del metal en contacto con el agua se ionizan quedando losiones en el agua y dejando un exceso de electrones (partículas cargadasnegativamente y que forman parte de los átomos) sobre la superficie del metal,en una pequeña área que recibe el nombre de ANODO.

2º.- Estos electrones fluyen a través del metal hacia otra pequeña área sobre elmetal llamada CATODO.

3º.- En el Cátodo estos electrones reaccionan con los iones hidrógeno (H +)encontrados en el agua para producir gas hidrógeno que se recoge sobre lasuperficie del metal, o reaccionan con otros iones disueltos en el agua paraformar productos de corrosión que se pueden depositar como precipitados en

el área del Cátodo.



En resumen, la corrosión puede verse como la combinación de dos tipos de

procesos:

1º.- Un proceso anódico en el cual los átomos del metal ( hierro por ejemplo) sedisuelven para formar iones:

Fe -------------------- Fe++ + 2e-

2º.- Un proceso catódico, en el cual el exceso de electrones reacciona conotros iones para remover los H+ del agua:

2H+ + 2e- -------------------- H2

O con otros iones en el agua, para formar productos de corrosión, como por

ejemplo:Fe++ + 3/2 H2O + ¾ O2 + e- ---------------- Fe(OH)3

Es decir, los iones ferrosos reaccionan con el oxígeno del agua, en el aguamisma y electrones para producir Hidróxido Férrico y óxido.

8.2. CARACTERISTICAS DEL AGUA QUE INFLUYEN EN LA CORROSION.

Las características del agua que más significativamente influyen en lavelocidad o rata de la corrosión del metal son:

a.- Cantidad de oxígeno disuelto, ya que este elemento gobierna la formación ono formación de la película gaseosa de hidrógeno, a pH del agua mayor que5,0, la reacción con el oxígeno disuelto es el único medio de remover elHidrógeno:

2H+ + 2e- + 172 O2 ----------------------- H2O

b.- La concentración de iones H+ o pH del agua, ya que el pH gobierna ladisolución del metal ( a menor pH mayor dilución y viceversa), y el tipo dereacciones que ocurren en el cátodo.

c.- La concentración del CO2 en el agua afecta su equilibrio con el Carbonatode Calcio, y así la solubilidad de este compuesto.



d.- La concentración de otros iones inorgánicos tales como, Cloruros, Sulfatos,Calcio, etc, ya que estos aumentan la conductividad del agua.

e.- La Temperatura, a mayor temperatura se aceleran las reacciones químicas,en consecuencia se acelera la corrosión.

8.3. METODOS DE CONTROL DE CORROSION-ESTABILIDAD QUIMICA.

Entre los diferentes métodos que existen para controlar la corrosión del hierro,el más comúnmente empleado en las plantas de tratamiento de agua potablees la adición de Cal (CaO) al agua filtrada, con el fin de aumentar el pH de lamisma y de depositar en las paredes de las tuberías de hierro una película

protectors de Carbonato de Calcio.

Se dice que un agua está saturada con Carbonato de Calcio (CaCO 3) cuandolas tres formas de Alcalinidad (Carbonatos CO3

-2, Bicarbonatos HCO3-1 e

Hidróxidos OH-) y el Dióxido de Carbono CO2, contenidos en esa agua están enequilibrio, es decir:

CO2 + H2O -------------- H2CO3 ---------------- H+ + HCO3-

HCO3- ------------------- H+ + HCO3

-

CO3-2 + Ca++ ----------------------- CaCO3 (sólido)

Un agua saturada con Carbonato de Calcio no disolverá ni depositaráCarbonato de Calcio, es decir, será estable con respecto a esta sustancia, asícomo también con respecto al hierro.

Existen diferentes métodos para medir la Saturación o Estabilidad Química delagua, entre los cuales el Índice de Saturación de Langelier es el másampliamente conocido. Este índice se define por la siguiente ecuación:

Índice de Saturación = pH – pHs.

Donde pHs es el pH de saturación, calculado a partir de los valores de Alcalinodad Total, en mg/L como CaCO3, la Dureza al Calcio en mg/L como Ca,al pH del agua, contenido de sólidos disueltos y la Temperatura.



Un valor positivo de este índice señala que el agua es incrustante, es decir,tiene la tendencia a depositar Carbonato de Calcio, en una medida que

dependerá del valor del índice: a mayor valor, mayor será la tendenciaincrustante. Un valor negativo del índice señala que el agua es corrosiva, esdecir, tiene la tendencia a disolver el Carbonato de Calcio, previamenteformado, y/o a disolver el metal, en una medida que dependerá del valor delíndice; a mayor valor mayor será la tendencia corrosiva.

En la práctica es muy difícil mantener este índice en cero (0), por lo que esconveniente y más fácil mantenerlo en el rango de 0.0 a 0,2.

La idea de controlar la corrosión produciendo un agua químicamente estable,debe practicarse para cada planta en particular. Tentativamente la adición de

Cal u otro material alcalinizante debe hacerse hasta que la Alcalinidad y el pHdel agua indiquen que el agua está saturada en Carbonato de Calcio.

Para un control más preciso sobre la estabilidad del agua, debe establecerseun índice de Saturación para cada tipo de agua y planta en particular, y paracada sistema de distribución.

Documents

manual potabilización de aguas