Introducción

En este trabajo se abarca todo lo relacionado con las plantas de tratamiento, presentando cuál es su función y porque son necesarios en las sociedades actuales. Estas plantas tienen diversos componentes que les permiten funcionar adecuadamente los cuales son presentados y explicados dentro de este trabajo, destacando la necesidad de cada uno y cuál es la función que desempeñan en el sistema.

Dentro del trabajo se explica cuáles son las diferencias fundamentales entre las plantas de tratamiento de filtro rápido y las plantas de tratamiento de filtro lento. Las cuales se deben elegir de acuerdo a las necesidades específicas de la población que se abastecerá.

Se presenta cuáles fueron las observaciones que se hicieron al realizar una visita a una planta de tratamiento de la ciudad y los resultados de los estudios que se realizaron a una muestra de agua tomada en dicha planta.

Planta de tratamiento de agua potable

Las plantas convencionales de tratamiento de agua superficial utilizan una secuencia de procesos más o menos estándar. Después de filtrar objetos grandes como peces y palos, se añaden coagulantes químicos al agua para lograr que las diminutas partículas en suspensión que enturbian el agua se atraigan entre sí para formar “flóculos”. La floculación—la formación de flóculos de mayor tamaño a partir de flóculos más pequeños— típicamente se logra por medio del agitado leve y constante del agua para estimular a las partículas y pequeños flóculos para que “choquen” entre sí, se adhieran, y formen un flóculo de mayor tamaño. Cuando los flóculos son lo suficientemente grandes y pesados para sedimentarse, el agua se traslada a estanques calmos de sedimentación o decantación. Cuando la mayoría de los sólidos se ha sedimentado, típicamente ocurre alguna forma de filtración ya sea por medio de arena o de membranas. La desinfección es usualmente el siguiente paso. Después de la desinfección, se pueden agregar diversos productos químicos para ajustar el pH, para prevenir la corrosión del sistema de distribución, o para prevenir la caries dental. El intercambio iónico o carbón activado se puede usar durante algunas partes de este proceso a fin de eliminar los contaminantes orgánicos o inorgánicos. Las fuentes de agua subterránea usualmente tienen una mayor calidad inicialmente y tienden a necesitar menos tratamiento que las fuentes de agua superficiales.

Floculación

Las prácticas convencionales de coagulación–floculación-sedimentación son pre-tratamientos esenciales para muchos sistemas de purificación de agua — especialmente los tratamientos de filtración. Estos procesos aglomeran entre sí a los sólidos en suspensión para formar cuerpos de mayor tamaño a fin de que los procesos de filtración física puedan eliminarlos con mayor facilidad. La eliminación de particulados por medio de estos métodos vuelve mucho más eficaces los procesos de filtración. El proceso a menudo se continúa con la separación por gravedad (sedimentación o flotación) y siempre es seguido por la filtración.

Un coagulante químico, como sales de hierro, sales de aluminio o polímeros, se agregan al agua fuente para volver fácil la adherencia entre las partículas. Los coagulantes funcionan creando una reacción química y eliminando las cargas negativas que causan que las partículas se repelan entre sí.

Después, la mezcla coagulante-agua fuente se agita lentamente en un proceso que se conoce como floculación. Este agitado del agua induce que las partículas choquen entre sí y se aglutinen para formar grumos o “flóculos” que se pueden eliminar con mayor facilidad.

El proceso requiere el conocimiento químico de las características del agua fuente para asegurarse del uso de una mezcla eficaz de coagulante. Los coagulantes erróneos vuelven ineficientes estos métodos de tratamiento.

La máxima eficacia de la coagulación / floculación se determina además mediante la eficiencia del proceso de filtrado con el cual estén combinados.

Sedimentación

El proceso impulsado por la gravedad mediante el cual las partículas en suspensión se asientan en el fondo de un cuerpo de agua.

Sistema de filtración

Los sistemas de filtración tratan el agua pasándola a través de lechos de materiales granulares (p.ej., arena) que retiran y retienen los contaminantes. Los sistemas de filtrado convencionales, directos, lentos de arena y de tierra diatomácea hacen todos un buen trabajo al eliminar la mayoría de protozoos, bacterias y virus (si se usa la coagulación). Usualmente, los filtros de bolsa y cartucho no eliminan los virus y muy pocas bacterias.

La filtración convencional es una operación de varias etapas. Primero, se agrega un coagulante químico como sales de hierro o de aluminio al agua fuente. Después, se agita la mezcla para inducir la unión de las partículas pequeñas en suspensión para formar grumos más grandes o “flóculos” más fáciles de retirar. Estas masas coaguladas, o “flóculos”, se dejan asentar fuera del agua, para que se lleven consigo muchos contaminantes. Al terminar estos procesos, el agua se pasa a través de filtros de manera que las partículas restantes se adhieran por sí mismas al material de filtro.

La filtración directa es similar a la filtración convencional, excepto que después de agregar el coagulante, y después de agitar la mezcla, no hay una fase separada para la sedimentación. En vez de ello, las partículas en suspensión son desestabilizadas por el coagulante y así se adhieren con mayor facilidad al material de filtro cuando el agua se filtra posteriormente.

Los sistemas de filtración lenta en arena no tienen fase de coagulación y, usualmente, tampoco tienen un paso de sedimentación. Se induce el paso lento y descendente del agua a través de un lecho de arena de dos a cuatro pies (0,6 a 1,2 metros) de profundidad. Una capa biológicamente activa se forma a lo largo de la superficie superior del lecho de arena, atrapando así partículas pequeñas y degradando algunos contaminantes orgánicos.

Desinfección química

Los sistemas de desinfección se usan para combatir enfermedades propagadas en agua y causadas por bacterias o virus. Esos procesos neutralizan los patógenos mediante el tratamiento del agua de fuentes con aditivos químicos, o mediante la exposición a la luz ultravioleta. Estos sistemas de tratamiento a menudo son de bajo costo y pueden fácilmente reducir su capacidad para las instalaciones de tratamiento de bajo volumen.

Cloro libre, cloraminas y dióxido de cloro son algunos de los desinfectantes más comunes. La cloración es la clase más popular (y más antigua) de aditivos químicos. El cloro es también un oxidante, así que ayuda a eliminar el hierro, el ácido sulfhídrico y otros minerales.

El ozono, un gas incoloro, trata a los contaminantes orgánicos e inorgánicos casi de la misma manera que la cloración pero es aún más eficaz contra las bacterias y otros gérmenes. Los sistemas de ozono no son comunes en todo el mundo porque requieren mucha infraestructura, y su implementación puede tener un alto costo.

La luz ultra violeta es, una parte invisible del espectro electromagnético que mata bacterias y virus en el agua expuesta a sus rayos, y se produce típicamente por medio de lámparas de mercurio. El proceso UV es de costo económico y se usa con frecuencia en instalaciones de pequeña escala, pero no es tan eficaz como otros desinfectantes en fuentes de suministro de agua superficial que contienen muchas partículas en suspensión.

Plantas de filtración lenta

Los filtros lentos operan con tasas que normalmente varían entre 0,10 y 0,30 m/h; esto es, con tasas como 100 veces menores que las tasas promedio empleadas en los filtros rápidos; de allí el nombre que tienen. También se les conoce como filtros ingleses, por su lugar de origen.

Los filtros lentos simulan los procesos de tratamiento que se efectúan en la naturaleza en forma espontánea, al percolar el agua proveniente de las lluvias, ríos, lagunas, etcétera, a través de los estratos de la corteza terrestre, atravesando capas de grava, arena y arcilla hasta alcanzar los acuíferos o ríos subterráneos. Al igual que en la naturaleza, los procesos que emplean estos filtros son físicos y biológicos.

Una planta de filtración lenta puede estar constituida solo por filtros lentos, pero dependiendo de la calidad del agua, puede comprender los procesos de desarenado, pre sedimentación, sedimentación, filtración gruesa o filtración en grava y filtración lenta. Uno de los procesos más empleados es el de la tecnología de Filtración en Múltiples Etapas “FIME”, esta tecnología esta conformada por dos o tres componentes o etapas principales de filtración. La opción de tres etapas, filtro dinámico, filtro grueso y filtro lento en arena FLA, se presenta en la  Fig. 21.

Fig.   21. Esquema de Filtración lenta tipo FIME.

 

Los procesos previos al filtro lento tienen la función de acondicionar la calidad del agua cruda a los límites aceptables por el filtro lento. Con el tren de procesos indicados se puede remover hasta 500 UNT, teniendo en cuenta que el contenido de material coloidal no debe ser mayor de 50 UNT; es decir, que la mayor parte de las partículas deben estar en suspensión para que sean removidas mediante métodos físicos. Presenta el número de procesos que debe tener la planta para diferentes rangos de turbiedad, color y contaminación microbiológica del agua cruda.

Tabla   1. Límites de calidad de agua para el tratamiento mediante filtración lenta.

   

Dependiendo de la calidad de la fuente de agua que va a abastecer al sistema de tratamiento, la Planta de filtro lento podría estar constituida sólo por un filtro lento o bien por una serie de procesos previos, cuyo propósito es acondicionar la calidad física del agua cruda para que el filtro lento pueda operar adecuadamente. 

Estos procesos son:

a. Pre sedimentadorb. Sedimentadorc. Pre filtro de grava d. Filtro lento

La desinfección está sobreentendida en todos los casos.

Proceso de filtración

Pre sedimentador triangular

Esta unidad tiene la forma de un triángulo isósceles. En el canal de ingreso se considera un vertedero triangular o rectangular para determinar el caudal de ingreso y un aliviadero para que no ingrese un caudal mayor al de diseño. A continuación se un muro de ladrillo hueco para distribuir uniformemente las líneas de flujo en toda la seccion.

El agua ingresa por el vértice y la sección transversal de la unidad se va anchando y profundizando a medida que el agua avanza. En la entrada a la unidad se considera un muro de ladrillo hueco para distribuir uniformemente las líneas de flujo en toda la sección.

La recolección del agua presedimentada se realiza mediante un vertedero ubicado a todo lo ancho de la base del triángulo.

Se considera un canal de desviación para la época de seca en que se saca de operación la unidad para limpiarla. En la parte más profunda del fondo se ubica el sistema de evacuación de lodos.

Sedimentadores

La sedimentación es el proceso de separación de un conjunto de partículas que se encuentran en suspensión en un fluído. En este caso, las partículas son discretas, no cambian sus características durante el proceso de sedimentación.

Pre filtros de grava

Estas unidades de prefitración en grava o de filtración gruesa, como también se denominan, pueden ser de dos tipos, dependiendo del sentido del flujo horizontal y vertical. Los de flujo vertical pueden ser, a su vez, de dos tipos: descendentes y ascendentes.

Pre filtro de flujo horizontal

Para establecer el caudal de operación de todo el sistema, si ésta es la primera unidad del sistema de tratamiento considerado, deberá anteponerse una caja de concreto con un vertedero triangular.

- La estructura de entrada está constituida por un canal y un muro de ladrillo hueco, cuya función es distribuir uniformemente el caudal en toda la sección.

La zona de filtración está conformada por canales divididos en tres o más tramos llenos de grava de diferentes diámetros, dispuestos en sentido decreciente.

La longitud de los tramos es variable y depende de la calidad del agua, del tamaño de la grava y de la velocidad de filtración.

Las paredes anterior y posterior de cada tramo deberán ser muros de ladrillo hueco, para permitir una distribución uniforme y adecuada del flujo.

Prefiltro vertical múltiple de flujo descendente

Esta unidad consta de tres compartimientos operando en serie, con velocidades y tamaños de grava decrecientes entre el primero y el último.

El afluente ingresa a los compartimientos por vertederos ubicados por encima del nivel máximo de operación de la unidad.

Cada compartimiento consta de un tanque de sección rectangular lleno de grava de tamaño uniforme. La tasa de velocidad depende de la calidad del agua y del tamaño de grava seleccionado.El sistema de drenaje es similar al del prefiltro horizontal.

La estructura de salida de cada compartimiento consta de un canal que se comunica con el compartimiento de la grava a través del sistema de drenaje; de tal manera que el agua percola a través de la grava, pasa por el canal de drenaje y asciende por el canal de salida, hasta alcanzar el vertedero que comunica con el siguiente compartimiento de la unidad.

Filtro lento

Básicamente, un filtro lento consta de un tanque que contiene una capa sobrenadante de agua cruda, lecho filtrante de arena, drenaje y un juego de dispositivos de regulación y control. El filtro lento modificado que recomienda el CEPIS elimina los dispositivos de control vulnerables y tiene las siguientes características:

La estructura de ingreso consiste en una cámara de distribución con vertederos rectangulares para distribuir el caudal uniformemente a todas las unidades del sistema y válvula de limpieza. Si no se han considerado unidades previas para acondicionar la calidad del agua, en esta cámara se incluirá el sistema de ajuste y medición de caudal, consistente en una válvula y un vertedero triangular.

Las cajas de los filtros deberán ser, por lo menos, dos y estarán compuestas de un sistema de drenaje, una capa de grava graduada, una capa de arena, una capa de agua y el borde libre.

Planta de filtración rápida

Cuando la mayor parte de las partículas que se encuentran en el agua son de tipo coloidal o se encuentran en solución, se requiere de un tratamiento mediante filtración rápida para su remoción. Las plantas de este tipo están básicamente constituidas por las

unidades de: mezcla rápida, floculadores, decantadores y filtros. Dependiendo de las máximas turbiedades que se puedan alcanzar podría ser necesario también un pre sedimentador y de acuerdo a la concentración máxima de coliformes fecales, también precloración. En la medida en que el agua presente más parámetros problema, se añadirán los procesos necesarios para purificarla.

La finalidad de los filtros en una planta de tratamiento de filtración rápida es la separación de las partículas y los microorganismos que no han sido removidos en el proceso de sedimentación. Se hace referencia en esta lección a los filtros rápidos descendentes, de medio doble de arena y antracita y de tasa declinante

Proceso de filtración

Pre sedimentador

Dependiendo del tamaño de la planta, podría utilizarse también la unidad de tipo triangular considerada en los sistemas de filtración lenta. Podrá ser un estanque ubicado aprovechando una depresión del terreno e impermeabilizado interiormente (Fig. 2.1), o bien una unidad de tipo convencional (Fig.2.2) o laminar, diseñadas para un tiempo de retención y/o tasa de sedimentación apropiada

Unidad de pre sedimentación de tipo convencional

Sus características son las del sedimentador convencional tratado en el capítulo de Filtros Lentos.

Para determinar la conveniencia de considerar el diseño de este tipo de unidades, debe efectuarse una prueba de laboratorio que permita determinar la eficiencia que se obtendría al considerar esta unidad. Esta prueba consiste en un ensayo de sedimentación natural. Se coloca una muestra de agua representativa de la turbiedad más alta de la

Estanque de pre sedimentación

época de lluvia en un recipiente y se toman muestras cada 15 minutos, durante la primera hora y luego cada hora.

Mezcladores rápidos de tipo hidráulico

Las unidades de mezcla rápida más utilizadas son las del tipo de resalto hidráulico, como la canaleta Parshall, el canal con cambio de pendiente o "rampa" y vertederos rectangulares o triangulares

Rampa

El resalto se produce introduciendo un cambio de pendiente en el canal de ingreso al sistema de tratamiento.

 Floculador de pantallas de flujo horizontal

La unidad puede estar configurada de diversas formas; puede constar de un solo tanque con tres o cuatro tramos con diferentes anchos de canales, o tres o cuatro tanques con anchos de canales diferentes en cada uno. El agua circula horizontalmente por entre los canales.

Los canales pueden estar conformados por muros o tabiques de concreto, o bien por pantallas de asbesto cemento o madera machihembrada. Los muros de concreto impiden que se puedan efectuar modificaciones o ampliaciones posteriores, por lo que lo más usual es construirlas con pantallas removibles El fondo debe tener un desnivel o pendiente de acuerdo a la perdida de carga en cada tramo, para que la altura de agua sea uniforme y por lo tanto la velocidad y el gradiente de velocidad también.

Las placas deben estar sujetas de tal manera que no se muevan al paso del agua y mantengan su paralelismo.

En la figura se muestra otra unidad similar, pero con placas de asbesto cemento onduladas, sujetas con listones de madera. Este un sistema muy económico, sencillo y efectivo de sujeción.

Floculador de pantallas de flujo vertical

La unidad debe tener un volumen que reproduzca el tiempo total de floculación que optimiza el proceso. Debe estar compuesta por varios canales con compartimentos de diferentes anchos que reproduzcan velocidades decrecientes entre el primer y el ultimo canal. El agua circula por los canales en forma vertical. Las pantallas para formar los compartimentos en cada canal, pueden ser tabiques de concreto, placas de asbesto cemento o madera machihembrada.

Decantadores de placas paralelas

- La zona de ingreso a la zona de decantación, está compuesta por tubos de PVC con orificios en las unidades pequeñas, o canales centrales o laterales que distribuyen el flujo mediante orificios a lo largo del módulo de placas en las unidades grandes.

Filtros

El tipo de filtros que proponemos, es el de tasa declinante y lavado mutuo, esto es, lavado de un filtro con el agua que produce el resto de las unidades que componen la batería.

Sala de dosificación y almacenes

Almacén de sustancias químicas .Debe tener capacidad para almacenar todas las sustancias químicas que se requieren para el tratamiento del agua. La puerta de ingreso debe poder coincidir con la plataforma del camión para facilitar la descarga.

Floculador de pantallas de flujo horizontal.

Reporte de campo

Al realizar una visita a la planta de tratamiento de la provincia de San Pedro de Macorís ubicada en la prolongación Santa Rosa pudimos observar el proceso de tratamiento de agua de la planta. Esta planta toma el agua del rio Soco, y dicha agua recibe un sulfato liquido por el medio del cual se verifica cual es el nivel de turbidez con el que llego y luego de esto empiezan los 4 pasos para el tratamiento del agua.

Pudimos observar que en el primer paso se aplica el sulfato de aluminio que forman los floculos que separan lo turbio del agua, luego de esto se eliminan los sedimentos del agua a través de los sedimentadores y en un proceso continuo se realiza la filtración del agua a través de diferentes capas de arena y de granulometrías variadas. El paso final de la planta es la cloración del agua, cuya agua residual debe quedar entre 0.5 y 1.

Luego de pasar por estos pasos el agua se trasporta a los tanques de almacenaje por medio de una tubería de unas 42 pulgadas. Esta planta abastece aproximadamente al 60% o 70% de la población de la ciudad.

Análisis físico-químico

Propiedades Parámetros de la (OMS)

Resultados de la muestra

Conclusión (aceptable o no)

PH 6-8 7.89 AceptableCloro residual ≥0.20mg/L 0.00 mg/L No aceptableDureza total ≤300 ppm de CaCO3 205.2 ppm de CaCO3 Aceptable

Total de solidos Disueltos (TDS)

20-100 Mg/L 214 Mg/L No aceptable

Análisis bacteriológico

Propiedades Parámetros de la (OMS)

Resultados de la muestra

Conclusión (aceptable o no)

Coliformes 2Nmp/100Ml 1.1Nmp/100Ml Aceptable*

(*) El valor óptimo sobre la presencia de agua potable debería ser nulo

Conclusión

A través de este trabajo pudimos aprender cómo funcionan las plantas de tratamiento de agua potable. Estas plantas funcionan al procesar el agua que llega de las obras de toma, mediante varios procesos que eliminan las impurezas y le dan potabilidad al líquido. Los procesos que se realizan son la floculación, sedimentación, filtración y cloración, estos procesos de deben realizar en el orden adecuado y de una manera eficaz y eficiente.

Podemos concluir en que los sistemas de tratamiento de agua potable son demasiado importantes para que las sociedades reciban el agua potable sin mucha dificultad. Es por esta razón que el adecuado diseño de las plantas, así como su mantenimiento, debe de ser una prioridad al Estado.

Anexos

Grupo de estudiantes en las instalaciones de la planta de tratamiento del acueducto de San Pedro de Macorís

Equipo de válvulas dentro de la planta de tratamiento

Grupo de estudiantes en la fuente de toma del acueducto ubicada en el municipio de Ramón Santana. (Rio Soco)

Dique del rio Soco en la fuente de toma donde se encuentra ubicado el cárcamo de Bombeo

Tanque donde se coloca el sulfato de aluminio para luego ser mezclado con las aguas entrantes en el proceso de floculación.