Daniel Alfredo Sánchez Prada- 1930178
DOCENTE: Pedro Saúl Rivera Carvajal
QUÍMICA Y TRATAMIENTO DE AGUAS
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA
SANTANDER
FACULTAD DE
TECNOLOGÍA
18/05/2015
TABLA DE CONTENIDO
1. OBJETIVOS
- Identificar
los tipos de tratamiento de aguas residuales.
- Conocer los
equipos, materiales y reactivos necesarios para el proceso de
potabilización de las aguas.
- Utilizar
un programa que rija las normas adecuadas para la potabilización del agua
en cuanto al control de calidad.
- Realizar los pasos adecuados para realizar el tratamiento del agua en el acueducto.
2. MARCO TEÓRICO
El agua potable es lo que queremos y obtendremos
como resultado al final de todo el tratamiento que se le someta al agua tras
pasar por varios procesos los cuales mencionaremos más adelante. Es importante
garantizar para las personas la calidad del agua, que sea de buena calidad y
que los procesos aplicados al agua hayan sido los necesarios y realizados
correctamente regido por las normas establecidas según la Organización Mundial
de la Salud (OMS), o también regirnos por normas nacionales. El motivo
principal para no promover la adopción de normas internacionales sobre la
calidad del agua de consumo es que es preferible crear normas y reglamentos
nacionales basados en un método de análisis de riesgos y beneficios (de tipo
cualitativo o cuantitativo). Además, el mejor modo de aplicar las Guías es por
medio de un marco integrado de gestión preventiva de la seguridad, aplicado
desde la cuenca de captación hasta el consumidor, en el desarrollo de normas y
reglamentos, debe procurarse evitar desviar innecesariamente recursos escasos
al desarrollo de normas y el monitoreo de sustancias cuya importancia para la
salud pública es relativamente menor. El método que aplican estas Guías tiene
por finalidad generar normas y reglamentos nacionales que puedan aplicarse y
hacerse cumplir fácilmente y que protejan la salud pública.
El agua, es fundamental para los
procesos industriales, que es usada en múltiples aplicaciones tales
como refrigeración, líquido intermediario, producción de
vapor, lavaderos, producción de aguas gaseosas, industria de la
alimentación, etc., en su estado natural y dependiendo cuál es su procedencia (
de ríos, deshielos ,lagunas, pozos, quebradas, grifos, depósitos, manantiales)
posee distintos tipos de impurezas, sales minerales ó material orgánico,
así mismo el agua de lluvia al caer puede absorber oxígeno, CO2,
nitrógeno, polvo y otras impurezas contenidas en el aire, y también disolver
sustancias minerales de la tierra. Esta contaminación puede
acrecentarse además con ácidos procedentes de la descomposición de materias
orgánicas, residuos industriales y aguas sépticas descargadas en
lagos y ríos, por eso es importante realizarle el tratamiento para
potabilizarla y/o producirla de buena calidad. El examen de un agua incluye
determinaciones físicas, químicas, radiactivas, microbiológicas y biológicas,
cada una de las cuales puede requerir unos criterios de toma de muestras y
manipulación diferentes.
Las operaciones que comporta la toma de muestras
varían según la naturaleza del agua a analizar y el punto de muestreo elegido.
El agua potable es adecuada para todos los
usos domésticos habituales, incluida la higiene personal. Este tipo de agua es
con la que todos los días intervenimos, es decir, nos bañamos, la bebemos,
lavamos los platos, hacemos la comida, lavamos los carros, lavamos la ropa
entre otras. Aunque esto también suele ser una desventaja ya que el agua
potable la usamos para todo, hasta para botarla y eso no es lo ideal, pero es
lo que se hace ya que si los acueductos se pondrían a clasificar el agua entre
potable y no potable generaría incremento de costos tanto para ellos como para
los consumidores.
El agua es esencial para la vida y todas las
personas deben disponer de un suministro satisfactorio (suficiente, inocuo y
accesible). La mejora del acceso al agua potable puede proporcionar beneficios
tangibles para la salud. Debe realizarse el máximo esfuerzo para lograr que la
inocuidad del agua de consumo sea la mayor posible. Un concepto importante en
la asignación de recursos para mejorar la seguridad del agua de consumo es la
realización de mejoras progresivas conducentes a la consecución de objetivos a
largo plazo. Las prioridades establecidas para remediar los problemas más
urgentes (por ejemplo, la protección frente a microorganismos patógenos).
La gran mayoría de los problemas de salud
relacionados de forma evidente con el agua se deben a la contaminación por
microorganismos (bacterias, virus, protozoos u otros organismos). No obstante,
existe un número considerable de problemas graves de salud que pueden
producirse como consecuencia de la contaminación química del agua de consumo.
Se debe decir que no existe ningún procedimiento simplista ni producto químico
apropiado para el tratamiento de todas las clases de aguas. Cada caso
se debe considerar individualmente.
El tratamiento del agua comienza principalmente desde la captación
que es donde se toma el agua, desarenador, cámara de aquietamiento,
dosificación y mezcla, coagulación, floculación, sedimentación, tanque de
bombeo, desinfección y filtración para luego ser almacenado y distribuida hacia
los consumidores. También hay otros procesos que se hacen en otros
acueductos ya que en todos el procesos no es el mismo por su maquinaria y
recursos económicos, como la separación de los detritos mediante mallas móviles
o fijas, filtrado, separación de lodos y limos en depósitos de decantación,
calentamiento, vaporización o destilación,
desaireación, tratamiento con cal apagada, tratamiento con
carbonato sódico, tratamiento con ambos productos, con hidróxidos
cálcico y barico, con fosfato trisódico, coagulantes, zeolitas
(descalcificadores) y por osmosis inversa.
Hay muchos aspectos que intervienen en el
tratamiento del agua con el fin de controlarla, eliminar todo tipo de agentes
patógenos e infecciosos, que pueden perjudicar al consumidor infectándola o
enfermándola. Lo anterior hace referencia al tratamiento que debe ser
sometida el agua como lo es el aspecto microbiológico, desinfección, aspectos
químicos, aspectos radiológicos y aspectos relativos a la aceptabilidad (como
su olor, sabor, apariencia).
A la hora de analizar el agua, se deben tener
en cuenta las características que este presentan, tales como: pH, acidez,
dureza, alcalinidad, turbidez, temperatura, conductividad, salinidad, color,
cloro, sulfatos.
Un punto clave del tratamiento del agua es, que se
tiene que garantizar la seguridad del agua de consumo al final del tratamiento,
someterla a diversos muestreos, controles de calidad y vigilancia, para evitar
algún tipo de emergencia y/o peligro. Los encargados para garantizar la
seguridad y calidad del agua son las autoridades se salud pública, autoridades
locales, organismos de prevención, organismos de certificación, gestión de
recursos hídricos, entre otros.
La gestión preventiva es el mejor sistema para
garantizar la seguridad del agua de consumo y debe tener en cuenta las
características del sistema de abastecimiento de agua, desde la cuenca de
captación y la fuente hasta su utilización por los consumidores. Dado que muchos
aspectos de la gestión de la calidad del agua de consumo no suelen ser
responsabilidad directa del proveedor de agua, es fundamental adoptar un
sistema de colaboración entre los múltiples organismos que tienen
responsabilidades en aspectos específicos del ciclo del agua, para garantizar
su participación en la gestión de la calidad del agua. El mejor sistema para
garantizar la seguridad del agua de consumo es una gestión integrada y
preventiva en la que colaboren todos los organismos pertinentes.
Se debe impulsar a los principales interesados que
pudieran afectar o verse afectados por las decisiones o actividades del
proveedor del agua de consumo a que coordinen los aspectos pertinentes de sus
actividades de planificación y gestión. Entre estos interesados pueden estar,
por ejemplo, los organismos con competencias en materia de salud y de gestión
de recursos, los consumidores, las industrias y los fontaneros.
Para terminar, la higiene y seguridad industrial
que se maneje en el acueducto es de vital importancia ya que como todo lugar de
trabajo, los empleadores deben proteger la integridad física y moral de sus
empleados, estando afiliados a una empresa de seguros ellos se benefician de
pensiones y a cualquier riesgo profesional al que estén expuestos. El empleado
debe utilizar los equipos preventivos necesarios para protegerse de cualquier
accidente, tales como: Lentes, botas de seguridad (altas), protector
respiratorio, tapabocas, guantes, delantal plástico, bata, mascara antigases,
herramientas en buen estado, entre otros.
 |
| Figura 1. Introducción al tratamiento del agua.
Como podemos observar en (la figura 1.) la introducción al tratamiento del agua tiene varios aspectos y el tratamiento adecuado para potabilizar el agua, el cual explicaremos a continuación.
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3. CAPTACIÓN
Consiste en la
recolección o acumulación y el almacenamiento de agua precipitada, para ser
utilizada posteriormente para cualquier uso. Estas aguas comúnmente vienen de
ríos, quebradas, lagos, aguas subterráneas las cuales llegan a la captación
para realizar los procesos de tratamiento de aguas.
4. DESARENADOR
Los desarenadores son
estructuras hidráulicas que tienen como función remover las partículas de
cierto tamaño que la captación de una fuente superficial permite pasar. Se
utilizan en tomas para acueductos, en centrales hidroeléctricas (pequeñas),
plantas de tratamiento y en sistemas industriales.
Encontramos dos tipos de desarenadores, el tipo
vórtice se basa en la formación de un vórtice (remolino) inducido
mecánicamente, que captura los sólidos en la tolva central de un tanque
circular y los tipo Detritus (son los más conocidos y utilizados), de este tipo encontramos el convencional,
es
de flujo horizontal, el más utilizado en nuestro medio. Las partículas se
sedimentan al reducirse la velocidad con que son transportadas por el agua. Son
generalmente de forma rectangular y alargada, dependiendo en gran parte de la
disponibilidad de espacio y de las características geográficas; Desarenadores de flujo vertical, el flujo se efectúa desde
la parte inferior hacia arriba. Las partículas se sedimentan mientras el agua
sube. Pueden ser de formas muy diferentes: circulares, cuadrados o
rectangulares. Se construyen cuando existen inconvenientes de tipo locativo o
de espacio y son muy utilizadas por las plantas de tratamiento de aguas
residuales; Desarenadores de alta rata, Consisten básicamente en un
conjunto de tubos circulares, cuadrados o hexagonales o simplemente láminas
planas paralelas, que se disponen con un ángulo de inclinación con el fin de que el
agua ascienda con flujo laminar.
Las zonas del desarenador tienden a realizar
diferentes funciones, estas zonas son:
- Zona de entrada
- Zona de sedimentación
- Zona de lodos
-
Zona de salida
5. CÁMARA DE
AQUIETAMIENTO
El agua se deja en reposo para que las
partículas más densas o gruesas, se precipiten y así facilitar más adelante los
procesos de sedimentación y floculación.
6. DOSIFICACIÓN Y MEZCLA
La dosis del coagulante que se adicione al agua es
en forma constante y uniforme en la unidad de mezcla rápida, tal que el
coagulante sea completamente dispersado y mezclado con el agua.
El sistema de dosificación debe proporcionar un
caudal constante y fácilmente regulable; en las siguiente Figura 2 se observan las condiciones de mezcla del coagulante con el
agua; se observa que la mejor mezcla es cuando el coagulante adicionado cae en
su totalidad a la masa de agua (Figura 2b). Esta condición se obtiene por medio de los equipos de dosificación
tanto para los coagulantes al estado sólido y estado líquido, que deben encontrarse calibrados y comprobados en la práctica por medio de las pruebas de
aforamiento.
5. CÁMARA DE AQUIETAMIENTO
El agua se deja en reposo para que las partículas más densas o gruesas, se precipiten y así facilitar más adelante los procesos de sedimentación y floculación.
6. DOSIFICACIÓN Y MEZCLA
La dosis del coagulante que se adicione al agua es
en forma constante y uniforme en la unidad de mezcla rápida, tal que el
coagulante sea completamente dispersado y mezclado con el agua.
El sistema de dosificación debe proporcionar un
caudal constante y fácilmente regulable; en las siguiente Figura 2 se observan las condiciones de mezcla del coagulante con el
agua; se observa que la mejor mezcla es cuando el coagulante adicionado cae en
su totalidad a la masa de agua (Figura 2b). Esta condición se obtiene por medio de los equipos de dosificación
tanto para los coagulantes al estado sólido y estado líquido, que deben encontrarse calibrados y comprobados en la práctica por medio de las pruebas de
aforamiento.
6.1 Influencia de Mezcla
El grado de agitación que se da a la masa de agua
durante la adición del coagulante, determina si la coagulación es completa;
turbulencias desiguales hacen que cierta porción de agua tenga mayor
concentración de coagulantes y la otra parte tenga poco o casi nada; la
agitación debe ser uniforme e intensa en toda la masa de agua, para asegurar
que la mezcla entre el agua y el coagulante haya sido bien hecho y que se haya
producido la reacción química de neutralización de cargas correspondiente.
En el transcurso de la coagulación y floculación, se
procede a la mezcla de productos químicos en dos etapas. En la primera etapa,
la mezcla es enérgica y de corta duración (60 seg., máx.) llamado mezcla
rápida; esta mezcla tiene por objeto dispersar la totalidad del coagulante
dentro del volumen del agua a tratar (coagulación), y en la segunda etapa la
mezcla es lenta y tiene por objeto desarrollar los microflóculos (floculación).
La mezcla rápida se efectúa para
la inyección de productos químicos dentro de la zona de fuerte turbulencia, una
inadecuada mezcla rápida conlleva a un incremento de productos químicos.
Tipos de Mezcla Las unidades para producir la mezcla
pueden ser:
• Mezcladores Mecánicos:
-
Retromezcladores
(agitadores)
• Mezcladores Hidráulicos:
-
Resalto
Hidráulico: Canaleta Parshall y Vertedero Rectangular
-
En
línea: Difusores (tuberías y canales) Inyectores, etc.
La cantidad del coagulante a utilizar tiene
influencia directa en la eficiencia de la coagulación, así:
-
Poca
cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partícula, la
formación de los microflóculos es muy escasa, por lo tanto la turbiedad
residual es elevada.
-
Alta
cantidad de coagulante produce la inversión de la carga de la partícula,
conduce a la formación de gran cantidad de microflóculos con tamaños muy
pequeños cuyas velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto la
turbiedad residual es igualmente elevada.
- La selección del
coagulante y la cantidad óptima de aplicación; se determina mediante los
ensayos de pruebas de jarra.
7. COAGULACIÓN
 |
| Figura 3. Partículas al añadirse el coagulante |
El objetivo principal de la coagulación es desestabilizar
las partículas coloidales que se encuentran en suspensión, para favorecer su
aglomeración; en consecuencia se eliminan las materias en suspensión estables;
la coagulación no solo elimina la turbiedad sino también la concentración de
las materias orgánicas y los microorganismos.
La coagulación es un proceso de desestabilización
química de las partículas coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas
que los mantienen separados, por medio de la adición de los coagulantes
químicos y la aplicación de la energía de mezclado (mezcla rápida).
La coagulación es el tratamiento más eficaz pero también es el que representa un gasto elevado cuando no está bien realizado, el proceso de coagulación mal realizado también puede conducir a una degradación rápida de la calidad del agua y representa gastos de operación no justificadas.
La adición de un coagulante neutraliza las cargas, produciendo un colapso de la "nube de iones" que rodean los coloides de modo que puedan aglomerarse.
La coagulación es el tratamiento más eficaz pero también es el que representa un gasto elevado cuando no está bien realizado, el proceso de coagulación mal realizado también puede conducir a una degradación rápida de la calidad del agua y representa gastos de operación no justificadas.
La adición de un coagulante neutraliza las cargas, produciendo un colapso de la "nube de iones" que rodean los coloides de modo que puedan aglomerarse.
7.1 Mecanismo de la Coagulación.
La desestabilización se puede obtener por los mecanismos fisicoquímicos siguientes:
- Compresión de la doble capa (Cuando se aproximan
dos partículas semejantes, sus capas difusas interactúan y generan una fuerza
de repulsión)
- Adsorción y neutralización de cargas (Las
partículas coloidales poseen carga negativa en sus superficie, estas cargas
llamadas primarias atraen los iones positivos que se encuentran en solución
dentro del agua y forman la primera capa adherida al coloide)
- Atrapamiento de partículas en un precipitado (Las
partículas coloidales desestabilizadas, se pueden atrapar dentro de un floc,
cuando se adiciona una cantidad suficiente de coagulantes, habitualmente sales
de metales trivalentes como el Al2 (SO4)3 ó FeCl3).
- Adsorción y puente (se obtiene el tratamiento más económico utilizando un polímero aniónico, cuando las partículas están cargadas negativamente. Este fenómeno es explicado por la teoría del “puente”).
- Adsorción y puente (se obtiene el tratamiento más económico utilizando un polímero aniónico, cuando las partículas están cargadas negativamente. Este fenómeno es explicado por la teoría del “puente”).
7.2 Coagulantes más utilizados
Los principales coagulantes utilizados para
desestabilizar las partículas y producir el floc son:
-
Sulfato
de Aluminio.
-
Aluminato
de Sodio.
-
Cloruro
de Aluminio.
-
Cloruro
Férrico.
-
Sulfato
Férrico.
-
Sulfato
Ferroso.
-
Polielectrolitos
(Como ayudantes de floculación).
7.3 Factores que intervienen en la coagulación
Es necesario tener en cuenta los siguientes factores
con la finalidad de optimizar el proceso de coagulación: pH, turbiedad, sales
disueltas, temperatura del agua, tipo de coagulante utilizado, condiciones de
mezcla, sistemas de aplicación de los coagulantes, tipos de mezcla y el color.
8. FLOCULACIÓN
En la segunda etapa de la mezcla que corresponde a
una mezcla lenta tiene por objeto permitir los contactos entre los flóculos, la
turbiedad y el color, la mezcla debe ser lo suficiente para crear diferencias
de velocidad del agua dentro de la unidad pero no muy grande, ya que los
flóculos corren el riesgo de romperse; aún si el tiempo es no más del tiempo
óptimo de floculación.
La floculación es el proceso que sigue a la
coagulación, que consiste en la agitación de la masa coagulada que sirve para
permitir el crecimiento y aglomeración de los flóculos recién formados con la
finalidad de aumentar el tamaño y peso necesarios para sedimentar con
facilidad. Estos flóculos inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados
mayores que son capaces de sedimentar.
 |
| Figura 4. Floculación |
Floculación: El floculante tiende un puente entre
las partículas coloidales aglomeradas para formar flóculos más grandes
fácilmente sedimentables.
8.1 Tipos de Floculación.
- Floculación
Pericinética: Esta
producido por el movimiento natural de las moléculas del agua y esta inducida
por la energía térmica.
- Floculación
Ortocinética:
Se basa en las colisiones de las partículas debido al movimiento del agua, el
que es inducido por una energía exterior a la masa de agua y que puede ser de
origen mecánico o hidráulico.
En la floculación se caracterizan los siguientes
parámetros:
-
Número
de colisiones (choque entre microflóculos).
-
Tiempo
de retención (tiempo que permanece el agua en la unidad de floculación)
-
Densidad
y tamaño de floc.
-
Volumen
de lodos (los flóculos formados no deben sedimentar en las unidades de
floculación)
9. SEDIMENTACIÓN
Es un método que recurre a la gravedad
para separar sólidos en suspensión del agua. La sedimentación puede utilizarse
para decantar partículas discretas no floculadas (sedimentación simple) o, como
se mencionará a continuación, para separar partículas floculadas.
La Sedimentación Simple tiene
por objeto reducir la carga de sólidos sedimentables cuyos tamaños de partícula
son relativamente grandes. Mediante esta operación se eliminan partículas
simples, no aglomerables, por disminución de la velocidad y turbulencia del
fluido, es decir, la eliminación se da simplemente, cuando la fuerza de
gravedad que obra sobre las partículas prevalece sobre la fuerza de arrastre
del fluido. Esta operación se realiza en unidades conocidas como
"desarenadores" o "clarificadores".
La Sedimentación Inducida, se refiere a la sedimentación de
partículas coloidales, cuya coagulación o aglomeración, ha sido inducida
previamente por agentes químicos, tales como alumbre o hidróxido férrico, entre
otros. Esta operación se realiza en unidades llamadas decantadores. La
decantación es inherente a la coagulación y a la floculación.
10. TANQUE DE BOMBEO
Este tanque se encarga de bombear el agua hacia el
filtrador, esta agua hay que desinfectarla y por lo tanto antes de llegar al
filtrador se somete a desinfección agregando el producto químico.
11. DESINFECCIÓN
Tiene como finalidad eliminar
microorganismos patógenos para la salud humana. El compuesto más utilizado es
el cloro (hipoclorito de sodio), aunque puede desinfectarse con agentes
químicos o agentes físicos también con
ozono y rayos ultravioleta. En el caso del cloro, su acción se presenta, en
primera instancia, al entrar en contacto con el agua, sin embargo, se contempla
también un cloro residual que va a prevenir el crecimiento de microorganismos a
lo largo de la red de distribución.
 |
| Figura 5. Tabla de métodos químicos y físicos para la desinfección |
12. FILTRACIÓN
A través de la sedimentación simple y la
coagulación/floculación, el agua no alcanza una transparencia adecuada. Por lo
tanto, debe someterse a pasar por un medio poroso, esto es, un lecho filtrante
compuesto por capas de arena y grava. Cuando el agua pasa a través de este
lecho, las partículas son retenidas en los espacios que hay entre los granos o
en la superficie de los mismos en el proceso llamado adsorción. Con esto se
controla la contaminación biológica y la turbidez del agua. Según la cantidad
de flujo por unidad de área, los filtros pueden ser lentos o rápidos.
Los primeros operan a velocidades de 3 a 4 l/min/m2, mientras los segundos tienen
velocidades de 80 a 160 l/min/m2 (Henry
& Heinke, 1999).
13. ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN.
Comúnmente son tanques con capacidades grandes de
volumen en donde el agua se deposita después de someterse a todos los
procedimientos anteriores que finalmente se distribuyen a la población siempre
y cuando el agua este en óptimas condiciones y se hayan sometido a controles de
calidad mediante muestreos, garantizándole un buen servicio de consumo y
utilidad a los habitantes.
A continuación veremos un vídeo el cual nos explicara de una manera mas real como es el tratamiento de aguas residuales en una planta de acueducto.
A continuación veremos un vídeo el cual nos explicara de una manera mas real como es el tratamiento de aguas residuales en una planta de acueducto.
Para mayor información de algunos procesos establecidos para tratamiento de agua y otros procesos de calentamiento,enfriamiento entre otros; darle click al siguiente enlace
14. BIBLIOGRAFIA
- http://www4.ujaen.es/~ecastro/proyecto/operaciones/movimiento/sedimentacion.html
- http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/hammeken_a_am/capitulo2.pdf
- http://www.gewater.com/handbook/index.jsp
- http://www.gewater.com/handbook/index.jsp
- http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwq3_es_1.pdf?ua=1
- http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwq3rev/es/
- http://www.epm.com.co/site/home/institucional/nuestrasplantas/agua.aspx
- http://www.tratamientodeaguas.org.mx/
- http://fluidos.eia.edu.co/obrashidraulicas/articulos/desarenadores/desarenadores.html
- https://www.youtube.com/watch?v=dFNyvY5gRmU
- https://www.youtube.com/watch?v=dFNyvY5gRmU
-http://www.frm.utn.edu.ar/archivos/civil/Sanitaria/Coagulaci%C3%B3n%20y%20Floculaci%C3%B3n%20del%20Agua%20Potable.pdf
-
http://fluidos.eia.edu.co/obrashidraulicas/articulos/desarenadores/desarenadores.html
-
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358001/Material_didactico/leccin_20_introduccin_al_tratamiento_del_agua.html
- http://www.interempresas.net/FeriaVirtual/Catalogos_y_documentos/87264/Plantas_de_Tratam iento_de_Aguas.pdf
- http://www.interempresas.net/FeriaVirtual/Catalogos_y_documentos/87264/Plantas_de_Tratam iento_de_Aguas.pdf
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