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7/25/2019 02-Clarificacin de agua cruda.pdf

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Introduccion

TABLA DE MATERIAS

Seccion 1.2 Introduccion

1.2.1 Clarificacidn del agua cruda

Eliminacion de contaminantes 1

Solidos en suspension, turbiedad 1Color 3Dureza 3Estabilidad 3

Alcalinidad 3Hierro y manganeso 3Slice 4

Aluminio 4Solidos totales disueltos 4

Sabor y olor 4Gases disueltos 4

Produccion de lodos 5Factores economicos del tratamiento de aguas 5Diseno de plantas de tratamiento 6

Clarificacin 6Filtracin directa 8Ablandamiento con cal en frio 9

1.2.2 Quimica de la coagulacion y la floculacion

Coagulacion 2Estabilizacion de los coloides 2Desestabilizacidn de los coloides 5Floculacion 8Velocidades 8Factores que afectan a la floculacion 8

Agentes qumicos de la coagulacion y la floculacion 9Sedimentacion 14

1.2.3 Ablandamiento con cal en frio

Principios del ablandamiento por precipitacion 1Alcalinidad 2Dureza 4Reacciones del ablandamiento por precipitacion 5Reacciones de alcalinidad 6Estimacidn de los resultados y las dosis 9


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Factores que influyen en el rendimientodel ablandamiento 19Temperatura del agua 19Tiempo de reaccion 19Contacto con el lodo 19Energia de mezcla 19

Contaminantes 19Adicion de aluminato sodico 19

Equipo usado para el ablandamiento con cal en frfo 20Tratamiento qumico 21Parametros de control de la operacion 21Servicio de los programs de ablandamiento con cal en frio 24Ensayos de control 25Evaluacin del floculante 25Evaluacion de los polfmeros coagulantes 25Evaluacidn del aluminato sodico 25Pruebas de jarra 26

1.2.4 Equipo para clarificacion de agua cruda

Factores que afectan el diseno del clarificador 1Solidos del influente 1

Caudales 1

Generalidades 1Terminologia 1Metodo convencional 2Contacto con slidos con flujo ascendente 2Procesos de la unidad 3Mezcla rpida 3Floculacion 4Decantacion 5Sedimentacidn 7Parametros operativos 9Tiempo de detencion 9

Tasa de carga hidrulica 9Intensidad de mezcla 10Recirculacion de lodos 10Purga de lodos 10Equipo de clarificacion 11

Tanques de sedimentacion 11


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IntroduccionClarificadores de manto de lodos 11Clarificadores de recirculacion de slidos 161.2.5 Filtracion en medio granularIntroduccin 1Mecanismos de filtracin 1

Filtros de medio granularFiltros de gravedad 5

Filtro convencional rapido de arena 5Filtros de autolavado a contracorriente 5Filtro Permutit sin valvula 6Filtro SVG 6Filtro de limpieza continuaFiltro Parkson Dynasand 8Filtro de arena estratificada Ashbrook-SimonHartley 8Filtro Infilco ABW 8Filtros de presionFiltros con flujo ascendente 10

Lechos de filtro de medio granular 10Sistems de lavado a contracorriente de filtros 13

Accesorios del filtro 15

Parmetros operativos de servicio 15Calidad del aqua 16Tratamiento qumico 18Filtracin directa 19


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Introduccin

GENERALIDADES

El agua cruda de cualquier origen contiene impurezas en cantidades variables. Antes de usar este agua enaplicaciones comunes industriales y domsticas, es necesario algun tratamiento para eliminar esasimpurezas. Segun la calidad del agua requerida, las plantas de tratamiento de aguas normalmenteproporcionan algun grado de clarificacin. Muchas de estas plantas tambin proveen instalaciones paraablandar el agua.

La clarificacin del agua es el proceso de eliminar los slidos suspendidos en la misma. Ablandamiento es

el proceso de eliminar, o reducir, la cantidad de materiales disueltos en el agua que afectan la dureza y laalcalinidad de la misma.

Ambos procesos de tratamiento crean un subproducto indeseable: lodos o material de desecho slido

acumulado durante el proceso. El lodo es un factor a considerar al analizar un tratamiento del agua, porquela cantidad y la clase de lodo son resultados directos del proceso de tratamiento. El desecho de lodos es

uno de los factores econmicos asociados con el costo de tratar el agua, asi como los costos de losproductos qumicos usados en el tratamiento.

Segn el sistema de clarificacin empleado, las plantas de tratamiento de aguas se clasifican en plantas declarificacin convencional o de filtrado directo. Las plantas de clarificacin convencional pueden tratar unagama de impurezas del influente ms extensa que las plantas de filtrado directo. Ambas clases de plantaspueden proporcionar tratamiento de ablandamiento, segun sea necesario, usando el proceso deablandamiento con cal.

La clarificacin del aqua depende de la aplicacin de los principios de coagulacin y floculacin. La

superficie de cada partcula de slidos disueltos en el agua genera una carga electrica negativa, por lo querepele las particulas circundantes. La coagulacin neutraliza la carga electrica de las particulas, permitiendoque choquen.

Al chocar, las particulas se combinan en grupitos llamados flculos. La formacin de flculos es lo que sellama floculacin. Idealmente, la floculacin prosigue hasta que los flculos son tan grandes que sedepositan de la suspensin en un periodo breve.

Las plantas de tratamiento de agua provocan la coagulacin y floculacin del agua cruda mediante laadicin de ciertos agentes qumicos, as como mediante una mezcla turbulenta del agua tratadaquimicamente. Entre los agentes coagulante y floculantes comunes se encuentran sales metlicas de

aluminio o hierro y algunos polmeros orgnicos. Esta seccin presenta tambin los clculos asociados conla intensidad de mezcla.

La eliminacin de la dureza (sales de calcio y magnesio del agua) y de otras impurezas solubles del agua seconoce comunmente como ablandamiento con cal. Este proceso t iene tres pasos: 1) aadir cal o sosa

custica para elevar el pH del agua y convertir la dureza soluble en otras forms que se precipiten con msfacilidad; 2) precipitar los compuestos solubles para crear slidos en suspensin; 3) eliminar los slidossuspendidos mediante sedimentacin y filtrado. Esta seccin presenta muchas reacciones y ecuacionesquimicas asociadas, asi como los factores que afectan al rendimiento del ablandamiento.

El equipo de clarificacin que presentamos puede ser de dos clases: equipo de mtodo convencional, elcual utiliza estanques diferentes para la coagulacin y la floculacin, antes del estanque de sedimentacin;o equipo de contacto de slidos con flujo ascendente, el cual usa el agua tratada que fluye hacia arriba atraves de los slidos (lodo) para producir partculas que se depositen con ms rapidez. Varias ecuacionesproporcionan detalles relativos a los conceptos y clculos relacionados con las unidades de clarificacin.Incluimos ilustraciones de diversos clarificadores usados comnmente, entre la variedad de diseosexistentes.

La filtracin del aqua es el proceso por el cual se extraen los slidos suspendidos en al agua al pasar atravs de materiales granulares porosos. Las unidades de filtrado granular tpicas de las plantas detratamiento de aguas municipales a industriales consisten en filtros de arena, como ltimo paso de pulidoantes del use final del agua. Los filtros granulares pueden tener uno o varios medios y se construyen en trescategoras:1) de gravedad (varios tipos); 2) de presin; 3) filtros ascendentes. Las ilustraciones de variosejemplos de cada categoria muestran la variedad de diseos existentes.


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Clarificacion del agua cruda

El agua cruda de cualquier origen contiene impurezas en cantidades variables. Antes de poder usar el aguaen aplicaciones comunes industriales y domsticas, es necesario algn tratamiento para eliminar esasimpurezas. Segun la calidad del agua requerida, las plantas de tratamiento de aguas normalmente

proporcionan algn grado de clarificacin. Muc has de estas plantas tambin proveen instalaciones paraablandar el agua.

La clarificacin del agua es el proceso por el cual se eliminan los slidos suspendidos en la misma.

Ablandamiento es el proceso de eliminar , o reducir, la cantidad de materiales disueltos en el agua queafectan la dureza y la alcalinidad de la misma.

Los rios, lagos, pozos y pantanos artificiales son fuentes de agua usada por el ser humano. Todas ellas sondiferentes; cada una contiene diversas cantidades de materiales orgnicos a inorgnicos. Estos materialespueden estar en suspensin, como la arcilla o el fango; o en solucin, como los colorantes, la dureza o laslice disueltos. Antes de poder utilizar estas aguas para usos domsticos o industriales (enfriamiento, aguade calderas o usos en procesos), hay que eliminar las impurezas.

El proceso requerido para eliminar estas impurezas tiene en cuenta la calidad del suministro de agua y ladel agua necesaria. La clarificacin y el ablandamiento con cal en fro son dos procesos usadoscomnmente para mejorar la calidad del agua. La clarificacin consiste en retirar del agua los slidoscoloidales en suspensin. Este proceso requiere coagulantes inorgnicos tales como alumbre o sales dehierro; o coagulantes polimricos. El ablandamiento con cal en fro o ablandamiento por precipitacin se usaprincipalmente para eliminar la dureza y la alcalinidad disueltas. En el proceso de ablandamiento tambin seprecipitan otras impurezas solubles (slice, hierro, manganeso y fosfato) que despus se eliminan comomateriales insolubles; por eso el ablandamiento con cal es tambin un proceso de clarificacin del agua.Generalmente slo se clarifican las aguas superficiales, mientras que tanto las aguas superficiales como las

de pozo se pueden ablandar con cal.

El ablandamiento se puede efectuar tambin a, o cerca de, la temperatura de ebullicin del agua. Esteproceso de ablandamiento en caliente se usa generalmente para pretratamiento de calderas. Sin embargo,los principios qumicos del ablandamiento cubiertos en la Seccin 1.2.3 de este manual y en la Seccin2.3.1 del manual PAC-2, constituyen la base para ambos sistems de ablandamiento con cal, en fro y encaliente, poniendo enfasis en los niveles de calidad del agua que se pueden alcanzar con estos procesos.La Seccin 1.2.4 cubre con detalle la tecnologa de clarificacin; la Seccin 1.2.3 se ocupa delablandamiento con cal en frio.

ELIMINACION DE CONTAMINANTES

Los slidos en suspensin y el color son las dos impurezas principales elim inadas durante la clarificacin delagua. Tambin se pueden eliminar parcialmente el hierro, el manganeso y la slice usando diversas tcnicas

de clarificacin. El total de slidos disueltos no se reducen en la clarificacin del agua; por el contrario,puede aumentar si se aaden al agua cruda alumbre o sales de hierro. Si el agua se somete a cloracin,tambin aumentar el contenido de cloruros. La clarificacin puede reducir los materiales orgnicos quecontribuyen a causar problems de olor y sabor. En un proceso de ablandamiento con cal, adems de losconstituyentes mencionados se pueden reducir la alcalinidad, la dureza, el total de slidos disueltos (TSD) ylos fosfatos.

Los objetivos de calidad del agua de las plantas industriales y municipales de tratamiento de agua varanmuchsimo segn la calidad del suministro de agua, los usos del agua procesada y los factores econmicosde los procesos de tratamiento usados. Las secciones siguientes tratan de los problems que puedencausar las principales impurezas del aqua y de la importancia que tienen las plantas municipales eindustriales en su eliminacin.

SLIDOS EN SUSPENSIN Y TURBIEDAD

Muchas aguas de suministro son turbias, pues contienen materia suspendida en concentraciones que varan

desde trazas en pozos profundos hasta miles de ppm en algunos rios. Los slidos en suspensin incluyenmateriales como arena fina, fango, vegetacin putrefacta, bacterias, algas y otros microorganismos.


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El volumen de estas impurezas puede variar considerablemente con el tiempo en algunas fuentes de agua.En un ro despus de la lluvia, los slidos en suspensin tales como arena, fango y arcilla pueden aumentarvelozmente. En la estacin de lluvias los ros pueden estar muy turbios durante varias semanas, mientrasque la turbiedad ser sumamente baja durante los perodos secos. En ciertos perodos del ao las algas yotros microorganismos presentes pueden hacer muy difcil el tratamiento del agua, mientras que otras vecessu presencia ser insignificante y no tendrn efecto en la clarificacin.

La medida ms comn de la cantidad de slidos en suspensin es la turbiedad, la cual es una medida de la

claridad del agua y se puede juzgar de varias maneras.

La unidad de turbiedad ms usada es la NTU (unidad nefelomtrica de turbiedad), pero tambin se usa launidad JTU (unidad de turbiedad de Jackson). No hay correlacin entre estas unidades en una aplicacinespecifica. Un agua con turbiedad cero es perfectamente clara tericamente y, en realidad, no se puedeconseguir en plantas de tratamiento de agua. El agua potable tiene que tener menos de 0,5 a 1,0 NTU,segn las norms de los distintos gobiernos. La mayora de las aguas superficiales tienen menos de 100NTU, aunque un ro revuelto puede dar una lectura incluso de 4000 NTU.

La tcnica de medida de la turbiedad ms utilizada es la nefelometra, o mtodo de dispersin de la luz. Laslecturas se toman con un nefelmetro. En este aparato, se dirige una fuente de luz a la muestra de agua.Las partculas de turbiedad dispersan la luz cuando el rayo luminoso pasa por la muestra. La intensidad dela luz dispersada se relaciona con la cantidad, el tamao y el color de las partculas. Una fotoclula colocada

en angulo recto con el rayo luminoso detecta la intensidad de la luz dispersada e indica la lectura en unmedidor.

El segundo mtodo ms comn es el Comparador Helige. El operador mide la turbiedad basndose en unacomparacion visual. Los resultados de este mtodo, igual que en todos los mtodos de comparacin visual,dependen en gran manera del operador que hace la prueba. Adems el aparato no es tan sensible como elnefelmetro, especialmente cuando la turbiedad es baja.

Los sistems de agua municipal producen agua potable; en los Estados Unidos estn sujetos a lasdirectrices de una ley de 1974 (PL 93-523). En todos los pases las plantas de agua tienen que cumplirciertos requisitos de calidad, para asegurar la produccin de agua saludable y sin riesgos. Una de lasdefensas contra las bacterias y otros materiales perjudiciales que entran en el sistema de agua es la buenacoagulacin en la planta. La claridad del agua es la medida ms sencilla de la coagulacin completa. En losEstados Unidos la ley establece un lmite de 1 NTU para el agua tratada. Muchas plantas producen aguacon menos de 0,5 a 1,0 NTU (segdn las norms estatales) y usan su nivel histrico de turbiedad comoestandar para la calidad del agua.

Las plantas industriales que producen agua no potable, con frecuencia no requieren la calidad de 1 NTU.

Generalmente a la planta le conviene producir agua con menos de 5 NTU en sus estanques de

sedimentacin. Este agua es idnea como agua de reposicin de enfriamiento. La turbiedad excesiva (20NTU) puede causar ensuciamiento de las superficies de transferencia de calor. Si se han instalado filtros, esdeseable alcanzar una turbiedad de menos de 1 NTU. En algunos casos la baja turbiedad es imperativapara la buena operacin de la planta, como en el pretratamiento de calderas cuando el intercambio inicoprecede a la reposicin en la caldera, despus de la clarificacin o el ablandamiento con cal en frio. Laturbiedad puede ensuciar el medio de intercambio inico y provocar la formacin de canales en el lecho.

La alta turbiedad causada por el arrastre de fangos naturales (bsicamente, compuestos de almina-slice),puede aadir slice a la caldera. La slice coloidal que escapa al pretratamiento se disolver en las

condiciones existentes en la caldera. Finalmente, muchas aplicaciones de procesos con agua requieren unaturbiedad de 1 NTU o menos y las plantas que producen su propia agua potable tienen que cumplir la normade 0,5 a 1,0 NTU para el agua para consumo humano (dependiendo de las disposiciones del gobierno).


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COLOR

Las aguas superficiales de escorrentia transportan a los ros y lagos materiales orgnicos provenientes de lavegetacin, los cuales colorean al agua. El color esta asociado habitualmente con taninos y ligninaspresentes naturalmente y se mide mediante un procedimiento de comparacin visual con colores estandarde platino y cobalto, o usando medidores de color HACH. Estos colores estandar son soluciones de sales deplatino y cobalto y son las bases de la escala de color de la "American Public Health Association" (APHA).Para los efluentes de plantas de aguas cloacales, el color se reporta en unidades de color APHA.

La mayor parte de las plantas industriales no especifican el color del agua final, puesto que la mayora delos suministros de agua no contienen suficiente color para afectar al intercambio inico o a los usos delproceso. En plantas con suministro de aguas fuertemente coloreadas (mar de 30 APHA), con frecuencia seestablece una especificacin del color de 10 APHA, especialmente si el agua va a desmineralizadores o sise usa para hacer papel blanco.

DUREZA

La dureza consiste en las sales de calcio y magnesio disueltas. Resulta de la accin del cido carbnico del

agua de lluvia que se infiltra a travs de suelos ricos en depsitos de calcio y magnesio. La dureza se puedereducir por ablandamiento con cal en fro; la clarificacin con alumbre y el ajuste del pH con cal [Ca(OH) 2]pueden aadir dureza (en magnitudes de 2 a 5 ppm). La meta de reduccin de la dureza en elablandamiento depende del uso del agua. Casi todos los municipios tratan de conseguir un agua con 100 a200 ppm de dureza (como CaCO3). En las plantas industriales es deseable que el agua de reposicin paratorres de enfriamiento tenga baja dureza de calcio. Con baja dureza de calcio los ciclos pueden ser de

mayor concentracin y se reducen los costos purga y de productos qumicos del agua de enfriamiento. La

reduccin de la dureza antes del intercambio inico reduce la carga y los costos del regenerador.Habitualmente, en las plantas no se ablanda el agua con cal hasta los niveles mnimos posibles, porque laeliminacin de las ltims partes de dureza del agua requiere dosis de productos qumicos elevadas.

ESTABILIDAD

Muchas plantas necesitan agua que no sea corrosiva ni cause incrustaciones (indice de estabilidad deRyznar de 6, aproximadamente). Para conseguirlo, pueden ser necesarios ajustes del pH y de la alcalinidad.En la clarificacin se usan cal, sosa custica y carbonato sdico para ajus tarla alcalinidad. Larecarbonatacin con dixido de carbono reduce el pH y aumenta la estabilidad despus del ablandamientocon cal. Tambin se puede mejorar la estabilidad con la adicin de polifosfatos. El manual tcnico del aguade enfriamiento trata del uso de agentes qumicos de control de la corrosin y las incrustaciones.

ALCALINIDAD

En el agua cruda, la alcalinidad presente es normalmente alcalinidad de bicarbonato (HC03 ). Los sistems

que preparan agua para calderas requieren concentraciones baj as de carbonato y di6xido de carbono. Elablandamiento con cal puede reducirla alcalinidad de carbonato a menos de 50 ppm (como carbonatocalcico). Aunque en la clarificacin del agua cruda se reduce la alcalinidad mediante la adicin de alumbreacido, sales de hierro y cloro, estas plantas normalmente no consideran la reduccin de la alcalinidad decarbonato como una tema del tratamiento.

HIERRO Y MANGANESO

El agua de lluvia que contiene dixido de carbono, disuelve el hierro y el manganeso de los minerales delterreno. Las concentraciones de hierro y manganeso son normalmente bajas, comparadas con la dureza.Estos elementos no son un riesgo para la salud, pero colorean el agua. El hierro produce problems de"agua roja", y el manganeso de "agua negra". Ambos pueden causar ensuciamiento de las resinas deintercambio inico. Generalmente, hay que reducir el hierro a menos de 0,05 ppm. Habitualmente secontrola el hierro mediante aireacin y oxidacin con cloro a la forma frrica, la cual puede precipitar comohidrxido. Tambin se puede oxidar o clorar el manganeso a forms menos solubles; sin embargo, puede

ser necesario usar un agente oxidante muy fuerte, el permanganato potsico, para alcanzar los bajosniveles deseados en algunos servicios pblicos de distribucin de agua. El manganeso y el permanganatoreaccionan y precipitan juntos como dixido de manganeso. Se intenta conseguir concentraciones demanganeso menores que 0,01 ppm.


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Los niveles elevados de dixido de carbono aumentan el consumo de cal en el ablandamiento. El cidosulhdrico es indeseable porque tiene un olor caracterstico a huevos podridos y causa corrosin.

PRODUCCIN DE LODO

Siempre que se clarifica o se ablanda el agua, surge el problema de tener que desechar un residuo slido.En la clarificacin, los slidos acumulados estn formados por los materiales de turbiedad y color naturales

eliminados ms los coagulantes usados. Estas substancias separadas en el proceso de clarificacin, sonconcentradas por sedimentacin en un clarificador o retenidas en un filtro. En el ablandamiento con cal,adems de los slidos suspendidos en el agua cruda, los slidos creados en la precipitacin de slidosdisueltos y los productos qumicos de ablandamiento aumentan la produccin de lodos.

Las caracteristicas del lodo (volumen, peso y facilidad de desecamiento) dependen del coagulante usado en

la clarificacin. Las sales de alumbre y hierro aportan volumen y crean un lodo hidratado que es difcildesecar. Los lodos de polmeros coagulantes son ms concentrados, tienen menos volumen ygeneralmente se desecan mejor.

Los lodos se pueden desechar mediante estancamiento, lechos de arena, desecamiento mecnico, odescargndolos en las alcantarillas municipales. Sin embargo, el municipio puede imponer un pago a uncliente industrial o a una empresa privada por desechar el lodo en las alcantarillas. Este pago puede estarbasado en la cantidad total de slidos suspendidos (peso de slidos descargados), en el volumendesechado, o en una combinacin de ambos. Por to tanto, el volumen y el peso del lodo pueden afectar a

los gastos de operacin.

El uso de lagunas puede ser una buena alternativa para plantas que tengan suficiente espacio. Incluso esasplantas tienen problemas frecuentes porque las lagunas terminan por llenarse y, puesto que el espacio noes ilimitado, tienen que incurrir en los gastos de limpieza de las lagunas y transporte en camin.

El uso de prensas de correa va en aumento, puesto que se reduce el volumen de lodo y el material es msfacil de manejar.

El proceso de ablandamiento con cal crea grandes cantidades de lodos, a causa de la precipitacin de losslidos disueltos. Sin embargo, el lodo de cal se deseca fcilmente, a diferencia del lodo de clarificacin. Poreso muchas plantas de ablandamiento han desechado el lodo en lagunas durante muchos aos. La

descarga en las alcantarillas muchas veces no es prctica, debido al gran volumen de lodo y a la produccinde slidos pesados. El lodo de ablandamiento con cal normalmente se deseca en prensas de correa,centrifugas o filtros de vacio. El coagulante usado no es un factor significativo en el volumen del lodo ni enlas caractersticas de desecamiento, como sucede en la clarificacin el agua.

FACTORES ECONMICOS DEL TRATAMIENTO DEL AGUA

La meta final de una planta de tratamiento de agua es la produccin de agua de la calidad deseada almenor costo posible. Es fcil identificar el costo de los productos qumicos utilizados para clarificar yablandar el agua. No obstante, esto es solamente una parte del costo que se debe considerar en laoperacin. Los diferentes programas no slo tienen costos qumicos directos diferentes, sino que producenaguas de calidades diferentes, permiten distintos niveles de control, o cambian las caractersticas del lodo locual puede producir ahorros indirectos. Para una planta industrial, los cambios en la calidad del aguapueden tener un impacto importante en otros costos. Por ejemplo, en el ablandamiento con cal, si se puedeconseguir una reduccin mayor de la dureza, pueden aumentar la duracin de las pasadas de intercambioinico y los ciclos de la torre de enfriamiento, producindose ahorros totales en el tratamiento del agua.

En una planta industrial que produce grandes volmenes de agua de reposicin para torres de enfriamiento,podra suceder que el aluminio del alumbre usado en la clarificacin ensucie los cambiadores de calor. Lareduccin de este ensuciamiento mejorar la eficiencia de la transferencia de calor y puede ahorrar dinero

en el proceso. La reduccin de la slice puede permitir mayores concentraciones en la caldera, reduciendoas la purga y ahorrando costos de productos qumicos para tratamiento interno. Adems, la reduccin de

los lodos slidos puede reducir los costos de control de la contaminacin. Cuando una planta evala variosprograms de ablandamiento o clarificacin, debe tener en cuenta el costo total del tratamiento del agua.


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Las plantas municipales consiguen menos ventajas de costo indirecto que las plantas industriales cuandocambian de programa. Un rea importante de costo indirecto que hay que evaluar cuidadosamente, cuandola planta procesa su propio lodo o tiene que pagar por la descarga en alcantarillas, es la produccin de lodo.Sin embargo, al mejorar el programa de clarificacin qumica se puede conseguir mejor control delclarificador, resultados ms uniformes o ms calidad del agua. Puede ser difcil asignar un valor monetario aestos beneficios, pero frecuentemente la planta esta dispuesta a pagar ms por alcanzar mejoresresultados.

DISEO DE PLANTAS DE TRATAMIENTOCLARIFICACIN

Los diseos de la mayora de las plantas industriales y municipales de tratamiento de agua, son similares

para cualquier use del agua. Para la clarificacin del agua cruda existen dos diseos bsicos: clarificacinconvencional y filtracin directa.

La Figura 1 muestra una planta de agua convencional tipica.

El agua se obtiene de ros, lagos, presas o pozos. Cada agua tiene caracteristicas diferentes (turbiedad,dureza, etc.) y responde de manera diferente a los procesos y agentes qumicos de tratamiento.

Figura 1 - Diseo horizontal tpico de una planta convencional con instalaciones para manejo de lodos


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Las fuentes de agua tambin difieren. Generalmente las aguas de pozo tienen una composicin msconstante, mientras que los ros pueden sufrir fluctuaciones muy amplias en perodos cortos. Los cambiosestacionales tambin afectan la facilidad de tratamiento del agua. Durante el invierno, la superficie ms fradel agua hace el tratamiento ms difcil. Las presas y los lagos con frecuencia experimentan un cambioestacional, cuando el agua sin oxgeno del fondo sube a la superficie. Con este agua vienen contaminantesorgnicos que hacen ms difcil el tratamiento del agua, exigiendo mayores dosificaciones de productosqumicos y reduciendo la eficiencia de la clarificacin.

Se pueden usar dos mtodos de transporte del agua a la planta. Si el depsito esta encima de la planta, se

usa la gravedad. En otro casos se usan bombas potentes para transferir el agua desde el origen hasta laplanta. La planta puede usar ms de una fuente de agua y tambin puede usar agua reciclada del lavado acontracorriente de los filtros, de las operaciones de desecamiento de lodos o el retorno de reas deprocesos. La calidad del agua de estas corrientes de reciclado puede ser muy distinta de la del suministroprincipal de agua; si representan caudales intermitentes, ocurrir una variacin en el agua tratada. Antes deque el agua entre a la planta, es comn aadir cloro para desinfeccin y control de las algas. Esta adicin sellama precloracin. Tambin se puede aadir permanganato potsico en esta fase para controlar elmanganeso.

Normalmente el equipo de clarificacin consiste en algn tipo de clarificador de contacto con slidos endonde el agua qumicamente tratada pasa por el lecho de lodo, o una parte del lodo sedimentado es

recirculado y se mezcla con el agua que entra. El coagulante (alumbre, sal de hierro o polmero) esintroducido en la rea que va a la zona de mezcla, o se agrega en la zona de mezcla. Tambin se puedenagregar cal, sosa custica o carbonato sdico para controlar el pH, cuando se usan sales metlicas como

coagulantes. Adems se puede agregar carbn activado en polvo, para controlar el sabor y el olor. El tiempode residencia en la seccin de mezcla rpida es muy breve por lo general. Despus el agua circula hastauna zona de floculacin en el tanque, donde se forman flculos grandes sedimentables; el tiempo deresidencia en esta seccin es de varios minutos. Despus el agua pasa a una zona de sedimentacindonde, al dejarla en reposo, se elimina la mayor parte de los slidos. Algunos tanques utilizan clarificadoreshorizontales donde la mezcla rpida, la floculacin y la sedimentacin tienen lugar en tanquesindependientes.

El agua decantada que sale del estanque de sedimentacin esta relativamente libre de slidos ensuspensin y de color. Las plantas industriales usan esta agua directamente como reposicin de la torre deenfriamiento. Antes de su distribucin como agua para consumo humano, para reposicin en calderas ypara la mayor parte de los procesos, el agua pasa por filtros granulares para aumentar su claridad. Una vezfiltrada, el agua entra al depsito donde se acumula. Aqui se puede ajustar el pH con ms precisin (ajustesecundario del pH), o se puede aadir cloro para asegurar la desinfeccin completa (post-cloracin).Tambin aqu se agregan fluoruro sdico para proteccin de los dientes y agentes qumicos estabilizadores.

Despues el agua se distribuye directamente al sistema mediante bombas o, en sistemas municipales, se

transfiere a un depsito elevado.

Para reducir al mnimo el impacto ambiental, muchas plantas de agua estn incorporando sistemas dereutilizacin del agua. En la planta representada en la Figura 2, las dos fuentes de agua contaminada son lapurga de lodos del clarificador y el agua de lavado del filtro. El agua del sistema de lavado a contracorrientemuchas veces va directamente a la cabecera de planta, donde puede causar aumentos temporalesimportantes del caudal en una planta pequea. Un sistema mejor sera dirigir el agua de retrolavado a unclarificador con estabilizacin del caudal. Asf los slidos pueden decantarse mientras que el agua esbombeada para mezclarse con el influente a una tasa controlada. La purga del clarificador de

contracorriente va a un espesador de lodos, junto con la purga del clarificador. El agua del espesadorregresa a la cabecera de planta y el lodo espesado va a las alcantarillas, a una laguna, a un lecho de arenao a un proceso de desecamiento mecnico.


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Fgura 2- Diseo tpico de una planta convencional con manto vertical de lodos, con instalaciones para elmanejo de lodos

FILTRACION DIRECTA

El otro diseo importante para plantas de clarificacin es la filtracin directa (Figura 3). Los suministros deagua tienen que tener poca turbiedad (menos de 20 NTU) y poco color (menos de 40 unidades APHA). La

transmisin de agua cruda a la planta de agua es similar a la de sistemas convencionales. El agua entra enuna seccin de mezcla rpida donde se pueden agregar el coagulante, cal y cloro, si no se han agregadoantes. Se necesitan dosis bajas de coagulante, puesto que el suministro de agua contiene relativamentepocos contaminantes. Desde la seccin de mezcla, el agua pasa directamente al filtro, sin sedimentacion.

Alli se elimi nan todos los slidos. El sistema de agua reciclada para lavado a contracorriente es identico aldescrito para clarificacin convencional. Muchas plantas de filtracin directa son plantas convencionales

convertidas. En estas plantas, el agua sigue el mismo camino que en la Figura 1; slo cambia el programade coagulacin quimica. Estas plantas usan influente con poca turbiedad; mediante el uso de polmeroscoagulantes, se forma un floculado que no se sedimenta pero se puede filtrar. Este floculado fluye a travsdel estanque de sedimentacin sin depositarse y pasa a los filtros.


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Figura 3 - Planta tpica de filtracin directa

ABLANDAMIENTO CON CAL EN FRO

El diseo de una planta de ablandamiento con cal es similar al de una planta convencional de clarificacin.Las unidades de contacto de slidos con flujo ascendente son el diseo de clarificador ms comun. El aguapuede ser superficial o de pozo. E1 agua de pozo puede tener un contenido elevado de dixido de carbonoo de cido sulfhdrico; ambos gases son indeseables para el ablandamiento. Se puede usar la aireacin

para reducir los altos niveles de estos contaminantes.

La Figura 4 muestra una operacin de ablandamiento de agua de pozo tpica. Las plantas municipalespueden aadir dixido de carbono despus de la sedimentacin y, normalmente, antes de la filtracin, paramejorar la estabilidad. En las plantas industriales frecuentemente se usa algn cido para la

recarbonatacin. La Figura 4 ilustra este paso.

Figura 4 - Planta tpica de ablandamiento con cal en fro

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