CALIDAD DEL AGUAExpositor :Ing. Juan Daz CamachoUNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

OBJETIVOS Este curso de Tratamiento del Agua Industrial est orientada a lograr la comprensin de las caractersticas fsico-qumicas del agua, las tecnologas de tratamiento disponibles y fundamentalmente la Gestin de Calidad del Agua

GeneralidadesEl agua es una sustancia sin la cual la vida en nuestro planeta no sera posibleEn ingeniera el agua es el material bsico para los proceso industriales, generacin de vapor, sistemas de enfriamiento y generacin de energa elctricaLas caractersticas de calidad del agua varan notablemente de una fuente a otra. El agua sea cual sea la fuente tiene una gran cantidad de impurezas que desarrollan un efecto negativo en el consumo humano y su uso industrial

El agua pura no existe en estado naturalLa molcula de agua , H2O, est formada por dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno, formando un ngulo de enlace de 105, por lo tanto, la molcula del agua es asimtrica y bipolar (irregular distribucin de las cargas elctricas)

CICLO HIDROLOGICO DEL AGUALa evaporacin del agua hacia las nubes por radiacin solar, constituye un proceso netamente purificador.Sin embargo, en su cada en forma de lluvia el agua inicia un proceso de contaminacin que depender de las condiciones atmosfricas y climticas del lugar en que caiga, as como de las caractersticas geolgicas del terreno y su distribucin como agua subterrnea o superficial

DISTRIBUCION DEL AGUA EN EL PLANETAVolumen de agua: 1.5 x 103 millones km3

Mares97,2%Casquetes de Hieloy glaciares2,15%Aguas Subterrneas0,63%Agua Superficial0,02%

USOS DEL AGUA DULCEAguas municipales10%

Aguas Industriales50%

Aguas Agrcolas40%

DIVERSOS USOS DEL AGUA INDUSTRIALIndustria Bsica Qumica22,0%Petrleo y Carbn20,3 %Refinacin y Elaboracin de metales21,5 %Pulpa y procesamiento de papel18,5 %Productos Alimenticios 3,9 %Transporte 3,9 %Textiles 3,2 %Caucho y plstico 3,1 %Otros 3,6 %

CRISIS DEL AGUAAccesoDistribucinDegradacinDespilfarro

AGUA CRUDA El agua es una sustancia fundamental en muchos procesos industriales en los que puede intervenir como:Materia prima de procesoDisolvente, diluyente o medio de transporte de otras sustanciasMedio de transporte trmico adicionando calor (agua caliente, vapor) o retirndolo (agua de refrigeracin)Sistema auxiliar (lavado, limpieza general, contra incendios, etc.)

El conocimiento de la calidad del agua en la industria, tanto del agua de abastecimiento como del agua tratada, es un parmetro importante que asegura:

Lograr un buen diseo del programa de tratamiento de aguaEvaluar la eficiencia de la planta que opera el proceso industrialMinimizar los problemas operativos en el proceso productivo

FUENTES DE ABASTECIMIENTOS Aguas superficiales (ros, lagos, etc.)

Agua subterrneas (pozos, manantiales)

Agua ocenicas

USOS DEL AGUA EN LA INDUSTRIA Agua potable: sus usos en planta corresponden a los servicios, es decir, para el aseo del personal, bebida, limpieza de la planta, etc.

Agua de enfriamiento: agua requerida para el enfriamiento de aquellas unidades como intercambiadores de calor, condensadores, reactores, etc. En algunos casos requerir tratamiento.

Agua de procesos: agua con tratamiento, necesario en la fabricacin del producto y que debe cumplir determinadas exigencias de calidad.

Agua para la generacin de vapor o agua para calderas: agua tratada y cuya calidad esta en funcin de las condiciones de operacin del caldero.

Agua para el sistema de seguridad: agua contra incendios.

PARAMETROS DE CALIDADI. Parmetros FsicosII.Parmetros QumicosIII.Parmetros Microbiolgicos

I. PARAMETROS FISICOSTURBIDEZ Es el efecto ptico causado por la dispersin e interferencia de la luz que pasa a travs de una muestra de agua.Unidad : NTU ( Mtodo Nefelomtrico) Problema : Depsitos en las lneas de agua y equipos de procesosTratamientos Correctivos:Coagulacin, Sedimentacin, Filtracin

COLOR La causa ms comn del color son la presencia de hierro y manganeso coloidal, o el contacto del agua con desechos orgnicosUnidad : mg/L de platino (como ion cloroplatinado)Problema : Puede generar espumacin en las calderas. Obstaculiza los mtodos de precipitacin.Tratamientos Correctivos:Coagulacin, filtracin, cloracin, absorcin.

OLOR Y SABOR En el agua ocurren frecuentemente juntos y en general son prcticamente indistinguibles.Unidad : nmero detectable de olor y sabor Problema : materia orgnica en solucin, NaCl, sales de sulfato de sodio, sulfato de magnesio, Fe, Mn, fenoles, etc.Tratamientos correctivos: Filtracin en lechos de carbn activado granular

SLIDOS TOTALES DISUELTOS (TDS)Constituye una medida de la parte de los slidos en una muestra de aguaUnidades: ppmProblema: Altas concentraciones de materia total disuelta determinada por evaporacin, interfieren en los procesos de tratamiento y generan espumas en las calderas.Tratamientos correctivos: Procesos de cal, intercambio inico, smosis inversa, electrodesionizacin, destilacin.

SLIDOS SUSPENDIDOS (TSS) Son sustancias no disueltas determinadas gravimtricamente por filtracin.Unidades: ppmProblema: tapona las lneas de circulacin de los fluidos y produce depsitos e incrustaciones en lneas y equipos de vapor. Tratamientos correctivos: Filtracin, coagulacin, sedimentacin

CONDUCTIVIDADEs una medida de la capacidad que tiene la solucin para transmitir corriente elctrica.Esta capacidad depende de la presencia, movilidad, N de oxidacin y concentracin de iones, as como de la temperatura.Unidad : micromho/cm (uS/cm) , miliSiemens/cm (mS/cm)Problema: Resultado de los slidos ionizables, la conductividad alta puede aumentar las caractersticas corrosivas del agua.Tratamientos Correctivos:Todo proceso que reduzca los slidos disueltos. Proceso de cal-sosa. Desmineralizacin.

II. PARAMETROS QUIMICOSIONES CALCIO (Ca2+) , es el principal componente de la dureza del agua y responsable de la formacin de incrustaciones. IONES MAGNESIO (Mg2+), es el otro componente de la dureza del agua e igualmente forma incrustaciones. Esta en menores concentraciones que los iones calcio.IONES BICARBONATOS (HCO3) - , Causante de la alcalinidad del agua . Indeseable en el agua de alimentacin a calderas de alta presin.

IONES CARBONATOS (CO3 )2- , Poco frecuentes en agua naturales y forma parte de las incrustaciones.IONES SULFATOS (SO4 )2- , Se encuentra en las aguas naturales, en concentraciones inferiores al calcio. Su elevado contenido afecta el sabor del agua.Problema: Aade slidos al agua. Combinado con el calcio forma las incrustaciones de sulfato de calcio.Tratamientos Correctivos:Proceso de desmineralizacin, destilacin.

IONES CLORUROS (Cl- ) , Es indeseable en altas concentraciones , pues su presencia puede ser causante de problemas de corrosin localizada.Problema: Aade slidos al agua y aumenta las caractersticas corrosivas del agua.Tratamientos correctivos: Proceso de desmineralizacin, destilacin.

OXIGENO (O2 ) Es el contenido de oxgeno disuelto en el agua. Su concentracin es relevante por ser responsable de problemas de corrosin de equipos y lneas de fluido. Problema: Corrosin en las lneas de agua, equipos de intercambio de calor, calderas y circuitos de retorno de condensados.Tratamientos correctivos:Desgasificacin, sulfito sdico, inhibidores de la corrosin.

DIOXIDO DE CARBONO (CO2 ) Cuya presencia en el agua dan lugar a procesos de corrosin. Problema: Corrosin en las lneas de agua y particularmente las de vapor y condesados.Tratamientos correctivos:Desgasificacin, neutralizacin con bases y aminas.

ALCALINIDAD (M) Es la alcalinidad al anaranjado de metilo o alcalinidad al bicarbonato. Problema: formacin de espumas y transporte de slidos en el vapor. Promueven la fragilidad del acero de las calderas. Generacin de CO2 por los carbonatos y bicarbonatos, potencial fuente de la corrosin.Tratamientos correctivos:Procesos de cal, intercambio inico, smosis inversa, electrodesionizacin, destilacin.

GRASAS, Expresado como grasa o materia extrada al cloroformo.

Problema: Costras, lodos y espumas en las calderas. Dificulta la transferencia de calor.Tratamientos correctivos:Separadores de grasas, coagulacin, filtracin.

pH , El trmino pH es una forma de expresar la concentracin de iones H+ , o ms exactamente, la actividad del in hidrgeno. En general, se usa para expresar la intensidad de la condicin cida o alcalina de una solucin acuosa.Unidades: [ H+]Problema: Disolucin y precipitacin de metales.Tratamientos correctivos:Neutralizacin con cidos y bases.

SILICE (SiO2 ) Esta presente en las aguas naturales. Es indeseable en los sistemas industriales ya que forma incrustaciones y a altas temperaturas se volatiliza para luego formar depsitos que es un problema crtico en el caso de las turbinas de vapor.Problema: Genera incrustaciones de las calderas y circuitos de calor.Tratamientos correctivos:Absorcin, intercambio inico, destilacin.

III. PARAMETROS MICROBIOLOGICOS Un examen microscpico riguroso de microorganismo en el agua cruda y en las aguas de enfriamiento es importante para prevenir problemas de corrosin, olor y color desagradable, turbidez, obstrucciones, etc. Este examen comprende la determinacin de microorganismos como:

Bacterias del hierro: forman un grupo general de microorganismos que utilizan el hierro ferroso como fuente de energa y se caracterizan por formar depsitos de hidrxido hierro.Bacterias reductoras de sulfato: utilizan el sulfato para su metabolismo y lo reduce a sulfuro. Este sulfuro genera condiciones cidas y corroe materiales el acero al carbono. Algas: Se reproducen en presencia de la luz solar. Son causantes de obstrucciones y ensuciamiento.

UNIDADES DE CONCENTRACION PARTES POR MILLON (ppm) o MILIGRAMOS POR LITRO (mg/L).

GRANOS POR GALON (gpg)EQUIVALENCIA : GPG = 17,10 PPM

EQUIVALENTES POR MILLON (epm).

Parmetros de CalidadLIMITES MAXIMOS PERMISIBLES Parmetro LMPColiformes Totales 0 (ausencia)Coliformes Fecales 0 (ausencia)pH 6,5 8,5Turbidez < 5,0 NTUConductividad 1500 uS/cmColor 20 UCV

Parmetro LMPCloruros 250 ppmSulfatos 250 ppmDureza Total 500 ppmNitratos 50 ppmHierro 0.3 ppmManganeso 0.2 ppmAluminio 0.2 ppmCobre 3 ppmFlor 2 ppmSelenio 0.05 ppm

Parmetro LMPPlomo0,10 ppmCadmio 0,003 ppmArsnico0,10 ppmMercurio 0,001 ppmCromo0,05 ppm** Estos ltimos parmetros su presencia por encima de los valores recomendados son considerados txicos

AGUA POTABLEDEFINICION Es toda agua que empleada para consumo humano, no causa dao a la salud y cumple con los requisitos fsicos, qumicos, organolpticos, biolgicos y microbiolgicos concordantes con las normas vigentes de SUNASS (Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento)

Contaminantes Comunes en el Agua Potable Conductividades altasColor y SaborMetales pesadosHidrocarburosGasesOtros compuestosMicroorganismos

Fuentes de Abastecimiento1.- Aguas Subterrneas ( pozos , manatiales ) Su composicin depende de las formaciones geolgicas.2.- Aguas Superficiales ( ros, lagos) Composicin qumica variable con la estacin climtica.3.- Aguas Ocenicas (mar) Contiene 2.7-3.5 % de NaCl y otras sales

POTABILIZACION DEL AGUA 1. Ro Rmac 4. Precloracin 7. Decantacin2. Dosificador 5. Estanques 8. Planta de recirculacinde polmeros reguladores 9. Filtracin3. Desarenadores 6. Dosicacin de 10. Cloracin coagulantes 11. Reservorio de almacenamiento

Potabilizacin del AguaMejoramiento de la Calidad del Agua para consumo humanoProteccin de la Salud PblicaAsegurar la inocuidad del agua por adicin de desinfectante ( ozono, dixido de cloro , cloro)

TRATAMIENTO CONVENCIONAL

CAPTACION Las bocatomas estn equipadas con rejillas para la separacin del material flotante y de arrastre (troncos, piedras, etc). La capacidad de captacin es de 15 y 20 m3/seg, respectivamente, para la margen derecha e izquierda.

El agua captada en las bocatomas, va hacia las bateras de desarenadores.DESARENADORESEn estas unidades se produce la separacin de la arena por accin de la gravedad y la de la velocidad del agua, a lo largo de los 35 mts de longitud.En perodos de turbiedad, se aplican polmeros que ayudan a precipitar las partculas (arcillas, limo, etc.).

partcula Tipo Vel. de sedim. Tiempo de Sedim.mm mm/s 0.0304m (1pie)10 Grava 1,000 0.3s1.0 Arena gruesa 100 3 s0.15 150.10 Arena fina 8 38 s0.015 0.350.010 Limo 0.154 33 s0.0015 0.00350.001 Bacteria 0.00154 35 h0.0001 Partcula Arcilla 0.0000154 230 d0.00001 Partcula Coloidal 0.000000154 63 aos

Velocidades de Sedimentacin Partculas en Agua (Temperatura 10oC)

PRECLORACIONAntes que ingrese el agua al Estanque Regulador se aplica cloro en cantidad suficiente (3.6 a 4mg/l), tiempo de contacto, T y volumen a tratar para los procesos de desinfeccin, oxidacin y control de olores, logrndose la contaminacin bacteriana.De ser necesario se adiciona Cal para metales pesados.

EMBALSES REGULADORESFunciones principales: - En los meses de lluvia, cuando el agua viene excesivamente turbia por los huaycos, permite interrumpir la captacin, proporcionando, agua ms clara y menos contaminada. - En los meses de sequa, permite uniformizar la produccin , a pesar de la escasez de agua en el ro.

Los decantadores, son importantes en la clarificacin de las aguas. El agua que ingresa al

DECANTACIN

decantador previamente ha recibido una dosis de coagulantes, ingresando por el fondo mediante tuberas de distribucin con orificios que cubren toda el rea, asegurando un flujo vertical; por accin de coagulante se forman los flculos que son pequeas partculas que luego se van aglomerando formando una espesa capa por la que deben atravesar las aguas de abajo hacia arriba.

AGENTES COAGULANTESSales de Al o alumbres:a) sulfato de Alb) sulfatos de Al y Kc) sulfatos de Al y de amoniod) Aluminato de NaSales de Fe: a) Sulfato de Feb) Cloruro frrico c) Sulfato frricod) b+c

DECANTACIN

El agua que aflora a la superficie ya est clarificada, la que es recolectada por tubos mediante orificios.La homogeneidad del manto y el engrosamiento de los grumos se obtiene establecindose una intermitencia en el rgimen de alimentacin del decantador por medio de ventiladores, almacenando un volumen de agua y descargndola, para lo que, se abren y cierran vlvulas intermitentemente en forma automtica.

Se realiza a travs de filtros con una capa de arena de 1m de espesor y con granos de de 1 FILTRACIN

mm de . El agua se infiltra a travs de la capa de arena, que retiene partculas ms pequeas que los poros entre los granos de arena, produciendo una reduccin de turbiedad (< igual 1,5 NTU - norma OMS 5 NTU)y en el contenido bacterial del agua.

FILTRACINLa salida de los filtros son regulados por sifones con admisin parcial de aire vlvulas de regulacin de caudal.Los filtros despus de 24 horas de funcionamiento se colmatan o ensucian, lavndose con aire y agua en contra corriente de abajo arriba.

A la salida de los filtros el agua recibe la cloracin final, (1,6-1,8mg/l) para destruir toda contaminacin que pueda haber quedado despus de todos los procesos anteriores, y para dejar un resduo de cloro disponible (>0 igual de 1mg/l) como proteccin contra posibles contaminaciones en el transporte o distribucin.

CLORACION

CLORACION DEL AGUAMicroorganismos Norma Tcnica INDECOPI mnimo mximoColiformes Totales 0/100ml 0/100mlColiformes Termotolerantes 0/100ml 0/100mlBacterias Hetertrofas < 50UFC/ml 500UFC/ml

La funcin de estos depsitos es la de atender las variaciones en la demanda de ciudad, permitiendo que la Planta trabaje a un ritmo uniforme.

DEPOSITOS DE REGULACION

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