floculadores

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5. DISPOSICIONES ESPECIFICAS

5.1 Tamizado. Con el objeto de retener materiales grue-sos en las captaciones, antes de que éstos pasen a

la planta de tratamiento, se pueden instalar rejas otamices.

5.1.1 Rejas o Rejillas

5.1.1.1 Las rejas deberán ser formadas por barras de hierrodispuestas verticalmente, instaladas en aberturas ocanales por donde el agua circulará, ocupando todael área de los referidos pasajes de escurrimiento.

5.1.1.2 Las características básicas de las rejas serán lassiguientes:

a) La velocidad máxima entre las barras, en lascondiciones más desfavorables, será de 0,5 m/s.

b) El espaciamiento libre máximo entre las barras seráde 0,02 m.

5.1.1.3 El sistema de limpieza podrá ser manual o mecánico:si la cantidad de material retenido en la reja seespera que exija la limpieza en períodos superiores

a una hora, la limpieza podrá ser manual; en casocontrario, se hará una limpieza mecánica. Si lalimpieza es manual, sólo se diseñará una reja. Sila limpieza es mecánica, se requerirán al menos dosunidades.

5.1.1.4 Las barras tendrán perfil chato, con cantos enángulo recto o redondeados, con la mayor dimensiónen el sentido del escurrimiento del agua.

5.1.1.5 Las dimensiones mínimas de las barras serán:

a) En el sentido del escurrimiento, 20 mm o el 2,5% dellargo total de la barra, cualquiera sea mayor.

b) En el sentido transversal al escurrimiento, 5 mm oel 1% de la distancia entre las piezas colocadaspara mantener la rigidez de la barra, cualquiera quesea mayor.



5.1.1.6 Las rejas con limpieza manual obedecerán los si-guientes requisitos:

a) Sus barras tendrán una longitud máxima de 2 m y

formarán con la horizontal un ángulo máximo de 60grados.

b) La instalación permitirá la fácil remoción de lareja, debiendo contar, cuando el peso sea superior a50 kg, con un sistema elevador.

5.1.1.7 Las rejas con limpieza mecánica obedecerán losrequisitos siguientes:

a) Deberán tener un sistema de accionamiento deldispositivo de limpieza y un sistema de recoleccióny salida del material removido, situados por encimadel nivel máximo del agua.

b) El dispositivo de limpieza deberá recorrer todo ellargo de las barras.

c) El funcionamiento del dispositivo de limpieza deberáser intermitente y comandado por la pérdida de cargadebida al material retenido en la reja.

5.1.2 Tamices

5.1.2.1 Podrán utilizarse tamices de tela o metal, a travésde los cuales pasará el agua a ser tratada.

5.1.2.2 Contarán con un sistema de limpieza automática obte-nido por el paso del agua en contracorriente.

5.1.2.3 Las aberturas de la tela o de la criba seránestablecidas mediante ensayos que definirán losparámetros para el dimensionamiento de las unidades.

5.2 Pretratamiento químico de las fuentes. Debido a lapresencia de nutrientes y la influencia del sol,pueden desarrollarse algas y otras plantas acuáticasen las fuentes utilizadas para abastecimiento deagua potable. Estas plantas causan una serie deproblemas en los procesos de tratamiento, motivo porel cual es recomendable darles un pretratamientoquímico en la propia fuente. Este tratamiento



químico consiste en la aplicación de sulfato decobre, carbón activado en polvo, permanganato depotasio o cloro, cuando no puede ser causante deprecursores adversos a la salud.

5.2.1 Se sugieren las siguientes dosificaciones de sulfatode cobre:

- Si la alcalinidad total al anaranjado de metilo esigual o mayor a 50 mg/l como CaCO3, la dosisrecomendable es de 1 mg/l calculada sobre el volumende agua de la fuente en una profundidad máxima de0,6 m.-Si la alcalinidad es menor, se recomienda una dosisde 0,3 mg/l aplicada sobre todo el volumen de lafuente.-Si en la fuente existen truchas, las dosis no debenser mayores a 0,14 mg/l.

5.3 Presedimentación. La presedimentación es unpretratamiento utilizado para remover grava y arenaque han pasado por las estructuras de captación ydesarenación, así como limo del agua cruda, antes deque entren a la planta de tratamiento.

5.3.1 Existen tres sistemas de presedimentación:

presedimentadores, tanques de arena, y aparatos parala remoción mecánica de arena y limo. Solamente los

tanques presedimentadores se consideran comotecnología apropiada para nuestro país.

5.3.1.1 Los presedimentadores pueden diseñarse para tasassuperficiales de 2,71 m3/m2/d a 3,39 m3/m2/h, ytiempos de retención de 2 h a 3 h para el caudalmáximo.

5.3.1.2 En ocasiones, los presedimentadores se utilizan tam-bién para igualación de las características del aguay reducción del impacto de cambios en la calidad del

agua cruda. En estos casos, el tiempo de retenciónpuede ser mayor y hasta de 24 h.

5.3.1.3 Los presedimentadores pueden ser de forma rectangu-lar, circular o triangular, con profundidadvariable, y se recomiendan para aguas conturbiedades mayores a 1000 UNT.



5.4 Prefiltración

5.4.1 Prefiltros de grava. Con el objeto de acondicionaraguas superficiales para su tratamiento con filtroslentos, se utilizan prefiltros de grava, siempre que

la turbiedad media del agua cruda sea inferior a 250UNT y la capacidad de la planta sea pequeña.

5.4.1.1 Como guías de diseño para prefiltros de flujohorizontal se pueden usar velocidades de flujo de0,5 m/h y tres capas de grava de las siguientescaracterísticas:

TABLA VI.3Características de grava para prefiltros horizontales

┌───────────────┬───────────────────┬───────────────┐│ CAPA │ LONGITUD m │ DIÁMETRO mm │├───────────────┼───────────────────┼───────────────┤│ 1 │ 1 │ 25-80 ││ 2 │ 4,5 │ 30-70 ││ 3 │ 4,5 │ 5-12 │└───────────────┴───────────────────┴───────────────┘

5.4.1.2 Los prefiltros verticales se diseñarán para unavelocidad de flujo vertical descendente de 0,25 m/h,y las capas de grava desde la superficie serán:

TABLA VI.4 Características de grava para prefiltros verticales

┌───────────┬────────────────────┬────────────────┐│ CAPA │ PROFUNDIDAD m │ DIÁMETRO mm │├───────────┼────────────────────┼────────────────┤│ 1 │ 0,1 │ 15-25 ││ 2 │ 0,2 │ 10-15 ││ 3 │ 0,5 │ 5-10 │└───────────┴────────────────────┴────────────────┘

5.4.2 Microtamices. Con aguas muy turbias, con presenciade algas y otros organismos acuáticos, se pueden

utilizar los microtamices, que son tamboresrotatorios forrados con una malla de aceroinoxidable o poliester, con aberturas de entre 20 y30 micrones de diámetro. El tambor rota usualmenteentre 4 rpm a 7 rpm, y se requiere una bomba deretrolavado para limpiar el tamiz con una presión de18 a 35 mca.



5.5 Aeración. La aeración puede ser utilizada en aguassuperficiales o en aguas subterráneas, con lossiguientes objetivos: oxidación del hierro y delmanganeso; separación de gases tales como el bióxidode carbono, sulfuro de hidrógeno y metano;

eliminación de sabor y olor; y, adición de oxígeno.El propósito de la aeración, las característicasquímicas del agua, otros procesos de tratamiento aser usados en la planta, condiciones locales,requerimientos de aire y de bombeo y proteccióncontra la contaminación, deberán ser consideradosantes de seleccionar el proceso y el tipo deaeración. En general, se considera apropiada laaeración de aguas subterráneas, siendo cuestionablela aeración de aguas superficiales. La aeracióntiene también un objetivo principal en la remociónde compuestos orgánicos volátiles que provienen delmanejo inapropiado de productos químicos odisposición inapropiada de aguas residuales; entreellos está el tricloroetileno, el tetracloruro decarbono, el tetracloroetileno, el dicloroetano y elcloruro de metileno.

5.5.1 Aeradores de cascada. Requieren una carga hidráulicade 1 m a 3 m, un área semejante a 0,1 m2/l/s, yofrecen una remoción del 20% al 45% de los gasesdisueltos, y mejores eficiencias en la remoción dehierro. Pueden presentar problemas de corrosión,

desarrollo de algas y de ventilación. Entre estosse incluyen también los aeradores de cono y losplanos inclinados.

5.5.2 Aeradores de charoles. Estarán constituidos por unaserie de charoles o bandejas cuya función esincrementar al máximo la superficie de contactoentre el aire y el agua. Para ello se requiere quehaya una muy buena ventilación del sitio en el quese instalen los aeradores. Son recomendablesprincipalmente para oxidación de hierro, manganeso y

CO2. Para su diseño se tendrán en cuenta lassiguientes consideraciones:

5.5.2.1 Los aeradores de bandejas sin medio de contactoestán constituidos por plataformas de madera, demetal o de plástico, cada una de las cuales, a suvez, está conformada por tiras o tablones de 5 cm deancho espaciados 3 cm entre sus bordes. El



espaciamiento entre las bandejas o plataformasvariará entre 30 y 50 cm dependiendo del tiempototal de contacto que se desea obtener. En caso dehaberse demostrado mediante pruebas de campo, sepodrá recurrir a la ventilación forzada para mejorar

la eficiencia de remoción de gases.

5.5.2.2 Los aeradores de bandejas con medio de contacto,estarán constituidos por charoles con fondoperforado o de malla. En ellos se colocarán trozossólidos de 5 cm a 15 cm de diámetro, cuya función esmejorar la eficiencia de intercambio de gases,adsorber sustancias orgánicas, neutralizarquímicamente el agua, o promover la accióncatalítica de películas de óxido mangánico en laoxidación del manganeso.

5.5.2.3 El medio de contacto podrá ser cualquier objetosólido que sea adecuado para el objetivo perseguido.Por ejemplo, para neutralizar excesivasconcentraciones de CO2 y para aumentar laalcalinidad del agua podrán utilizarse trozos decalcita o mármol; para promover la adsorción desustancias orgánicas y promover el desarrollo demicroorganismos oxidantes de sulfuros y de lamateria orgánica disuelta, se utilizarán trozos depiedra pómez o de carbón vegetal. En todo caso, se

evitará el uso de materiales importados como elcarbón de coque, y se buscará el medio de contactoapropiado para cada caso entre los materiales dispo-nibles en la localidad.

5.5.2.4 El medio de contacto se dispondrá en los charoles oen las cestas de malla de alambre, en capas de apro-ximadamente 0,15 m a 0,2 m de espesor, y en una áreade 0,05 a 0,15 m2/l/s.

5.5.2.5 La distancia entre los fondos de dos charoles

consecutivos variará entre 30 y 60 cm, y el númerode charoles entre 3 y 9.

5.5.3.6 El número de charoles y la altura de la torre deaeración se calculará a base del tiempo total decontacto que se desea. La carga hidráulicasuperficial variará entre 100 m3/m2/d y 200 m3/m2/d,dependiendo del objetivo que se persiga; el valor



escogido para el diseño se determinará,preferentemente, mediante pruebas de campo.

5.5.2.7 La remoción de CO2 mediante estos aeradores puedeser aproximada mediante la ecuación de Scott, que

dice:Cn = Cc 10-kn

En donde:

Cn y Cc = concentración de CO2 en ppm;n = número de charoles incluido el de distribución;k = coeficiente que depende de la ventilación, de latemperatura, turbulencia y otras características dela instalación. Varía de 0,12 a 0,16.

5.5.2.8 En caso de seleccionarse charoles con placasperforadas, el número y el diámetro de los orificiosse calculará de modo que la altura máxima de aguasobre los orificios no exceda de 0,01 m.

5.5.2.9 Finalmente, se diseñarán las obras necesarias parareducir al mínimo las salpicaduras de agua fuera delaerador, para impedir la acumulación de precipitadosmetálicos en el estanque recolector y paragarantizar la correcta distribución del agua en elcharol superior.

Floculación.Después que el coagulante ha sido dispersado en elagua, se facilita la formación del flóculo por mediode una agitación lenta, la misma que puede ser obte-nida por medios hidráulicos en plantas pequeñas ymedianas con aguas de calidad más o menos constante,o mecánicos en todo tipo de plantas.

5.7.1 Cámaras con pantallas de flujo horizontal

5.7.1.1 Recomendables para plantas pequeñas. Pueden proyec-

tarse también para caudales mayores, siempre ycuando se disponga de terreno barato y áreasuficiente.

5.7.1.2 El rango de velocidad dentro del cual se consigueuna variación del gradiente de velocidad de 90 s-1

a 20 s-1 es de aproximadamente 0,22 m/s a 0,08 m/s.



5.7.1.3 Se recomienda utilizar pantallas removibles de made-ra, plástico, u otro material de bajo costo disponi-ble en el medio, que no constituya un riesgo de con-taminación. De esta manera se da mayor flexibilidada la unidad y se reduce el área, disminuyendo por

consiguiente los costos de construcción.5.7.1.4 Entre los materiales indicados para las pantallas,

el que ofrece mayor confiabilidad es la madera. Eneste caso, se pueden disponer tabiques de maderamachihembrada, tratada con algún productoimpermeabilizante no peligroso para la salud. Launidad puede tener una profundidad de 1,5 m a 2 m.

5.7.1.5 El coeficiente de pérdida de carga en las vueltasvaría entre 2 y 4. El valor usual es de 3. El coe-ficiente de fricción (n) a lo largo de los canalespara placas de madera, es de 0,012.

5.7.1.6 Cuando se utilizan encofrados ondulados se consiguedisminuir las variaciones de gradientes de velocidadentre los canales y las vueltas. En este caso, seconsidera un coeficiente de fricción de 0,03 paracalcular la pérdida de carga en los canales.

5.7.1.7 El espaciamiento entre el extremo de la pantalla yla pared del tanque, es decir el paso de un canal aotro, se deberá hacer igual a 1,5 veces el espacia-

miento entre pantallas.

5.7.2 Cámaras con pantallas de flujo vertical

5.7.2.1 Se recomienda preferiblemente utilizarlas para plan-tas de tamaño mediano y grande.

5.7.2.2 Se proyectan para profundidades de 3 m a 4 m, por loque ocupan un área menor que las de flujohorizontal.

5.7.2.3 También se recomienda utilizar preferentemente tabi-ques de madera machihembrada de 2 cm a 4 cm de espe-sor, pero son aceptables otros materialesdisponibles en el medio y debidamente justificados.Con tabiques de madera se pueden adoptarprofundidades de agua de 4 m a 5 m. Elespaciamiento mínimo en los canales será de 0,6 m.



5.7.2.4 La sección de cada paso se calculará para unavelocidad igual a los dos tercios de la velocidad enlos canales.

5.7.2.5 El gradiente en el canal no deberá ser menor de 20

s

-1

. En plantas grandes se recomienda colocar en losorificios de paso, mallas de hilo nylon diseñadascon el mismo gradiente de velocidad del canal.

5.7.2.6 Para evitar la acumulación de lodos en el fondo yfacilitar el vaciado del tanque, se dejará en labase de cada tabique que llega hasta el fondo, unaabertura equivalente al 5% del área horizontal decada compartimento.

5.7.2.7 Al igual que en las unidades de flujo horizontal,debe tenerse especial cuidado en la adopción del an-cho de la unidad, para que en el diseño de lostramos con bajos gradientes, las pantallas seentrecrucen por lo menos en un tercio de sulongitud, para evitar la formación de espaciosmuertos y cortocircuitos.

5.7.3 Floculadores tipo Cox o Alabama

5.7.3.1 En estos floculadores, el agua hace un movimientoascendente - descendente dentro del compartimento.

5.7.3.2 El gradiente de velocidad se produce casiexclusivamente en los puntos de paso localizadostodos en el fondo de la unidad y distribuidosalternadamente en uno y otro extremo del fondo.

5.7.3.3 En el floculador Alabama, el gradiente de velocidades función de la suma de las pérdidas de carga en elcambio de dirección del flujo al ingresar al niple,en el niple propiamente dicho, en la curva y en laboquilla de salida.

5.7.3.4 En el floculador tipo Cox, el gradiente de velocidades función de la pérdida de carga en el cambio dedirección del flujo y en el codo o curva.

5.7.3.5 La profundidad de la unidad debe ser de 3 m a 3,5 mpara que la altura máxima de agua sobre losorificios sea del orden de 2,4 m.



5.7.3.6 La relación ancho/largo de cada compartimento debeser de 1 a 1,33.

5.7.3.7 La sección de cada compartimento se diseñará con unatasa de 0,45 m2 por cada 1 000 m3/d.

5.7.3.8 Los criterios para diseñar los puntos de paso entrelos compartimentos son los siguientes:

-Relación de la longitud del niple a su diámetro:L/d=5-Velocidad en las boquillas variable entre 0,25 m/sa 0,75 m/s.-Tasa de diseño para determinar la sección de lasboquillas:0,025 m2 por cada 1 000 m3/d.

5.7.4 Floculadores de medios porosos

5.7.4.1 Son floculadores hidráulico con un número casi infi-nito de cámaras o compartimentos, a lo cual debe sueficiencia.

5.7.4.2 Como material granular puede utilizarse piedra,esferas de plástico, residuos de las fábricas deplástico, segmentos de tubos, o cualquier otro tipode material similar no putrescible ni contaminante.

5.7.4.3 Los floculadores de piedras se diseñan con cascajode diámetro medio de 15.9 mm, y rangos entre 12 mm y19 mm.

5.7.4.4 La unidad debe tener flujo ascendente y forma troncocónica, para escalonar los gradientes de velocidad,manteniendo el tamaño del material constante, yfacilitar su limpieza.

5.7.4.5 En este tipo de unidades, el tiempo de retención to-tal es de 5 min a 10 min.

5.7.4.6 Los floculadores de piedras sólo son recomendablespara caudales muy pequeños (entre 10 l/s y 15 l/s),siendo preferibles para caudales mayores, unidadesde flujo horizontal de sección constante, en las queel escalonamiento de gradientes se obtenga colocandomaterial granular de tamaño decreciente.



5.7.5 Floculadores de mallas o telas

5.7.5.1 Estos floculadores se construyen con mallas de hilonylon que son atravesadas por el flujo,produciéndose el gradiente de velocidad deseado,

como función de la pérdida de carga. La floculacióndepende de las características de las mallas y de lavelocidad del flujo.

5.7.5.2 La velocidad óptima (cm/s) es igual al doble delespaciamiento (cm) entre los hilos de nylon, que serecomienda esté entre 1 cm y 2 cm.

5.7.5.3 El grosor más adecuado de los hilos es de 3 mm a 4mm. Hilos más delgados o mallas más pequeñas, sólodeberán usarse en la mezcla rápida o al inicio delfloculador.

5.7.5.4 Se recomiendan velocidades de flujo del orden de 10cm/s a 30 cm/s, para evitar la sedimentaciónexcesiva de los flóculos.

5.7.6 Floculadores mecánicos de paletas

Constituyen el tipo de unidad más utilizada. Puedenser de eje vertical u horizontal, con paletasparalelas o perpendiculares al eje. El tipo másventajoso es el de eje vertical, porque evita el uso

de cadenas de transmisión y de pozos secos para losmotores.

El tiempo de retención recomendado para este tipo deunidades varía de 20 min a 40 min, para compensar latendencia a la formación de espacios muertos. Laaltura de las cámaras es usualmente de 3 m a 4 m.Los gradientes de velocidad son variables entre 75s-1 y 10 s-1, y más comúnmente entre 65 s-1 y 25 s-1.La relación largo/ancho óptima de las paletas esde 18 a 20. El grado de sumergencia de las paletas

es de 0,15 m a 0,2 m.

5.7.6.1 Paletas con eje vertical

Se utilizarán como mínimo tres cámaras de basecuadrada, conectadas en serie. Para anular losespacios muertos, se rellenarán las esquinas conhormigón pobre y para eliminar el vórtice se usarán



dentro de estos rellenos, cuatro sendos tabiquescuya dimensión libre dentro del tanque sea por lomenos el 10% del diámetro del cilindro circunscrito.Para estabilizar el flujo entre las cámarasconsecutivas se utilizarán preferiblemente tabiques

perforados, a través de los cuales se deberámantener una velocidad de flujo tal que el valor delgradiente de velocidad no exceda aquel que semantiene en la cámara previa. Para evitar que elagua sea acarreada como una sola masa durante larotación de las paletas, el área expuesta de laspaletas será aproximadamente el 20% de la seccióntransversal perpendicular al eje de rotación. Lavelocidad lineal de las paletas en sus extremos semantendrá preferentemente entre 0,3 m/s y 0,6 m/s.

5.7.6.2 Paletas de eje horizontal

Se utilizarán por lo menos dos tanques conectados enserie y separados por tabiques con orificios. Elgradiente de velocidad en estos orificios deberá serinferior o igual a aquél que se mantiene en lacámara aguas arriba de los orificios. Se usarán lossiguientes criterios de diseño:

a) El área total de paletas debe ser aproximadamente un20% del área del tanque, perpendicularmente a la

dirección de rotación.

b) La velocidad lineal de los extremos de las paletasse mantendrá preferentemente entre 0,3 m/s y 0,6m/s, y la velocidad tangencial máxima será 0,75 m/s.

c) La distancia libre entre el cilindro de rotación delas paletas y el fondo del tanque, será de 0,3 mcomo mínimo.

d) Los mecanismos de transmisión entre los motores y

los ejes se colocarán en una cámara seca y se man-tendrán adecuadamente lubricados para evitar sucorrosión.

5.7.7 Recomendaciones generales

5.7.7.1 Se recomienda utilizar como mínimo tres reactores



completamente mezclados en serie, o preferiblementereactores tipo pistón.

5.7.7.2 El gradiente de velocidad máximo al inicio de lafloculación no debe ser mayor que el que se tiene en

la interconexión entre la mezcla rápida y estaunidad, y debe variar en forma uniformementedecreciente desde la entrada hasta la salida delfloculador.

5.7.7.3 El diseñador podrá utilizar otros criterios dediseño para estas unidades, en lugar del gradientede velocidad y el tiempo de retención, siempre quelos justifique adecuadamente y el IEOS lo acepte.

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