Potabilizacion de Aguas
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TEMA 6 Prof. Adjunto Olga Cifuentes (CURSADO 2007) POTABILIZACIÓN DE AGUA (Ref. Publicaciones del ENOHSA)
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TEMA 6 Prof. Adjunto Olga Cifuentes
(CURSADO 2007)
POTABILIZACIÓN DE AGUA(Ref. Publicaciones del ENOHSA)
¿ de que depende la selección de un sistema de potabilización?
• Calidad del agua cruda• Requisitos a cumplir sobre calidad de agua
para consumo• Condiciones que aseguren la sostenibilidad
del sistema• Eficiencia a través del tiempo
• ¿ La calidad del agua subterránea es similar al agua superficial?
• ¿En que difieren?
• ¿Podría usted mediante un simple análisis de agua deducir si el agua es subterránea o superficial?
Tratamientos paraAGUAS SUBTERRÁNEAS
Cuando la calidad fisicoquímica de las aguas se ajusta a las Normas sólo es
necesario un tratamiento de desinfección.
Cuando la calidad no se ajusta a las Normas por tratarse de aguas salobres, existen
diversas tecnologías de desalinización aplicables, entre las cuales las de utilización
de membranas son las de mayor desarrollo en los últimos tiempos.
En el caso de la presencia de elementos críticos específicos pueden analizarse
tratamientos especiales para cada caso:
• Filtración directa para la reducción de arsénico con oxidación previa, • Utilización de filtros con hueso molido para la reducción de flúor, • Aeración para la reducción de hierro, etc• Desalinización para reducir todos los minerales presentes en el agua, ya sean críticos o
no críticos, como por ejemplo, las de membranas.• Desinfección
Para el caso de aguas subterráneas puede plantearse, por razones económicas, la necesidad de tratar parcialmente el volumen de agua captada, dividiendo el abastecimiento en agua para consumo humano y agua para otros usos.
Tratamientos paraAGUAS SUPERFICIALES
• Desbaste• Desengrasado• Tamizado• Desarenado• Sedimentación simple (turbiedades altas hasta 500 UT - permanencia 1 a 3 hs)
• Coagulación y Floculación• Decantación• Filtración
Lenta (< 20 UC y 20 UT) - Remueve color, turbiedad, Fe y Mn, microorganismos
Rápida (área 20 veces menor que filtración lenta)
a presión (principio funcionamiento similar a filtros rápidos abiertos pero más cara)
• Desinfección (se debe aplicar en cualquier caso con o sin tratamientos previos)
• Neutralización del pH (cuando se incorpore cuagulante para evitar el ataque de instalaciones metálicas, se debe corregir el pH mediante alcalinizadores)
Tratamientos Especiales• Olores y sabores
La presencia de algunas sustancias químicas como el ácido sulfhídrico o
determinadas especies de algas pueden hacer superar los límites de olor y sabor
La aeración, la pre o poscloración y la utilización de carbón activado pueden
constituir soluciones a considerar.
• Color
El color de las aguas puede deberse a la presencia de iones metálicos naturales,
materia orgánica natural y efluentes industriales.
El color se remueve con coagulantes metálicos como Al (III) y Fe (III). Los procesos
de coagulación requieren alcanzar pH más bajos que los necesarios para remover
turbiedad.
• Algas
Al margen de la constante vigilancia y limpieza del sistema para evitar su
proliferación, puede considerarse la aplicación de algún alguicida como el sulfato
de cobre u otros que no generen perjuicios a la salud de los consumidores.
Tratamientos Especiales (continuación)
• Descarbonatación
La descarbonatación con cal es el más generalizado método para la reducción de la dureza bicarbonatada o dureza natural del agua.
• Utilización de membranas
La utilización de membranas es el método actualmente utilizado para aguas salobres, no resultando competitivas por lo general otras tecnologías tales como la destilación y el intercambio iónico.
• Reducción de flúor
Varias técnicas de tratamiento para reducir flúor han sido estudiadas, entre las cuales se pueden mencionar: ablandamiento con cal, coagulación con aluminio, alúmina activada, resinas de intercambio iónico, ósmosis inversa, hueso molido.
A la hora de definir, las resinas de intercambio y la ósmosis inversa, pueden ser útiles si al mismo tiempo se necesita desmineralizar el agua o reducir otros elementos, pues son más costosas que los tratamientos específicos (ej. para remoción de flúor solamente con hueso molido).
Tratamientos Especiales (continuación)
• Reducción de arsénico
Vale lo expresado en el párrafo anterior, salvo en lo referido al sistema de hueso molido, que es aplicable sólo al flúor.
• Ablandamiento
Consiste en la remoción de compuestos de calcio y magnesio que se encuentran en solución en el agua. Estos compuestos provocan dureza.
El objeto del ablandamiento es eliminar las sales que producen la dureza a fin de
reducirla a valores que permitan el control de la formación de incrustaciones, reducir la corrosión y mejorar la calidad del agua para diversos usos.
Los métodos de ablandamiento más utilizados son:
Utilización de cal-soda
Intercambio iónico
Tratamientos Especiales (continuación)
• Intercambio iónico
Se utiliza para remover aniones y cationes a través del pasaje de la corriente de agua por un lecho constituido, generalmente por resinas orgánicas sintéticas que tienen la capacidad de intercambiar un ión con dicha corriente. Como la reacción es reversible una vez que el lecho se saturó, puede regenerarse. Haciendo pasar aguas mineralizadas sucesivamente a través de lechos aniónicos y catiónicos o por lechos mixtos se puede obtener agua libre de sales.
• Aeración
La aeración se utiliza como un proceso destinado a mejorar el sabor, optimizar el proceso de tratamiento o remover trazas de sustancias volátiles que el agua contiene. Para ello se emplean sistemas de contacto gas-líquido que mejoran la transferencia de compuestos volátiles de la fase líquida a la gaseosa.
• Adsorción
El carbón activado se utiliza para adsorber moléculas que causan sabor, olor y color. Asimismo la utilización de resinas específicas puede ser un método adecuado para la remoción de cierto tipo de moléculas orgánicas.
Tratamientos Especiales (continuación)
• Reducción de hierro y manganeso
En las aguas superficiales, el hierro y el manganeso se encuentran generalmente en estado oxidado y precipitado, por lo que se pueden eliminar por los tratamientos clásicos de clarificación.
En las aguas subterráneas en cambio se requiere un tratamiento específico.
Los métodos empleados para la remoción de hierro y manganeso se pueden encuadrar en dos grandes grupos: métodos físico-químicos convencionales y métodos biológicos.
Entre los métodos físico-químicos pueden mencionarse:• Formación de precipitado y filtración, transformando mediante oxidación la forma
soluble de ambos metales en la forma insoluble, para su posterior separación. La oxidación puede lograrse por aeración o mediante un agente químico.
• Estabilización con polifosfatos.• Intercambio iónico.• Ablandamiento.
Tratamientos Especiales (continuación)
• Oxidación química
La oxidación química permite efectuar un control del desarrollo biológico en las instalaciones, remover olor, color y sabor, reducir la concentración de contaminantes orgánicos, precipitar metales, favorecer la coagulación, fomentar la nitrificación del NH3 así como proveer un nivel de desinfección en los sistemas de distribución de agua.
Los oxidantes químicos pueden ser incorporados en distintos momentos durante el proceso de tratamiento dependiendo de los fines que se persigan.
El oxidante más utilizado en el tratamiento de agua es el cloro.
TRATAMIENTOS PRELIMINARESLas partículas sólidas suspendidas en el agua a tratar, pueden sedimentar
como partículas discretas o como partículas floculentas por acción de la
gravedad, formando sedimentos (barros o lodos) o fase sólida de esa
suspensión.
En el caso de partículas discretas se utilizan desarenadores para sedimentar
material grueso que puede afectar a la aducción de agua cruda desde la
fuente de agua por deposición de material inerte en el conducto o por
abrasión de equipos mecánicos antes del ingreso a la planta de
potabilización.
Cuando la turbiedad y los sólidos suspendidos del agua cruda contienen
material más fino, mayormente no coloidal, se pueden instalar
sedimentadores simples, como pretratamiento para la filtración lenta y en
algunos casos para optimizar el proceso de coagulación-floculación-
sedimentación.
DESARENADORES
Su instalación tiene por finalidad la separación de partículas minerales
relativamente gruesas (ej. arenas) que son transportadas por el agua
cruda que ingresa a la planta de potabilización desde la fuente superficial
adoptada.
Las metas principales de su diseño deberán ser:
• Evitar que se produzcan sedimentos en la conducción desde la fuente de
provisión del agua cruda.
• Proteger contra la abrasión los equipos de impulsión y otras
instalaciones de la planta.
• Evitar sobrecargas en las fases siguientes del tratamiento.
• Normalmente remover partículas discretas superiores a 0,2 mm.
¿Qué zonas componen un desarenador?
• Zona de entrada: Consiste en una transición que vincule el canal o conducto que transporta el líquido a desarenar. Tiene como función conseguir una distribución uniforme de los filetes del escurrimiento dentro de la unidad, a fin de lograr una velocidad media constante en la zona de desarenación.
• Zona desarenación: Es un canal en donde se realiza el proceso de depósito de las partículas separadas del escurrimiento horizontal, normalmente de sección rectangular. Debe tener pendiente de fondo para facilitar su limpieza.
• Zona de salida: Está constituida por un vertedero horizontal con descarga libre, ubicado en todo el ancho de la zona de desarenación, diseñado para mantener una velocidad que no produzca resuspensión del material sedimentado.
• Zona receptora del material depositado: Formada por una tolva con pendiente para provocar el deslizamiento del material depositado hacia un canal transversal colector, desde el cual se derivará el material a una cámara exterior
¿qué necesito saber para el dimensionamiento de un desarenador?
¿dónde y cómo lo obtengo?
Criterio de diseño de un desarenador
• Vhm (velocidad horizontal media) = Q/b . H
b: ancho de la unidad
h: profundidad útil del desarenador
th = L/Vhm = b. L.h / Q (tiempo que la partícula
a remover tarda en recorrer la long. L del desarenador)
tv = h / Vs (tiempo para que la partícula a remover,
con velocidad Vs recorra la profundidad h útil ).
si th = tv
b. L.h / Q = h / Vs
osea Vs = Q /b . L = Q / Asup
Asup: área teórica en planta de los desarenadores
Todas las partículas que tengan Vs mayores sedimentarán
Por seguridad : L = 1,25 a 1,5 (th / Vhm)
Recuerde:En general los desarenadores se proyectan para sedimentar partículas de
arena con tamaño igual o superior a 0,2 mm y una longitud real igual a 1,5
de la teórica como coeficiente de seguridad.
El número de unidades en paralelo, debe ser como mínimo de dos, en
cuyo caso cada una se debe calcular con el caudal total de diseño, con
un ancho mínimo b = 0,60 m
Cuando se tiene un número mayor de unidades puede disminuirse el
coeficiente de seguridad ya que tendrá menos incidencia sobre la
velocidad horizontal el hecho de retirar una unidad de servicio para
limpieza o reparación.
La velocidad de paso por el vertedero de salida no debe ser superior a
1 m/s para evitar causar turbulencias y arrastre de material.
COAGULACION Y FLOCULACIÓNEl proceso de coagulación, utilizado en la mayoría de las plantas de tratamiento, consiste en la aplicación de productos químicos para la desestabilización de suspensiones coloidales de partículas sólidas, que de otra manera, no podrían ser removidas por sedimentación, flotación o filtración, pasando o no por un proceso de floculación. El proceso permite asimismo la adsorción y la precipitación de compuestos en solución.
El proceso de coagulación se caracteriza por la alteración físico-química de
partículas coloidales del agua, color y turbiedad, produciendo su aglomeración en partículas sedimentables.
El proceso completo se desarrolla en dos fases:
1°) coagulación que comprende la adición de reactivos químicos con la finalidad de desestabilizar los coloides en suspensión,
2°) floculación que promueve colisiones entre las partículas desestabilizadas en la coagulación, por efecto del transporte de fluido, formando partículas de mayor tamaño, visibles a la vista: los flóculos.
COAGULACION Y FLOCULACIÓN(continuación)
La coagulación y la floculación son parte de los procesos que integran una planta de
filtración rápida. La coagulación se realiza inicialmente, mediante la mezcla rápida
del coagulante con el agua y seguidamente, la floculación mediante agitación lenta
del material coagulado para la formación de los flóculos.
Los coagulantes usuales incluyen sales de aluminio o de hierro.
El coagulante más utilizado es el sulfato de aluminio.
En aplicaciones específicas es común la adición de polímeros y en menor grado
sílice activada y bentonita, como auxiliares de coagulación (floculantes).
El pH es un parámetro crítico en la eficiencia del proceso. Como el pH resultante
depende del coagulante utilizado, de la dosis aplicada y de la alcalinidad, se debe
conocer esos datos para optimizar el proceso, lo que se lleva a cabo mediante
ensayos de coagulación en el laboratorio a través de pruebas dejarras o “jar-test”.
Se debe determinar las condiciones óptimas del gradiente de velocidad, tiempo de
mezcla, dosis del coagulante y la concentración de su solución.
COAGULACION Y FLOCULACIÓN(continuación)
La coagulación con sales de aluminio o de hierro debe producir una reacción
adecuada del coagulante con el agua. Para ello deberán cumplirse:
• Todos los productos químicos que modifican el pH (cal, soda, ácidos y otros),
deben aplicarse aguas arriba del punto de inyección de la solución del coagulante,
a una distancia suficiente y con un dispositivo adecuado de mezcla que permita
asegurar una completa disolución.
• Para lograr el pH óptimo de coagulación, de acuerdo a ensayos, el pH debe ser
corregido antes de la introducción del coagulante.
• La dosificación de las sales de aluminio o hierro debe efectuarse en forma
constante en el plano de la inyección, mediante chorros separados 10 cm como
máximo, a fin de que su dispersión en el agua sea inmediata y uniforme.
¿qué tipo de mezcladores hidráulicos conocen?
Recuerden que dijimos que para la coagulación requeríamos una mezcla rápida
donde todas las partículas puedan tomar contacto con el coagulante
COAGULACION Mezcla rápida mediante:
• Mezclador hidráulico: que utiliza la energía disipada en forma de pérdida de carga
en el flujo de agua a través de un conducto, canal o tanque de mezcla. Ej: mezcla en
singularidades colocadas en conductos: resalto hidráulico, vertedero, canaletas
Parshall, curva, expansión brusca, placa con orificios, válvula y cualquier otro que
produzca una pérdida de carga localizada.
• Mezclador mecánico: es un aparato mecánico que debe producir movimientos
de mezcla en un líquido a través de la rotación de un impulsor. Se denominan
agitadores de turbina y se clasifican según el tipo de flujo producido en la masa
líquida dentro del tanque de mezcla: de flujo axial que mueve el líquido paralelo al eje
impulsor y de flujo radial que lo hace perpendicularmente al eje.
• Mezclador neumático: en donde las burbujas de aire producidas por un difusor
ascienden por el tanque de mezcla, provocando la circulación del líquido y una
potencia disipada en una expansión isotérmica.
¿ES LO MISMO LA COAGULACIÓN QUE
LA FLOCULACIÓN?
¿CUAL ES LA DIFERENCIA?
¿EN AMBOS PROCESOS SE USAN LOS MISMOS REACTIVOS QUÍMICOS?
¿SIEMPRE?
¿CUALES? ¿COMO? ¿PARA QUE?
La floculación es el proceso de unir partículas previamente coaguladas y
desestabilizadas para formar mayores flóculos a fin de lograr su separación por
sedimentación, flotación y/o filtración del agua tratada, especialmente para la
remoción de sustancias que producen turbiedad y color en el agua a tratar.
La energía aplicada en la floculación, al igual que en la mezcla rápida, podrá
efectuarse por medios hidráulicos, mecánicos o neumáticos.
¿cómo debe ser la agitación en la floculación?
¿qué tipo de floculadores podemos mencionar?
• Floculadores de potencia o disipación de energía (hidráulica,
mecánica o neumática), controlados por el gradiente de velocidad y en donde
los flóculos son arrastrados con el agua en el flujo a través de un tanque de
floculación.
• Floculadores de contacto de sólidos o de manto de lodos:
controlados por la concentración de flóculos C, que requieren atención
permanente del operador.
FLOCULADORES de CONTACTO
Floculadores de contacto de sólidos o
de manto de lodos son controlados por
la concentración de sólidos. Como ésta
varía continuamente es necesaria una
atención constante del operador.
Este es el principio que dio origen a los
decantadores de flujo vertical con manto
de barro, también denominados
clarifloculadores de contacto (Pulsator,
Circulator, Accelerator, etc.).
Normalmente estas unidades reúnen en
un único tanque floculación y decantación
de flujo vertical. Estos clarificadores se
utilizaron en ablandamiento de agua y son
eficientes, por la elevada densidad del
carbonato de calcio precipitado. Reducen
color y turbiedad
Floculadores de contacto de sólidos o
de manto de lodos:
• CGT entre 20 y 120, • C = 0.05 a 0.20, • Tiempo de floculación (depende de la profundidad del
manto entre 5 y 15 min), • Gradiente de velocidad (depende de la concentración y
densidad de los flóculos), • Pofundidad del manto de 1 a 3 metros.
FLOCULADORES HIDRAULICOSEn estos Floculadores de potencia o disipación de energía, las partículas son arrastradas con el agua en el flujo a través del tanque de floculación, no teniendo prácticamente influencia la concentración de sólidos.
Los floculadores más utilizados han sido las chicanas, de flujo horizontal (Q> 75 l/seg) o vertical (Q< 75 l/seg y limitados por altura).
Desventajas:
El tiempo de floculación y gradiente de velocidad son función del caudal y son de difícil ajuste.
La pérdida de carga puede ser significativa. La limpieza suele ser difícil
• Floculadores de potencia o disipación de energía hidráulica o neumática
• Tiempo de floculación de 20 a 30 min, • Profundidad del agua 2,5 a 5 m, • Número de compartimentos en la floculación mecánica y neumática
de 2 a 6
FLOCULADORES MECANICOS
Estos Floculadores de potencia (mecánicos)
se distinguen básicamente por el tipo de
movimiento giratorio y alternativos u
oscilantes.
Los primeros son de paletas que operan a
bajas velocidades de rotación. Los segundos
consisten en sistemas oscilantes y
se distinguen entre si por la velocidad
angular (floculador de listones o el balancín)
La floculación aumenta con el número de
cámaras en serie, se recomienda proyectar
por los menos tres cámaras.
Es importante un buen diseño hidráulico
de las cámaras, a fin de eliminar los
corto-circuitos.
SEDIMENTACIÓNLa sedimentación sirve para reducir la turbiedad y eliminar sustancias en
suspensión que pueden separarse, en un tiempo razonable, por la sola
acción de la gravedad.
Si el material en suspensión se asienta rápidamente, formándose una
interfase sólido-líquido, se considera que el líquido contiene material silíceo
de tamaño reducido pero de masa específica elevada, que es la que produce
ese fenómeno.
Se denomina partículas discretas a las partícula aisladas que no cambian de
densidad, tamaño o forma al descender en el líquido, no habiendo
interferencia entre las mismas durante el proceso. Generalmente las
partículas discretas que sedimentan en ese corto tiempo, tienen un tamaño
cercano a 0,01 mm y una masa específica aproximada de 2650 kg/m3, similar a
la de la arena.
La materia inorgánica con tamaño mayor a 0,02 mm por lo general puede ser
removida por sedimentación natural, sin el uso de coagulantes químicos.
SEDIMENTACIÓN(continuación)
Los tanques de sedimentación pueden ser de forma rectangular, cuadrada
o circular. En zonas donde no se tenga certeza de contar con personal
capacitado para las tareas de operación y mantenimiento se recomienda el
uso de tanques rectangulares de flujo horizontal, operados en forma
continua.
El tiempo de retención debe ser suficiente para permitir que los sólidos en
suspensión se asienten (partículas de mayor densidad que el agua) o floten
(partículas de menor densidad que el agua).
Es conveniente determinar en cada caso la velocidad de sedimentación
utilizando una columna de sedimentación.
Los sólidos o partículas son considerados como aglomerables o floculentos
cuando al descender en la masa líquida, se adhieren o aglutinan, cambiando
de tamaño, forma y peso específico durante la caída, formando flóculos con
una velocidad de sedimentación mayor que las partículas inicialmente
consideradas.
El proceso de sedimentación se realiza en unidades denominadas en
general sedimentadores.
Las unidades donde sedimentan partículas floculentas se denominan
indistintamente sedimentadores o decantadores. Algunos autores utilizan
sólo el nombre de decantadores para el caso de sedimentación de
partículas floculentas, indicando al proceso como “decantación”.
Sedimentador rectangular
Recomendaciones de diseño• Establecida la carga superficial (velocidad de sedimentación en
laboratorio Vs) se determina el área superficial con:
A sup = Q/ Vs
• La velocidad horizontal Vh deberá ser menor de 0,55 cm/s (19,8 m/h) para
evitar el arrastre de partículas.
• Las dimensiones del sedimentador deberán guardar la siguiente relación
con la velocidad de sedimentación y la velocidad horizontal del
escurrimiento:
Vh/Vs = L/h
¿ por qué ? Que condición cumple esta ecuación?
Si como hablamos en desarenadores es necesario que al menos th = ts
entonces Vh /Vs = L/ th % h/ ts = L/h
Guía de diseño para sedimentadores
• Altura líquida útil recomendada:
H = 1,50 a 2,50 m
• Velocidad de sedimentación o carga superficial
Vs = Q / (L .B) = 0,10 a 0,50 m/h
• Carga hidráulica sobre el vertedero de salida
qv = Q / B = 2 a 3 l/s . M
• Tiempo de permanencia hidráulica
ts = L . B . H / Q = 1 a 3 h
• Relación largo/ ancho
L / B = 3 a 8
• Relación largo/profundidad
L / H = 5 hasta 20 para tanques chicos
Otras recomendaciones de diseño• Pantalla perforada entre 0,60 y 1,00 m de la
pared de entrada. Los orificios más altos deben
estar a 1/5 o 1/6 de la altura H a partir de la
superficie del agua y los más bajos entre 1/4 y
1/5 de H a partir de la superficie del fondo. Es
conveniente realizar gran número de
perforaciones, a fin de minimizar la longitud de
los chorros de agua para no crear
perturbaciones en la zona de sedimentación.
La velocidad en los orificios no debe ser mayor
de 10 cm/s.
• El fondo de la unidad debe tener una pendiente
del 5 al 10 % hacia la compuerta o válvula de
salida para facilitar el escurrimiento del material
depositado
* Es conveniente que el diámetro de la tubería de
retiro de lodos no sea inferior a 150 mm.
* La remoción de lodos puede llevarse a cabo
mediante operación mecánica continua o en
forma intermitente.
Las unidades de sedimentación simple (sin coagulación) son
eficientes para remover partículas discretas en suspensión de
tamaño superior a los 0,05 mm.
FILTRACION LENTAEs un tratamiento sencillo y económico que pueda mejorar la calidad
física, química y bacteriológica de aguas superficiales con bajas
concentraciones de turbiedad y color.
Una variante del filtro lento convencional la constituyen los filtros lentos
ascendentes y el denominado “filtro dinámico”, que se comenzó a aplicar
en la Argentina en los comienzos de la década del 70 del siglo XX, en las
provincias de La Rioja y Catamarca.
El filtro lento es un proceso básicamente biológico y complejo.
Las condiciones físicas, químicas y bacteriológicas del agua natural son
mejoradas por medio de un proceso único, que comprende varias procesos y operaciones unitarias.
El material así retenido es almacenado en la capa superior del manto de
arena. Esta capa superior debe ser removida o rastrillada periódicamente.
FILTRACIÓN LENTA (continuación)
La parte más importante es la caja del filtro, que en caso del filtro lento convencional se compone en el sentido descendente del caudal a filtrar:
• Capa de agua natural o sobrenadante, de aprox.1,50 m de profundidad• Manto de arena silícea donde se producen las operaciones y procesos de
la filtración.• Falso fondo soporte de la arena, compuesto por un manto de grava y
gravilla y un sistema de drenes que recibe el agua filtrada.• Como complemento de cada unidad se tiene:• Sistema de ingreso del líquido a tratar.• Sistema de salida del líquido tratado de cada unidad.• Eventual sistema de regulación del caudal filtrado y en consecuencia de
la velocidad de filtración.
Teoría de la filtración lenta
En un filtro lento tradicional la potabilización del agua se realiza por un flujo
descendente a través de un lecho de arena, donde se produce un proceso
complejo que comprende varias procesos y operaciones unitarias:
•Tamizado
•Sedimentación
•Adsorción
•Oxidación
•Acción bacteriana
El agua a tratar entra en el volumen líquido que se encuentra encima de lecho
filtrante (sobrenadante), en espera de su paso por el lecho de arena.
Una permanencia hidráulica de 4 a 12 horas (según velocidad de filtración)
sirve para sedimentar las partículas más grandes y aglutinar a las más
pequeñas para facilitar su remoción.
Teoría de la filtración lenta(continuación)
A su vez crecen algas en las capas superiores bajo la influencia de la luz
solar, que favorecen al tomar del agua dióxido de carbono, nitratos, fosfatos
y otros nutrientes para formar material celular y oxígeno.
Sobre la superficie del lecho de arena y en la primera capa del filtro se forma
una capa delgada activa gelatinosa denominada capa biológica.
En la parte superior de esa capa se incorporan algas y otras formas
vivientes:
•Plancton.
•Diatomeas.
•Bacterias.
En esa capa gelatinosa muy activa, el flujo de agua deja la mayor parte
de las impurezas que quedan atrapadas en la capa viva: partículas minerales,
materia orgánica, algas vivas y muertas, parásitos y otros contaminantes.
Teoría de la filtración lenta (continuación) Existen tres zonas activas en el lecho de arena, que abarcan:
• Capa superior o capa biológica: de color marrón luego de algunos días de maduración, resultante de la retención de sólidos suspendidos y coloidales, algas, organismos vivos, hierro, manganeso, sílice, etc. Es donde se produce oxidación química y los microorganismos son adsorbidos en la superficie de los granos.
Las bacterias oxidan la materia orgánica para obtener la energía que necesitan para su metabolismo y convierten parte de esa materia, en material necesario para su crecimiento y síntesis de nuevas células vivas.
• Intermedia o zona autótrofa: Aquí las bacterias fabrican sus alimentos de fuentes inorgánicas (agua, aire y tierra), requiriendo una fuente de energía externa (luz solar y productos químicos).
• Inferior o zona heterótrofa: En esta zona las bacterias requieren materia prefabricada para sobrevivir y se multiplican, convirtiendo a la materia orgánica en elementos simples: dióxido de carbono, agua, nitratos y fosfatos.
¿Recuerdan que es absorción?El ingreso y retención de compuestos no es solo superficial, sino que se da en toda la masa.
¿Recuerdan que es adsorción?
¿Recuerdan que es oxidación?
Es un proceso en el cual se ceden electones (pérdida)
FILTRACION RAPIDA
En la filtración rápida descendente (con acción en profundidad)
las partículas se retienen en todo el espesor del medio filtrante, en
contraposición a la acción superficial, donde la retención es
significativa sólo en la parte superior del medio filtrante.
Independientemente del tipo de filtración, luego de un cierto
tiempo de funcionamiento, existe la necesidad del lavado del filtro,
mediante el pasaje de agua y/o aire en el sentido ascendente con
velocidad relativamente alta para promover la fluidificación
parcial del medio granular y el arrastre de las partículas retenidas,
con la también eventual combinación con un lavado superficial o
subsuperficial.
Clasificación según la forma operación
• Según la velocidad de filtración Uf (cm/s) (como velocidad vertical de aproximación al manto, ya que la velocidad en el lecho filtrante será superior, función de la porosidad del mismo), que también se define como carga superficial, en cuyo caso generalmente se expresa en m3/m2d, puede ser: filtración lenta con baja carga superficial y filtración rápida con alta carga superficial.
• Según el sentido del escurrimiento: filtración ascendente de abajo hacia arriba, filtración descendente de arriba hacia abajo.
• Según la carga hidráulica sobre el lecho filtrante: filtración a presión y filtración a gravedad.
• Según el pretratamiento previo: filtración convencional con coagulación, floculación y decantación y filtración directa con coagulación con o sin prefloculación.
• Según la velocidad de filtración durante una carrera: velocidad constante yvelocidad decreciente.
Partes de un filtro rápido
• Un filtro rápido a gravedad o a presión está constituido por una caja, generalmente de hormigón armado en los de gravedad y metálicos en los de presión. Normalmente dentro de la caja se alojan los siguientes elementos:
• Sistema de entrada del agua a filtrar
El líquido a tratar puede ingresar a cada unidad por medio de un conducto o canal, a pelo libre o a presión, según sea el sistema de regulación adoptado. Este puede ser para tener un caudal constante o variable de acuerdo a las pérdidas de carga que se producen durante la carrera de filtración de la unidad.
• Altura líquida sobre el manto filtrante o sobrenadante
Es la que se diseña para tener la carga hidráulica disponible del filtro para compensar las pérdidas de carga durante una carrera, entre otras por colmatación del manto filtrante. También puede ser el nivel líquido superficial, constante o variable, según sea la regulación con la entrada o salida de la unidad.
En un filtro dinámico ese tirante líquido corresponde al escurrimiento superficial de autolavado, con un valor constante (0,8 a 2,0 cm)
• Manto filtrante
El elemento básico de un filtro es el lecho granular graduado constituido por una capa uniforme o estratificada, de arena y/o antracita (u otros) conformando mantos duales o múltiples. Es fundamental diseñar adecuadamente su espesor y su granulometría (tamaño efectivo, tamaño menor y mayor de los granos coeficiente de uniformidad, coeficiente de esfericidad, porosidad y masa específica).
Para su diseño es fundamental conocer la velocidad de filtración.
• Lecho soporte
El manto soporte normalmente es de grava graduada. La granulometría y el espesor dependen del sistema de drenaje diseñado para el tipo de lavado adoptado.
• Sistema de drenaje y falso fondo
Está constituido por elementos o dispositivos que permiten la recolección del agua filtrada y además distribuir uniformemente en todo el manto filtrante para su limpieza en la operación de lavado de la unidad colmatada en la finalización de una carrera. Pueden ser orificios (múltiples) rodeados de manto sosten, bloques o vigas premoldeadas con falso fondo,etc.
• Sistema de salida del agua filtrada
Al igual que el de ingreso del líquido a filtrar, puede ser por medio de conductos cerrados o canales, que se comunican con el sistema drenante en los filtros descendentes o en el sobrenadante en los ascendentes.
También la regulación del caudal filtrado se puede realizar por medio de dispositivos especiales (válvulas comandadas por el nivel del sobrenadante, venturis, orificios calibrados, vertederos, etc.)
• Sistema de lavado de los filtros
Está compuesto por canaletas o cañerías colectoras ubicadas en la zona del
sobrenadante, además de canales o conductos de agua sucia del lavado que la derivan al exterior para su disposición final. Además de los conductos, válvulas y compuertas se proyecta un tanque elevado con agua para el lavado o un sistema de bombeo de ese líquido. ¿Entonces, este volumen de agua dónde lo tenemos que considerar luego?
• Elementos accesorios de un filtro (dependen del tipo de filtro utilizado)
Indicador del caudal instantáneo del agua filtrada y/o del agua de lavado, que puede realizarse mediante medidores (caudalímetros) o vertederos.
Indicador de pérdida de carga.
Sistema de inyección de aire cuando se adopta el sistema de lavado con agua y aire.
Mesas de operación en planta de potabilización de mayor capacidad, que puede incluir el sistema de automatización del accionamiento de válvulas,
compuertas, vertederos, etc.
Galería de conductos.
TRATAMIENTO DE FLUOR
Comparación de distintas tecnologías de reducción de flúor
(ENOHOSA - Criterios Básicos - Capitulo 6 - Tratamientos Especiales -pag. 17)
Comparación de distintas tecnologías de remoción de arsénico
(ENOHOSA - Criterios Básicos - Capitulo 6 - Tratamientos Especiales -pag. 20)
FILTROS DE
HUESO MOLIDO
PARA RETENCIÓN DE
FLUOR
Remoción de flúor en filtros de hueso molido
ENOHSA- Fundamentación-Cap. VIII-5
• La técnica aplicada es la filtración del agua a tratar a través de fosfato tricálcico utilizando como material de intercambio hueso molido; el hueso a utilizar necesita de un tratamiento previo indispensable, para adecuarlo a los fines perseguidos, a fin de que rinda al máximo en su capacidad de intercambio y vida útil.
Lecho desfluorante:• Se aconseja de hueso vacuno desgrasado por calcinación ( 350 a 700 °C)• Granulometría de 3 a 0,5 mm de diámetro una vez calcinado .• La cantidad de hueso en el reactor se determina en base al tenor de flúor y
el caudal a corregir, así como el tiempo mínimo deseado entre las regeneraciones. La relación entre el diámetro y la altura debe ser tal que permita una expansión del lecho en el contralavado de 30 a 50 %.
Técnica de desfluoración:
• El ingreso al reactor debe proyectarse adecuadamente para evitar canalizaciones. La velocidad del agua a tratar deberá ser de aproximadamente 4 a 5 m3/m2.h, dependiendo de la concentración de flúor, el pH y la altura del manto.
• Cuando el agua tratada que sale de la planta contiene 2 mg/l de flúor ó más es necesario regenerar el manto de hueso.
• Los valores de intercambio pueden variar entre 790 g de F por m3 de relleno (para Fresidual=0,60 mg/l) a 1020 g de F por m3 de relleno (para Fresidual=1,20 mg/l) (Dameri, A.).
Técnica de regeneración del hueso:
• Consiste en reemplazar el flúor combinado a la molécula de hidroxifosfato de calcio donde desplaza al oxhidrilo para fijar el ion flúor. En la regeneración la soda cede su oxhidrilo y capta el ion flúor del agua que se une al sodio formando fluoruro de sodio, por lo que para regenerar el hueso es necesario pasar una solución de hidróxido de sodio en una determinada concentración ( conveniente de 1 a 1,2%).
Generalmente se utiliza el equivalente de tres o cuatros volúmenes de soda al 1% con respecto al volumen de hueso a regenerar.
• Se inicia bajando el nivel de agua del reactor hasta la capa de hueso, luego se comienza el lavado a contracorriente con suficiente presión como para fluidificar al
lecho, el cual es conveniente que se expanda 30 a 50% de su espesor (esta operación puede realizarse además con aire).
Luego debe vaciarse bien el equipo a regenerar, se agrega un primer volumen de soda al 1% hasta cubrir el hueso, se recircula a baja velocidad (entre 0,80 y 1m3/m2.h) durante unas tres horas, manteniendo el manto siempre cubierto con la solución de soda. Se deja escurrir bien la misma y se cubre el hueso con agua de enjuague, se mantiene a baja presión durante una hora, luego se inyecta aire y se drena.
Esta operación se repite dos o tres veces, con lo que queda listo para entrar nuevamente en servicio.
Pese a los enjuagues en el hueso queda un exceso de soda que es necesario neutralizar, para lo cual se aconseja el empleo de dióxido de carbono.
Es conveniente pasar el agua de contralavado por un tamiz o por una cámara de
sedimentación adecuada para retener el material que pudiera escapar del filtro.
Efluentes de las plantas:
• La regeneración del hueso de las plantas de desfluoración origina un efluente que no siempre puede ser evacuado sin inconvenientes. En los casos que sea posible se debe volcar en redes cloacales o en su defecto se deben enviar a enlagunados, donde se evapore sin afectar la napa de agua factible de utilizar.
OSMOSIS INVERSA (OI)La OI es un proceso que consiste en la aplicación de una
presión, cuyo valor está por encima de la presión osmótica de la
solución salina, a una solución concentrada, de tal modo que se
fuerza el pasaje del solvente a través de una membrana
semipermeable, capaz de retener sales y solutos de bajo peso
molecular.
La OI es capaz de rechazar contaminantes o partículas, con
diámetros del orden de los 0,0001 µm, por lo cual puede lograrse
la remoción de sales, dureza, patógenos, turbiedad, retención de
subproductos de la desinfección y precursores de
trihalometanos (THMs), compuestos orgánicos sintéticos,
plaguicidas y la mayoría de los contaminantes más comúnmente
encontrados en el agua potable.
Esquema de un sistema de Osmosis Inversa (ENOHOSA - Fundamentación - Capitulo VIII - 7 - Utilización de membranas y
alternativas para la desalinización - pág. 6)
Para abastecimiento a 12.000 habitantes
luce así!
Para abastecimiento a 400.000 habitantes
luce así!
DESINFECCIÓN
“El objetivo de la desinfección de un agua destinada al consumo humano y uso doméstico es asegurar la inactivación o destrucción de los agentes patógenos transmitidos por el
agua al hombre”. (ENOHSA)
Recordemos que:
El agua es el principal vehículo para la transmisión de enfermedades como el cólera, hepatitis infecciosa, poliomelitis, fiebres tifoideas y paratifoideas, amibiasis, enteritis causada por rotavirus y diarreas causadas por cepas de E. Coli.
Reducción de microorganismos patógenos en los distintos procesos de tratamiento
(fuente ENOHSA)
Sedimentación 0 - 99 %
Coagulación Significativo
Filtración 0 - 99 %
Coagulación, sedimentación y filtración rápida60 - 100 %
Coagulación, filtración en 2 medios (arena y C.A) > 99%
Filtros lentos de arena 40 - 100 %
Filtros de carbón activado granular 0 - 60 %
Osmosis Inversa 90 - 100 %
Ultrafiltración 90 - 100%
Cloración 99%
¿Es lo mismo desinfección que esterilización?
Resistencia de microorganismos frente a los desinfectantes
Bacterias vegetativas < virus < quistes protozoos < esporas
Aumento de la resistencia
Condiciones que debe reunir un desinfectante• Debe ser capaz de destruir o inactivar, en un tiempo razonable, los
microorganismos patógenos que pueden estar presentes en el agua • El método de análisis para determinar su concentración debe ser exacto,
sencillo, rápido y apto para realizarlo tanto en el campo como en el laboratorio.• Debe ser fiable para utilizarse dentro del rango de condiciones que poden
presentarse en las plantas de tratamiento de agua.• Debe poder mantener una concentración residual adecuada en el sistema de
distribución de agua para evitar el deterioro de la calidad microbiológica de la misma por recontaminación o reproducción de microorganismos.
• En lo posible no debe producir ni introducir sustancias tóxicas, o en caso de hacerlo, éstas deben mantenerse bajo los valores permitidos por las normas.
• Debe ser seguro y conveniente de manipular y utilizar en las condiciones que se prevé su uso.
• El costo del equipamiento, su instalación, operación, mantenimiento y reparación, así como la adquisición y el manipuleo de los materiales necesarios para mantener en forma continua una dosificación efectiva, debe ser razonable.
¿qué tipo de desinfectantes conocemos?
¿cuáles son sus ventajas y sus desventajas?
¿ cuál es el desinfectante más usado?
¿ por qué?
¿qué es la protección residual?
TIPOS DE DESINFECTANTES
• AGENTES FISICOS
- Calor
- Radiación (luz solar, radiación ultravioleta)
• AGENTES QUIMICOS
- Oxidantes químicos (Cloro, Hipoclorito de Sodio, Hipoclorito de Calcio, Ozono, Permanganato de Potasio, Yodo, otros)
- Iones metálicos (oro, plata,cobre, etc)
La eficiencia de los desinfectantes depende de:
• La naturaleza y concentración de los microorganismos a ser destruidos o inactivados.
• La naturaleza del desinfectante.
• La concentración del desinfectante.
• La mezcla con el agua.
• El tiempo de contacto con el agua.
• La naturaleza del agua que se va a desinfectar (características fisicoquímicas de lamisma: pH, temperatura, contenido de materia orgánica y de minerales, etc.).
Acción de los desinfectantes
• Luego de que el agente desinfectante logra penetrar en la célula, posee la habilidad de atacar al grupo enzimático, cuya destrucción resulta, finalmente, en la muerte del organismo.
• La aplicación directa de energía calorífica, irradiación de onda corta o disrupción ultrasónica, producen la destrucción física de los microorganismos.
• Las impurezas presentes en el agua interfieren con la acción de los desinfectantes. Las partículas en suspensión, que dan turbidez, afectan, por ej. la acción de los rayos ultravioletas.
• Las sustancias presentes en el agua pueden reaccionar con el desinfectante reduciendo su eficacia. La materia orgánica y los agentes reductores como el Hierro, Manganeso y el sulfuro de hidrógeno reaccionan con los agentes oxidantes consumiendo desinfectantes,lo que obliga a aumentar la dosis de los mismos para mantener un residual adecuado.
• La temperatura y el pH del agua pueden influir no sólo sobre la supervivencia de los microorganismos, sino también sobre la eficacia del desinfectante. Ej: La acción desinfectante del cloro disminuye a medida que aumenta el pH del agua. La temperatura influye sobre la velocidad de reacción: temperaturas altas requieren tiempos de desinfección menores.
• La naturaleza o tipo de desinfectante es muy importante ya que hay desinfectantes más eficientes que otros. Ej: el agua oxigenada, a pesar de ser un oxidante potente, es un desinfectante pobre, mientras que el ácido hipocloroso es un desinfectante muy eficaz.
• Los desinfectantes químicos se deben dispersar uniformemente en el agua ya que una buena mezcla favorece el proceso, al permitir un íntimo contacto entre éstos y los organismos a eliminar.
• Para una determinada condición de desinfección, la concentración del desinfectante y el tiempo de contacto son interdependientes. La desinfección no es instantánea ya que requiere tiempo de contacto entre el agente desinfectante y los microorganismos a ser destruidos.
Desinfección con hipoclorito
Desinfección con Cloro Gas
