sábado, 22 de diciembre de 2012

Potabilización del Agua


POTABILIZACIÓN DEL AGUA

Se denomina agua potable al agua "bebible" en el sentido que puede ser consumida por personas y animales sin riesgo de contraer enfermedades. El término se aplica al agua que ha sido tratada para su consumo humano según unos estándares de calidad determinados por las autoridades locales e internacionales.
Al proceso de conversión de agua común en agua potable se le denomina potabilización.
Suele consistir en un stripping (desfogación) de los compuestos volátiles seguido de la precipitación de impurezas con floculantes, filtración y desinfección con cloro u ozono.
El suministro de agua potable es un problema que ha ocupado al hombre desde la antigüedad. En algunas zonas se construían y construyen cisternas  que recogen las aguas pluviales. Estos depósitos suelen ser subterráneos para que el agua se mantenga fresca y sin luz, la que favorecería el desarrollo de algas.
El objetivo de la purificación del agua en la naturaleza, es la eliminación total de: la turbiedad, color, olor, sabor, microorganismos, y ciertas sales de hierro, magnesio y otros elementos perjudiciales a la salud.
Por lo tanto el agua potable debe ser cristalina, incolora, inodora, libre de bacterias, mantener un residual de cloro en el orden de 0.40-0,60 mgs/lt, para proteger su calidad sanitaria y que su contenido de minerales disueltos no cause trastornos estomacales al consumidor.
Para obtener un agua potable que cumpla los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos que establecen la organización mundial de la salud (OMS), se requiere los siguientes factores:
a.      La fuente debe ser de gran volumen y de alta calidad sanitaria.
b.      Riguroso control de calidad de agua, durante todos los procesos de potabilización.
c.       Las unidades del sistema deben trabajar en condiciones normales de producción.

COMO PRESERVAR LA CANTIDAD DE AGUA POTABLE EN EL CONSUMO
a.      Las líneas de distribución y guías introdomiciliarias, deben permanecer en buen estado de conservación.
b.      La limpieza periódica de los reservorios o sistemas de los edificios y residencias.
c.       Al tener un control de calidad de agua potable en el sector.
TIPOS DE TRATAMIENTO
Los tratamientos para potabilizar el agua, se pueden clasificar de acuerdo con:
Ø  Los componentes o impurezas a eliminar.
Ø  Parámetros de calidad  
Ø  Grados de tratamientos de agua


Procesos unitarios posibles a llevar a cabo en función de los contaminantes presentes.

CUADRO ESQUEMATICO DE LOS PROCESOS DE POTABILIZACION
De acuerdo a la naturaleza de las impurezas que contiene el agua cruda y calidad de agua potable debe satisfacer a los valores estándares de la OMS.
En el medio rural, se aplican los procesos de la sedimentación simple o natural, cloración, hervir el agua antes de consumo.

ESTUDIO DE LA FUENTE PRIMARIA DEL AGUA SUPERFICIAL O SUBTERRÁNEA
La calidad del agua depende de su origen e historia. Las aguas naturales muestran, en general, las calidades más características de sus fuentes.
Sin embargo muchos factores producen variaciones en la calidad de las aguas obtenidas del mismo tipo de fuente.
Estas variaciones provienen de la oportunidad que tiene el agua de absorber sustancias en forma de solución o tenerlas en suspensión. Las condiciones climatológicas, geográficas y geológicas, son factores importantes para determinar la calidad del agua.

ABASTECIMIENTO SUBTERRÁNEO
Parte de la lluvia que cae sobre la superficie de la tierra se filtra en el suelo y se torna en agua subterránea. Durante su paso a través del suelo, el agua entra en contacto con muchas sustancias tanto orgánicas como inorgánicas, algunas de estas sustancias son fácilmente solubles en agua. Otras, como las que causan la alcalinidad y la dureza, son solubles en agua que contienen dióxido de carbono absorbido del aire o de las materias orgánicas en descomposición en la tierra.
La descomposición de materias orgánicas quita también el oxigeno disuelto del agua que se filtra a través de ellas.
 Esta agua exenta  de oxigeno y con un alto contenido de dióxido de carbón, disuelve el hierro y el manganeso del suelo. A veces en las agua subterráneas se produce sulfuro de hidrogeno cuando hay ausencia de oxigeno, descomposición de materias orgánicas o reducción de sulfatos.
Las condiciones sanitarias en la proximidad de las fuentes de agua subterránea son importantes. En general las aguas subterráneas son claras, frías, sin color y más duras que el agua de superficie en la región en la cual se encuentran. Con respecto a las bacterias, las aguas subterráneas son mucho mejores que las aguas de superficie, salvo en los lugares donde existe la polución subterránea.
La cantidad de aguas subterráneas es más difícil de determinar. La composición química de estas va desde el agua dulce pura hasta las salobres muy concentradas, con más de 250gr de sal por litro. Predominan las aguas con cloruro de sodio, las de calcita sódica y las que contienen sodio  y magnesio son más frecuentes.
Las aguas subterráneas se dividen en diversos grupos según la medida en que participen en el ciclo hidrológico. Van desde las estancadas, cuya edad es la misma que la de la roca que las contienen, hasta las de temporada, que se forman en los periodos húmedos y desaparecen en los secos.
Las aguas subterráneas son unas de las principales fuentes de suministro para uso domestico y para el riego en muchas partes del mundo. Las aguas subterráneas suelen ser más difícil de contaminar que las superficiales, pero cuando esta contaminación se produce es más difícil de eliminar.

Las aguas subterráneas ofrecen las siguientes ventajas:
1.      Suelen estar exentas de bacterias patógenas.
2.      Pueden utilizarse, siempre y cuando se les haya realizado su tratamiento.
3.      Se encuentran en muchos casos en las inmediaciones de las colectividades.
4.      Su captación y su distribución son frecuencia , practicas y económicas
5.      El agua subterránea es la porción de las precipitaciones atmosféricas, principalmente de la lluvia, que se filtra por el terreno para acumularse en depósitos subterráneos llamados capas acuíferas. El agua de esas formaciones se capta por varios medios. La mayoría de los pozos para el abastecimiento de las colectividades se alimentan de la que Tolman llama “zona de agua libre”. Tales pozos suelen construirse por los métodos de inyección, de excavación, de hincadura o de perforación.  Los pozos taladrados a máquina penetran a veces hasta las capas acuíferas cautivas, en las que se practican los pozos artesianos.
 La cantidad de agua que puede extraerse de una capa acuífera depende: de su porosidad y de su permeabilidad, de la altura de aspiración existente en el pozo. La porosidad y la permeabilidad de una formación están determinadas por la naturaleza y el carácter general de la capa acuífera es fijo y no puede modificarse. En cambio la altura de aspiración del pozo puede alterarse dentro de lo que permiten el espesor de la capa acuífera, la penetración del pozo en la misma y la capacidad de la bomba que se utilice.
La porosidad de una formación es el espacio existente  entre las partículas que la componen, es decir el volumen total de los huecos. Es evidente que un trozo macizo de roca densa tiene poca porosidad ya que el volumen de los huecos es muy pequeño. Si el trozo macizo se constituye por muchos trozos de piedras de distintas formas y tamaño pero del mismo  volumen total la porosidad aumentara al ser mayor el número de huecos.
Los pozos son extremadamente importantes para todas las sociedades. En muchos lugares, los pozos proveen un suministro confiable de agua para el uso domestico, para la irrigación y las industrias. Cuando el agua superficial es escasa, como ocurre en los desiertos, la gente no podría sobrevivir sin las aguas subterráneas.

ABASTECIMIENTOS DE AGUAS SUPERFICIALES
El abastecimiento de agua para suministro se utiliza mediante la intersección de corrientes de superficie o por la captación del agua que se ha infiltrado en la tierra.
En este caso, al estar más expuesta a sustancias dañinas, presenta un sistema más complejo de potabilización.
La calidad del agua extraída va a estar ligada además a las diferentes variables que pueden afectar el proceso, como son el factor tiempo, es decir, puede variar de un día a otro o depender del comportamiento de cada estación. Por ejemplo, en verano, el agua proveniente de un deshielo es más turbia que en invierno. 
El modo más común de potabilizar el agua de una fuente superficial es el rio, por lo que tomaremos como ejemplo esta fuente para explicar cómo se obtiene agua potable.
Este proceso consta de variadas etapas sucesivas, que se complementan, es decir, lo que no se pudo eliminar en una etapa, se desecha durante la siguiente, hasta lograr limpiarla completamente.

PROCESO DE POTABILIZACIÓN DE AGUAS SUPERFICIALES

Río: El agua para potabilizar, es decir, para que sea apta para el consumo humano, puede obtenerse de fuentes superficiales (ríos, lagos, diques) o fuentes subterráneas (aguas de perforación).

·         CAPTACION:
La toma de la fuente puede realizarse en forma gravitacional, aprovechando los diferentes niveles de terreno o por impulsión del agua a través de bombas.



Cuando las fuentes arrastra exceso de material terroso, lo más adecuado es el uso de desarenadores de forma rectangular construido por canales y estanques, lo que permite reducir la velocidad del agua y la inmediata sedimentación de las partículas en el agua.


Los desarenadores se utilizan en una primera etapa de decantación de la arena y material más pesado.
Al ingreso de los decantadores se mantienen los floculadores antiguos de modo tal que frente a cualquier imprevisto puede dosificarse Sulfato de Aluminio y/o cal, para ser usados, formar y acondicionar el coágulo para su sedimentación.


·         PREDECANTADORES:
Son utilizados para almacenar el agua por cortos periodos de tiempo, cuando el agua cruda presenta un elevado contenido de material terroso, haciendo que el agua se clarifique y no recargue las demás unidades del sistema.
Otra ventaja que merece especial mención es el hecho de un menor consumo de sustancias químicas, menor costo de producción y buena calidad del agua.

·         PRESEDIMENTACION

La sedimentación es el asentamiento por gravedad de las partículas sólidas contenidas en el agua. Se realiza en depósitos anchos y de poca profundidad. La sedimentación puede ser simple o secundaria.
La Pre-sedimentación o sedimentación simple se emplea para eliminar los sólidos más pesados sin necesidad de tratamiento especial mientras mayor sea el tiempo de reposo, mayor será el asentamiento y consecuentemente la turbiedad será menor haciendo el agua más transparente. El reposo prolongado natural también ayuda a mejorar la calidad del agua debido a la acción del aire y los rayos solares; mejor sabor y el olor, oxida el hierro y elimina algunas substancias

·         AIREACION:
Etapa donde el aire oxida la materia orgánica del agua eliminando sabores y olores desagradables. El oxigeno del aire permite que los gases atrapados en el agua puedan escapar. Además el oxigeno destruye a los microorganismos anaerobios presentes en el agua.
Mejora las características fisicoquímico del agua cruda, mantiene el intercambio de gases y sustancias volátiles con el aire.
Se reduce de este modo el contenido de dióxido de carbono hasta un 60% y mejora la purificación con bacteria aeróbicas.
En la oxigenación del agua cruda, el bicarbonato de hierro y el sulfato ferroso se transforman en hidróxido de hierro y oxido férrico precipitándose en los pre decantadores.
2Fe(HCO3)2 + H2O + ½ O2 = Fe(OH)3 + 4CO2
2SO4Fe + 30 = Fe2O3 + SO4 =


·         APLICACIÓN DEL CLORO
Ninguna fuente de agua puede considerarse ligeramente segura para consumo humano al menos que se esté protegida adecuadamente por cloración o hipo cloración.
Aunque desde hace tiempo, las grandes ciudades han disfrutado de la protección de la cloración, muchas comunidades menores no tienen protección alguna o dependen del equipo para gas, ya que resulta anticipar, desgastados y posiblemente inadecuados.

La desinfección se efectúa en dos etapas:
1.      De aplicarse suficiente solución de cloro para satisfacer la demanda de cloro inicial en el agua y para destruir efectivamente las bacterias y satisfacer otra materia oxidable que puede haber en el agua “fase de pre cloración”.
2.      Debe agregarse suficiente solución para preveer un residuo de cloro que sirva de resguardo contra la re contaminación. La norma general que debe de tener el acueducto es de 0.1 a 0.2 ppm de cloro residual después del periodo de contacto mínimo de 10 min “fase de post-cloración”
Cuando el abastecimiento de agua cruda contiene muchas algas y materia orgánica, se tropieza con muchas dificultades en el lecho de filtración y durante todo el procedimiento del tratamiento. En tales casos la “aplicación divida” puede mantener la eficiencia del filtro con buenos resultados. Este procedimiento consiste en aplicar el cloro aprovechable antes de la coagulación, sedimentación, filtración y otras formas de tratamiento que se empleen para controlar las dificultades que producen las algas en el procedimiento. Terminados estos procedimientos se agrega mas cloro aprovechable para que el residual final en el agua tratada sea a razón de 0.40 a 0.60 ppm.

·         PRECLORACION:
Las plantas pequeñas de agua, tienen dificultades con la filtración, coagulación, sedimentación o sabor, debido a las algas puede generalmente o notablemente mejorar el problema con la adecuada aplicación de la hipo cloración dividida.
La dosificación para la prehipocloracion debe hacerse en un punto que asegure un residuo de cloro de 3 a 5 ppm. En la toma del tanque de mezclar (o en la primera operación del tratamiento). La dosificación para la posthipocloracion, debe aplicarse después de que el agua sale de la última etapa del tratamiento en la planta, en suficiente cantidad para proporcionar un residuo de cloro de 1,1 a 0,2 ppm.  En toda el agua que entre al depósito o sistema de distribución. El consumo adicional de HTH queda ampliamente compensando por el  ahorro en mano de obra y tiempo por la eliminación de las dificultades con las algas y generalmente se nota una mejoría definitiva en el sabor del agua tratada.


·         COAGULACION:
Consiste en hacer pasar el agua cruda, turbia a través de un canal donde en fracciones de segundos se la mezcla con un coagulante como el sulfato de aluminio, y además con polímeros, que son en general elementos aglomerantes de partículas.
Los ingrediente químicos que aquí se agregan al agua cumplen la función de provocar que las partículas de impurezas que se encuentran en suspensión en el agua se unan entre si, formando otras de mayor tamaño y peso. Este proceso considera un fenómeno de hidrólisis mediante el cual se determina el grado de “atracción de las partículas”.
El proceso se denomina coagulación porque su desarrollo considera la formación de coágulos (grumos, mezcla de sal coagulante con impurezas).


·         SEDIMENTACION:
El objetivo de esta fase es eliminar las partículas obtenidas en el agua y se basa en la reacción gravitacional de las partículas de mayor peso, que tienen la facilidad de precipitarse en  los estanques de agua clorificada.
El periodo de retención de agua cruda durante los procesos de la potabilización del agua cruda, en 4Horas, cuando se trata de agua de buena calidad, las unidades del sistema se trabajan en forma normal.

La teoría de la sedimentación de las partículas suspendidas o disueltas en el agua, a sido explicada por Hazen y otros investigadores; cada partícula en suspensión, propende a suspender, a descender a una velocidad tal que depende de su tamaño, peso, forma y viscosidad del agua.
Las partículas esféricas se depositan más rápidamente que las irregulares del mismo peso específico. Las que se encuentran en solución coloidal son tan finas, que no obedecen a la gravedad, a  menos que se sedimenten unas con otras. El agua con sedimentos y excenta de subsustancias coloidales, “la arcilla”, contenidas en un tanque y perfectamente tranquila, aclarara más rápidamente por arribar las partículas más gruesas sedimentaran rápido y la clarificación ira progresando hacia abajo. La mayoría de los minerales suspendidos en el agua, tienen un peso especifico del 2,1 -2,9.
Los materiales arcillosos provenientes de la coagulación de las impurezas “turbiedad y color” del agua cruda, se depositaran en las piletas de pre sedimentación, sedimentación y cámara de floculación. Estos lodos, se eliminan cuando se realizan la limpieza de estos estanques, que estará dada la elevada o baja turbiedad del agua cruda.

·         FILTRACIÓN:
Una vez que se ha decantado el agua para terminar el proceso de clarificación, se hace pasar por una etapa de filtración, la cual consiste en hacer pasar el agua que todavía contiene materias en suspensión a través de un medio filtrante que permite el paso del líquido pero no el de las partículas sólidas, las cuales quedan retenidas en el medio filtrante.
De este modo, las partículas que no han sedimentado en el decantador son retenidas en los filtros. El medio filtrante más utilizado es la arena, sobre un lecho de grava como soporte.
Aunque también existen otros tipos de lechos como membranas filtrantes que pueden ser de plástico o de metal.
Para evitar atascamientos en esta etapa, es importante que la retención de las partículas se haga en el interior del lecho filtrante, y no en la superficie del lecho, por este motivo, será muy importante hacer una elección adecuada del tamaño del grano del lecho filtrante.
Los filtros más utilizados en potabilización de agua son los filtros rápidos en los que el agua ha sido pasada previamente por un proceso de coagulación-floculación.


·         ABLANDAMIENTO:
En esta etapa se aplica reactivos donde la cal (Ca(OH)2 – Na2CO3) reacciona con los cationes (Ca*2/Mg+2) presentes en el agua facilitando su posterior decantación (precipitación). Con todo ello retiramos las sales presentes en el agua y conseguimos su ablandamiento.
Por decantación precipitan los compuestos formados tras la reacción de la cal (Ca(OH)2 – Na2CO3) con los cationes (Ca*2/Mg+2) del agua. Como resultado de todo ello se forman los fangos que son eliminados por la parte inferior.

·         POSTCLORACION:
La experiencia ha demostrado que la cantidad de HTH que se requiere en la posthipocloracion para un residuo de 2,0 ppm esta gran variación se explica por el hecho de que la dosis original satisfizo la demanda de cloro original del agua.
De modo que se hace evidente enseguida que la planta mayor con dificultades intermitentes ocasionadas por las algas, o la planta con recursos limitados para los costo de operación y capital, pueden comprobar que la pre cloración con el equipo que tienen actualmente para gas, suplementado por la posthipocloracion con HTH, viene a ser la solución a los problemas del sabor, o dificultades de operación, debido a las algas en el agua cruda. El bajo costo inicial del equipo para hipo cloración y los bajos costos de operación de este equipo, no aumentan considerablemente los presupuestos originales


CONTROL DE CALIDAD Y SALIDA DEL AGUA POTABILIZADA

Este se ejecuta en el laboratorio de la planta Potabilizadora de agua donde se llevan a cabo análisis bacteriológicos, como así también fisicoquímicos (Pseudomaona aeruginosa, coliformes totales y fecales, bacterias aerobias mesofilas, durezas, alcalinidad, cloruros), donde se controla variables como PH, Turbidez, cloro residual, conductividad.
También se realiza la medición de variables del proceso de potabilización: Turbidez, PH, Volumen, Caudal, Cloro Residual. Estos valores permiten ajustar los parámetros de funcionamiento para un optimo resultado y a su vez evaluar en el tiempo el rendimiento de la planta y la calidad de agua producida.
·         Almacenamiento: Luego de haber sido desinfectada el agua se almacena en piscinas para su posterior distribución a través de la red urbana de aguas.
·         Distribución: El agua potable es distribuida por la red pública de aguas hasta llegar a sus hogares. Tras su utilización se convierte en agua residual que deberá ser depurada antes de su vertido o reutilización 

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