unidad 3 aguas

8/12/2019 Unidad 3 Aguas

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Unidad 3. Potabilización de agua

Introducción

En esta unidad del programa de formación se desarrollan los temas relacionadoscon la potabilización del agua y las operaciones más importantes que intervienenen este proceso, como lo son: la coagulación, la floculación, la sedimentación y lafiltración. Por medio de las actividades de esta unidad se desarrollan yretroalimentan los conocimientos sobre el tema.

Descripción del material del programa de formación

Estos textos le van a permitir al aprendiz, comprender todo acerca de la unidadque va a desarrollar, también los puede utilizar como apoyo para realizar lasactividades propuestas.

Tema 1. Potabilización del agua

La potabilización del agua se efectúa para mejorar los parámetros físicos,químicos y bacteriológicos, y de esta manera ofrecer agua de muy buena

calidad para el consumo del hombre, sin afectar su salud.

La potabilización es un trabajo que se lleva a cabo en las plantas de

tratamiento, las cuales son diseñadas de acuerdo a la calidad de agua de

cada lugar. De ahí que las plantas de tratamiento no sean todas iguales,

pues el diseño depende de las necesidades específicas.

Tratamiento de agua

Es un conjunto de operaciones y procesos que se realizan para producir

agua potable para el suministro de la comunidad.



Tecnologías de tratamiento

Existen básicamente dos tecnologías de tratamiento que son:

Tratamiento con químicos.

Tratamiento biológico.

El tratamiento químico implica las siguientes operaciones y procesos:

Cribado - desarenación.

Medición del caudal del agua cruda.

Dosificación de coagulante.

Floculación.

Sedimentación.

Filtración.

Cloración.

Acondicionamiento de pH.

El tratamiento biológico implica:

Cribado- desarenación. Filtración dinámica.

Filtración en medios gruesos.

Filtración lenta en arena.

Cloración.

La selección de la tecnología para el tratamiento se realiza con base en los

siguientes criterios:

La calidad del agua cruda. El caudal a tratar.

Disponibilidad de energía.

Disponibilidad de recursos para inversión, operación y mantenimiento.



Disponibilidad de terreno.

Disponibilidad de mano de obra calificada para la operación.

Disponibilidad de materiales para construcción.

Aceptabilidad por parte de la comunidad y las autoridades locales.

Cualquiera de las tecnologías de tratamiento comprende fundamentalmente

los siguientes procesos:

Clarificación: es la remoción de sólidos suspendidos y sedimentables.

Filtración: remoción de sólidos suspendidos muy finos y de

microorganismos, principalmente bacterias y protozoos.

Cloración: esta se realiza para proteger el agua de posteriores

contaminaciones. (SENA y Ministerio de Desarrollo Económico, 1999)

Tratamientos comunes para tecnologías biológicas y químicas

Cribado: es un proceso mecánico en el cual se separan sólidos de gran tamaño,por medio de rejas de distintos espacios y/o mallas en serie o placa perforada.

Fuente: Centro de investigación en Medio Ambiente y Desarrollo



Desarenación o decantación

Este procedimiento consiste en separar las partículas más pesadas que trae elagua como: gravas, arenas, arenillas y piedras, que por la fuerza de gravedad se

sedimentan. Esta teoría se basa en el principio de que todo sólido más pesado enel agua tiende a precipitarse en el fondo del recipiente que lo contiene. Esteproceso se lleva a cabo en tanques desarenadores, mediante este método seeliminan los sólidos más grandes para evitar daños en las instalaciones o inferir enotros tratamientos.

Aireación

Este proceso consiste en airear el agua y así oxigenarla, este método también esutilizado para eliminar gases que pueden causar olores y sabores desagradables.

Tratamiento químico

La medición de caudal es importante para saber la cantidad de químicos que sevan a adicionar en el agua para su tratamiento, además para realizar el cálculo detiempos y eficiencia en los procesos, esta medición se realiza en canaleta,vertedero o canal, para la lectura se utiliza la regleta o también el sensorelectrónico o ultrasonido.

Coagulación

La coagulación se entiende como la desestabilización de partículas mediante laadición de sustancias químicas, es decir los coagulantes. Este trabajo se realizaen tanques de mezcla rápida en los cuales el agua es sometida a una agitaciónmuy fuerte, para generar así una solución homogénea del coagulante y el agua enpoco tiempo.

Este proceso se usa para remover del agua:

Separación de la turbiedad orgánica e inorgánica que no se sedimenta

rápidamente. Eliminación de color verdadero y aparente. Eliminación de algas y plancton general. Extraer sustancias productoras de sabor y olor. Bacterias y virus.



¿Por qué se utiliza la coagulación?

Las aguas crudas naturales contienen dos tipos de sólidos no sedimentables:suspendidos y disueltos, los sólidos suspendidos incluyen en el limo fino bacterias,

partículas de turbiedad, etc. Los disueltos como materia orgánica e inorgánica, sonvisibles separadamente, pero generalmente causan diferentes problemas de colory sabor, a menos que sean precipitados y removidos mediante métodos físicos yquímicos.

Dosificación de un coagulante

Consiste en adicionar una sustancia química en una cantidad exacta a todo uncaudal, esto se realiza mediante “ensayos de jarras”, para obtener dosis exacta decoagulante, como resultado después de cada proceso. La coagulación se realizamediante la adición de sulfato de aluminio o cloruro férrico, también se utilizansales polihidroxiladas, polímeros, entre otros. Estos compuestos se usan porqueson los que aglutinan los sólidos en suspensión, presentes en el agua.

Tipos de dosificación

Existen dos tipos de dosificación de acuerdo al tipo de sustancia química que seva utilizar:

En solución (líquido). En seco (polvo).

Dosificadores en seco:

Constan de tres elementos:

1) La tolva: es el recipiente en el cual se deposita y mantiene el

coagulante.

2) Los mecanismos que regulan el descargue de las sustancias: son

los que permiten la descarga del material en forma constante. Los hay de

compuertas, tornillos sinfín, discos, correas, plato, bandeja vibratoria.



3) La cámara de mezcla: es el recipiente donde llega un flujo constante de

agua y donde cae la sustancia química seca en cantidad, velocidad y

concentración determinadas.

Clases de dosificadores en seco:

Volumétricos

Dosifican un volumen constante del producto dentro de un tiempo dado, no

tienen balanza.

Gravimétricos

Dosifican un peso constante del producto.

Tienen gran precisión, amplio rango de dosificación. Pueden tener

controles automáticos, alarmas, etc.

ClasePor gravedad

Consta de tres partes que pueden

encontrarse en un modelo separado o

integrado. Estos son:

Tanque de solución.

Tanque dosificador.

Elemento hidráulico de medida.

Por bombeo

Consta de:

Tanque de solución.

Bomba

dosificador.

Calibración de dosificadores

Para que el dosificador descargue las cantidades óptimas de coagulante, al

calibrarlo, es necesario saber qué cantidad se descarga en una unidad de

tiempo. Para esto es muy útil aplicar la siguiente fórmula:



Para hallar los gramos por minuto que debe descargar el dosificador se

multiplica el caudal (dado en metros cúbicos por día) por los miligramos por

litro que nos dio el ensayo de jarras y todo esto se divide por 1440 minutos

(un día = 24 horas x 60 minutos = 1440 minutos).

Ejemplo:

En una planta de tratamiento de potabilización está tratando un caudal (Q)

10.000 m3/d y se está dosificando 14 ppm de sulfato de aluminio. ¿Cuánto

debe descargar el dosificador de alumbre en gramos por minuto?

Solución

Q = 10.000 m3 / día

Dosificación: 14 mg / L de sulfato de aluminio = 14 gr / m3= 14 ppm de

sulfato de aluminio.

Descarga en gr / min = 10.000 m3 x 14 gr / m3 = 97.2 gr / min

440 min.

Principales factores que influyen en la coagulación

Factores

Características del agua.

Turbiedad.

Alcalidad.

pH.

Color.

Características de las

sustancias químicas:

Tipo de sustancias.

Cantidad. Si la calidad

es exacta altera la

coagulación.

Concentración de la

solución.

Condiciones de

la estructura de

la planta:

Intensidad de

la mezcla.

Tiempo de

retención.

(SENA y Ministerio de Desarrollo Económico, 2002)



Clases de coagulantes

Los coagulantes que se utilizan en la práctica para agua potable son los

siguientes:

Sales de aluminio: forman un floc ligeramente pesado. Las más conocidas

son: el Sulfato de Aluminio, Al2 (SO3) 14 H2O, que en la práctica se le

denomina como Alumbre; el Sulfato de Aluminio Amoniacal y el Aluminato

Sódico. El primero es el que se usa con mayor frecuencia dado su bajo

costo y manejo relativamente sencillo.

Sales de hierro: se utiliza el Cloruro Férrico (FeCl3) y los Sulfatos de Hierro

Férrico y Ferroso, Fe (SO4)3 y FeSO4. Forman un floc más pesado y de

mayor velocidad de asentamiento que las sales de aluminio.

Polímeros o polielectrolitos: son compuestos complejos de alto peso

molecular que se utilizan no propiamente como coagulantes, sino como

ayudantes de coagulación. La dosificación de estas sustancias se lleva a

cabo en concentraciones muy bajas, lo cual es una gran ventaja y

compensa el costo del polímero. Están siendo ampliamente empleados en

el tratamiento de aguas potables ya que se produce una menor cantidad delodos, adicionalmente el lodo producido es más fácilmente tratable.

(Restrepo, 2009)

Floculación

Es un proceso en el cual se realiza una agitación moderada del agua para quehaya una aglomeración de las partículas y se desestabilicen durante lacoagulación, lo más importante de este proceso de floculación es formar

microfloculos con un peso superior al del agua, compactar el floculo disminuyendoel grado de hidratación y así producir baja concentración volumétrica para serremovidos fácilmente por sedimentación y filtración.

La velocidad de la agitación no debe ser tan alta que fraccione los floculos ni tanlenta que permita que esto se sedimente.



Esta prueba se realiza con el fin de determinar la concentración óptima de

coagulante, necesaria para obtener un floc de las mejores características.

(Restrepo, 2009)

La floculación se lleva a cabo por medio de floculadores, algunos de ellos son:

Floculadores mecánicos

Están compuestos por paletas o rastrillos y son agitados por un motor para lograrel movimiento del agua.

Fuente: SENA y Ministerio de Desarrollo Económico

Floculadores hidráulicos

Se realiza por cámaras floculadoras colocadas en serie y la agitación del agua seda por velocidad.


Entrada

de

agua



La sedimentación

Es una operación unitaria que va después de la floculación, esta hace parte delproceso de tratamiento de aguas potables. El propósito de la sedimentación es

mejorar el proceso de filtración mediante la eliminación de partículas ensuspensión. La sedimentación es el proceso por el cual las partículas ensuspensión se eliminan del agua por medio de la gravedad o la separación.

En este proceso de sedimentación, el agua pasa a través de una parterelativamente tranquila, las partículas (floc) que se forman en la floculación sesedimentan al fondo del tanque sedimentador por la fuerza de su propio peso. Loque se busca con este proceso es la remoción de estas partículas las cuales salenpor un deflector de efluentes de vertedero.

A continuación se mostrará una figura donde se ve un sedimentador rectangular.


En este equipo los sólidos se acumulan en el fondo del tanque y se eliminanmediante un dispositivo mecánico “desarenador”. El depósito de recogida de los

sólidos (lodos) de la raspadura, se bombea para el proceso de eliminación delodos.

La sedimentación implica “clarificadores”. Estos clarificadores son tanquesrelativamente grandes que son de forma circular o rectangular. En losclarificadores diseñados adecuadamente, la velocidad es un factor clave. La

Entrada

Entrada

Depósito

Vista de la planta

Salida

Salida

Vista lateral



velocidad a la que una partícula (floculo), cae fuera del agua tiene que ser másrápida que la velocidad a la que fluye el agua desde la entrada del tanque y serlenta en la etapa final de la filtración.

Otras formas de sedimentación que se utilizan en la potabilización son:

1. Tubos o placas.2. Clarificadores de manto de lodo o de contacto.3. Flotación por aire disuelto.

Fuente: Manual Tratamiento de Agua Ecolab


Controlador

Alimentador

Detectores

de flujo

Vertedero

Calzada

Tubo de drenaje

de lodos

Tubería para el

efluente



Estas formas típicas de sedimentación permiten mayores velocidades dedescarga.

Pre-sedimentación

No todos los sistemas utilizan pre-sedimentación, pero este proceso se utiliza amenudo, cuando el agua tiene una turbidez alta o muy variable o cuando laspartículas varían de tamaño. Dependiendo del flujo, el agua es a veces pre-tratadacon un coagulante y/o un polímero, antes de entrar a pres-sedimentación.

Efectos sobre la turbidez

La sedimentación puede eliminar los sólidos en suspensión y reducir la turbidez deaproximadamente un 50 a 90%, dependiendo de la naturaleza de los sólidos.

La filtración

El propósito de la filtración es eliminar las partículas en suspensión en el agua,haciéndola pasar a través de un medio poroso, tal como la arena. A medida que elagua pasa a través del filtro se sedimentan las impurezas y quedan atrapadas enla arena, mientras el agua limpia pasa a través. El agua filtrada se acumula en eltanque de agua tratada en el que se desinfecta y luego se envían por tubería a lacomunidad en general.

La filtración es por lo general el paso final en el proceso de remoción de sólidosque se inició con la coagulación y se hace avanzar a través de la floculación y lasedimentación. En el filtro hasta el 99,5% de los sólidos suspendidos en el aguase puede eliminar, incluyendo: minerales, flóculos y microorganismos.

Requerimientos

La filtración se requiere para la mayoría de los sistemas de tratamiento de agua.Los filtros deben reducir la turbidez de menos del 0.5 NTU en el 95% de lasmediciones de cada mes y la turbidez del agua tratada no podrá exceder del 5NTU en cualquier muestra de agua de consumo humano.

La filtración de arena elimina algunos microorganismos formadores de quistes,

tales como Giardia, que no se puede eliminar por cloración tradicional. Los quistesson cubiertas resistentes que protegen el microorganismo, mientras que entre enun estado inactivo. Los reglamentos requieren que al menos el 99% de los quistesde Giardia deben ser retirados del agua potable. Puesto que es difícil detectar estemicroorganismo, la alta turbidez es un indicador de su presencia. Al exigir una



turbidez baja en aguas tratadas, las plantas de tratamiento se están asegurandoque hay poca o ninguna presencia de Giardia en el agua potable final.

Ubicación en el proceso de tratamiento

En el proceso de tratamiento tradicional la filtración es la operación que siguedespués de la sedimentación (si está presente) y precede a la desinfección.Dependiendo de la presencia de la floculación y la sedimentación, los procesos detratamiento se dividen en tres grupos: filtración convencional, filtración directa yfiltración en línea.

Filtración convencional

El método más común utilizado es la filtración convencional, que es un procesoque sigue después de la coagulación, floculación y sedimentación. Este tipo defiltración tiene resultados en el rendimiento fiable y flexible, especialmentecuando el tratamiento de agua es variable y tiene mucha turbiedad.

Filtración directa

Este método se utiliza en algunas plantas de tratamiento que funcionan sinninguno de los procesos de eliminación de sedimentos que preceden a lafiltración, esta operación se puede utilizar cuando el agua cruda tiene una bajaturbidez.

Filtración en línea

Este método consiste en la operación de los filtros sin floculación osedimentación. Un producto químico coagulante se añade al agua justo antesde la filtración y la coagulación se produce en el filtro. Este tipo de filtración seutiliza con filtros de presión, pero este método no es tan eficaz como la filtraciónconvencional y en línea, para la eliminación de bacterias y la turbidez.



Clases de filtros



Referencias

Cárdenas Andía, Y. (2000). Tratamiento de agua coagulación y floculación.

Lima: SEDAPAL.

Centro de investigación en Medio Ambiente y Desarrollo. (2012). Sistema detratamiento de aguas. Manizales: Universidad de Manizales.

Hernández Muñoz, A. (1993). Abastecimiento y distribución de agua. España:Colegio de caminos y puertos.

Manual de tratamiento de agua. (2007). Unidad Potabilización de Agua.Consultado el 27 de junio de 2013, en www.formaselect.com

Ordóñez Chiquitá, J. (2002). Operación y mantenimiento de sistemas de agua.Guatemala: Cruz Roja.

Restrepo Osorno, H. A. (2009). Evolución del proceso de coagulación -

Floculación de una planta de tratamiento de agua potable . Medellín:Universidad Nacional de Colombia.

SENA y Ministerio de Desarrollo Económico. (1999). Calidad del agua. Bogotá:Ministerio de Desarrollo Económico.

SENA y Ministerio de Desarrollo Económico. (1999). Operaciones ymantenimiento de plantas de potabilización de agua. Bogotá: Ministerio deDesarrollo Económico.

Control de documento

Nombre Cargo Dependencia Fecha

Autor Ángela Viviana

Páez PerillaExperta técnica

Centro AgroindustrialRegional Quindío

Mayo de2013

AdaptaciónPaola Andrea

BobadillaGutiérrez

Guionista -Línea de

producción

Centro AgroindustrialRegional Quindío

Junio de2013

http://www.formaselect.com/




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