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Aguas Tratamiento - Monografía



 
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Química. Floculación. Coagulación. Sedimentación. Filtración. Cloración. Alcanilización. Desalinización. Residuales



INTRODUCCIÓN


Lo mismo animales que plantas dependen directamente del agua. El medio externo que rodea los vegetales y animales  se halla constituido indistintamente por aire o agua, pero internamente  siempre están formados por agua.  El agua es el elemento que transporta las sustancias nutritivas: oxigeno, anhidrídido carbónico, sales, detritos y también en calor.  Aunque fueron numerosos los seres vivientes que se desplazaron desde el agua a la tierra en épocas ya muy remotas, todos ellos han permanecido ligados al agua que constituye su medio interno.

La distribución del agua en los continentes es muy desigual. Los desiertos constituyen un extremo de la escala y los bosques tropicales el otro. Las plantas y los animales que habitan en las regiones desérticas se ven forzados a retener el agua en su organismo. Los animales de dichas zonas suelen subsistir con el agua almacenada en los gruesos tallos y hojas de los vegetales que allí crecen o gastando el agua almacenada en el interior de su organismo.

En las regiones templadas el hombre se ha servido del agua para emplearla en la agricultura y para el abastecimiento de las grandes ciudades.  Los ríos a los que van a parar los residuos de los núcleos urbanizados muy poblados suelen tener las agua contaminadas lo que provoca la muerte de los animales y vegetales que en ellas habitan.

El suministro de agua purificada  bien para el consumo humano o para ser utilizada en  las industrias  es una de las dificultades más graves con que se enfrenta el hombre en la actualidad.  Al aumentar la población  uy progresar los métodos técnicos y el nivel de vida acrecerá la necesidad de agua volviéndose el problema cada vez más difícil de resolver.  Allí nacerán las guerras del futuro.


Procesos de tratamiento de agua



La fuente de agua determina su  calidad inherente.
Las sustancias no deseadas contenidas en le agua natural se separan o se transforman en sustancias aceptables o ambas cosas.
La mayor parte de los procesos de tratamiento de aguas originan cambios en la concentración de un compuesto específico.
Debido a lo anterior es importante realizar ensayos de jarras que permitan mediante mediciones de las características físico, químicas del agua optimizar las variables químicas de los diferentes procesos unitarios para asegurar la calidad final.

Con este ensayo, podemos modificar: la turbiedad, el color, el PH, bacterias, algas y otros compuestos en estado coloidal. Esta pruebe consiste en poner varias muestras de agua natural en jarras y agitarlas simulando los procesos de la planta.

A estas jarras se le agregan diferentes ppm  de los procesos químicos utilizados en el proceso, se deja un apropiado tiempo de mezcla rápida, formación del Floc. Determinando cuales fueron los primeros en flocular y luego dejando un tiempo de sedimentación adecuado.

A las muestras se les analizan los parámetros de: PH, turbiedad y color para determinar la dosis optima de los reactivos. En algunos casos los resultados se evalúan después de pasar el clarificado por un filtro piloto o de membrana de 0,45 micras, teniendo en cuanta que para el análisis de orgánicos este material debe ser de fibra de nilón. El objetivo es determinar la dosis que produce la más rápida desetabilización de las partículas coloidales y que permita la formación de un floc pesado y compacto, que pueda ser fácilmente sedimentado y que el microfloc que pueda quedar en el sobrenadante no se rompa al pasar por el filtro.

DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL “ZETA” (PZ) OPTIMO



El objetivo es determinar el PZ optimo de coagulación dependiendo de la calidad de agua natural. Se colocan las muestras de agua natural en las jarras y se adicionas el coagulante en diferentes dosis, agitar en mezcla rápida  durante el tiempo de coagulación optimo luego, tomar una muestra de aproximadamente 100 mililitros y llevarla a la z - metro, para medir PZ en minivoltios, junto con PH y continuar el ensayo adicionando los otros reactivos. (en el caso de EEPP de Medellín, se adiciona polímero aniónico si se considera necesario).  Dejar sedimentar  10 minutos y analizar turbiedad, color y aluminio residual. Graficar: turbiedad, aluminio residual, color y pZ Vs dosis de coagulante determinando la mejor jarra  para definir el pZ óptimo.

EFICIENCIA DE LOS AYUDANTES DE FLOCULACIÓN.



El objetivo de este ensayo es comparar la eficiencia en la remoción de turbiedad y color de varios polielectrolitos  para escoger  el que mejor se adapte a las características del agua que se quiere analizar. A cada jarra  se le debe adicionar la dosis de coagulante previamente seleccionada, variando la dosis del ayudante de floculación entre 0.01 y 0.05mg/l según las recomendaciones del fabricante, excepto en la primera jarra la cual sirve de punto de referencia.

POTENCIAL ZETA.



Cuando una partícula se mueve en un líquido, tiene lugar un corte en un plano exterior  a los iones fijos, es decir, solamente se mueven los iones fijos con la partícula existiendo un movimiento relativo entre la partícula y el fluido,  con lo que la carga superficial  sólo se neutralizará parcialmente. La partícula se moverá en el líquido  como si tuviera un potencial equivalente la potencial del plano de desplazamiento o de cizalla, conocido como potencial electrocinético o zeta (pZ)  la magnitud del potencial Z. Depende de la superficie la concentración y la carga transportada por los contraiones.

Como consecuencia de que la carga superficial solo se neutraliza parcialmente, la partícula se movera hacia el electrodo de signo opuesto bajo la acción de un campo eléctrico  (Electroforesis), lo cual se puede aprovechar para determinar el potencial pZ. Por medida de una propiedad electrocinética  tal como movilidad electroforética  o potencial de corriente.

Tales medidas determinan la magnitud de las fuerzas repulsivas y por lo tanto la estabilidad de las suspensiones, cómo se comportan los sistemas y para optimizar las dosis de sales coagulante, pero tienen que ser usadas  con precaución ya que por ejemplo, ciertos agentes de la superficie pueden estabilizar una suspensión.

Según la teoría química, los coloides del agua, que son partículas con una estructura definida y con una carga neta  negativa distribuida en su superficie, interaccionan  químicamente  con los productos de hidrólisis (también cargados pero positivamente) del coagulante, traduciéndose el proceso en la precipitación de compuestos insolubles.

En el orden práctico casi todos los coloidales del agua  son electronegativos  con un valor de potencial pZ. Comprendido entre -14 mv y 30mv.

LA COAGULACION.



Es el proceso de desetabilización química de Partículas coloidales realizadas por adicción de un coagulante al agua el cual neutraliza las cargas responsables de la estabilidad de  las partículas cargadas que generan fuerzas de repulsión  superficial las cuales están impidiendo la sedimentación por gravedad en tiempos cortos  (de 0.5 a 3 horas) de acuerdo al tamaño y naturaleza del coloide esta partícula puede demorar  100 años para sedimentar naturalmente por la acción de la gravedad.

FLOCULACIÓN.



Es el proceso hidrodinámico en  el que se efectúan  las colisiones de partículas desestabilizadas favoreciendo  la agregación  (cohesión)  entre ellas,  logrando formar aglomerados de partículas coloidales que unidas entre sí alcanzan un peso que las hace sedimentables por gravedad.

De acuerdo con las reglas chulze-hardy de que la velocidad aumenta la valencia los floculantes inorgánicos más empleados son:

Sales de aluminio. (Sulfatos y cloruros ferrosos y férricos, etc.).
Sales (sulfatos) y óxidos de calcio.
Sales de magnesio.
Salen de zinc.
Acido sulfúrico.
Fosfatos.

Los flocultantes sintéticos son polímeros lineales de elevado peso molecular, solubles en agua efectivos generalmente en concentraciones muy pequeñas y poseen grupos activos distribuidos a lo largo de sus cadenas, que tiene gran afinidad por las superficies sólidas.  El principal mecanismo de floculación de estos es la formación de puentes o enlaces entre los flocs.
La principal sal de aluminio usada es el sulfato de aluminio líquido o sólido. El intervalo de acción frante al pH. , En términos de la solubilidad del hidróxido metálico formado indica que el óptimo se sitúa entre 6 y 7.5 unidades de pH. La reacción teórica producida por el sulfato en el agua es

LA SEDIMENTACION:



Es la operación consistente en separar de una suspención un fluido claro, que sobrenade la superficie, y un lodo con una concentración elevada de materias sólidas que se depositan por efecto gravitacional  y por tener peso específico mayor que el fluido. La sedimentación se realiza en unidades o reactores en los cuales teóricamente, la masa líquida  se traslada de un punto a otro con movimiento uniforme y velocidad constante.

Las partículas aglomerables se obstaculizan mediante la sedimentación antes de unirse, una vez lograda la unión ganan peso y se precipitan a velocidad creciente en el tiempo.
El principal parámetro que influye en la eficiencia remocional  de una unidad de sedimentación es la carga superficial, la cual constituye la velocidad critica de sedimentación.


LA FILTRACION:



Su objetivo es la remoción de sólidos coloidales y suspendidos contenidos en  el agua  mediante su flujo a través de lechos porosos de partículas sólidas para realizar a adherencia y posterior evacuación de las partículas a remover.

Un filtro se colmata  a medida que su lecho se carga de materias retenidas  resultando un efluente  no aceptable por lo cual, se debe lavar con agua en contracorriente de filtración.  Caso filtro de las plantas del Ayurá EEPP. Medellín  y siendo removido  el lecho filtrante  por la inyección del aire a presión.  Si el lavado es deficiente se pueden formar bolas de lodo y grietas.  El funcionamiento de un filtro debe estudiarse desde los puntos de vista de filtración y lavado.  Los filtros de la planta Ayurá  son compuestos por antracita en un 90% aproximadamente y 10% de arena. Que supuestamente está en la parte del fondo rodeando las toberas, por las cuales pasa el agua al falso fondo y de allí a los sifones en donde se realiza la función del control de la carrera de filtración, de allí el agua pasa al tanque de lavado en donde se le agrega el cloro.

LA CLORACION.


El cloro es un elemento halógeno, no metálico, no se encuentra  libre en la naturaleza, es un componente importante de minerales hálito (sal de rocas o cloruro sódico) silvita (cloruro potásico) y carnalita, y un cloruro en el agua de mar.

En estado líquido es de color amarillo o ámbar claro, olor irritante, muy baja conductividad eléctrica, soluble en cloruros y alcoholes. Es una agente oxidante extremadamente fuerte, ligeramente soluble en agua fría.  Cuando se adiciona cloro al agua  se forma una mezcla de ácido hipocloroso (HOCl)  y ácido clorhídrico. Cl2+H2O=HOCl+HCl (H++C-).
Esta reacción tiene lugar en unos cuantos segundos acondiciones de presión y temperatura ambientes.
Se tolera solamente 1 p.p.m. de cloro gaseoso en el aire.
El cloro se aplica al agua filtrada para eliminarle  los microorganismos patógenos aún presentes en ella. Entre ellos el bacilo de Cook  causante de la tuberculosis. Se busca que el residual de cloro en el  último tanque servido por la planta sea al por menos  0.05 p.p.m. de cloro. El cloro libre se busca que sea  de 1 a 1.3 p.p.m. en la planta y el cloro combinado de 0.05 a 0.08 p.p.m. al cloro que existe en forma de ácido hipocloroso y de ion hipoclorito se le denomina cloro libre, la suma del cloro libre y el combinado es el cloro total.
Otra forma de oxidar la materia orgánica del agua filtrada es por medio del ozono  pero es un proceso caro, difícil de manejar y el ozono es muy inestable. Por ello en Colombia se prefiere manejar este parámetro con cloro gaseoso.

ALCALINIZACIÓN SECUNDARIA.



Al agua filtrada y clorada  se le agrega la cantidad adecuada de oxido de calcio  (CaO)  para aumentarle el pH (más o menos entre  7.5 a 8.5) con el fin de formar una película de carbonato internamente en la tubería de conducción del agua  y así evitar la corropción y la incrustación de la red y para favorecer muchos de los usos del agua en la industria. Siendo además útil para prevenir la acidez estomacal.

PRUEBAS DE LABORATORIO EFECTUADAS AL AGUA DURANTE EL PROCESO DE PURIFICACIÓN.


El agua se debe controlar horariamente  para asegurar la calidad  contratada  con la ciudad y prevenir riesgos  contra la comunidad y el medio ambiente, para ello cada planta tiene un laboratorio en donde realiza  los análisis de: turbiedad, color, pH. , Alcalinidad, cloruros, dureza, demandas de permanganato y carbón activado, demanda de peróxido de hidrógeno o permanganato de potasio(para oxidar la materia orgánica), polimeración del agua y control del pZ  y cloración.

Allí se toman unas muestras para ser analizadas en el laboratorio de calidad y control el cual mide a su vez muestras tomadas en diferentes puntos de la red servida en la ciudad.

DESALINIZACION



También desalación, proceso que consiste en eliminar el componente salino del agua. Su aplicación fundamental es la producción de agua potable a partir de agua de mar o de agua continental salobre. La reducción de la salinidad del agua se puede realizar por diversos métodos: congelación, destilación clásica, ósmosis y sistemas basados en el intercambio de iones (electrodiálisis). La falta de abastecimiento suficiente de agua dulce en muchos países, junto con la existencia de reservas enormes de agua de mar y salobre, ha conducido a un desarrollo progresivo de las técnicas de desalinización. Desde hace un siglo se realiza la desalación del agua de mar en los navíos, y en la actualidad hay muchas instalaciones terrestres, aunque el rendimiento producido por el aprovechamiento tradicional del agua dulce sigue siendo mayor; sin embargo, todavía se continúa investigando en nuevas técnicas o en el perfeccionamiento de las ya utilizadas. En Colombia  se utiliza en  las  Islas de San Andrés y Providencia.

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.



Hace aproximadamente 14  años EEPP de Medellín  inició un plan piloto de tratamiento de   aguas residuales del municipio del Retiro, para luego hacer el montaje de las plantas necesarias para el tratamiento de dichas aguas  que contaminan el río  Medellín.

Se montaron dos sistemas para el tratamiento de las aguas servidas:  sistema de aireación completa y sistema de aireación extendida.

A los dos sistemas les  llega el agua contaminada después de pasar por una cámara de cribado y elevada por una bomba de tornillo sin fin y ser desarenada. En estos reactores se produce un floc por la acción de la DBO (demanda biológica de oxigeno)  que es llevado a unos clarificadores  devolviéndose un 10%  a los reactores para mantener vivo el sistema  ya que se trabaja con lodos con lodos activados.  De estos clarificadores es retirado el lodo cuando se les hace una curva de lodos totales  y nos muestra su necesidad. El agua clarificada pasa a un tanque laberinto en donde acaba de sedimentar  y se puede cloral  para ser devuelta al río Pantanillo en el municipio del Retiro.

Cuando se debe eliminar lodos estos son llevados a un espesador  durante varias horas y luego bombeados a los lechos de secado (de arena) en donde son expuestos al sol. (En caso de lluvia y durante la noche se cubren con un techo corredizo)  este lodo cuando empieza a secar debe ser rallado para agilizar su recogida posterior de allí  se llevan a un relleno  sanitario en donde  se mezclan con tierra y se tapan. Si el lecho despide un  olor muy fuerte se rocía con cal viva.

Cuando el agua está en los reactores se efectúa una DBO, este parámetro expresa la cantidad de oxigeno necesaria para la destrucción o transformación de las materias orgánicas biodegradables.  La DBO, indica los miligramos por litro de oxigeno disuelto, así podemos medir el poder autodepurador de un río o la eficacia de las plantas depuradoras.  Entre los parámetros que se miden también está la DQO (demanda química de oxigeno) que es un parámetro comparativo par la DBO.

Después de haber obtenido un éxito rotundo en este manejo se diseñaron y programaron las plantas de tratamiento de aguas residuales para el río Medellín  y en este mes de diciembre iniciará trabajos la planta de tratamiento de aguas residuales de San Fernando.


BIBLIOGRAFIA



EEPP de Medellín,  Departamento de Tratamiento de Acueducto, FUNDAMENTOS PARA LOS PROCESOS DE  POTABILIZACIÓN, Tomos I y II.
REZZA  Editores, SA. TRATADO DEL MEDIO AMBIENTE, Vol. II  Págs.  148-157.
Editorial Bruguera, CIENCIAS NATURALES, Vol. I Pág, 31-2
Microsoft, ENCICLOPEDIA ENCARTA 98.
Nota:  agradecimientos especiales al grupo de Operación del Sisterma de Potabilización de Aguas sistema interconectado de EEPP de Medellín.

 







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