UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

AREA DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA

PROFESORA: ING. SHEILA RIVERO C.

INGENIERÍA AMBIENTAL

UNIDAD III. SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUA

El tratamiento del agua no es complicado. Desde luego se complica dependiendo del tipo de contaminante que se

requiera remover del agua contaminada o también del tipo de agua que necesitemos para su uso. Entonces tendremos

que darle un tratamiento específico según el tipo de contaminante y la calidad de agua que requiramos. Los objetivos del

tratamiento de agua son producir:

1. Agua que sea segura para el consumo humano 2. Agua que sea estéticamente atractiva al consumidor 3. Agua a un costo razonable

Hay 4 clases de tratamientos de agua esquematizados en el siguiente cuadro:

Clase Descripción Origen

A Sin tratamiento Algunas aguas de pozo Ocasionalmente agua de cuenca alta

B Solo desinfección Algunas aguas de pozo Ocasionalmente aguas de cuenca alta

C Tratamiento estándar del agua Ríos de cuenca baja y embalses

D Tratamiento especial del agua Algunos suministros rurales Eliminación de color Eliminación de elementos de trazas Agua industrial Necesidades de la industria electrónica Eliminación de algas Eliminación de orgánicos

A: es considerado aceptable cuando la línea de suministro del origen al consumidor es muy pequeña. B: la desinfección es práctica para mantener la pureza a lo largo de la tubería. El cloro al reaccionar con algunos orgánicos produce trihalometanos. Existen enfermedades en el agua nacidas de las tuberías. C: incluyen pretratamiento y tratamiento estándar. D. Los procesos adicionales incluyen tecnologías sofisticadas. La selección del conjunto de tratamiento viene precedida de un detallado análisis de la calidad del agua bruta. Por ejemplo, la turbidez, se trata mediante los procesos de coagulación y sedimentación y también filtración. Los patógenos se suelen separar normalmente mediante los procesos cloración. Sin embargo, otros procesos incluyendo la desinfección por cloraminas, ozono o radiación ultravioleta, están ganando popularidad sobre la cloración. PRETRATAMIENTO DEL AGUA En esta etapa se busca acondicionar el agua para facilitar los tratamientos propiamente dichos, y preservar la instalación de erosiones y taponamientos. Incluye equipos tales como rejas, tamices, desarenadores y desengrasadores.

Cumple básicamente dos funciones: - Extraer los sólidos flotantes grandes y la arena (a veces, también la grasa). - Medir y regular el caudal de agua que ingresa a la planta (almacenamiento, ecualización y neutralización).

Con el pretratamiento se elimina la parte de polución más visible: cuerpos voluminosos, trapos, palos, hojas, arenas, grasas y materiales similares, que llegan flotando o en suspensión desde los colectores de entrada. Se pretende con el pretratamiento la eliminación de materias gruesas, cuerpos gruesos y arenosos cuya presencia en el efluente perturbaría el tratamiento total y el funcionamiento eficiente de las maquinas, equipos e instalaciones de la estación depuradora.

Para la fase de pretratamiento se tome en cuenta:

- La procedencia del agua (doméstica, industrial, agrícola). - La calidad del agua bruta a tratar (mayor o menor cantidad de grasas, arenas, sólidos, entre otros)

Durante la fase del pretratamiento se llevan a cabo los siguientes procesos: - Procesos Físicos - Procesos Químicos

PRETRATAMIENTO FISICO

Incluye las siguientes operaciones: Separación de grandes sólidos (pozo de gruesos): este consiste en un pozo situado a la entrada del colector de la depuradora, de tronco piramidal invertido y paredes muy inclinadas, con el fin de concentrar los sólidos flotantes y las arenas decantadas en una zona especifica donde se puedan extraer de una forma eficaz. Los residuos se extraen mediante cucharas de accionamiento electrohidráulico y se almacenan en contenedores para luego ser desechados o incinerados. Desbaste: El desbaste se lleva a cabo mediante rejas formadas por barras verticales o inclinadas, que interceptan el flujo de la corriente de agua en un canal de entrada a la estación depuradora con el fin de retener y separar los sólidos más voluminosos y evitar las obstrucciones en los equipos mecánicos de la planta. La operación de desbaste depende de la separación entre los barrotes de la reja y puede ser:

Desbaste fino, con una separación de 3 a 10 mm, Desbaste medio, con una separación de 10 a 25 mm, Predesbaste, con una separación de 50 a 100 mm.

Las rejas utilizadas en el desbaste pueden ser de limpieza manual, o de limpieza automática.

Tamizado: Consiste en una filtración sobre un soporte delgado con el fin de eliminar materiales que por su tamaño puedan obstruir o dañar equipos o tuberías situados aguas abajo. Según las dimensiones de los orificios de paso del tamiz, se pueden distinguir entre:

Macrotamizado: con paso superior a 0,3 mm, se emplea para retener ciertas materias en suspensión, flotantes o semiflotantes, residuos vegetales o animales, insectos, ramas, algas, hierbas, etc.

Microtamizado: (sobre tela metálica o plástica de malla inferior a 100 micras) se utiliza para retener materias en suspensión de muy pequeñas dimensiones, contenidas en las aguas de abastecimiento.

Los tamices van a retener sólidos suspendidos afluentes que contienen o están compuestos por materia putrescible (incluida la materia fecal patógena) y cantidades sustanciales de grasas y espumas, por lo que el manejo de estos residuos requiere especial atención.

Dilaceración: Esta operación se aplica en especial, a las aguas residuales. Tiene por objeto «desintegrar» las materias sólidas arrastradas por el agua. Estas materias en lugar de separarse del efluente bruto, se trituran y continúan en el circuito del agua hacia las siguientes fases del tratamiento. Con este proceso se suprime la evacuación y la descarga de los residuos de la reja. Sin embargo, en la práctica, presenta varios inconvenientes, en especial, la necesidad de una atención frecuente sobre un material bastante delicado.

Esta operación está muy cuestionada y actualmente casi ha desaparecido de la mayoría de las instalaciones. No es lógico mantener o retornar al proceso aquellos sólidos que pueden eliminarse por desbaste o tamizado, ya que lo que hacemos es empeorar la calidad del agua residual que va a ser tratada posteriormente.

Desarenado: Tiene por objeto extraer del agua bruta la grava, arena y partículas minerales más o menos finas con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y para proteger las bombas y otros aparatos contra la abrasión. El desarenado se refiere normalmente a las partículas superiores a 200 micras.

El funcionamiento técnico del desarenado es hacer circular el agua en una cámara de forma que la velocidad quede controlada para permitir el depósito de arena en el fondo. Normalmente, esta arena sedimentada queda desprovista casi en su totalidad de materia orgánica y es evacuada, mediante bombas, al clasificador de arenas y, posteriormente, a un contenedor.

Desengrase y desaceitado. El objetivo en este paso es eliminar grasas, aceites, espumas y demás materiales flotantes más ligeros que el agua, que podrían distorsionar los procesos de tratamiento posteriores.

El desaceitado es una operación de separación líquido-líquido, en tanto que el desengrase es una operación de separación sólido-líquido (siempre que la temperatura del agua sea suficientemente baja para permitir la coagulación de las grasas).

El procedimiento utilizado para esta operación es el de inyectar aire a fin de provocar la desemulsión de las grasas y su ascenso a la superficie, de donde se extraen por algún dispositivo de recogida superficial, normalmente rasquetas, para acabar en contenedores. .

Preaireación: La preaireación es un término que se usa en el tratamiento de agua y que indica la inyección de aire u oxígeno en este fluido en la etapa preliminar o de pretratamiento. Tiene como objetivo fundamental el reducir los malos olores que se generan en esta etapa producto de las condiciones anaerobias (es decir, libres de oxígeno) que se presentan en estas aguas al ingreso a la planta de tratamiento. Es un proceso de tratamiento habitual para agua subterránea y menos frecuente para agua superficiales.

Estas condiciones anaerobias favorecen la multiplicación de bacterias que crecen en este medio y las que producen, como consecuencia de su metabolismo, gases que son muy malolientes (por lo general este producto corresponde a Sulfidrilos). Estas emanaciones malolientes pueden causar serios problemas con la comunidad circundante cuando son transportadas por los vientos. Sus objetivos son varios:

Liberar el exceso de gas H2S que puede causar sabor y olores indeseables.

Liberar exceso de CO2 que puede tener tendencia corrosiva en los materiales de hormigón.

Aumentar el O2 del agua que puede tener propiedades negativas de sabor, olor y color.

La preaireación se utiliza en:

Cabecera de instalación

En los desarenadores, incrementando el tiempo de retención y la capacidad de aireación.

En los canales de distribución a los decantadores primarios. PRE SEDIMENTACION

Es por definición la separación solido-liquido, una decantación por gravedad para separar los sólidos en suspensión. En el tratamiento de aguas, los procesos de sedimentación utilizados son: Tipo I: Para sedimentar partículas discretas no floculadas en usa suspensión diluida. Tipo II: para sedimentar partículas floculadas en una suspensión diluida. Puede presentarse después de la coagulación y la floculación.

PRETRATAMIENTOS QUÍMICOS Coagulación

Es el proceso por el cual se reducen las fuerzas repelentes existentes entre partículas coloidales para formar partículas mayores de buena sedimentación. El proceso consiste en la adición de sustancias químicas al agua, su distribución uniforme en ella y la formación de un microfloculo fácilmente sedimentable. La coagulación prepara el agua para la sedimentación, incrementa grandemente la eficiencia de los sedimentadores y tiene como función principal desestabilizar, agregar y unir las sustancias coloidales presentes en el agua. El proceso remueve turbiedad, color, bacterias y algas entre otros. Coagulantes: Sulfato de Aluminio, sulfato ferroso, sulfato ferroso y cal, sulfato ferroso y cloro, cloruro ferrico, sulfato ferrico y aluminato de sodio. La mezcla (de 20 a 60 s) para la rápida dispersión de las sustancias quimicas y otros materiales por todo el agua es mas efectiva si va acompañada por una turbulencia en el agua. Para ello se usa los agitadores de hélice, alabes y de turbina. Estos equipos han tenido una gran aceptación debido a su gran número de ventajas, estas unidades suelen estar situadas en pequeños tanques o cámaras donde la agitación y el tiempo de residencia son controlados con gran precisión. Este proceso se usa para:

Remoción de turbiedad orgánica o inorgánica que no pude sedimentar con rapidez

Remoción de color

Eliminación de bacterias, virus y organismos patógenos susceptibles de ser separados por coagulación

Eliminación de substancias productoras de sabor y olor La cantidad de coagulante necesario para una calidad concreta de agua se puede determinar mediante el ensayo de coagulación conocido como ensayo de jarra: ENSAYO DE JARRA Es un ensayo sencillo compuesto de varios vasos de laboratorio de un litro con muestras del agua bruta. A cada uno se le añade una cantidad distinta y creciente de coagulante y le sigue una mezcla rápida durante 20 a 60 s.. Se dejan sedimentar las muestras y la muestra con las mejores características de sedimentación se selecciona como coagulante. Si la decantación o la generación de microfloculos es inadecuada, el coagulante puede ayudarse con un polielectrolito. Despues de una serie de ensayos, es posible determinar la mejor combinación de mejor dosis de coagulante y polielectrolito que facilita el tamaño optimo del floculo.

Floculación Antes de llegar a esta etapa, el agua debe estar coagulada, y así se hayan producido los microflóculos. El objetivo en esta fase es favorecer que los microflóculos (flóculos pin) se aglomeren y se produzcan flóculos mayores. En esta unidad se requiere una agitación suave durante 20 a 60 min, para favorecer un mezclado intenso, sin embargo, el mezclado no debe ser tan fuerte como para provocar la ruptura de los microflóculos débiles entrantes. Generalmente, la floculación se produce por agitación mecánica, lo que produce el movimiento de una masa del fluido. Durante la floculación, el movimiento lento de las paletas mezcladoras agitan suavemente la mezcla de agua y coagulante (o floculante) para generar el flóculo. Los floculantes empleados pueden ser minerales, como por ejemplo, la sílice activada, u orgánicos, ambos caracterizados por ser macromoléculas de cadena larga y alto peso molecular. Los más empleados son los minerales, también denominados polielectrolitos por sus cargas eléctricas. Según su naturaleza será no iónicos, aniónicos o catiónicos y su elección dependerá siempre de ensayos de laboratorio.

Sedimentación y filtración

Una vez floculada el agua el problema radica en reparar los sólidos del líquido, o sea las partículas coaguladas del medio en el cual están suspendidas. Esto se puede conseguir dejando sedimentar el agua, filtrándola o ejecutando ambos procesos a la vez. La sedimentación y la filtración, por lo tanto, deben considerarse como procesos complementarios. La sedimentación realiza la separación de los sólidos más densos que el agua y que tienen una velocidad de caída tal que pueden llagar al fondo del tanque sedimentador en el tiempo económicamente aceptable. La filtración en cambio separa aquellos sólidos que tienen una densidad muy cercana a la del agua, o que han sido resuspendidos por cualquier causa y que por lo tanto no quedan.

Con los pretratamientos químicos lo que se busca es erradicar los microbios o bacterias, además de eliminar características indeseables que presente el agua. Por lo que se agrega al agua sustancias oxidantes como el cloro, hipocloritos de calcio y sodio, que a su vez garantizan la calidad del agua ante posibles contaminaciones accidentales, por lo general estos se basan en la precoloración y la absorción por carbón activado.

1. Precloración.

La precloración se fundamenta más que todo en añadir el agente generador de formas activas de cloro a la entrada de la planta depuradora. Es un proceso de preparación del agua para que las etapas posteriores sean más eficaces y eficientes.

El límite de la precloración debe ser óptimo para exterminación de algas, microbios, bacterias y materias orgánicas e inorgánicas. Si el límite se excede del valor, será necesario eliminar el cloro en exceso utilizando dióxido de azufre o tiosulfato sódico.

Ventajas: Favorece la coagulación y elimina sustancias inorgánicas reductoras. Elimina algas en las instalaciones. Elimina microorganismos formadores de limo en los filtros de arena.

Sin embargo a pesar de las ventajas que este proceso trae consigo, presenta un inconveniente el cual es que la demanda de cloro del agua es mayor antes de realizarse otros tratamientos como coagulación - floculación, ablandamiento, filtración, etc.

El pH es el que tiene mayor influencia sobre la actividad biocida del cloro en la solución. Un aumento en el pH diminuye sustancialmente la actividad biocida del cloro, y una disminución del pH aumenta esa actividad en la misma proporción.

La cloración se puede lograr con diferentes productos. El cloro se almacena como líquido en recipientes presurizados y se inyecta como gas directamente en el agua fuente. Este proceso debe ser regulado e implementado cuidadosamente, debido a que el gas de cloro es un tóxico peligroso, incluso letal.

Otra opción de cloración, de mayor costo, es el tratamiento con solución de hipoclorito de sodio. Esta solución es corrosiva pero mucho menos peligrosa y más fácil de manejar el gas de cloro. El líquido se diluye simplemente y después se mezcla con el agua fuente para realizar la desinfección. Se utiliza hipoclorito de sodio al 5.0% en una proporción de 0,2 a 1 mg/l. Se agrega una gota por cada litro a purificar. Una purificación apropiada se logra al colocar el cloro en contacto con el agua por lo menos durante veinte minutos; transcurrido ese tiempo podrá considerarse el agua como sanitariamente segura.

La cloración se puede lograr también con un desinfectante sólido, hipoclorito cálcico. Este material es corrosivo y puede reaccionar explosivamente cuando entra en contacto con materiales orgánicos. Sin embargo, todos estos polvos, gránulos y tabletas se pueden almacenar a granel y usarse con eficacia hasta un máximo de un año. En todas sus formas, el hipoclorito de calcio se disuelve fácilmente en agua.

Todos estos métodos de cloración requieren de algún tiempo para funcionar — la desinfección no ocurre instantáneamente. Las dosis necesarias cambian también con las variaciones en la calidad del agua de manera que el monitoreo del agua fuente, particularmente de las aguas superficiales, es una parte importante del proceso de tratamiento.

2. Carbón activo:

Los Carbones Activos (CA) presentan una gran capacidad de adsorción de un amplio rango de contaminantes, entre los que se incluyen compuestos aromáticos, hidrocarburos, detergentes, pesticidas, tintes solubles, disolventes clorados, fenoles y derivados de grupos hidroxilos. Son una opción ideal para su aplicación en pretratamiento de agua. También resultan muy eficaces en la eliminación de compuestos tóxicos que puedan hacer peligrar el funcionamiento del tratamiento biológico, mejorando, a su vez, su rendimiento.

El carbón activado se utiliza en la extracción de metales, la purificación del agua (tanto para la potabilización a nivel público como doméstico), en medicina, para el tratamiento de aguas residuales, en máscaras antigas, en filtros de purificación y en controladores de emisiones de automóviles, entre otros muchos usos. Los CA cuentan con la ventaja de controlar los olores de las aguas residuales mejor que otros materiales, pudiendo estar en polvo o en forma granular. La dosis de tratamiento con CA en polvo suele ser menor de 5 mg/l, aunque variará en función de las características de los contaminantes y de la calidad final requerida. El CA granular se usa en lechos fijos solo o formando una bicapa con arena. La adsorción es un proceso donde un sólido se utiliza para eliminar una sustancia soluble del agua. En este proceso el carbón activo es el sólido. El carbón activo se produce específicamente para alcanzar una superficie interna muy grande (entre 500 - 1500 m

2 /g). Esta superficie interna grande hace que el carbón

tenga una adsorción ideal. El carbón activo viene en dos variaciones: Carbón activado en polvo (PAC) y carbón activado granular (GAC).

Aplicación del carbón activo en polvo (pac) en aguas residuales:

Este sistema de tratamiento de aguas residuales mediante carbón activo en polvo ha sido aplicado en los siguientes campos:

Lixiviados de vertederos Aguas superficiales y subterráneas contaminadas.

Entre los beneficios del sistema se encuentran:

Mayor estabilidad del sistema biológico frente a puntas de contaminación. Eliminación de color y olor. Reducción de amoníaco: mejora la nitrificación, incluso a temperaturas bajas. Mejora en la sedimentación de los sólidos en aguas muy contaminadas. Se puede implementar en un sistema de fangos activos con un coste mínimo.

Aplicación del carbón activo granular (gac) en aguas residuales:

El sistema de adsorción sobre Carbón Activo granular se emplea como pretratamiento o como parte del proceso de tratamiento físico-químico de las aguas residuales. El GAC tiene la capacidad de adsorber relativamente pequeñas cantidades de compuestos orgánicos solubles y compuestos inorgánicos como nitrógeno, sulfuros y metales pesados remanentes en las aguas residuales tras el tratamiento primario y secundario. El carbón activo se usa por ejemplo en los siguientes procesos:

Depuración de agua subterránea Depuración de aguas para piscinas Refinamiento de las aguas residuales tratadas

3 Ozono

El ozono es capaz de romper grandes moléculas de compuestos orgánicos como los ácidos húmicos o fulvicos. Degrada compuestos dañinos para la salud como los hidrocarburos aromáticos poli cíclicos, los fenoles y los clorofenoles. Algunas propiedades del ozozno como desinfectante son:

Especialmente efectivo en destruir virus.

Mejora el olor y sabor.

Transformacion de sustancias no degradables en fácilmente degradables.

Sensiblemente independiente del pH.

No quedan residuos. 4. Radiación UV

Es efectivo para desactivar tanto bacterias como virus. La luz UV se extiende a lo largo de una longitud de onda de 200 a 390 nm. La banda mas efectiva para la desinfección esta en el intervalo mas corto de 250 a 280 nm. Este es el intervalo donde la luz UV se absorbe por el ADN de los microorganismos que luego conducen a un cambio en el material genético de forma que ya no son capaces de multiplicarse. Las propiedades de la radiación como desinfectante incluyen:

Necesidad de tener agua clara (libre de turbidez) y capas finas de agua.

No residuos.

Puede producir foto oxidación de los compuestos.

No hay problemas de olor ni sabor.

No se añaden productos químicos.