ABASTECIMIENTO DE AGUA: PLANTAS POTABILIZADORAS

6. PLANTAS POTABILIZADORASINDICE GENERALINTRODUCCIN

6.1 QUIMICA BASICA DEL AGUA

6.2 NORMAS DE CALIDAD DEL AGUA POTABLE

6.3 TIPOS DE PLANTAS POTABILIZADORAS

6.4 OPERACIONES UNITARIAS

6.5 COMPONENTES DE PLANTAS POTABILIZADORAS

BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCINUna Planta Potabilizadora utiliza agua superficial de un ro, lago o cualquier otro tipo de embalse, para procesarla y nacerla segura para el consumo humano (potable), Los procesos de estas plantas se resumen en: Primera operacin: Se denomina Captacin. El agua que consumimos todos los das es captada mediante torres de tomas que estn asentadas en el lecho del ro. Desde all se enva a las plantas potabilizadoras y un conjunto de electrobombas la elevan hasta la cmara de carga.- El sistema posee en el trayecto rejas de distintos tamaos que permiten retener cualquier slido o pescados.- Segunda operacin: En la cmara de carga se le agrega un coagulante que es el sulfato de aluminio.- El ro contiene arcilla en estado coloidal que posee una carga elctrica negativa, mientras que el producto qumico agregado tiene carga elctrica positiva.- Esto produce que se desestabilice la suspensin y la arcilla se agrupe en partculas de mayor tamao y peso llamadas tlocs (barros de arcillas y bacterias) Tercera operacin: Se denomina Decantacin. El agua mezclada con el coagulante ingresa a los decantadores donde permanece dos horas en estado de semiquietud para que los tlocs se aglutinen en grandes cogulos que van a decantar paulatinamente, es decir, mientras el agua sigue su camino hacia los filtros. La velocidad del lquido disminuye considerablemente dado que en su trayectoria existen mamparos de cemento que por choque disminuye la velocidad.- Cuarta operacin: Operacin de Filtracin.- A travs de filtros compuestos con lechos alternativos de canto rodado de distintos tamaos y arenas de distintas granulometra- Aqu se eliminan cualquier vestigio de turbiedad y se logra agua completamente cristalina- Quinta operacin: Denominada Cloracin _ En este paso se le agrega al agua una dosis de cloro para lograr una efectiva desinfeccin, eliminando cualquier tipo de bacteria que hubiere podido llegar a esta altura del proceso.- Sexta operacin: Alcalinizacin. El coagulante que se le haba agregado al comienzo del tratamiento, produce como efecto secundario el aumento de la acidez del agua, por eso es necesario agregarle cal para equilibrarla- este agregado es una condicin fundamental para el consumo y adems impide que los caos por donde circula el agua se deterioren.- El agua potabilizada en las plantas se distribuye a travs de grandes conductos denominados ros subterrneos y una red de caeras de menor dimetro que la llevan hasta los consumidoresLas plantas potabilizadoras municipales condicionan la calidad del agua de las fuentes superficiales y/o subterrneas al uso pblico urbano. En 2010 se potabilizaron 91.72 metros cbicos por segundo en las 645 plantas en operacin del pas. De estas plantas se suministran 329.3 m3/s, de los cuales se estima que el 62.2% proviene de fuentes subterrneas.

6.1 QUIMICA BASICA DEL AGUALa polaridad del aguaEl agua tiene una estructura molecular simple. Est compuesta por un tomo de oxgeno y dos de hidrgeno. Cada tomo de hidrgeno se encuentra unido covalentemente al oxgeno por medio de un par de electrones de enlace. El oxgeno tiene adems dos pares de electrones no enlazantes. De esta manera existen cuatro pares de electrones rodeando al tomo de oxgeno: dos pares formando parte de los enlaces covalentes con los tomos de hidrgeno y dos pares no compartidos en el lado opuesto. El oxgeno es un tomo electronegativo o "amante" de los electrones, a diferencia del hidrgeno.El agua es una molcula "polar"; es decir, existe en ella una distribucin irregular de la densidad electrnica. Por esta razn, el agua posee una carga parcial negativa () cerca del tomo de oxgeno y una carga parcial positiva () cerca de los tomos de hidrgeno.Una atraccin electrosttica entre la carga parcial positiva cercana a los tomos de hidrgeno y la carga parcial negativa cercana al oxgeno da lugar a un enlace por puente de hidrgeno, como se muestra en la figura.

La habilidad de los iones y otras molculas para disolverse en el agua es debida a la polaridad de sta ltima. Por ejemplo, en la imagen inferior se muestra el cloruro sdico en su forma cristalina y disuelto en agua.

Muchas otras propiedades nicas del agua son debidas a los puentes de hidrgeno. Por ejemplo, el hielo flota porque los puentes de hidrgeno mantienen a las molculas de agua ms separadas en el agua slida que en el agua lquida, donde hay un enlace de hidrgeno menos por cada molcula. Las propiedades fsicas nicas, incluyendo un alto calor de vaporizacin, una fuerte tensin superficial, un calor especfico alto y el hecho de ser casi el disolvente universal, tambin son debidas a la polaridad del agua y a su capacidad de formar enlaces por puentes de hidrgeno. El efecto hidrofbico, o la exclusin de compuestos que contienen carbono e hidrgeno (sustancias no polares) es otra de las propiedades nicas del agua causadas por los enlaces de hidrgeno. El efecto hidrofbico es particularmente importante en la formacin de membranas celulares. La mejor descripcin que puede darse de este efecto es que el agua "arrincona" a las molculas no polares, mantenindolas juntas.cidos y Bases, Ionizacin del Agua

Los cidos ceden H+. Las bases aceptan H+.Se define el pH de una disolucin como el logaritmo negativo de la concentracin de iones de hidrgeno. A pH 7.0 la disolucin es neutra. A un pH menor (1-6) la disolucin es cida. A un pH mayor (8-14) la disolucin es bsica.

6.2 NORMAS DE CALIDAD DEL AGUA POTABLElimites permisibles de calidad del aguaLmites permisibles de caractersticas microbiolgicas.El contenido de organismos resultante del examen de una muestra simple de agua, debe ajustarse a lo establecido en la Tabla 1.Bajo situaciones de emergencia, las autoridades competentes podrn establecer los agentes biol-gicos nocivos a la salud que se deban investigar.TABLA 1

El agua abastecida por el sistema de distribucin no debe contener E. coli en ninguna muestra de 100 ml. Los organismos coliformes totales no deben ser detectables en ninguna muestra de 100 ml; en sistemas de abastecimiento de localidades con una poblacin mayor de 50 000 habi-tantes, estos organismos, deber estar ausentes en el 95% de las muestras tomadas durante cualquier perodo de doce meses. Lmites permisibles de caractersticas fsicas y organolpticas.Las caractersticas fsicas y organolpticas debern ajustarse a lo establecido en la Tabla 2 TABLA 2

Lmites permisibles de caractersticas qumicas.El contenido de constituyentes qumicos deber ajustarse a lo establecido en la Tabla 3. Los lmites se expresan enmg/l, excepto cuando se indique otra unidad.

Los lmites permisibles de metales se refieren a su concentracin total en el agua, la cual incluye los suspendidos y los disueltos.Lmites permisibles de caractersticas radiactivas.El contenido de constituyentes radiactivos deber ajustarse a lo establecido en la Tabla 4. Los lmites se expresan en Bq/l (Becquerel por litro).TABLA 4

Tratamientos para la potabilizacion del aguaLa potabilizacin del agua proveniente de una fuente en particular, debe fundamentarse en estudios de calidad y pruebas de tratabilidad a nivel de laboratorio para asegurar su efectividad.Se deben aplicar los tratamientos especficos siguientes a los que resulten de las pruebas de tratabilidad, cuando los contaminantes biolgicos, las caractersticas fsicas y los constituyentes qumicos del agua enlistados a continuacin, excedan los lmites permisibles establecidos en el apartado 4.Contaminacin biolgica.Bacterias, helmintos, protozoarios y virus.- Desinfeccin con cloro, compuestos de cloro, yodo,o zono, luz ultravioleta o plata coloidal.Caractersticas fsicas y organolpticas.Color, olor, sabor y turbiedad.- Oxidacin-coagulacin-floculacin-sedimentacin-filtracin; cualquiera o la combinacin de ellos; adsorcin en carbn activado.Constituyentes qumicos. Arsnico.- Coagulacin-floculacin-sedimentacin-filtracin; cualquiera o la com-binacin deellos, intercambio inico u smosis inversa.

6.3 TIPOS DE PLANTAS POTABILIZADORASSe denomina estacin de tratamiento de agua potable (ETAP) al conjunto de estructuras en las que se trata el agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano. Existen diferentes tecnologas para potabilizar el agua, pero todas deben cumplir los mismos principios: combinacin de barreras mltiples (diferentes etapas del proceso de potabilizacin) para alcanzar bajas condiciones de riesgo tratamiento integrado para producir el efecto esperado tratamiento por objetivo (cada etapa del tratamiento tiene una meta especfica relacionada con algn tipo de contaminante

Si no se cuenta con un volumen de almacenamiento de agua potabilizada, la capacidad de la planta debe ser mayor que la demanda mxima diaria en el periodo de diseo. Adems, una planta de tratamiento debe operar continuamente, an con alguno de sus componentes en mantenimiento; por eso es necesario como mnimo dos unidades para cada proceso de la planta.

DESARENADOR. Sedimenta arenas que van suspendidas para evitar daar las bombas. TOMA DEL RIO. Punto de captacin de las aguas; REJA. Impide la penetracin de elementos de gran tamao (ramas, troncos, peces, etc.). DESARENADOR. Sedimenta arenas que van suspendidas para evitar daar las bombas. BOMBEO DE BAJA (Bombas tambin llamadas de baja presin). Toman el agua directamente de un ro, lago o embalse, enviando el agua cruda a la cmara de mezcla. CAMARA DE MEZCLA. Donde se agrega al agua productos qumicos. Los principales son los coagulantes (sulfato de almina), alcalinizantes (cal). DECANTADOR. El agua llega velozmente a una pileta muy amplia donde se reposa, permitiendo que se depositen las impurezas en el fondo. Para acelerar esta operacin, se le agrega al agua coagulantes que atrapan las impurezas formando pesados cogulos. El agua sale muy clarificada y junto con la suciedad quedan gran parte de las bacterias que contena. FILTRO. El agua decantada llega hasta un filtro donde pasa a travs de sucesivas capas de arena de distinto grosor. Sale prcticamente potable. DESINFECCIN. Para asegurar an ms la potabilidad del agua, se le agrega cloro que elimina el exceso de bacterias y lo que es muy importante, su desarrollo en el recorrido hasta las viviendas. BOMBEO DE ALTA. Toma el agua del depsito de la ciudad. DEPSITO. Desde donde se distribuye a toda la ciudad. CONTROL FINAL. Antes de llegar al consumo, el agua es severamente controlada por qumicos expertos, que analizan muestras tomadas en distintos lugares del sistema.

Tratamiento de aguas residualesLas aguas residuales pueden provenir de actividades industriales o agrcolas y del uso domstico. Los tratamientos de aguas industriales son muy variados, segn el tipo de contaminacin, y pueden incluir precipitacin, neutralizacin, oxidacin qumica y biolgica, reduccin, filtracin, smosis, etc.En el caso de agua urbana, los tratamientos suelen incluir la siguiente secuencia: Pretratamiento Tratamiento primario Tratamiento secundarioLas depuradoras de aguas domsticas o urbanas se denominan EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales), y su ncleo es el tratamiento biolgico o secundario, ya que el agua residual urbana es fundamentalmente de carcter orgnico.

Tipos de tratamiento de aguas residuales urbanas tipos de tratamiento de aguas residuales urbanas Pretratamiento. Busca acondicionar el agua residual para facilitar los tratamientos propiamente dichos, y preservar la instalacin de erosiones y taponamientos. Incluye equipos tales como rejas, tamices, desarenadores y desengrasadores. Tratamiento primario o tratamiento fsico-qumico: busca reducir la materia suspendida por medio de la precipitacin o sedimentacin, con o sin reactivos, o por medio de diversos tipos de oxidacin qumica. Tratamiento secundario o tratamiento biolgico: se emplea de forma masiva para eliminar la contaminacin orgnica disuelta, la cual es costosa de eliminar por tratamientos fsico-qumicos. Suele aplicarse tras los anteriores. Consisten en la oxidacin aerobia de la materia orgnica o su eliminacin anaerobia en digestores cerrados. Ambos sistemas producen fangos en mayor o menor medida que, a su vez, deben ser tratados para su reduccin, acondicionamiento y destino final. Tratamiento terciario, de carcter fsico-qumico o biolgico: desde el punto de vista conceptual no aplica tcnicas diferentes que los tratamientos primarios o secundarios, sino que utiliza tcnicas de ambos tipos destinadas a pulir o afinar el vertido final, mejorando alguna de sus caractersticas. Si se emplea intensivamente pueden lograr hacer el agua de nuevo apta para el abastecimiento de necesidades agrcolas, industriales, e incluso para potabilizacin (reciclaje de efluentes).

Plantas desaladoras plantas desaladorasUna planta desaladora capta agua salada, normalmente del mar, para procesarla hasta convertirla en apta para el consumo humano y los usos industrial y agrcola.Se trata de una construccin amplia situada cerca del mar que cuenta con varios depsitos a su alrededor.Cuanto ms cerca se encuentre de la costa, menor ser el esfuerzo energtico que tendr que hacer para bombear el agua.Esta tecnologa, aunque discutida desde algunos mbitos, constituye un medio para conseguir recursos hdricos de calidad en zonas afectadas por la escasez de agua. La desalinizacin puede realizarse por medio de diversos procedimientos, entre los que se pueden citar: Osmosis inversa Destilacin Congelacin Evaporacin relmpago Formacin de hidratos6.4 OPERACIONES UNITARIASPRINCIPALES OPERACIONES UNITARIAS EMPLEADAS EN EL TRATAMIENTO DEL AGUALos principales procesos de transferencia utilizados en el tratamiento del agua para consumo humano son los siguientes: transferencia de slidos; transferencia de iones; transferencia de gases, y transferencia molecular o de nutrientes.

2.1 Transferencia de slidosSe consideran en esta clasificacin los procesos de cribado, sedimentacin, flotacin y filtracin. Cribado o cernidoConsiste en hacer pasar el agua a travs de rejas o tamices, los cuales retienen los slidos de tamao mayor a la separacin de las barras, como ramas, palos y toda clase de residuos slidos. Tambin est considerado en esta clasificacin el microcernido, que consiste bsicamente en triturar las algas reduciendo su tamao para que puedan ser removidas mediante sedimentacin. SedimentacinConsiste en promover condiciones de reposo en el agua, para remover, mediante la fuerza gravitacional, las partculas en suspensin ms densas. Este proceso se realiza en los desarenadores, presedimentadores, sedimentadores y decantadores; en estos ltimos, con el auxilio de la coagulacin. FlotacinEl objetivo de este proceso es promover condiciones de reposo, para que los slidos cuya densidad es menor que la del agua asciendan a la superficie de la unidad de donde son retirados por desnatado. Para mejorar la eficiencia del proceso, se emplean agentes de flotacin. Mediante este proceso se remueven especialmente grasas, aceites, turbiedad y color. Los agentes de flotacin empleados son sustancias espumantes y microburbujas de aire. FiltracinConsiste en hacer pasar el agua a travs de un medio poroso, normalmente de arena, en el cual actan una serie de mecanismos de remocin cuya eficiencia depende de las caractersticas de la suspensin (agua ms partculas) y del medio poroso.2.2 Transferencia de ionesLa transferencia de iones se efecta mediante procesos de coagulacin, precipitacin qumica, absorcin e intercambio inico. Coagulacin qumicaLa coagulacin qumica consiste en adicionar al agua una sustancia que tiene propiedades coagulantes, la cual transfiere sus iones a la sustancia que se desea remover, lo que neutraliza la carga elctrica de los coloidespara favorecer la formacin de flculos de mayor tamao y peso. Los coagulantes ms efectivos son las sales trivalentes de aluminio y fierro. Las condiciones de pH y alcalinidad del agua influyen en la eficiencia de la coagulacin. Este proceso se utiliza principalmente para remover la turbiedad y el color. Precipitacin qumica La precipitacin qumica consiste en adicionar al agua una sustancia qumica soluble cuyos iones reaccionan con los de la sustancia que se desea remover, formando un precipitado. Tal es el caso de la remocin de hierro y de dureza carbonatada (ablandamiento), mediante la adicin de cal.

Intercambio inicoComo su nombre lo indica, este proceso consiste en un intercambio de iones entre la sustancia que desea remover y un medio slido a travs del cual se hace pasar el flujo de agua. Este es el caso del ablandamiento del agua mediante resinas, en el cual se realiza un intercambio de iones de cal y magnesio por iones de sodio, al pasar el agua a travs de un medio poroso constituido por zeolitas de sodio. Cuando la resina se satura de iones de calcio y magnesio, se regenera introducindola en un recipiente con una solucin saturada de sal. AbsorcinLa absorcin consiste en la remocin de iones y molculas presentes en la solucin, concentrndolos en la superficie de un medio adsorbente, mediante la accin de las fuerzas de interfaz. Este proceso se aplica en la remocin de olores y sabores, mediante la aplicacin de carbn activado en polvo.2.3 Transferencia de gases

Consiste en cambiar la concentracin de un gas que se encuentra incorporado en el agua mediante procesos de aereacin, desinfeccin y recarbonatacin. AereacinLa aereacin se efecta mediante cadas de agua en escaleras, cascadas, chorros y tambin aplicando el gas a la masa de agua mediante aspersin o burbujeo. Se usa en la remocin de hierro y manganeso, as como tambin de anhdrido carbnico, cido sulfhdrico y sustancias voltiles, para controlar la corrosin y olores. DesinfeccinConsiste en la aplicacin principalmente de gas cloro y ozono al agua tratada. RecarbonatacinConsiste en la aplicacin de anhdrido carbnico para bajar el pH del agua, normalmente despus del ablandamiento.2.4 Transferencia molecularEn el proceso de purificacin natural del agua. Las bacterias saprofitas degradan la materia orgnica y transforman sustancias complejas en material celular vivo o en sustancias ms simples y estables, incluidos los gases de descomposicin. Tambin los organismos fotosintticos convierten sustancias inorgnicas simples en material celular, utilizando la luz solar y el anhdrido carbnico producto de la actividad de las bacterias y, a la vez, generan el oxgeno necesario para la supervivencia de los microorganismos aerbicos presentes en el agua. Este tipo de transferencia se lleva a cabo en la filtracin, en la cual los mecanismos de remocin ms eficientes se deben a la actividad de los microorganismos.2.5 Otros procesos utilizadosAdems de los procesos de transferencia expuestos, tambin se utilizan en el tratamiento del agua para consumo humano la estabilizacin de solutos, la desalinizacin y la fluoruracin. Estabilizacin de solutosLa estabilizacin de solutos consiste en transformar un soluto objetable en una forma inocua, sin llegar a su remocin. Son ejemplos de este proceso la transformacin del anhdrido carbnico contenido en el agua en bicarbonato soluble mediante la adicin de cal o el pasar el agua a travs de lechos de mrmol. Tambin se puede citar la transformacin de cido sulfhdrico en sulfato. DesalinizacinProceso mediante el cual se remueve el exceso de cloruros en el agua,transformando las aguas salobres en dulces. Este proceso se puede realizarmediante destilacin, smosis inversa, etctera. FluoruracinAdicin de fluoruros al agua para evitar las caries dentales, principalmente en los nios menores de 5 aos.

6.5 COMPONENTES DE PLANTAS POTABILIZADORAScomponentes principalesIngreso del Agua Bruta.El agua bruta es bombeada a la planta mediante impulsin desde el lugar de su captacin y previo desbaste de la misma. Su ingreso a la planta potabilizadora UTAPse realiza en el floculador mecnico. Esta es la parte del equipo donde se adicionan los qumicos mediante bombas dosificadoras, y donde ocurre el mezclado de los mismos para favorecer la coagulacin y posterior floculacin de las materias coloidales presentes en el agua.Unidad de Sedimentacin de Alto rendimiento.La sedimentacin se realiza dentro de la cuba principal, los sedimentadores son desmontables, fabricados de placas de polister semi-rgidas con marco del mismo material, adosadas a la cuba con un sistema de sujecin de acero galvanizado.Sistema de Dosificacin de qumicos.La Dosificacin de qumicos para los diferentes tratamientos (Sulfato de Alumina, Polielectrolito, Cloro y Sustancias Alcalinizantes) se hace desde depsitos plsticos exteriores (opcionales), la mezclaes manual y la dosificacin por mediode bombas dosificadorasde 10 y 25 lts. ( 1 para cada qumico) con un consumo e 40w. Sistema de Filtracin

La filtracin rpida se lleva a cabo por un filtro vertical rpido de flujo descendente. El manto filtrantelo constituyenmultimedios de arenas, gravas y antracita. El compartimento de filtrado se halla a continuacin del sedimentador lamelar y el agua accede a l mediante canaletas que los comunican.Conjunto de vlvulas y tuberas.La planta cuenta con un sistema de vlvulas para: el control de la entrada del agua bruta, caudal salida de la unidad de filtrado del agua tratada, retrolavado de filtro, y extraccin y drenaje de lodos sedimentados.Limpieza y extraccin de lodos.Los lodos se extraen, del fondo de las tolvas existentes en los compartimentos, por gravedad. Existen vlvulas de accionamiento manual/automtico para realizar la operacin. Los caudales as sacados de la planta, confluyen en un colector comn de drenaje.Cuadro de Control y ManiobraEl cuadro elctrico contiene las protecciones elctricas, sealizacin, mando y control del proceso de la planta. Pueden ser escogidas diferentes configuraciones para el control de gestin de las plantas UTAP, de manera que los cuadros de mando pueden variar desde un control totalmente manual de la planta hasta su gestin atravs de un PLC, que permite ajustar los parmetros de operacin en funcin de las necesidades.

BIBLIOGRAFIA http://es.slideshare.net/LauraCano2001/las-plantas-potabilizadoras-laura-muoz http://ww2.educarchile.cl/UserFiles/P0001/File/la_quimica_del_agua.pdf http://www.transparenciamorelos.mx/sites/default/files/normas.oficiales.calidad.agua__0.pdf https://www.interempresas.net/FeriaVirtual/Catalogos_y_documentos/87264/Plantas_de_Tratamiento_de_Aguas.pdf http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358040/Contenido_en_linea_Diseno_de_Plantas_Potabilizadoras/leccin_11_procesos_unitarios_para_potabilizacin_de_agua.html http://www.tec.url.edu.gt/boletin/URL_08_ING02.pdf http://www.capa.gob.mx/cultura/pdfs/tratamiento.pdf