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AUTORIDADES DE LA UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR
AUTORIDADES DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
DECANO: MGTR. JOSE CARLOS RICARDO VELA SCHIPPERS
VICEDECANO: ING. CARLOS ENRIQUE GARCIA BICKFORD
SECRETARIA: MGTR. KAREN GABRIELA MORALES HERRERA
DIRECTOR DE CARRERA: DR. MARIO RENE SANTIZO CALDERON
NOMBRE DEL ASESOR DE TRABAJO DE GRADUACIÓN
MGTR. MYNOR MAURICIO ROMERO GARCIA
TERNA QUE PRACTICÓ LA EVALUACIÓN
MGTR. MIRIAM ESTELA CHAVEZ RAMIREZ
ING. ANNA MARGARITA RIOS GONZALEZ
ING. RYAN RENE RAMIREZ RODAS
RECTOR: P. ROLANDO ENRIQUE ALVARADO LÓPEZ, S. J. VICERRECTORA ACADÉMICA: DRA. MARTA LUCRECIA MÉNDEZ GONZÁLEZ DE PENEDO VICERRECTOR DE INVESTIGACIÓN Y
DR. CARLOS RAFAEL CABARRÚS PELLECER, S. J.
PROYECCIÓN: VICERRECTOR DE INTEGRACIÓN UNIVERSITARIA:
DR. EDUARDO VALDÉS BARRÍA, S. J.
VICERRECTOR LIC. ARIEL RIVERA IRÍAS ADMINISTRATIVO: SECRETARIA GENERAL: LIC. FABIOLA DE LA LUZ PADILLA BELTRANENA DE
LORENZANA
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DEDICATORIA
A Dios, Creador del universo y todas las ciencias, por darme la fuerza, la sabiduría y la voluntad de terminar mi carrera; y por poner en mi camino a las personas adecuadas para que alcanzar esta meta fuera posible. A mi familia. A mi papá Augusto Alvarez y a mi mamá Mariela Luna, quienes me apoyaron en cada paso del camino. Por sus regaños, por su apoyo en mis desvelos, por asistir a cada feria de ingeniería y por darme la motivación de perseguir una carrera tanto estudiantil como profesional. A mis hermanas, Paulina y Gabriela, quienes siempre me dieron ánimos e inspiración para hacer mejor las cosas, así como tranquilidad y risas en los momentos de mayor tensión. A mi amado esposo Ariel Natareno, quien siempre fue una inspiración para mí. Me demostró lo bella que es la vida y me dio razones para luchar y seguir adelante, me enseñó a superarme siempre y a no tener miedo, y que siempre se sale adelante con mucho valor y una buena actitud. A mis compañeros de promoción. A mis compañeros, colegas y amigos: Andrea, Cristy, Evelyn, Irene, Jessy, Tere, Chin, Christopher, Mario, Luis Carlos, Rafa y Jorge, con quienes compartí proyectos, sueños, ambiciones, frustraciones, alegrías y miedos. Les agradezco a todos por ayudarme no sólo a triunfar académicamente, sino también por ser parte en mi formación personal y en ayudarme a ser la mujer profesional que soy el día de hoy. Por enseñarme a vivir cada momento al máximo, y por siempre estar juntos para celebrar las victorias y apoyarnos en las derrotas. A todos muchas gracias, ya que sin ustedes, nada de esto hubiera sido posible.
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ÍNDICE GENERAL
I. RESUMEN EJECUTIVO 1
II. INTRODUCCIÓN 2
III. ANTECEDENTES 3
IV. MARCO TEÓRICO 6
1. Definición de Agua 6
2. Distribución de agua en la Tierra 7
3. Ciclo hidrológico o ciclo del agua 8
4. Importancia para la vida 10
5. Definición de agua potable 11
6. Normas guatemaltecas para la calidad del agua potable 12
7. Situación Guatemalteca 28
8. Tipos de tratamiento de agua 29
A. Cloración al breakpoint 31
B. Coagulación-Floculación 34
C. Decantación 39
D. Filtración 40
E. Afino con carbón activado 41
F. Desinfección 43
9. Cálculos y consideraciones necesarias para el diseño 47
A. Consumo medio diario (cmd) 47
B. Consumo máximo diario (CMD) 47
C. Consumo máximo por hora (CMH) 49
10. Diseño del desarenador 52
A. Criterios de Diseño 53
B. Dimensionamiento 58
11. Diseño del sedimentador 61
A. Criterios de diseño 62
B. Dimensionamiento 66
12. Diseño del filtro 67
A. Tipos de filtros 68
8
B. Consideraciones de diseño 73
C. Dimensionamiento 74
13. Desinfección (Cloración) 86
A. Consideraciones de diseño 88
B. Tipos de equipos de cloración y agentes cloradores 89
C. Evaluación de un desinfectante 91
D. Dosificadores de cloro 94
14. Problemas que pueden surgir durante la potabilización 102
A. Coagulación y floculación 102
B. Sedimentación y filtración 103
V. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 104
VI. OBJETIVOS 108
VII. ALCANCES Y LÍMITES 109
VIII. APORTE 110
IX. MÉTODO 111
X. GUÍA DE DISEÑO 114
XI. ANÁLISIS DE UNA COMUNIDAD Y EJEMPLO DE DISEÑO 117
1. Descripción: Aldea San José las Calderas, Amatitlán 117
2. Análisis realizado por el laboratorio de ConCalidad 118
3. Análisis realizado por el laboratorio de Controlab 120
4. Ejemplo de diseño 122
5. Resumen de Parámetros de diseño 130
XII. CONCLUSIONES 133
XIII. RECOMENDACIONES 134
XIV. FUENTES BIBLIOGRÁFICAS 135
XV. ANEXOS 138
1. Cuencas hidrográficas de la República de Guatemala 138
2. Clases y tipos de uso del Agua 139
3. Tarifas de uso del agua, por tipo de uso 140
4. Uso actual y potencial del agua en Guatemala (en millones de metros
cúbicos anuales) 140
9
5. Departamentos en orden de mayor proporción entre el total de casos de
enfermedades gastrointestinales reportadas con respecto al total de la
población 141
6. Precipitación promedio anual 142
7. Funciones de distintas entidades relacionadas con los recursos
hídricos 143
8. Guía de selección de procesos para una planta de filtración lenta 146
9. Valores de sedimentación 147
10. Velocidad de sedimentación 148
11. Curvas de comportamiento de sedimentación 149
12. Resistencia para corrientes en sedimentación 150
13. Densidad y viscosidad del agua a diferentes temperaturas 151
14. Resumen de criterios de diseño para un filtro dinámico grueso 152
15. Resumen de criterios de diseño para un filtro grueso ascendente 153
16. Información sobre vertederos de control y reblas de aforo 154
17. Dotaciones de agua recomendadas para la República de
Guatemala 156
18. Dotaciones de agua según sector nacional y clima 157
19. Enfermedades transmitidas por agua contaminada 157
20. Cotizaciones de equipos de parte de COMERRSA 158
21. Diagrama de planta sugerido para aguas que requieren coagulación y
floculación 159
22. Diagrama de planta sugerido, sistema de potabilización simple 159
23. Diagrama de planta sugerido, sistema de potabilización para agua
embotellada 160
24. Glosario 160
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ÍNDICE DE TABLAS
I. Distribución del agua en la tierra 8
II. Características físicas del agua potable. 13
III. Características químicas del agua potable 15
IV. Límites de sustancias tóxicas del agua potable. 19
V. Límites de sustancias biocidas del agua potable 20
VI. Límites de sustancias no deseadas del agua potable 23
VII. Límites de sustancias orgánicas con efectos sobre la salud del agua
potable 24
VIII. Límites de microorganismo del agua potable 26
IX. Procesos unitarios a realizar según tipo de contaminación 29
X. Procesos unitarios referidos a cada nivel de tratamiento 30
XI. Factor de día máximo para diferentes poblaciones 48
XII. Valores sugeridos para factor de día máximo 48
XIII. Valores de Factor hora máxima para distintas poblaciones 49
XIV. Valor recomendado de factor hora máximo 49
XV. Leyes aplicables según el diámetro de las partículas y la velocidad de
sedimentación 55
XVI. Niveles de tratamiento requeridos para una fuente de agua 68
XVII. Modelo para la selección de sistemas de tratamiento de agua por filtración en
múltiples etapas 72
XVIII. Tamaños recomendados para gránulo y espesor de capa, medio filtrante para
filtro grueso dinámico 74
XIX. Tipos de material y tamaños recomendados para grano y espesor de capa, lecho
de soporte para filtro grueso dinámico 75
XX. Granulometría y espesores de capas recomendados para un filtro grueso
ascendente 79
XXI. Granulometría y dimensiones recomendadas para un filtro lento de
arena 82
XXII. Guía para la elección del coeficiente Ct, para cálculo de tiempo de
11
Contacto 88
XXIII. Propiedades de los productos del cloro 90
XXIV. Sugerencias de uso de distintos tipos de dosificadores de cloro y productos de
cloro, en base a la población a servir 93
XXV. Cuadro comparativo entre los distintos dosificadores de cloro 100
XXVI. Resultados de análisis microbiológico, ConCalidad, Julio de 2010 118
XXVII. Resultados de análisis fisicoquímico, ConCalidad, Julio de 2010 119
XXVIII. Resultados de análisis fisicoquímico, Controlab, Marzo de 2011 120
XXIX. Resultados de análisis microbiológico, Controlab, Marzo de 2011 121
XXX. Espesores de capa y tamaño de grava, lecho filtrante para análisis de
comunidad 126
XXXI. Espesores de capa y tamaño de grava, lecho de soporte para análisis de
comunidad 126
XXXII. Parámetros de diseño para análisis de comunidad 130
XXXIII. Parámetros de diseño para análisis de comunidad. Detalle de dimensiones de
filtros. 131
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ÍNDICE DE FIGURAS
I. Distribución global del agua 7
II. Diagrama del ciclo hidrológico 10
III. Curva de ruptura en proceso de cloración 32
IV. Mecanismo de Coagulación-Floculación 35
V. Estructura molecular de los iones complejos de Aluminio en solución de
alumbre 36
VI. Probador de jarras automático analógico 39
VII. Diagrama de decantación primaria 40
VIII. Esquema de un filtro de arena 41
IX. Planta y corte longitudinal de un desarenador 52
X. Planta de un desarenador de 2 unidades en paralelo 53
XI. Planta de un desarenador de 1 unidad con canal by-pass 54
XII. Detalle de las paredes del vertedero 56
XIII. Sección parabólica de un vertedero Parshall 57
XIV. Planta y corte transversal de vertedero de Parshall 58
XV. Planta y corte longitudinal de un sedimentador 61
XVI. Corte transversal de la pared difusora de un sedimentador 64
XVII. Detalle frontal de una pared difusora, con la altura máxima y mínima de los
orificios permitidas. 65
XVIII. Etapas de filtración 67
XIX. Esquema isométrico de un filtro grueso dinámico 69
XX. Esquema isométrico de un filtro grueso ascendente en capas 70
XXI. Corte isométrico de un filtro grueso ascendente en serie 70
XXII. Corte isométrico de un filtro lento de arena 71
XXIII. Sugerencias de tratamiento de filtración según el tamaño relativo de las
partículas a remover 86
XXIV. Comportamiento del cloro y determinación del punto de ruptura al ser añadido al
agua. 87
XXV. Tanque con válvula flotador 94
13
XXVI. Tubo con orificio en flotador 95
XXVII. Sistema de desinfección vaso/botella 96
XXVIII. Esquema de un dosificador de diafragma 96
XXIX. Esquema de un dosificador de succión 97
XXX. Sistema de producción de cloro in situ para comunidades pequeñas 98
XXXI. Diagrama del funcionamiento de un clorador de pastillas 99
XXXII. Diagrama de flujo para la elección de tratamientos según la calidad del
agua 117
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I. RESUMEN EJECUTIVO
Durante toda la historia de la humanidad, el acceso al agua ha sido una necesidad
prioritaria. Es vital para el hombre el tener este recurso en la calidad y cantidad
adecuadas, según el uso para el que se necesite. En Guatemala, pese a que no hay
escasez de agua superficial ni subterránea, la falta de tratamiento de efluentes
domésticos e incluso industriales, llega a contaminar estas fuentes; provocando que
no sea apta para el consumo humano sin tratamiento previo.
En este trabajo de investigación, se detalla las normas guatemaltecas que definen
un agua como potable, así como los tratamientos requeridos según el tipo de
contaminante para potabilizar cualquier fuente, o descartar su uso. También se
expone la importancia del tratamiento de cada contaminante, y el daño a la salud del
consumidor que estos podrían presentar. Se presenta una guía genérica de
decisiones para el diseño de un proceso de potabilización para una comunidad rural
de escasos recursos económicos, ejemplificando con el caso de la Aldea San José
las Calderas, Amatitlán, Guatemala.
Se presentan, tanto en el marco teórico como en el ejemplo de diseño, las
consideraciones mínimas a tener para la elección o descarte de tratamientos, así
como para el dimensionamiento y requerimientos técnicos de los equipos. Por los
alcances de esta investigación, no se presenta una fase de implementación y
evaluación de resultados; pero se recomienda reevaluar el proceso una vez
implementado.
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II. INTRODUCCIÓN
En la mayoría de las comunidades del interior del país, existen deficiencias en la
administración de agua potable y de calidad para los consumidores. Generalmente no
cuentan con medios de tratamiento para sus fuentes hídricas, por lo que su consumo
causa enfermedades a corto y mediano plazo, y disminuye la calidad de vida de los
pobladores considerablemente.
En muchas ocasiones, no se tiene el conocimiento técnico para elegir las operaciones
unitarias requeridas para cada fuente en específico. Esto causa que los problemas de
contaminación no sean resueltos de manera efectiva, teniendo fallas en las operaciones
y maquinaria. Es fundamental, además, el cumplir con la normativa vigente para agua
potable en Guatemala, la Norma Guatemalteca Obligatoria 29001. En ella se describen
los niveles límite de medidas como características físicas, químicas y microbiológicas; y
establecen que una fuente puede ser considerada inutilizable o no tratable,
dependiendo de los parámetros que incumpla.
Con el fin de ayudar a las comunidades en desarrollo del país, a conocer las causas y
acciones a tomar para el tratamiento de sus aguas; en este trabajo de investigación se
presenta una guía práctica para la elección de los procesos requeridos según la calidad
del agua que se tenga. La misma se apoya en la NGO 29001, y bibliografía que expone
los criterios de diseño y distintos procesos de purificación que pueden utilizarse para tal
fin, así como alternativas económicas y de bajo mantenimiento.
Finalmente, se expone un ejemplo de diseño para la comunidad de la Aldea San José
las Calderas, de Amatitlán; donde se muestra el proceso a seguir, las decisiones y
cálculos necesarios para el diseño y dimensionamiento de un sistema de potabilización
que se ajuste a las necesidades de la población.
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III. ANTECEDENTES
En Guatemala: Instituto de Fomento Municipal y Unidad Ejecutora del Programa de
acueductos rurales, INFOM-UNEPAR (1997), en la Guía para abastecimientos de agua
potable a zonas rurales, apoya en la planificación y consideraciones generales para el
diseño de abastecimientos de agua potable para las zonas rurales, en el cual se toman
en cuenta los siguientes aspectos:
Investigación preliminar: que tiene como objetivo recabar la información básica
sobre la comunidad a la cual se le suministrara el servicio. Con el objeto de
determinar preliminarmente la factibilidad técnica y la necesidad de la obra.
Levantamientos topográficos: en esta se indicaran las líneas que unan las
fuentes de abastecimientos de agua seleccionadas con las poblaciones que
serán abastecidas.
La calidad y tratamiento del agua para el consumo humano: en el cual se indica
los límites mínimos de potabilidad, especialmente sobre las sustancias nocivas y
que se garantice la calidad bacteriológica de las aguas de abastecimiento, para
poder proporcionar agua sanitariamente segura.
La elaboración y presentación de proyectos: para cada comunidad que
finalmente haya sido seleccionada y trabajada para que se le construya un
sistema de abastecimiento de agua potable y saneamiento, se abrirá y
mantendrá actualizado un expediente que contenga todos los documentos desde
el inicio de la gestión.
Diseño: en esta sección se describen, los periodos de diseño, consumo de agua,
además de las partes de las que pueda contar un abastecimiento de agua, las
capacidades de diseño para las diferentes partes del sistema, tipos de servicio y
sistema de bombeo.
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Asimismo, Romero (2011) en su investigación Tratamientos utilizados en potabilización
de agua, expresa que el adecuado suministro de agua potable, tanto en cantidad como
calidad, ha sido un problema para el ser humano desde la antigüedad. Establece los
siguientes puntos:
El 45% de la población mundial carece de un acceso directo de agua potable, de
los cuales dos mil quinientos millones no cuentan con servicios de purificación
para el insumo.
Guatemala es un país cuya hidrografía lo hace un país muy rico en este recurso,
al grado de ser un potencial exportador. Sin embargo, la mala distribución y
planeación, y altos niveles de contaminación, causan que esta agua no sea apta
para el consumo humano y exista escasez y enfermedades endémicas.
La potabilización de agua se realiza mediante la eliminación de compuestos
volátiles, precipitación de impurezas con floculantes, filtración y desinfección. El
autor presenta brevemente diferentes métodos de potabilización, aplicándolos a
la realidad guatemalteca.
En otros países, el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria, CEPIS (2008), en su
presentación Información y capacitación en abastecimiento de agua y saneamiento de
bajo costo, contempla, la identificación y las etapas en el desarrollo de proyectos, los
cuales se citan a continuación:
Planificación previa a la inversión: el cual se divide en dos etapas, la
identificación, que consiste en crear conciencia de la necesidad de mejores
servicios y la asignación de responsabilidades de la planificación. La preparación
que consiste en informes tales como informe de identificación, pre factibilidad y
factibilidad.
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Aprobación: que es la evaluación económica del proyecto así como también de
la decisión sobre la inversión que se hará en el proyecto.
Construcción: que se refiere a la ejecución del proyecto, es decir la construcción
de las instalaciones y otras actividades de apoyo.
Operación: operación y mantenimiento de las instalaciones, así como también de
la provisión continua y eficiente de servicios.
Evaluación: control y registro de los resultados del proyecto y su funcionalidad,
además del uso de estos datos para proyectos futuros.
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IV. MARCO TEÓRICO
1. Definición de Agua
El agua es una sustancia cuya molécula primaria está formada por dos átomos de
hidrógeno y uno de oxígeno, siendo su fórmula química H2O (Park, C. 2007).
Generalmente se denomina como agua a la forma líquida de esta sustancia; como hielo
a la forma sólida; y vapor a la forma gaseosa. El agua cubre el 71% de la corteza
terrestres; distribuyéndose en un 96.5% en los océanos, el 1.74% en casquetes polares
y glaciares, un 1.72% en depósitos subterráneos (mantos acuíferos o freáticos), y
0.04% en lagos, humedad del sueldo, atmósfera, ríos, embalses y seres vivos.
El agua es líquida en condiciones de presión similares a 1 atmósfera, en un rango de
temperatura de 0 hasta 100°C, en presiones menores o altitudes elevadas el agua se
evapora a menores temperaturas. En pequeñas cantidades es una sustancia incolora,
pero en grandes acumulaciones tiende a parecer azul-verdosa. Debido a que el oxígeno
tiene una electronegatividad superior a la del hidrógeno, es una molécula polar, y
debido a la interacción de la polaridad y los puentes de hidrógeno, posee una alta
tensión superficial (American Chemical Society, 2006).
Es un disolvente poderoso, y considerado “el disolvente universal”. Es capaz de
solubilizar grandes cantidades y diversos tipos de sales minerales, azúcares, ácidos,
álcalis y gases. No es compatible con sustancias grasas, aceitosas o apolares. Es
miscible con sustancias orgánicas polares de bajo peso molecular, así como con el aire
atmosférico.
Puede clasificarse por su estado físico, según su posición en el ciclo del agua, por su
presentación como partículas en la atmósfera, según su circunstancia, su composición
o atributos químicos, o incluso su microbiología.
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El agua es parte muy importante para los procesos metabólicos de todas las formas de
vida conocidas, por lo que es esencial para la supervivencia, sin embargo, su facilidad
de mezclarse establemente con diversas sustancias puede causar daños a la salud del
organismo que la consume.
2. Distribución del agua en la Tierra
El agua en el planeta, distribuido en todas sus formas se llama hidrósfera. El agua
“salada”, presente en mares y océanos es alto en sales, no apto para el consumo
humano y de algunos animales, y constituye el 97% del total de la hidrósfera. El agua
“dulce”, con bajas concentraciones de sal, es únicamente un 3% de la hidrósfera, y sólo
el 1% se encuentra en estado líquido, el resto se encuentra en forma de casquetes
polares y glaciares (Perlman, H. 2013).
Figura I. Distribución Global del agua.
Fuente: United States Geological Survey (2013)
A continuación se presenta una tabla de la distribución del agua en el planeta en
volumen y porcentaje, haciendo énfasis en la cantidad de agua dulce disponible:
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Tabla I. Distribución del agua en la tierra.
Distribución del agua en la Tierra
Situación del agua
Volumen en km³ Porcentaje
Agua dulce Agua salada de agua
dulce
de agua
total
Océanos y mares - 1.338.000.000 - 96,5
Casquetes y glaciares polares 24.064.000 - 68,7 1,74
Agua subterránea salada - 12.870.000 - 0,94
Agua subterránea dulce 10.530.000 - 30,1 0,76
Glaciares continentales y
Permafrost 300.000 - 0,86 0,022
Lagos de agua dulce 91.000 - 0,26 0,007
Lagos de agua salada - 85.400 - 0,006
Humedad del suelo 16.500 - 0,05 0,001
Atmósfera 12.900 - 0,04 0,001
Embalses 11.470 - 0,03 0,0008
Ríos 2.120 - 0,006 0,0002
Agua biológica 1.120 - 0,003 0,0001
Total agua dulce 35.029.110 100 -
Total agua en la tierra 1.386.000.000 - 100
Fuente: United States Geology Survey (2013)
Físicamente, el agua viaja entre los diferentes estados de agregación de la materia, así
como de localización en el globo terrestre mediante el ciclo hidrológico.
3. Ciclo hidrológico o ciclo del agua
El ciclo del agua, también conocido como ciclo hidrológico, describe la presencia y
movimiento del agua en la tierra y sobre ella. Cambia constantemente de estado de
agregación. Este ciclo de cambios no se inicia en un lugar específico, pero por fines de
explicación se asume que comienza en los océanos.
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La luz solar es importante en el ciclo, calentando las capas superficiales del océano
causando evaporación del agua que viaja hacia el aire como vapor. Las corrientes
ascendentes de aire llevan el vapor a las capas superiores de la atmósfera, en donde
las bajas temperaturas causan que se condense y forme nubes. Las corrientes de aire
superiores, trasladan las nubes de un lugar a otro del globo terrestre, causando
colisiones entre ellas, crecimiento de las partículas del agua y su caída final como
precipitación, que dependiendo de la temperatura de la atmósfera baja puede ser lluvia,
granizo o nieve.
La nieve se acumula en las capas de hielo y glaciares. Sin embargo, cuando la nieve se
acumula en lugares más cálidos se funde cuando se eleva la temperatura al terminar el
invierno e iniciar la primavera. La nieve derretida se acumula sobre la superficie
terrestre y puede llegar a filtrarse a través de ésta. Parte de la precipitación no se
absorbe en la tierra sino que debido a la gravedad, corre sobre las depresiones del
terreno en donde forma ríos que transportan el líquido nuevamente a los océanos.
Existen corrientes superficiales y agua subterránea que se acumulan superficialmente
sin llegar a los océanos, se almacenan en los lagos de agua dulce.
El agua de lluvia que se infiltra en el suelo, permanece en las capas superiores del
mismo y vuelve a los cuerpos de agua dulce o a los océanos como descargas
subterráneas. Estos almacenamientos subterráneos se encuentran a poca profundidad,
por lo que las raíces de las plantas pueden absorberla para luego transpirarla a través
de la superficie de sus hojas cuando realizan sus procesos metabólicos; permitiendo
que regrese a la atmósfera.
Finalmente, otra parte del agua infiltrada alcanza capas más profundas del subsuelo y
recarga los mantos acuíferos, que funcionan como almacenamientos naturales de agua
dulce por períodos prolongados de tiempo. Estas reservas también conducen agua
lentamente hacia los océanos, donde podría decirse que el ciclo se cierra e inicia
nuevamente.
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Figura II. Diagrama del ciclo hidrológico.
Fuente: United States Geological Survey (2013)
Este continuo movimiento del agua provoca que esté en contacto con diferentes gases,
minerales y líquidos; y como se discutió con anterioridad, por sus propiedades
químicas; absorbe parte de estas sustancias que pueden ser benéficas, neutras o
dañinas para el consumo.
4. Importancia para la vida
El agua representa entre un 50-90% de los seres vivos, en los seres humanos suele ser
entre 65-75% (San Diego Natural History Museum). Ésta se distribuye en la sangre,
saliva, interior de las células, órganos, tejidos e incluso huesos. Es intermediario de la
mayoría de procesos metabólicos de los organismos vivos, y la falta de ella puede
causar fallas renales, cardíacas o incluso la muerte.
El agua y su ciclo son los causantes del clima y la proliferación de la vida, tanto animal
como vegetal; así como el mantenimiento de los ecosistemas. Está presente en los
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alimentos y bebidas, y si llegase a estar contaminada podría ser nocivo para el
consumo. Esto, sumado a la escasez del agua dulce disponible a nivel mundial, hace
primordial el cuidado de la misma y el tratamiento antes de su ingestión. Según estima
el banco mundial, el 45% de la población terrestre carece de un acceso directo a agua
apta para su consumo. Otras fuentes afirman que mil millones de personas no tienen
acceso a agua, mientras que otras dos mil quinientos millones no cuentan con servicios
de purificación adecuados (Romero, M. 2011).
5. Definición de Agua Potable
Se define como agua potable, o agua para consumo humano, al agua que puede ser
consumida sin restricción ya que se ha sometido a un proceso de purificación y no
representa riesgo alguno para la salud. El término aplica al agua que cumple con ciertas
normas de calidad que varían por las autoridades nacionales e internacionales
(Organización Mundial de la Salud, 2010).
Aunque las concentraciones exactas permitidas varíen según la legislación del lugar de
origen, en general se busca bajas concentraciones de minerales y gérmenes
patógenos; así como que la misma sea neutra en la escala de potencial de hidrógeno.
Generalmente los controles sobre el agua potable son más severos que los controles
aplicados a las aguas minerales embotelladas.
Debido al alto grado de industrialización de la agricultura, los pozos naturales suelen
ser ricos en minerales que pueden causar que el agua no sea apta para el consumo
humano. Estos pozos pueden llegar a ser contaminados también por industrias
petroleras, avícolas, químicas, alimenticias; o cualquier otra actividad humana que haga
que desechos sólidos o líquidos se transmitan a los mantos freáticos a través del lavado
de la lluvia.
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6. Normas guatemaltecas para la calidad del agua Potable
La calidad del agua se refiere a la combinación de características físicas, químicas,
biológicas y radiológicas que debe de cumplir un cuerpo o fuente de agua según la
normativa establecida para el país o región. Éstas determinan si la fuente es apta para
el consumo humano, puede serlo a través de tratamiento, o definitivamente no puede
utilizarse.
La calidad del agua varía según la región, el clima, la clase de rocas que cubre el suelo
y sobre todo por la proximidad de industrias o campos agrícolas. Como se mencionó
con anterioridad, para ser apta para el consumo humano, el agua debe estar libre de
organismos causantes de enfermedades, tener bajas concentraciones de materia
orgánica y mineral, y tener olor, color y sabor neutros.
A través del recorrido que sufre el agua en el ciclo hidrológico, la misma tiene
oportunidad de absorber contaminantes de varios orígenes. Es mandatorio el
determinar la calidad del agua a utilizar, mediante las pruebas de laboratorio
pertinentes, para determinar si el agua es apta para el consumo y si necesitara
tratamiento, qué factores hay que atacar. Los contaminantes en el agua se clasifican de
la siguiente manera:
1. Físicos: se relacionan a la calidad del agua para uso doméstico, y son
generalmente referentes a la apariencia del agua (color, claridad, temperatura,
sabor, olor, etc.)
2. Químicos: se puede observar las diferencias químicas de diferentes fuentes de
agua por las reacciones que causadas al utilizarlas. Tal es el caso de la
interacción de las aguas duras o blandas con detergentes.
3. Biológicos: de importancia para la salud pública, pueden ser importantes también
en la modificación de las características físico-químicas del agua.
4. Radiológicas: propiedades adquiridas por el contacto del agua con sustancias
reactivas o radioactivas.
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En Guatemala la calidad del agua potable está regida por la norma obligatoria
guatemalteca COGUANOR NGO 2900. Este conjunto de normativas fija los valores
permitidos para las características químicas, físicas y bacteriológicas para que la fuente
de agua sea considerada apta para el consumo humano o uso doméstico. A
continuación se define la terminología utilizada para establecer estos valores:
a) Límite máximo aceptable (LMA): Es el valor de la concentración de cualquier
característica hídrica, arriba del cual el agua se vuelve rechazable por los
consumidores desde un punto de vista sensorial, sin que éste implique un daño a
su salud.
b) Límite máximo permisible (LMP): Valor de la concentración de cualquier
característica hídrica, arriba del cual el agua no es apta para consumo humano.
Este valor suele ser menos estricto que el LMA (COGUANOR 29001, 2004).
A continuación se citan las características evaluables y sus límites, según la legislación
Guatemalteca, para que una fuente de agua sea considerada potable o apta para el
consumo humano. Norma obligatoria guatemalteca para Agua Potable NGO 29.001.98
1. Características físicas
a. Características sensoriales. Límite máximo aceptable (LMA) y límite
máximo permisible (LMP) que debe tener el agua potable
Para poder utilizar el agua, ésta deberá estar libre de impurezas que sean
ofensivas a la vista, gusto y olfato. Las características reguladas incluyen
turbiedad, color, sabor, olor y temperatura.
Tabla II. Características físicas del agua potable.
Características LMA LMP
Color (Unidades de color
en la escala de Platino-
Cobalto)
5.0 35.0
14
Características LMA LMP
Olor (organoléptico) No
rechazable
No
rechazable
Sabor (organoléptico) No
rechazable
No
rechazable
Turbiedad (Unidades
nefelométricas de
turbiedad, NTU)
5.0 15.0
Fuente: COGUANOR NGO 29001, 2004.
b. Definición de caracteres
Turbiedad
La presencia de materia flotante o en suspensión, como la arcilla,
algas y otras materias inorgánicas se define con el nombre de
turbiedad. Cuando excede las 5 unidades nefelométricas es visible
fácilmente y los consumidores rechazan el líquido por razones
estéticas. En general, la turbiedad no representa un daño al
consumidor, pero es necesario su tratamiento para que sea
aceptada por el público en general.
Color
Existen materias orgánicas en solución provenientes de
descomposición vegetal, así como materias inorgánicas metálicas
causantes de coloración en los cuerpos de agua. En algunas
ocasiones el color se debe a presencia de algas o crecimiento de
microorganismos acuáticos. En la misma línea que la turbiedad,
pese a que el color por sí mismo no es dañino para la salud
pública, su apariencia es rechazable por razones estéticas.
15
Sabor y olor
Materias extrañas como compuestos orgánicos, sales inorgánicas o
gases disueltos, pueden causar sabores y olores no deseados en el
agua. Esta contaminación puede provenir de fuentes domésticas,
agrícolas y/o naturales; y pueden ser indicadores de una
contaminación más seria.
Temperatura
Pese a que la temperatura no está regulada por la norma
guatemalteca, es recomendable el consumo de aguas “frías”, que
no tengan fluctuaciones en su temperatura de más de 5°C. Las
aguas superficiales y del subsuelo provenientes de zonas
montañosas cumplen con estos requisitos.
2. Características químicas del agua potable
Como se mencionó con anterioridad, el ciclo del agua afecta su calidad cuando
ella interactúa con otras corrientes, con el aire y con las rocas del suelo. En la
percolación del agua de lluvia hasta los mantos freáticos, se absorben minerales
contenidos en las capas precedentes a los mismos. Es por ello que las aguas
subterráneas tienden a presentar mayores concentraciones de minerales en
comparación con las aguas superficiales. A continuación, se detallan los
parámetros químicos regulados por la norma guatemalteca, así como su
importancia.
a. Substancias químicas con sus correspondientes límites máximos
aceptables y límites máximos permisibles
Tabla III. Características químicas del agua potable.
Características LMA LMP
Cloro Residual Libre (1)(2)
(mg/L)
0.5 1.0
16
Características LMA LMP
Cloruro (Cl-) (mg/L) 100.00 250.00
Conductividad (µS/cm) -- < 1500
Dureza total como CaCO3
(mg/L)
100.00 500.00
Potencial de hidrógeno (3) 7.0-7.5 6.5-8.5
Sólidos totales disueltos
(mg/L)
500.00 1000.00
Sulfato, SO4-2 (mg/L) 100.00 250.00
Temperatura (°C) 15.00 –
25.00
34.00
Aluminio, Al (mg/L) 0.050 0.100
Calcio, Ca (mg/L) 75.00 150.00
Cinc, Zn (mg/L) 3.00 70.00
Cobre, Cu (mg/L) 0.050 1.50
Magnesio, Mg (mg/L) 50.00 100.00
Fuente: COGUANOR NGO 29001, 2004.
(1) El límite máximo aceptable, seguro y deseable de cloro residual libre, en los
puntos más alejados del sistema de distribución es de 0.5 mg/L, después de por
lo menos 30 minutos de contacto, a un pH menor de 8.0, con el propósito de
reducir en un 99% la concentración de Escherichia coli y ciertos virus.
(2) En aquellas ocasiones en que amenacen o prevalezcan brotes de enfermedades
de origen hídrico, el residual de cloro puede mantenerse en un límite máximo
permisible de 2.0 mg/L, haciendo caso omiso de los olores y sabores en el agua
de consumo. Deben de tomarse medidas similares en los casos de interrupción o
bajas en la eficiencia de los tratamientos para potabilizar el agua.
(3) En unidades de pH
17
b. Definición de caracteres
Cloruros
La concentración de cloruros en agua dulce es causada por el
deslave de depósitos marinos sedimentarios, por polución con agua
marina, salmueras, o incluso desechos industriales y/o domésticos.
Potencial de Hidrógeno (pH)
Es una medida logarítmica de la concentración de iones hidrógeno
en el agua. De esta manera cuantifica el contenido ácido o alcalino.
Sus valores son adimensionales y oscilan desde 0 hasta 14, siendo
7 indicador de un agua o solución neutra. La determinación de pH
es importante ya que puede ser perjudicial para los equipos de
bombeo y transporte del agua, así como puede dificultar procesos
de purificación y desinfección.
Cobre
El cobre se encuentra en cuerpos de agua cercanos a zonas de
explotación minera. En pequeñas concentraciones no es
considerado como perjudicial para la salud, sin embargo da un
sabor desagradable al agua.
Sulfatos
Generalmente causado por el deslave de depósitos naturales de
sulfato de magnesio o sulfato de sodio, pueden causar daños en la
salud por efectos laxantes.
Zinc
También presente en zonas de explotación minera, no es
perjudicial para la salud pero confiere sabor metálico no deseado al
agua.
18
Sodio
Altas concentraciones de sodio pueden afectar a las personas con
afecciones cardíacas, circulatorias o renales. Es importante
destacar que la norma guatemalteca no ha establecido ni
recomendado un límite para este elemento.
Alcalinidad
La alcalinidad es el grupo de compuestos con propiedades básicas
o alcalinas, formado por bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos. Es
importante definir la proporción de estos tres, para poder
determinar un tratamiento adecuado.
Dureza
El término agua dura o agua blanda, son relativos y no existe una
concentración límite que defina diferencia entre ellas. Un agua dura
interfiere con la acción detergente en jabones y detergentes. Esto
es causado por su alta concentración de minerales que precipitan
las sales de los mismos. Estas sales se depositan en tuberías
causando incrustaciones, e incrementando la dificultad para su
calentamiento.
3. Límites de toxicidad
Las sustancias tóxicas en solución listadas a continuación son sumamente
importantes de analizar y cuantificar de manera precisa. Si alguna de ellas
excede la concentración permitida, el abastecimiento o fuente de agua NO puede
utilizarse.
19
a. Relación de las substancias inorgánicas con significado para la salud, con
sus respectivos límites máximos permisibles
Tabla IV. Límites de sustancias tóxicas del agua potable.
Substancia LMP, en miligramos por litro (mg/L)
Arsénico, As 0.010
Bario, Ba 0.700
Boro, B 0.300
Cadmio, Cd 0.003
Cianuro, CN- 0.070
Cromo, Cr 0.050
Mercurio, Hg 0.001
Plomo, Pb 0.010
Selenio, Se 0.010
Fuente: COGUANOR NGO 29001, 2004.
b. Definición de caracteres
Con excepción del cianuro, cuya acción es inmediata, las exposiciones
prolongadas a los elementos listados anteriormente son seriamente
perjudiciales para la salud. Causan enfermedades graves e incluso la
muerte, ya que aunque se mantengan concentraciones relativamente
bajas, actúan como venenos acumulativos.
20
4. Relación de las substancias biocidas con sus respectivos límites máximos
permisibles
a. Límites máximos permisibles de las substancias biocidas
Tabla V. Límites de sustancias biocidas del agua potable.
Compuestos LMP (en
µg/L)
Insecticidas órgano clorados
DDT + TDE + DDE 1.0
Hexaclorobenceno 1.0
Aldrin 0.0
Dieldrin 3.0
Heptacloro 0.0
Heptacloro epóxido 3.0
Lindano 0.2
Endrin 0.1
Metoxicloro 0.2
Clordano 0.2
Toxafeno 20
Pentaclorofenol 1.0
Dinoseb 7.0
Ácidos Fenoxi
2, 4-D 30
2, 4, 5-TP (silvex) 9
2, 4, 5-T 9
Mecoprop 10
Dicloroprop 100
MCPA 2
Dicamba 2
21
Compuestos LMP (en
µg/L)
Picloram 500
Dalapón 200
Endotal 100
Fumigantes
DBCP (1, 2-dibromuro-3,
3-cloropropano)
0.2
EBD (dibromuro de
etileno)
0.05
1, 2-dicloropropano 5.0
1, 3-dicloropropano 20
Triazinas
Atrazina 2
Simazina 2
Acetanilidas
Alaclor 2
Metolaclor 10
Propaclor 10
Butaclor 10
Carbamatos
Aldicarb 3
Sulfóxido de aldicarb 3
Sulfona de aldicarb 3
Carbofurán 5
Oxamil 200
Metomil 200
Bentazón 30
Molinato 6
Pendimetalina 20
22
Compuestos LMP (en
µg/L)
Isoproturón 9
Piretroides
Permetrina 20
Amidas
Propanil 20
Piridato 100
Triflualín 20
Diquat 20
Glifosfato 700
Di (2-etil-hexil adipato) 400
Benzopireno 0.2
Hexaclorociclopentadieno 50
Di (etil-hexil) ftalato 6
PCB’s 0.5
Órgano fosforados
Etil paratión 0
Leptofós 0
Diazinón 0.1
Dimetoato 0.1
De los restantes órgano-
fosforados
No más de
0.1 cada uno
Fuente: COGUANOR NGO 29001, 2004.
23
5. Substancias no deseadas.
a. Límites máximos permisibles de las substancias no deseadas
Tabla VI. Límites de sustancias no deseadas del agua potable.
Característica LMA, en
mg/L
LMP, en
mg/L
Fluoruro, F -- 1.700
Hierro total, Fe 0.100 1.000
Manganeso, Mn 0.050 0.500
Nitrato, NO3- -- 10
Nitrito, NO2- -- 1
Fuente: COGUANOR NGO 29001, 2004.
b. Definición de caracteres
Fluoruros
No enteramente perjudicial, los fluoruros pueden actuar en
beneficio de la salud dental de los consumidores, siempre y cuando
no excedan el límite máximo permisible y que su ocurrencia sea
natural.
Hierro
Causado por la transferencia del suelo al agua en el ciclo
hidrológico. Causa tinción no deseada a los tejidos naturales o
artificiales que se laven con agua que lo contiene, así como colores
no deseados en el líquido y sabor desagradable.
Manganeso
Se deben controlar los niveles de manganeso en el agua por
motivos estéticos, económicos y evitar el consumo o exposición
24
prolongada del consumidor a este elemento. Éste, al igual que el
hierro causa coloración no deseada en los tejidos y ropa.
Nitratos
Es causante de metamoglobinemia (conocida también como
enfermedad azul) a infantes que han consumido agua o alimentos
preparados con aguas altas en nitratos. Generalmente la presencia
de este elemento se da por infiltraciones de depósitos de estiércol
de ganado u otros animales.
6. Substancias orgánicas con significado para la salud
Tabla VII. Límites de sustancias orgánicas con efectos sobre la salud del agua potable.
Compuesto LMP, en
µg/L
Benceno 5
Cloruro de vinilo 2
Detergentes aniónicos 200
o-Diclorobenceno 600
p-Diclorobenceno 75
1,2-dicloroetano 5
1,1-dicloroetileno 7
Cis-1,2-dicloroetileno 70
Trans-1,2-dicloroetileno 100
1,2-dicloropropano 5
Estireno 100
Etilbenceno 700
Monoclorobenceno 100
Substancias fenólicas 2
Tetracloruro de carbono 5
25
Compuesto LMP, en
µg/L
Tetracloroetileno 5
Tolueno 1000
1,1,1-tricloroetano 200
Tricloroetileno 5
Xileno 10000
Fuente: COGUANOR NGO 29001, 2004.
7. Características bacteriológicas
El agua para uso doméstico y consumo humano debe estar libre de organismos
causantes de enfermedades. Estos incluyen bacterias, protozoarios (microbios) y
helmintos (lombrices). El mayor peligro que presenta el agua potable es su
posible contaminación por el drenaje con excremento animal o humano. El grupo
bacteriano coliforme reside con normalidad en el tracto intestinal del ser humano
y animales. En análisis microbiológico, los coliformes son indicadores de otros
microorganismos patógenos.
La norma COGUANOR NGO29001 establece límites para la concentración
media de bacterias coliformes en una serie de muestras de agua. En la norma se
describe los métodos de análisis así como los límites permitidos de coliformes
fecales en función de la cantidad de líquido y número de muestras a analizar.
Los exámenes microbiológicos indican la presencia o ausencia de contaminación
únicamente en la muestra tomada, que implica que refleja la calidad del agua en
el momento de la toma de muestra. Un resultado positivo puede ser causado
tanto por la contaminación del agua misma, o por la contaminación del analista,
toma-muestras o incluso el ambiente, por lo que es necesario ser cuidadoso en
esterilizar materiales y equipo.
26
Así mismo, una única muestra negativa no indica calidad impecable. Es
necesario realizar muestreos y vigilancia periódica para confirmar que la calidad
de la fuente no ha variado con el tiempo.
a. Límites máximos permisibles de microorganismos
Tabla VIII. Límites de microrganismo del agua potable.
Tipo Cantidad de Unidades
Formadoras de Colonias/100
ml muestra
Coliformes totales 1
Escherichia Coli Ausencia total
Fuente: COGUANOR NGO 29001, 2004.
b. Definición de caracteres
Grupo coliforme total
Son bacterias aeróbicas y anaeróbicas facultativos, Gram
negativos, no esporulados en forma de bacilo que fermenta la
lactosa con producción de ácido y gas a temperaturas óptimas de
35 ± 0.5°C en un periodo de 24-48 h; cuando se estudian mediante
el método de tubos múltiples de fermentación.
Para la determinación del grupo coliforme total empleando el
método de la membrana de filtración, se definirá como todos los
microorganismos que desarrollen una colonia rojiza con brillo
metálico dorado en el medio de cultivo endo, después de una
incubación de 24 horas a 35°C.
27
Grupo coliforme fecal
Son parte del grupo coliforme total, fermentan la lactosa con
producción de gas a 44 ± 0.2°C en un período de 24 ± 2 horas,
cuando se investigan por el método de tubos múltiples de
fermentación.
En el método de filtración de membrana se utiliza un medio de
lactosa enriquecido y una temperatura de incubación de 44.5 ± 0.2
°C en un período de 22-26 horas. Este grupo es designado como
termo-tolerante o termo-resistente.
Escherichia coli
Son del grupo de los coliformes fecales, que fermentan la lactosa y
otros sustratos como el manitol a 44°C con producción de gas, y
pueden producir también indol a partir de triptófano.
La confirmación de su presencia se logra mediante el resultado
positivo en la prueba con el indicador rojo de metilo, la
comprobación de la ausencia de síntesis de acetilmetilcarbinol y de
que no se utiliza el citrato como única fuente de carbón. La
Escherichia coli es el indicador más preciso de contaminación fecal.
c. Otros factores biológicos
Ciertas formas de vegetación o fauna microscópica propias de las aguas
naturales, pueden estimularse o retardarse en sus ciclos de crecimiento
por contaminantes físico-químicos o biológicos. Tal es el caso de las algas
que son estimuladas por la luz solar, el calor y la presencia de CO2 por
respiración animal o descomposición orgánica; y son inhibidas por
cambios en el pH del agua y por la presencia de ciertas especies
bacterianas.
28
Hay que procurar que la fuente de agua esté libre, en la medida de lo
posible, de cualquier actividad biológica. Esta puede minimizarse o incluso
evitarse si se realiza lo siguiente:
- Proteger el abastecimiento de contaminaciones por agentes biológicos.
- Disminución de la entrada de partículas fertilizantes, minerales u
orgánicas.
- Controlar la temperatura y la luz a la que se expone el almacenamiento
de agua.
- Proporcionar procesos de tratamiento que destruyan la vida biológica
y/o sus subproductos.
7. Situación Guatemalteca
En Guatemala el agua potable se abastece en un 70% de aguas superficiales para
áreas urbanas, y un 90% para áreas rurales; y el resto de los porcentajes se cubren con
reservas o pozos subterráneos. Pese a que estudios demuestran que se utiliza
aproximadamente el 1% del caudal superficial anual (Romero, M. 2011), existen zonas
focales en las que el recurso hídrico es deficiente, ya sea en cantidad o calidad.
De las 329 municipalidades del interior de la República, únicamente 15 cuentan con
tratamiento para la descarga de agua residual, el resto descarga sus efluentes sin
tratamiento. Esto causa que el agua contaminada se mezcle con agua fresca causando
que los abastecimientos de agua para consumo sean dañinos para los pobladores de la
región. Así mismo, las emisiones gaseosas o por combustión pueden contaminar las
nubes y posteriormente precipitarse para reingresar a ríos, lagos o reservas de agua.
La agricultura es la mayor causa de contaminación hídrica en Guatemala, tanto por la
dispersión y extensión de la misma.
29
Es por ello que las aguas de casi cualquier fuente en la República requieren tratamiento
para eliminar materia sólida, productos químicos, organismos no deseados entre otros.
Aunque a nivel nacional las fuentes de agua mantienen un perfil de contaminación
similar, es importante analizarlas cuantitativamente para determinar un tratamiento
efectivo y adecuado a las necesidades. El objetivo de la potabilización es garantizar que
el consumidor obtendrá agua que cumpla con los estándares de calidad dados por la
norma guatemalteca obligatoria.
8. Tipos de tratamiento de agua
El suministro de agua debe de garantizarse a las poblaciones en calidad y cantidad.
Usualmente, esta es extraída de ríos, que debido a su naturaleza de arrastre, lleva
consigo contaminantes importante como lo son el polvo, polen, bacterias,
microorganismos e incluso sólidos de mayor tamaño. De la misma forma, la cantidad y
tipo de contaminantes suele variar dependiendo del clima y la localización del cuerpo de
agua. Es por ello que la contaminación es inevitable, por lo que es vital el tratamiento
antes de su consumo.
Los tratamientos para potabilizar el agua pueden clasificarse de acuerdo a:
componentes o impurezas a eliminar; o, parámetros de calidad. Dependiendo del tipo
de contaminante a eliminar, se requieren distintas operaciones unitarias. A continuación
se presenta brevemente el tipo de proceso para eliminar contaminantes presentes en el
agua:
Tabla IX. Procesos unitarios a realizar según tipo de contaminación.
Tipo de contaminante Operación unitaria
Sólidos Gruesos Desbaste
Partículas coloidales Coagulación-floculación + decantación
Sólidos en suspensión Filtración
Materia orgánica Afino con carbón activado
Amoníaco Cloración al breakpoint
30
Tipo de contaminante Operación unitaria
Gérmenes patógenos Desinfección
Metales no deseados (Fe, Mn) Precipitación por oxidación
Sólidos disueltos (Cl-, Na+, K+) Ósmosis inversa
Fuente: FormaSelect, 2007
En países europeos, como España, se han creado niveles de tratamiento de aguas
superficiales para consumo humano. Estos están regidos por el Real Decreto 927/1988
– Reglamento de la administración pública del agua y de la planificación hidrológica
(Anexo 1). En él, cada nivel de tratamiento tiene parámetros a seguir más estrictos que
el anterior. Los grupos se definen a continuación, en conjunto con sus operaciones
unitarias:
Tabla X. Procesos unitarios referidos a cada nivel de tratamiento.
Grado de
Tratamiento
Composición del
Tratamiento Descripción
Tipo A1 Tratamiento físico simple
+ desinfección
Filtración rápida +
desinfección
Tipo A2
Tratamiento físico
normal + tratamiento
químico + desinfección
Pre-cloración +
coagulación-floculación
+ decantación +
filtración + desinfección
Tipo A3
Tratamiento físico y
químico intensos + afino
+ desinfección
Cloración al breakpoint
+ Coagulación-
floculación +
decantación + filtración
+ afino con carbón
activado + desinfección
Fuente: FormaSelect, 2007.
La norma guatemalteca, como se mencionó con anterioridad, cuenta con únicamente
dos niveles de tratamiento: el límite máximo aceptable y el límite máximo permisible. Es
31
importante recordar que para ciertos componentes especialmente peligrosos existe un
único nivel de tratamiento que cumplir según la legislación.
Con fines de ejemplificación, a continuación se definirán los procesos unitarios del
tratamiento más completo:
A. Cloración al breakpoint
La cloración de la fuente como paso inicial tiene como funciones la desinfección
y la oxidación. Con ello se logra eliminar el hierro, manganeso, sulfuros,
amoníaco, entre otras sustancias reductoras. Así como sabores no deseados,
color orgánico e impide el crecimiento de microorganismos que puedan afectar
negativamente los procesos de coagulación-floculación y filtración.
Estos beneficios se consiguen añadiendo cloro hasta que se agoten los sustratos
con los que puede reaccionar, y exista un exceso de cloro, denominado cloro
libre o breakpoint. El cloro puede adicionarse como hipoclorito de sodio o calcio,
en solución o en forma de tabletas sólidas. De cualquier forma, el hipoclorito se
disuelve para formar ácido hipocloroso (HOCl), un ácido débil que se disocia
parcialmente en solución.
La adición de cloro al agua implica muchas interacciones con la materia orgánica
o reductora presente, causando un comportamiento no lineal. La curva de
ruptura del cloro expresa la evolución de la reacción del cloro con la materia
presente. A continuación se describen las cuatro etapas de la curva:
o Primera: se caracteriza porque el aumento de la adición de cloro no
representa un aumento en el cloro disponible, ya que reacciona con las
sustancias reductoras presentes en el agua. Implica un consumo de cloro.
32
o Segunda: se caracteriza por la reacción del cloro con el amoníaco,
formando cloraminas; el ácido hipocloroso se combina con el amoníaco
causando un equilibrio. No hay consumo de cloro permanente.
o Tercera: todo el amoníaco presente ya está combinado, y si se añade más
cloro oxida el amoníaco y reduce el cloro. Las cantidades residuales de
cloramina disminuyen hasta un valor mínimo. Este punto se conoce como
“punto de ruptura” o “breakpoint”.
o Cuarta: no existen compuestos para oxidar y todo el cloro añadido se
encuentra en solución en forma de ácido hipocloroso. A esto se le conoce
como la base de la cloración residual libre.
Figura III. Curva de ruptura en proceso de cloración.
Fuente: FormaSelect, 2007.
Si el punto de ruptura de cierto cuerpo de agua es elevado, puede indicar que
existe una cantidad relativamente grande de sustancias que reaccionan con el
cloro, aumentando la formación de compuestos organoclorados que pueden
causar dificultades en el resto del tratamiento. De la misma forma, si el
breakpoint es bajo, significa que hay pocas probabilidades de manejar
compuestos halogenados más adelante.
33
A partir de la gráfica presentada en la Imagen III, se puede implementar dos tipos
de cloración (FormaSelect, 2007):
- Cloración residual combinada
Esta técnica consiste en aplicar el cloro en el agua, en conjunto con
amoníaco natural o añadido, y una cantidad definida de cloro residual
combinado disponible; con el fin de mantener este nivel residual en su
totalidad a lo largo del tratamiento y/o distribución del agua. Se
recomienda que para que sea efectivo en la eliminación de
microorganismos, la cantidad de cloro residual combinado disponible
debe ser por lo menos 25 veces mayor que la de cloro residual libre.
- Cloración residual simple
Esta técnica consiste en añadir cloro en el agua para obtener, ya sea
de forma directa o por destrucción del amoníaco, un cloro residual libre
disponible y mantener este nivel residual a lo largo de la distribución y
tratamiento del agua.
Así mismo, puede dosificarse el cloro en distintas partes del proceso de
potabilización, mediante el método de cloración residual simple, entre ellas:
- Cloración sencilla
Proceso en el que se aplica cloro a las aguas sin tratar y que no se
someterá a otro tratamiento. Se utiliza este sistema en plantas
pequeñas.
- Pre-cloración
Se aplica el cloro en el agua antes de someterla a cualquier otro
proceso en una planta de tratamiento de mayor tamaño y capacidad.
Este paso reduce la carga bacteriana y de algas, así como facilita la
coagulación o floculación más adelante. Así mismo, es un factor de
34
seguridad para el mantenimiento de los equipos de la planta cuando se
trata de una fuente con altos niveles de contaminación orgánica. La
desventaja que tiene este proceso es que puede generar
trihalometanos (THM) si tiene cargas orgánicas muy altas.
- Post-cloración
Se refiere a la adición de cloro cuando el agua ya ha sido sometida a
por lo menos una operación unitaria de tratamiento de potabilización.
Generalmente se realiza después de la filtración de sólidos, con el
propósito de desinfectar y proporcionar cloro residual (libre o
combinado), en el sistema de distribución.
- Re-cloración
Se aplica el cloro en el agua después de un proceso de cloración
previo, en uno o varios puntos del sistema de distribución. Es
recomendable cuando el sistema de distribución tiene tramos muy
largos en los que podría perderse el residual de cloro deseado, y evitar
la reaparición de algas y bacterias.
B. Coagulación-Floculación
Los coloides, sistemas o suspensiones coloidales son sistemas formados por
dos o más fases; generalmente una fluida y otra dispersa en forma de partículas
que se encuentra en menor proporción que tienden a adherirse entre sí para
formar coágulos. Son contaminantes que afectan las propiedades fisicoquímicas
de una fase líquida. En el caso del agua, alteran su apariencia, punto de
ebullición y pueden llegar a causar crecimiento de microorganismos no
deseados. (Domenech, X. y Peral, J., 2006)
En ríos y lagos las especies coloidales suelen ser arcilla, sílice, hierro y sólidos
orgánicos. Para ser eliminados es necesario la sedimentación forzada, ya que
35
parte de la naturaleza de las dispersiones coloidales es que son muy estables y
no tienden a sedimentarse por gravedad (FormaSelect, 2007). Es ampliamente
utilizado el proceso de clarificación mediante coagulación y/o floculación. Los
flóculos, son conjuntos de coloides aglutinados que forman partículas más
grandes y con mayor capacidad de sedimentación, se obtienen a partir de
tratamientos químicos, físicos o biológicos. (Domenech, X. y Peral J., 2006)
La coagulación y floculación promueven la adhesión de flóculos en partículas
más grandes que pueden ser separadas del líquido mediante filtración o
sedimentación. Se basan en la desestabilización causada por la compresión de
la doble capa eléctrica que rodea a las suspensiones coloidales. Esta
combinación de capas genera un potencial eléctrico alrededor de las partículas,
que evita el que otras se aglomeren a su alrededor.
Los coagulantes químicos son sales metálicas o poli electrólitos con carga
positiva, que desplazan los iones negativos y reducen el tamaño de la capa. A
esta desestabilización le sigue la floculación, que se logra mediante la agitación
del líquido a moderadas velocidades. Esto promueve la atracción entre partículas
coloidales causando su aglomeración y aumento de masa. Una velocidad muy
alta de agitación puede causar que los flóculos recién formados se rompan y
vuelvan a dispersarse.
Figura IV. Mecanismo de Coagulación-Floculación.
Fuente: FormaSelect, 2007
36
Los productos químicos utilizados para el proceso deben de dosificarse de
manera precisa, ya que una sub-dosificación impedirá una floculación eficiente,
mientras que una sobre-dosificación causará que los polímeros recubran
totalmente las partículas evitando que se unan entre sí. A continuación se listan y
describen brevemente los floculantes más utilizados para procesos de
potabilización:
- Sulfato de Aluminio, Al2(SO4)3
Es una sal ácida generalmente conocida como alumbre, que tiene
mayor eficacia cuando el líquido a tratar tiene un pH controlado entre
5.5-7.0, ya que en el proceso de hidrólisis esta sal produce protones.
Comercialmente se maneja en su forma hidratada Al2(SO4)3·18 H2O, y
puede presentarse en forma granular o líquida. En el agua a tratar, se
hidroliza formando iones complejos con la siguiente estructura
molecular:
Figura V. Estructura molecular de los iones complejos de Aluminio en
solución de alumbre.
Fuente: FormaSelect, 2007.
Este ion es el responsable de actuar sobre los coloides y
desestabilizarlos para promover su floculación. Pese a ser muy
efectivo, el uso de alumbre tiene las siguientes desventajas:
o Produce lodos voluminosos que necesitan tratamiento.
37
o Es necesario monitorear y controlar el pH del medio o pierde su
efectividad.
o Aumenta la carga de sólidos disueltos, que puede afectar
equipos más adelante en el proceso, como los suavizadores.
o El flóculo formado es inestable, y si llega a romperse no puede
formarse nuevamente.
- Poli electrólitos
Son polímeros orgánicos sintéticos, con monómeros que contienen
grupos ionizables capaces de adquirir carga eléctrica negativa o
positiva (FormaSelect, 2007). Se utilizan regularmente polímeros
catiónicos de bajo peso molecular. A continuación se listan sus
ventajas en comparación con el sulfato de aluminio:
o Reemplaza parcial o incluso totalmente al alumbre
o No altera el pH del agua y su efectividad no se ve afectada por
los cambios en éste.
o No se producen grandes volúmenes de lodos, simplificando su
tratamiento y disminuyendo el desgaste a equipos de filtración.
o Tiene mayor capacidad de penetración en los medios filtrantes,
por lo que la carrera de los filtros se alarga.
o El flóculo generado es más estable que el producido con sales
metálicas, lo que hace que soporte agitaciones más fuertes.
o Si se llegara a romper el flóculo, puede volver a formarse. Es un
proceso reversible.
- Cloruro Férrico, FeCl3
Es mayormente utilizado para aguas residuales y no para
potabilización del agua, ya que le confiere color al agua. Se
comercializa en forma líquida en soluciones del 37-47%. Se disocia en
38
solución, causando que el catión Fe3+ forme un complejo similar al del
alumbre. Posee las mismas desventajas de éste último.
- Sulfato ferroso y férrico, FeSO4·7 H2O y Fe2(SO4)3 ·3 H2O
Se aplican en forma sólida al agua a tratar, y siguen un mecanismo
análogo que el cloruro férrico.
La técnica por poli electrólitos es la más utilizada actualmente. Sin embargo, sin
importar el método a utilizar es necesario determinar la cantidad a aplicar del
coagulante elegido, y para ello el análisis más eficaz es la prueba de jarras.
La prueba de jarras determina el efecto de diferentes combinaciones de
concentración de coagulante y pH, permite la comparación de las diferentes
combinaciones bajo condiciones controladas. Posterior a las aplicaciones, se
mide la turbidez y el pH del agua clarificada sobrenadante en cada muestra
(Consorcio Agua Azul S. A., 2009). A continuación se describe el proceso de
dicha prueba:
1. Como primer paso se realiza el análisis con el agua bruta sin alterar el
pH. Se utiliza un gradiente de concentraciones de coagulante en, por lo
menos, 5 jarras o probetas. Se recomienda graficar la turbidez de la
muestra en relación con la concentración de coagulante utilizado, para
luego calcular la dosis óptima del mismo.
2. El siguiente paso es alterar el pH del agua bruta con la adición ya sea
de ácidos o bases. Se hace una escala de pH para las muestras,
generalmente de 5.5-8.5, con incrementos de 0.5 unidades. A cada
jarra o probeta debe de agregarse la cantidad óptima de coagulante
que se determinó en el ensayo anterior. De la misma forma, determinar
mediante una gráfica o relación matemática, el pH óptimo para el
funcionamiento del coagulante.
39
3. Finalmente, debe repetirse el procedimiento del primer ensayo, pero
esta vez debe de ajustarse el pH al óptimo calculado en el segundo
ensayo. Esto permite determinar la concentración exacta de
coagulante al pH óptimo.
Figura VI. Probador de jarras automático analógico.
Fuente: Consorcio Agua Azul S. A., 2009.
C. Decantación
Es un proceso de separación de un líquido de sólidos o de otro líquido de mayor
densidad, mediante el trasiego de una capa superior luego de que se sedimentó
la materia más pesada de la mezcla (Skoog, West, Holler y Crouch, 2009). El
proceso de decantación en el tratamiento de agua permite separar los sólidos en
suspensión y los flóculos formados en la etapa de coagulación-floculación. Los
decantadores se pueden clasificar como sigue:
- De flujo vertical
Se utilizan después de un proceso de floculación, en unidades de
contacto de sólidos o sistemas especiales. Se presentan en forma
circular o rectangular con fondo estrecho.
40
- De flujo horizontal
Se distribuye el caudal en tanques rectangulares con pantallas
reflectoras. El caudal fluye a velocidades bajas, permitiendo que por
gravedad se separen los componentes más pesados y se queden en el
fondo.
Figura VII. Diagrama de decantación primaria.
Fuente: Consorcio de Aguas, 2012.
D. Filtración
Siendo el último paso para la clarificación del agua. La filtración es una operación
unitaria que consiste en hacer pasa una fase que contiene materias en
suspensión a través de un medio poroso, que permita el paso de la fase móvil,
más no el de las materias de mayor tamaño (Warren, McCabe, Cleveland y
Harriot, 2007).
Los medios filtrantes más utilizados para la potabilización del agua son la arena y
la grava, aunque se pueden utilizar también lechos artificiales de plástico o
metal. El paso del agua por un filtro, permite retener los sólidos de mayor tamaño
al de los intersticios del mismo. Los filtros deben de tener mantenimientos
periódicos, ya que pueden llegar a saturarse causando pérdidas de presión y
reducción del caudal en el sistema de distribución. Este mantenimiento suele
llevar un paso de lavado con agua limpia o aire en contracorriente.
41
Figura VIII. Esquema de un filtro de arena.
Fuente: FormaSelect, 2007
Dependiendo de la calidad del agua que se desee, así como la capacidad de la
planta, existen diferentes tipos de filtros que pueden utilizarse. Se clasifican
según el tipo de fuerza que interviene en el proceso. Por su eficiencia y bajo
costo de operación, así como baja necesidad de mantenimiento, los más
utilizados son los filtros por gravedad.
Existen filtros por gravedad lentos, que se utilizan para aguas poco turbias que
no han necesitado coagulación previamente. Son de arena fina y la retención de
sólidos se da generalmente en la superficie del lecho. Los filtros por gravedad
rápidos, son los que se utilizan para aguas que necesitaron y sufrieron un
proceso de coagulación-floculación, generalmente tienen cierta presión ejercida
por medio de una bomba y existe retención de sólidos en las capas intermedias e
inferiores del lecho filtrante.
E. Afino con carbón activado
El agua para consumo humano debe estar libre de olor, color y sabores extraños.
Es por ello que al terminar la clarificación suele tratarse el líquido con adsorción
de carbón activado, que retiene materia orgánica responsable de estas
características indeseables. La adsorción es un fenómeno en el que una
42
partícula se adhiere físicamente a la superficie de otra sustancia, sin llegar a ser
parte del volumen de la misma (Skoog, West, Holler y Crouch, 2009).
El carbón activado es carbono puro químicamente, pero su estructura molecular
se encuentra en forma de placas grafíticas. Estas placas están separadas y
tienen distintas orientaciones, causando la formación de poros entre ellas. Es por
ello que el carbón activado tiene una gran área superficial, estimada para las
presentaciones comerciales entre 500-1500 m2/g (Skoog, West, Holler y Crouch,
2009). Estos poros pueden clasificarse como sigue:
- Poros de adsorción
Son espacios entre las placas que tienen una separación entre 1-5
veces el diámetro de la molécula a ser retenida. Las placas están lo
suficientemente cerca como para ejercer atracción sobre la moléculas
adsorbidas y retenerlas con mayor intensidad.
- Poros de transporte
Son de mayor tamaño que los poros de adsorción, y varían de tamaño
considerablemente. En estos poros, sólo una placa ejerce fuerza para
sostener el adsorbato, siendo insuficiente para retenerlo por completo.
Funcionan únicamente como caminos de difusión para que la molécula
llegue a un poro de adsorción.
Así como la eliminación de características organolépticas extrañas, el tratamiento
con carbón activado sirve también para eliminar el cloro libre residente en el
agua, así como el amoníaco. Este paso es necesario ya que el cloro libre
residual es tóxico para el ser humano, y aún en bajas concentraciones da mal
sabor y olor al agua, y puede llegar a interferir negativamente con procesos
industriales y equipos de distribución.
43
El método más común para la de-cloración del agua es la utilización de un lecho
fijo de carbón activado granular. Se hace circular el agua por un tanque cilíndrico
vertical con un lecho de carbón activado en granos, que promueve la
descomposición del hipocloruro a cloruro, mediante las siguientes reacciones:
HOCl + C* ↔ C*O + H+ + Cl-
2 HOCl + C* ↔ C*O2 + 2 H+ + 2 Cl-
Como se puede observar el carbono activado se oxida periódicamente, esto
significa que sus intersticios se ocupan y eventualmente se bloquean, perdiendo
participación en la reacción. Conforme este proceso continúa, se deteriora la
capacidad de adsorción y de-cloración del lecho. Generalmente un carbón activo
puede llegar a retener entre un 40-60% de su propio peso del contaminante, esto
si se cumple con la proporción de poros con el tamaño adecuado para la
molécula que se desea retener (FormaSelect, 2007).
F. Desinfección
Es siempre la etapa final de cualquier proceso de potabilización, sin embargo, si
la fuente de agua es muy limpia puede llegar a ser el único. Este paso tiene
como objetivo hacer el agua bebible desde el punto de vista microbiológico.
Existen tres tipos de desinfección:
a) Tratamientos físicos
Es la eliminación de coloides y de sólidos en suspensión. Se consigue con los
tratamientos realizados previamente de coagulación-floculación, decantación
y filtración. En este caso, los microorganismos a eliminar se incorporan a los
flóculos o son parte de las partículas sólidas. En este tipo de tratamiento se
incluye la aplicación de calor, sin embargo es poco usado dado su alto costo
y el hecho que le confiere un sabor poco agradable al agua por la eliminación
del oxígeno disuelto y sales.
44
b) Tratamientos químicos
Los agentes desinfectantes químicos más ampliamente utilizados para la
potabilización del agua son el cloro, el dióxido de cloro y el ozono. Se
describen brevemente a continuación:
- Cloro
Se aplica como cloro gaseoso (Cl2) o como hipoclorito de sodio. Es útil
porque oxida sustancias inorgánicas; es eficaz para eliminar algas,
bacterias y algunos virus; y promueve los procesos de coagulación-
floculación.
Además de estas ventajas, el uso de cloro es relativamente seguro. El
equipo necesario para su dosificación es sencillo; no requiere
generación del químico in situ, por lo que se puede almacenar y
trasladar; es altamente disponible comercialmente y es de bajo costo.
En su estado gaseoso, el cloro es un gas tóxico que afecta las
mucosas nasales y la respiración. Puede aplicarse a través de
difusores a presión, o por alimentación a vacío en solución. En
solución acuosa, el cloro gaseoso busca formar un compuesto más
estable por lo que forma hipoclorito mediante la siguiente reacción:
Cl2 + H2O ↔ HOCl + H+ + Cl-
En condiciones de pH mayor a 3 unidades y concentraciones menores
a 1.00 mg/L, el cloro libre en el agua es prácticamente inexistente
(FormaSelect, 2007). El cloro dosificado se encuentra en forma de
ácido hipocloroso, y el ion cloruro no interviene en la reacción ya que
no posee propiedades bactericidas. El ácido hipocloroso es altamente
45
estable, y el equilibrio de la reacción de disociación del hipoclorito al
ácido tiende a desplazarse hacia este compuesto.
A pesar de las ventajas que presenta la cloración, los problemas
derivados de la formación de compuestos halogenados en el agua ha
promovido la búsqueda de alternativas a este desinfectante. En
especial, si el agua a ser tratada tiene altas cargas orgánicas.
- Dióxido de cloro, ClO2
Es un gas relativamente inestable y potencialmente explosivo a
concentraciones mayores de 10% en volumen de aire. Es por ello, que
debe de generarse en el lugar de su aplicación. Su poder contra
bacterias y virus no se ve afectado por incremento de pH. Afecta a las
bacterias desestabilizando sus aminoácidos esenciales; y a los virus, la
tirosina (Lenntech, 2013).
Su ventaja en comparación del cloro es que no da lugar a la formación
de compuestos orgánicos clorados, cuando es aplicado en la fase de
pre-cloración. Su uso es más costo que la cloración simple, y deben de
monitorearse las concentraciones estrictamente, ya que intermediarios
de su reacción en altas concentraciones pueden causar daños a la
salud de los consumidores.
- Ozono, O3
Es una sustancia oxidante formada por tres átomos de oxígeno que
naturalmente no se encuentra a bajas altitudes de la atmósfera, a
menos que sea contaminante (Hidritec, 2011). La exposición al ozono
puede afectar a la salud e incluso a la vegetación. Sin embargo, se
utiliza en el tratamiento de agua potable ya que mejora sus
características organolépticas; eliminando compuestos inorgánicos,
metales y materiales orgánicos, reduciendo así mismo su turbidez.
46
La aplicación de ozono causa también el aumento en el tamaño de las
partículas en suspensión, mejorando los procesos de filtración y ahorro
en la dosificación de coagulantes. La oxidación de la materia orgánica
promueve que sea degradable, y como no se utiliza cloro, no existe
formación de compuestos halogenados.
Su poder desinfectante es superior a los del cloro y dióxido de cloro,
requiriendo para la misma temperatura y tiempo, una dosis 15 veces
menor a la del dióxido de cloro y 750 veces menor a la del cloro; para
poder desinfectar una misma muestra de agua contaminada
(FormaSelect, 2007).
Debido a su rara ocurrencia natural en bajas altitudes, debe generarse
in situ para su dosificación. Esto se realiza descargas eléctricas de
entre 15000 y 20000 volts a una corriente de oxígeno gaseoso (O2).
Debe tenerse precaución de no tener fugas en la generación ya que
puede afectar a la salud de los operarios. También es importante
recordar, que como el dióxido de cloro, su tiempo de residencia en el
agua es reducido por lo que podría ser necesaria una re-cloración más
adelante.
c) Radiación
Las radiaciones más utilizadas para la desinfección del agua son la
ultravioleta (UV), los rayos X y rayos gamma (γ). La más popular es la
radiación UV, en la cual se aplica a la corriente de agua una longitud de onda
cercana a los 254 nm (Unitek, 2013). Para que sea eficaz en la eliminación de
microorganismos, es importante que sean expuestos a la radiación de
manera directa. Por ello, el agua a ser tratada debe estar previamente
clarificada y sin colorantes.
47
Esta radiación tiene eficiencias de desinfección muy altas, con la ventaja que
no genera cambios organolépticos en el agua, ni problemas a la salud por
una posible sobredosis. Entre las desventajas se encuentran que: no ofrece
una protección residual, y la aplicación debe realizarse con tubos de vapor de
mercurio, cuyo costo de operación es elevado.
9. Cálculos y consideraciones necesarias para el diseño
Con el fin de dimensionar las estructuras, es necesario calculara el caudal apropiado, el
cual debe de tomar en cuenta las necesidades de la población y los costos de
construcción. Los caudales a utilizar en el diseño de una planta de agua potable son:
A. Consumo medio diario (cmd)
Es la cantidad de agua que consume una población durante un día, la cual se
obtiene como promedio de los consumos diarios en el período de un año. De no
contar con un registro, el consumo medio diario será producto de la dotación
apropiada, por el número de habitantes que se estime al final del período de
diseño. El caudal se expresa en litros por segundo.
B. Consumo máximo diario (CMD)
Este es el caudal que se utiliza en la línea de conducción. Es la demanda
máxima que se presenta en un día del año. A la falta de un registro, el consumo
máximo diario puede obtenerse mediante el producto entre el consumo medio
diario y el Factor de Día Máximo (FMD), cuyo valor está en función de la
población futura. Se calcula de la siguiente manera:
48
Recopilando el criterio de varios autores, se presenta a continuación los calores
de FMD recomendados
Tabla no XI. Factor de día máximo para diferentes poblaciones.
Tamaño de población futura Factor de día máximo
(FMD)
Menores de 1000 habitantes De 1.2 a 1.5
Mayores de 1000 habitantes 1.2
Fuente: INFOM 2013.
Las variaciones en el consumo de agua cambian con las estaciones del año, los
días de la semana e incluso las horas del día. Existen máximos durante el calor y
sequía del verano, cuando se consumen grandes volúmenes de agua para
refrescarse, regar siembras o jardines. Las variaciones del día a día reflejan la
actividad humana generalmente, se tienen descensos en el consumos los
domingos ya que las industrias suelen descansar y se tienen picos los días
lunes, en los que se tiende a hacer limpieza en hogares e industria. Mientras más
pequeña sea la comunidad, es más variable la demanda, por lo que se ha
establecido el siguiente valor sugerido para el factor máximo diario:
Tabla no XII. Valores sugeridos para factor de día máximo.
Relación Rango Normal
(FDM)
Promedio
(FDM)
Máxima
Diaria
De 1.2 a 2.0 1.5
Fuente: Fair, Geyer, Okun, 2011.
Si el consumo diario promedio se considera como el 100%, el uso para el día
máximo oscilará entre el 150 a 160%.
49
C. Consumo máximo por hora (CMH)
Es el caudal utilizado en el diseño de la red de distribución, así como el caudal
de agua tratada que la planta debe entregar. Es el consumo máximo de una hora
en el día en un período de un año. El consumo máximo horario se determina con
el producto del consumo máximo diario (CMD) y el Factor Hora Máximo (FHM).
Éste es función inversa del tamaño de la población futura, por lo tanto, cuando la
misma aumente, el factor disminuirá. El CMH se determina mediante la siguiente
ecuación:
A continuación se presentan los valores recomendados para el factor hora
máximo:
Tabla XIII. Valores de Factor hora máxima para distintas poblaciones.
Tamaño de población
futura
Factor hora máximo
(FHM)
Menores de 1000
habitantes
De 2.0 a 3.0
Mayores de 1000
habitantes
2.0
Fuente: INFOM, 2013.
Tabla XIV. Valor recomendado de factor hora máximo.
Relación Rango normal
(FHM)
Promedio
(FHM)
Máxima
horaria
De 2.0 a 3.0 2.5
Fuente: Fair, Geyer, Okun, 2011.
50
Si el consumo promedio diario se considera como 100%, la demanda para la
hora máxima oscilará entre el 250 y 300%.
Fuentes como INFOM y UNEPAR, recomiendan que el diseño de las tuberías de
distribución y de las plantas de tratamiento se realice tomando en cuenta el valor
máximo obtenido y criterios de uso simultáneo o instantáneo. Para ello se
recomienda el uso de las siguientes ecuaciones:
√
Siendo:
q = caudal de uso simultáneo no menor de 0.20 l/s
K = 0.15 para conexión predial
K = 0.25 para llena de cántaros
n = número de conexiones o viviendas futuras.
Valoración de los factores
Los picos del caudal horario dependen del tamaño de la población. En grandes
ciudades, las costumbres son muy heterogéneas, por lo que los períodos
máximos de consumo son más largos. Caso contrario, en comunidades
pequeñas donde se tienen picos horarios más cortos pero más intensos, ya que
las costumbres son más homogéneas.
Elección del tratamiento
Los análisis para la selección de un sistema de tratamiento de agua para
potabilización, deben basarse como mínimo, en los siguientes parámetros de
calidad:
- Escherichia Coli. Aunque se aceptan como alternativa la cuantificación de
bacterias coliformes fecales, ya que usualmente se reporta la E. Coli como
ausente o presente.
51
- Turbiedad.
En localidades donde se tenga evidencia o sospecha de sustancias nocivas,
metales pesados o pesticidas, deben de realizarse obligatoriamente los análisis
respectivos y evaluar si la fuente es apta para su tratamiento y posterior
consumo humano.
Como toda obra civil, la fase de diseño de una planta de tratamiento debe contar
con un análisis de riesgos y vulnerabilidad de la instalación hacia desastres
naturales y el entorno local, así como el riesgo o impacto que el sistema causará
a la población local.
- Análisis de riesgos
El diseño debe contemplar los riesgos que implican las amenazas de
fenómenos naturales frecuentes en la localidad, y otros predominantes
como lluvias, sequías, sismos, etc.
- Vulnerabilidad
De las estructuras y equipo hacia: inundaciones, períodos de sequía,
contaminación de la fuente, intensidad y magnitud de sismos, erosión, etc.
Finalmente es vital elegir los pasos de tratamiento a seguir para la fuente
específica. Puede darse el caso que una fuente de agua sea cristalina y baja en
minerales, y únicamente necesite desinfección. Así mismo, puede ser que la
fuente sea sumamente turbia y requiera múltiples etapas de clarificación antes de
su desinfección. En el anexo 8 se presenta una guía sencilla para escoger los
pasos del proceso para comunidades rurales, y basándose en los parámetros
básicos de evaluación.
52
Las unidades de tratamiento que deben de evaluarse para la planta son las
siguientes: Cribado, desarenado, sedimentación simple, prefiltración, filtración
lenta y desinfección.
En términos generales, suele omitirse las fases de cribado y desarenado en
comunidades con sistemas de distribución ya establecidos, ya que estos
dispositivos se colocan en la toma de agua de la fuente. Sin embargo, si la
calidad del agua lo requiere, no debe de omitirse el proceso de desarenado. A
continuación, se presentan los cálculos a seguir para las demás unidades:
10. Diseño del desarenador
La unidad de desarenado puede dividirse en cuatro partes o zonas, como
muestra la siguiente imagen
Figura IX. Planta y corte longitudinal de un desarenador.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
Zona de entrada: Tiene la función de conseguir una distribución uniforme de las
líneas de flujo dentro de la unidad, así como uniformizar la velocidad.
53
Zona de desarenación: Parte de la estructura en al cual se realiza la deposición
de partículas por efecto de la gravedad.
Zona de salida: Conformada por un vertedero de rebose diseñado para mantener
una velocidad que no altere el reposo de la arena sedimentada.
Zona de depósito y eliminación de la arena sedimentada: Se trata de una tolva
con pendiente mínima de 10% que permita el deslizamiento de la arena hacia el
canal de limpieza de los sedimentos.
A. Criterios de diseño
- El período de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos, debe
de ser de 8 a 16 años.
- El número de unidades mínimas en paralelos es de 2, para efectos de
mantenimiento. En caso de caudales pequeños y turbiedades bajas se podrá
contar con una sola unidad, que debe de contar con un canal de by-pass para
efectos de mantenimiento.
Figura X. Planta de un desarenador de 2 unidades en paralelo.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
54
Figura XI. Planta de un desarenador de 1 unidad con canal by-pass.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
- El período de operación es de 24 horas por día.
- Debe de existir una trancisión en la unión del canal o tubería de llegada al
desarenador, para asegurar la uniformidad de la velocidad en la zona de entrada.
- La trancisión debe de tener un ángulo de divergencia suave, no mayor de 12°30’.
- La velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser pequeña para causar
menor turbulencia y arrastre de material, se recomienda una velocidad de 1 m/s.
- La llegada del flujo de agua a la zona de transición no debe proyectarse en curva
pues produce velocidades altas en los lados de la cámara, causando turbulencia
y movimiento no deseado de la arena sedimentada.
- La relación largo/ancho debe oscilar entre 10 y 20.
- La sedimentación de arena fina (diámetro menor a 0.01 cm), debe efectuarse en
régimen laminar, con valores de número de Reynolds menores de 1.
55
- La sedimentación de arena gruesa se efectúa en régimen de transición con
valores de número de Reynolds entre 1.0 y 1000.
- La sedimentación de grava se efectúa en régimen turbulento. Requiere valores
de número de Reynolds mayores de 1000.
Tabla XV. Leyes aplicables según el diámetro de las partículas y la velocidad de sedimentación.
Material
Diámetro límite
de las partículas
(cm)
Número de
Reynolds
Velocidad de
sedimentación
(m/s)
Régimen del
flujo Ley aplicable
Grava >1.0 >10000 100 Turbulento
√ (
)
Newton
Arena
Gruesa
0.100
0.080
0.060
0.050
0.040
0.030
0.020
0.015
1000
600
180
27
17
10
4
2
10.0
8.3
6.4
5.3
4.2
3.2
2.1
1.5
Transición
(
)
⁄
[
( ⁄ ) ⁄]
Allen
Arena
fina
0.010
0.008
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0.8
0.5
0.24
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
0.8
0.6
0.4
0.3
0.2
0.13
0.06
0.015
Laminar
(
)
Stokes
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
- La descarga del flujo puede ser controlada a través de dispositivos como
vertederos (sutro) o canales Parshall (garganta).
56
o Si el flujo es controlado por un vertedero sutro se tiene la relación:
√ (
)
En donde:
a = Altura mínima (m)
b = Ancho de la base (m)
H =altura del agua (m)
Figura XII. Detalle de las paredes del vertedero.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
La forma de las paredes del vertedero está dada por la siguiente relación:
√
Una alternativa de cálculo para este tipo de vertedero es partiendo de la
ecuación:
⁄
En donde:
Q = Gasto sobre el vertedero (m3/seg)
57
l = Ancho del vertedero (m)
h = Carga sobre el vertedero (m)
o Si el flujo es controlado por un vertedero de garganta (Parshall), se tiene
la siguietne ecuación:
⁄
(
⁄
)
(
)
Siendo:
k = constante 1.85 (sistema métrico)
Q = Caudal (m3/seg)
Vh =Velocidad horizontal (m/seg)
Se determina la altura máxima (hmáx, en m), altura mínima (hmin, en m),
ancho máximo (wmáx, en m) y ancho mínimo (wmín, en m) para los caudales
máximo y mínimo y para un ancho de garganta “b”.
El corte transversal del canal debe ser parabólico o similar a esta forma:
Figura XIII. Sección parabólica de un vertedero Parshall.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
58
Figura XIV. Planta y corte transversal de vertedero de Parshall.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
B. Dimensionamiento
- Se determina la velocidad de sedimentación de acuerdo a los criterios indicados
anteriormente en relación a los diámetros de las partículas, teniendo como
primera aproximación la ley de Stokes:
(
)
En donde
Vs = Velocidad de sedimentación (cm/seg)
d = Diámetro de la partícula (cm)
η =Viscocidad cinemática del agua (cm2/seg)
ρs = Densidad de la arena
- Al disminuir la temperatura aumenta la viscocidad afectando la velocidad de
sedimentación de las partículas. Las aguas frías retienen sedimentos por
períodos más largos de tiempo, en comparación con aguas más caliente.
59
Verificar anexo 13 para una aproximación de viscosidad del agua en función de
su temperatura.
- Debe de comprobarse el número de Reynolds del flujo. Utilizando la siguiente
expresión:
- En el caso de que el número de Reynolds no cumpla para la aplicación de la ley
de Stokes (Re<0.5), debe realizarse un ajuste al valor de Vs considerando la
sedimentación de la partícula en régimen de transición, mediante el término del
diámetro y la velocidad de sedimentación del gráfico presentado en el anexo 9.
- Se determina el coeficiente de arrastre (CD), con el valor del número de
Reynolds a partir del nuevo valor de Vs hallado, utilizando la siguiente expresión:
√
- Luego, se determina la velocidad de sedimentación de la partícula en la zona de
transición mediante la siguiente ecuación:
-
√
( )
- De manera alterna, puede también calcularse la determinación de la velocidad
de sedimentación utilizando el gráfico en el anexo 10.
- Se realiza un ajuste tomando en cuenta el tiempo de retención teórico del agua
respecto al práctico, llamado coeficiente de seguridad, mediante el gráfico en el
anexo 11. Con ello se tiene lo siguiente:
60
- Se determina la velocidad límite, tambien llamada velocidad de desplazamiento,
a la cual el material sedimentado vuelve a suspenderse, mediante la siguiente
expresión:
√
( )
En donde:
k = factor de forma, 0.04 para arenas unigranulares no adheribles.
Vd = Velocidad de desplazamiento (cm/seg)
f = Factor de rugosidad de la cámara, puede estimarse mediante el gráfico del
anexo 11.
- Luego se determina la velocidad horizontal, mediante la ecuación:
- Se verifica que la relación Vd > Vh, que asegura que no se producirá
resuspensión del sólido sedimentado.
- Se verifica que las dimensiones de ancho, largo y profundidad sean de tal forma
que cumplan las relaciones determinadas en los criterios de diseño mencionadas
anteriormente.
- La longitud de la transición de ingreso se determina mediante la expresión:
61
Siendo:
θ = ángulo de divergencia (12°30’)
B = ancho del sedimentador (m)
b = Ancho del canal de llegada a la transición (m)
11. Diseño del sedimentador
La unidad de sedimentación puede dividirse en cuatro partes o zonas, como se
muestra en el diagrama:
Figura XV. Planta y corte longitudinal de un sedimentador.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
Zona de entrada: Estructura hidráulica de transición que permite una distribución
uniforme del flujo dentro del sedimentador.
Zona de sedimentación: Consta de un canal rectangular con volumen, longitud y
condiciones de flujo adecuados para que sedimenten las partículas. La dirección
del flujo es horizontal y la velocidad es la misma en todos los puntos del mismo.
62
Zona de salida: Consta de un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que
recolectan el efluente sin perturbar la sedimentación de las partículas
despositadas.
Zona de recolección de lodos: Formada por una tolva con capacidad para
depositar los lodos sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación
periódica.
A. Criterios del diseño
- El período de diseño, es de 8 a 16 años, tomando en cuenta criterios
económicos y técnicos.
- El número de unidades mínimas en paralelo es de dos, para efectos de
mantenimiento.
- El período de operación es de 24 horas por día.
- El tiempo de retención oscila entre 2 y 6 horas.
- La carga superficial estará entre los valores de 2 a 10 m3/m2/día
- La profundidad del sedimentador oscila entre 1.5 y 2.5 m.
- La relación largo/ancho oscila entre 3 y 6.
- La relación largo/profundidad oscila entre 5 y 20.
- El fondo de la unidad debe de tener una pendiente entre 5 y 10° para facilitar el
deslizamiento del sedimento.
63
- La velocidad en los orificios no debe ser mayor a 0.15 m/s, para evitar
perturbaciones dentro de la zona de sedimentación.
- Se deben de aboquillar los orificios en un ángulo de 15° en el sentido del flujo.
- La descarga de lodos debe ubicarse en el primer tercio de la unidad, ya que el
80% del volumen de los mismos se deposita en esta zona.
- Se debe efectuar experimentalmente la determinación de volumen máximo a
producir.
- El caudal por metro lineal de recolección en la zona de salida debe ser igual o
inferior a 3 l/s.
- Se debe guardar la relación entre las velocidades de flujo, y las dimensiones de
largo y altura.
- La sección de la compuestra de evacuación de lodos (A2) debe mantener la
siguiente relación. Donde t es el tiempo de vaciado.
√
- La ubicación de la pantalla difusora debe ser entre 0.7 a 1.0 m de distancia de la
pared de entrada.
64
Figura XVI. Corte transversal de la pared difusora de un sedimentador.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
- Los orificios más altos de la pared difusora deben estar a 1/5 o 1/6 de la altura
(H) a partir de la superficie del agua. Y los más bajos entre 1/4 y 1/5 de la altura
(H) a partir de la superficie del fondo.
65
Figura XVII. Detalle frontal de una pared difusora, con la altura máxima y mínima de los
orificios permitidas.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
66
B. Dimensionamiento
- Determinar el área superficial de la unidad (As), que es el área superficial de la
zona de sedimentación, de acuerdo a la relación siguiente:
En donde:
Vs = Velocidad de sedimentación (m/seg)
Q = Caudal de diseño (m3/seg)
- Determinar las dimensiones de largo (L, en m), ancho (B, en m) y altura (h, en m)
de manera tal que se cumplan las relaciones o criterios mencionados
anteriormente. Considerando el espaciamiento entre la entrada y la cortina o
pared de distribución de flujo.
- Determinar la velocidad horizontal (VH, en m/s) de la unidad mediante la
ecuación:
En la cual deben de cumplirse las relaciones mencionadas anteriormente.
- Determinar el tiempo de retención (To, en horas), mediante la relación:
- Determinar el número de orificios cumpliendo con los criterios de diseño,
mediante la siguiente expresión:
67
Siendo:
Vo = Velocidad en los orificios (m/seg)
Q = caudal de diseño (m3/s)
Ao = área total de orificios (m2)
En donde:
ao = área de cada orificio
n = número de orificios
12. Diseño del filtro
La filtración de múltiples etapas puede resumirse en dos fases, la separación de
material grueso, y la remoción gradual de materia fina y microorganismos. En un
filtro, el agua cruda pasa por material adsorbente o barreras físicas que permiten
el paso de partículas más pequeñas conforme avanzan en el sistema. El
producto final es un agua clarificada, baja en sólidos y microorganismos, que
necesita únicamente una desinfección simple para poder cumplir con los
parámetros del agua potable.
Figura XVIII. Etapas de filtración.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
68
El tipo de filtro, e incluso las dimensiones del mismo dependen del nivel de
calidad del agua. A continuación se presenta un rango de niveles de tratamiento
basándose en tres parámetros básicos: turbiedad, coliformes fecales y color real
en unidades de Platino-Cobalto.
Tabla XVI. Niveles de tratamiento requeridos para una fuente de agua.
Rango Nivel Promedio
Bajo
Turbiedad ˂ 10 UNT
Coliformes fecales < 500 UFC/100 ml
Color real < 20 UPC
Intermedio
Turbiedad 10 – 20 UNT
Coliformes fecales 500 – 10000 UFC/100 ml
Color real 20 – 30 UPC
Alto
Turbiedad 20 – 70 UNT
Coliformes fecales 10000 – 20000 UFC/100 ml
Color real 30 – 40 UPC
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
Es importante recordar, que si se tiene evidencia o sospecha de metales
pesados o sustancias nocivas, deben de exigirse lo análisis respectivos.
A. Tipos de filtros
A continuación, se definen distintos tipos de filtros que pueden utilizarse solos, o
combinados para crear el sistema de tratamiento adecuado:
i. Filtración Gruesa Dinámica (FGDi)
Los filtros dinámicos son tanques que contienen una capa delgada de grava fina,
comprendida entre 6 y 13 mm, en la superficie. Esta se coloca sobre un lecho de
69
grava más grueso, que varía entre 13 y 25 mm y un sistema de drenaje en el
fondo.
Este tipo de unidades son utilizadas para reducir los extremos de los picos de
turbiedad y proteger de esta manera la planta de tratamiento ante altas cargas
de sólidos, transportados por la fuente durante un tiempo limitado. Cuando la
fuetne transporta elevados niveles de sólidos fácilmente sedimentables, estos se
depositan en la superficie del lecho de grava, saturándolo rápidamente y
evitando el paso del agua total o parcialmente. A continuación, un esquema de
un filtro grueso dinámico:
Figura XIX. Esquema isométrico de un filtro grueso dinámico.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
ii. Filtración Gruesa (FG)
Los filtros gruesos de grava pueden ser de flujo horizontal o vertical. Consisten
de un compartimiento principal donde se ubica un lecho filtrante de graca. El
tamaño de los gránulos de grava disminuye conforme a la dirección del flujo. En
el caso de un filtro de flujo ascendente, se tiene un sistema de tuberías ubicado
en el fondo de la estructura, que permite distribuir el flujo de agua en forma
uniforme dentro del filtro.
70
Conforme funciona el filtro, los intersticios del mismo se saturan con las
partículas retenidas del agua, por lo que requiere limpiezas periódicas
controladas, para evitar taponamientos. El filtro grueso ascendente puede
presentarse en capas o en serie, ambas opciones se esquematizan a
continuación:
Figura XX. Esquema isométrico de un filtro grueso ascendente en capas.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
Figura XXI. Corte isométrico de un filtro grueso ascendente en serie.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
71
iii. Filtración Lenta en Arena (FLA)
El tratamiento del agua en un filtro lento de arena, se compone de varios
mecanismos biológicos y físicos que interactúan para mejorar la calidad
fisicoquímica y microbiológica del agua. El sistema se compone de un lecho de
arena fina, colocado sobre una capa de grava que constituye el soporte de la
arena. La capa de grava se coloca sobre unn sistema de tuberías perforadas que
recolectan el agua filtrada. El flujo es descendente, con una velocidad de
filtración baja que usualmente se regula en el ingreso al sistema. Se muestra un
esquema a continuación:
Figura XXII. Corte isométrico de un filtro lento de arena.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
En donde:
a. Válvula para controla entrada de agua pretaratada y regular velocidad de
filtración.
b. Dispositivo para drenar capa de agua sobrenadante
c. Conexión para llenar lecho filtrante con agua limpia
d. Válvula para drenar lecho filtrante
e. Válvula para desechar agua tratada
72
f. Válvula para suministrar agua tratada al depósito de agua limpia
g. Vertedero de entrada
h. Indicador calibrado de flujo
i. Vertedero de salida
j. Vertedero de excesos
k. Cámara de entrada a FLA
l. Ventana de acceso a FLA
Para escoger el filtro adecuado a la calidad del agua, se presenta la siguiente
tabla como guía
Tabla XVII. Modelo para la selección de sistema de tratamiento de agua por filtración en
múltiples etapas.
Turbiedad
(UNT)
< 10 10 – 20 20 – 50 50 – 70*
Color real
(UPC)
< 20 20 – 30 30 – 40 30 – 40*
Coliformes
Fecales
(UFC/100 ml)
< 500 Sin FGA FGAC0.6 FGAC0.45 FGAS30.3
500 – 10000 FGAC0.6 FGAC0.6 FGAC0.45 FGAS30.3
10000 –
20000*
FGAC0.45 FGAC0.45 FGAC0.45 FGAS30.3
*Para valores superiores a 70 UNT, 20000 UFC/100 ml o 40 UPC, se recomienda estudio
especializado en planta piloto.
Subíndice indica la velocidad de filtración recomendada en m/h.
Todas las opciones incluyen Filtración gruesa dinámica a 2.0 m/h (FiGD2.0) y Filtración lenta en
arena a 0.15 m/h (FLA0.15).
Niveles de tratamiento
Requerido
Bajo
Medio
Alto
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
73
B. Consideraciones de diseño
- Se recomienda un período de diseño para las instalaciones entre 8 y 12 años,
que puede variar con el crecimiento de la población de la localidad.
- Las unidades deben diseñarse para un período de operación de 24/día.
- Se recomiendan 2 unidades en paralelo como mínimo, para alternarlas cuando
necesiten mantenimiento o lavado.
- Las unidades en la planta de tratamiento se diseñarán para el caudal máximo
diario.
A continuación se presenta un esquema que puede servir como guía para la
elección de un proceso de filtración:
Figura XXIII. Sugerencias de tratamiento de filtración según el tamaño relativo de las
partículas a remover.
Fuente: Ecolab®
74
C. Dimensionamiento
A continuación se presentan los requisitos a cumplir y el método de
dimensionamiento para cada tipo de filtro.
i. Filtro grueso dinámico
Los elementos que constituyen un filtro grueso dinámico son:
a) Cámara de filtración
Las dimensiones del ancho de la unidad se encuentran condicionadas por el
caudal disponible para el lavado superficial y la velocidad superficial del flujo.
La cámara debe tener la capacidad suficiente para contener el sistema de
drenaje, el lecho filtrante y la altura de agua sobre el lecho (carga hidráulica).
El borde libre debe tener como mínimo 0.2 m de altura.
La razón largo/ancho de la cámara debe ser entre 3:1 y 6:1, con un valor
recomendado de 5:1.
b) Lecho filtrante y de soporte
Para el lecho filtrante se recomienda la siguiente granulometría y espesor de
capas:
Tabla XVIII. Tamaños recomendados para gránulo y espesor de capa, medio filtrante
para filtro grueso dinámico.
Posición en la unidad Espesor de la capa (m) Tamaño de grava (mm)
Superior 0.20 3.0 – 6.0
Intermedio 0.20 6.0 – 13.0
Inferior, fondo 0.20 13.0 – 25.0
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
75
Para el lecho de soporte se recomiendan las siguientes características:
Tabla XIX. Tipos de material y tamaños recomendados para grano y espesor de
capa, lecho de soporte para filtro grueso dinámico.
Capa Tipo Diámetro de la partícula
(mm)
Espesor de la capa
(mm)
Superior Arena
gruesa 1 – 2 50
Segunda Grava fina 2 – 5 50
Tercera Grava 5 – 10 50
Inferior Grava
gruesa 10 – 25 150
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
La velocidad de filtración debe oscilar entre 2.0 y 3.0 m/h, dependiendo de la
calidad del agua cruda. Mientras más contaminada se encuentre la fuente,
menor debe de ser la velocidad de filtración.
c) Estructuras de entrada y salida
La estructura de entrada es una cámara para la remoción de material grueso
y una cámara de disipación. El agua ingresa por una tubería ala cámera que
contiene un vertedero de excesos y una reglilla de aforo, donde se remueve
el material grueso. Luego ingresa a una cámara de disipación por medio de
un vertedero de entrada.
La estructura de salida está compuesta por una tubería perforada ubicada en
la parte infierior del lecho filtrante. Cumple la función de drenaje y recolección
de agua filtrada.
76
d) Sistema de drenaje y cámara de lavado
El sistema de drenaje es una tubería perforada que recolecta el agua filtrada
y es regulado por válvulas.
Las cámaras de lavado deben ser amplias, seguras y de fácil acceso, sus
dimensiones deben facilitar el desplazamiento y disponibilidad de maniobrar
del operador. Se recomiendan áreas superficiales entre 3 y 5 m2 con
profundidades entre 0.20 y 0.40 m. La cámara debe ser abastecida con agua
gruda para facilitar el mantenimiento eventual del filtro. El conducto de
desagüe debe ser calculado para evacual el caudal máximo de lavado y
evitar sedimentación en su interior.
La velocidad superficial de lavado (Vs) puede variar entre 0.15 y 0.3 m/s,
dependiendo del tipo de material predominante en el agua cruda. Mientras
más pequeña sea la maetria a eliminar se debe de aumentar la velocidad,
oscilando entre 0.15 y 0.3 m/s.
e) Accesorios de regulación y control
La altura del vertedero de salida, medido a partir del lecho superficial de
grava fina debe ser entre 0.03 y 0.05 m.
Para este tipo de filtro, deben de calcularse las siguientes dimensiones:
a) Número de filtros (N)
Se consideran como mínimo 2 unidades para efectos de mantenimiento o
reparación.
77
b) Área total del filtro (At)
El área total del filtro se puede obtener del caudal de agua en m3/h y de la
tasa de filtración, de la siguiente forma:
En donde:
Área total del filtro: se expresa en m2
Caudal total del filtro: se expresa en m3/h
Tasa de filtración: se expresa en m3/m2/h
c) Área del filtro de cada unidad (Af)
( )
( )
d) Caudal del filtro (Qf)
( )
( )
e) Caudal total (Qt)
( )
En donde:
QMD = caudal máximo diario
R = razón de flujo
f) Caudal de diseño (Qd)
( )
( )
78
g) Caja de filtro
Debe de mantener una relación largo/ancho tal que:
En donde:
( ⁄ )
El valor de la caja de recuperación de arena, que debe ser 30% de la longitud
del filtro, debe de sumarse al valor de L.
La pared de la caja del filtro debe calcularse mediante la siguiente expresión:
En donde:
Hf = altura de la pared de caja (m)
Hls = altura del lecho de soporte (0.3 m)
Hlf = altura del lecho de arena (0.5 – 0.7 m)
Hbl = altura borde libre (0.2 m)
h) Vertederos triangular o en “V” (detalles anexo 16)
o En función de Q y h:
o En función de b, Qs y Vs:
( )
En donde:
Q = Caudal de entrada (m3/s)
Qs = Caudal disponible para lavado (m3/s)
79
b = ancho de estructura (m)
Vs = velocidad superficial para lavado (m/s)
ii. Filtro grueso ascendente
Los elementos que constituyen un filtro grueso ascendente son:
a) Cámaras de filtración
La altura total del filtro está determinada por la altura del lecho de grava
(incluyendo la capa de soporte), el nivel de agua sobrenadante, la altura de
agua adicional para facilita y mejorar el lavado hidráulicao y el borde libre. En
total, oscila entre 1.1 a 1.5 m.
b) Lecho filtrante
Para el lecho filtrante se recomienda la siguiente granulometría y espesor de
capas:
Tabla XX. Granulometría y espesores de capas recomendados para un filtro grueso
ascendente.
Lecho filtrante (mm)
Altura (m)
FGAC FGAS 2 FGAS3
1 2 1 2 3
19 – 25 0.30* 0.30* 0.30* 0.20*
13 – 19 0.20 – 0.30 0.30 – 0.45 0.20* 0.15 0.15* 0.15*
6 – 13 0.15 – 0.20 0.30 – 0.45 0.15* 0.45 – 0.75 0.15* 0.15*
3 – 6 0.15 – 0.20 0.30 – 0.45 0.40 – 0.70 0.15*
1.6 – 3 0.10 – 0.20 0.25 – 0.40 0.45 – 0.75
Total Soporte (m) 0.30 0.30 0.35 0.30 0.50 0.45
Total lecho filtrante
(m) 0.60 – 0.90 0.60 – 0.90 0.55 – 0.85 0.60 – 0.90 0.40 – 0.70 0.45 – 0.75
*Lecho de soporte
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
80
En algunos casos la altura del lecho de soporte puede ser superior a lo
indicado en la tabla anterior, dependiendo del tamaño de grava predominante
en cada unidad, del tamaño de grava en contacto con lecho de soporte y del
diámetro de los orificios en el múltiple. Se recomienda una altura de agua
sobrenadante entre 0.1 y 0.2 m.
c) Estructuras de entrada y salida
La estructura de entrada consiste d un canal pequeño que conduce el agua
hasta la cámara de entrada a los filtros gruesos. En ella se reúnen 3 tuberías:
de entrada de agua, de rebose y de distrubución hacia el lecho filtrante. La
salida es por recolección del sobrenadante en tuberías que distribuyen el
agua filtrada en una cámara que contiene una tubeía en la parte inferior para
el efluente tratado.
d) Sistema de drenaje y cámara de lavado
La descarga de la tubería de drenaje debe ubicarse entre 1.5 y 2.0 m por
debajo de la losa de fondo del filtro grueso. La carga estática de agua para el
retrolavado, debe oscilar entre los 2.5 y 3.0 m. esta carga es la diferencia
entre el nivel de agua máximo en el filtro grueso ascendente durante el
lavado, y el nivel de descarga de la tubería de drenaje en la cámara de
lavado.
e) Accesorios de regulación y control
Los accesorios utilizados en estas unidades, incluyen válvulas para
regulación de caudal, vertederos y reglillas de aforo (ver anexo 16). Estos se
instalan en la estructura de entrada de cada etapa del tratamiento.
81
Para este filtro, se deben de calcular las siguientes dimensiones:
a) Área superficial (As)
En donde:
As = m2
Vf = m/h
N = Número de unidades
b = Ancho de la unidad (m)
L = longitud de la unidad (m)
b) Sistema de distribución
Se compone de un distribuidor y tuberías laterales con orificios. Se calcula
mediante la siguiente expresión:
En donde:
Ao = área del orificio
AL = área lateral de la tubería
n = número de orificios
c) Sistema de drenaje
En donde:
Ao = área del orificio
AL = área lateral de la tubería
n = número de orificios
82
iii. Filtro lento de arena
Un filtro lento de arena consta de las siguientes partes:
a) Caja de filtración y estructura de entrada
La caja del filtro posee un área superficial condicionada por el caudal a tratar,
la velocidad de filtración y el número de filtros especificados para operar en
paralelo. Se recomiendan áreas de filtración máxima por módulo de 100 m2,
para facilitarlas labores manuales de operación y mantenimiento del filtro. La
estructura consta de un vertedore de excesos, canales o conductos para
distibución, medidores y reguladores de flujo, cámara de entrada y ventana
de entrada al filtro.
b) Lecho filtrante
El medio filtrante debe de componerse por granos de arena redondos y
duros, libres de arcilla y materia orgánica, así mismo, no debe de contener
más de 2% de carbonato de calcio y magnesio. A continuación se presenta la
granulometría recomendada:
Tabla XXI. Granulometría y dimensiones recomendadas para un filtro lento de arena.
Criterios de diseño Valores recomendados
Altura de arena (m)
Inicial 1.00
Mínima 0.50
Diámetro efectivo (mm) 0.15 – 0.35
Coeficiente de uniformidad
Aceptable < 3
Deseable 1.8 – 2.0
Altura del lecho de soporte, incluyendo el drenaje (m) 0.1 – 0.3
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
83
La velocidad de filtración varía entre los 0.1 y 0.2 m/h, dependiendo de la
calidad del agua cruda. A mayor contaminación, menor debe ser la velocidad.
la altura del agua sobre el lecho filtrante puede variar entre 1.0 y 1.5 m.
c) Sistema de drenaje, incluye lecho de soporte y cámara de salida
El nivel mínimo del filtro se controla mediante el vertedero de salida, el cual
se debe ubicar en el mismo nivel ó 0.10 m por encima de la superficie del
lecho filtrante.
d) Caja de agua sobrenadante
Se recomienda que la altura de agua sobrenadante en el filtro oscile entre 1.0
y 1.5 m, y mantener un borde libre de entre 0.2 y 0.3 m de altura.
e) Dispositivos para regulación, control y rebose
El filtro lento de arena debe tener, obligatoriamente, los siguientes
dispositivos:
o Válvula para controlar entrada de agua pretratada y ragula velocidad de
filtración
o Dispositivo para drenar capa de agua sobrenadante
o Conexión para llenar lecho filtrante con agua limpia
o Válvula para drenar lecho filtrante
o Válvula para desechar agua tratada
o Válvula para suministrar agua tratada al depósito de agua limpia
o Vertedero de entrada
o Indicador calibrado de flujo
o Vertedero de salida
o Vertedero de excesos
84
Para este filtro, se deben de calcular las siguientes dimensiones:
a) Caudal de diseño (Qd)
Se expresa en m3/h, se calcula de la misma forma que para los otros filtros.
b) Número de Unidades (N)
Se recomiendan 2 como mínimo, para efectos de mantenimiento.
c) Área superficial (As)
En donde:
As = m2
Vf = velocidad de filtración (m/h)
Qd =Caudal de diseño (m3/h)
N = número de undiades
d) Coeficiente mínimo costo (K)
e) Longitud de unidad (L)
( ) ⁄
f) Ancho de unidad (b)
( )
⁄
g) Velocidad de filtración real (VR)
h) Sistema de drenaje
85
Los drenes deben de diseñarse con el criterio de que la velocidad límite en
cualquier punto de estos no sobrepase de 0.30 m/s. La relación de
velocidades entre el dren principal (Vp) y los drenes secundarios (Vs), para
poder obtener una colección uniforme del agua filtrada debe de ser:
i) Pérdidas de carga
A lo largo del sistema se tienen pérdidas de carga, las cuales se calculan
como se detalla a continuación:
Lecho filtrante
Este es específico para la granulometría del material y la velocidad de
filtración.
Drenes (menor al 10%)
En donde:
dh = diámetro hidráulico (m)
V = Velocidad del dren (m/s)
Ad = área del dren (m2)
P = perímetro del dren (m)
Compuerta de entrada
En donde:
Ac = área de compuerta (m2)
86
Af = área de filtración (m2)
VF = velocidad de filtración (m/s)
Vertedero de salida
En donde:
LV = Longitud de cresta del vertedero general (m)
Qd = caudal de diseño (m3/h)
13. Desinfección (Cloración)
El cloro y sus derivados, además de reaccionar con los microorganismos también
lo hace con la materia disuelta en el medio, como materia orgánica, hierro y
manganseo. Por ello es que es preciso mantener un nivel de cloro residual, la
cantidad necesaria a agregar bastante superior al residual obtenido. Es
importante determinar la dosis a utilizar para la desinfección, y el primer paso es
cuantificar la demanda de cloro. La demanda de cloro es la cantidad de cloro
que, bajo las condiciones de operación y la calidad del agua, será consumido
hasta que aparezca cloro residual. Para la determinación del break-point, o punto
de ruptura, es necesario agregar en un tanque agitado de agua a tratar dosis
escalonadas de cloro y tomar mediciones del cloro libre constantemente. La
siguiente gráfica muestra el comportamiento del cloro cuando es agregado a una
fuente de agua contaminada:
87
Figura XXIV. Comportamiento del cloro y determinación del punto de ruptura al ser
añadido al agua.
Fuente: ITC, 2010.
Una vez se ha traspasado el punto de ruptura, debe de continuarse con la
adición de cloro hasta llegar a la concentración de cloro residual deseada. La
norma guatemalteca recomienda que para aguas con pH neutro, ésta se
mantenga entre 0.5 y 1 mg/L.
Luego de determinar la dosis necesaria para mantener la concentración de cloro
residual libre deseada, es importante determinar el tiempo de contacto (tc) entre
el cloro y el agua para tener una desinfección adecuada. Para ello se basa en la
siguiente tabla, encontrando primero el valor Ct:
88
Tabla XXII. Guía para la eleción del coeficiente Ct, para cálculo de tiempo de contacto.
Inactivación de Giardia Cysts a 20°C
Concentración
de Cloro
(mg/L)
pH 6.5 pH 7.5 pH 8.5
90% 99% 99.9% 90% 99% 99.9% 90% 99% 99.9%
0.6 15 30 45 21 43 64 31 61 92
1.0 16 31 47 22 45 67 33 65 98
1.4 16 33 49 23 47 70 34 69 103
1.8 17 34 51 25 49 74 36 72 108
2.2 18 35 53 26 51 77 38 75 113
2.6 18 37 55 27 53 80 39 78 117
3.0 19 38 57 28 55 83 41 81 122
Porcentaje de eliminación de microorganismos.
Constante Ct dada en mg*min/L
Fuente: ITC, 2010.
Luego, se ingresa el valor Ct encontrado en la siguiente expresión para encontrar
el tiempo de contacto necesario entre el agua y el cloro, para la inactivación de
microorganismos al nivel deseado:
En donde:
tc = tiempo de contacto, minutos
Ct = constante obtenida de tabla XXIII, mg*min/L
Conc. = Concentración de cloro residual libre deseada, mg/L
A. Consideraciones de Diseño
El proceso de diseño de un protocolo de cloración se puede resumir de la
siguiente manera:
89
1. Estimación de la demanda de cloro o punto de ruptura.
Esto permite determinar la dosis de cloro a suministrar para conseguir una
desinfección adecuada.
2. Establecimiento del valor de Ct al que se necesita trabajar.
Esto permite ajustar el tiempo de contacto entre el hipoclorito y los
microorganismos de forma de obtener agua desinfectada. Generalmente,
la dosificación se realiza en un depósito en la red de distribución para
permitir la máxima homogeneización del agua. El dimensionamiento de
los tanques debe de tener en cuenta al tiempo de contacto Ct. En general,
se considera que para un pH inferior a 8, un tiempo de contacto de 30
minutos es suficiente.
Es recomendable utilizar el agua desinfectada en un lapso no mayor de 48
horas.
3. Comprobar el nivel de cloro residual libre en el agua desinfectada.
Existen kits de determinación de cloro de bajo costo y que funcionan con
escalas de color, por lo que su manipulación es sencilla. Es importante
tomar la muestra para la determinación en el punto de la red de
distribución más alejado del punto de cloración, para verificar que en el
sistema completo se mantenga un nivel adecuado.
B. Tipos de equipos de cloración y agentes cloradores
El desinfectante ideal debe de cumplir con las siguientes características:
- Destruir o inactivar, en un tiempo determinado, clases y/o números de
microorganismos patógenos presentes en el agua.
- Ser fiable bajo el rango de condiciones que tiene el abastecimiento de agua.
90
- Mantener una concentración residual adecuada en el sistema de distribución,
para evitar re-contaminación.
- No introducir sustancias o intermediarios tóxicos o nocivos al ser humano, de ser
así, deben cumplir con los límites establecidos en la norma vigente.
- Ser seguro y conveniente de manejar.
- El análisis para determinar la concentración del desinfectante en el agua debe de
ser: exacto, sensible, rápido y apropiado a las condiciones de trabajo.
- El costo del equipo, instalación, operación, mantenimiento y reparación, así
como su adquisición y el manejo de los materiales requeridos para sustentar la
dosificación eficaz de manera permanente, deben ser asequibles para la
comunidad que los requiera.
Tabla XXIII. Propiedades de los productos del cloro
Nombre y
Fórmula
Nombre
comercial o
común
Aspecto %Cloro Activo Estabilidad
en el tiempo
Seguridad Envase
usual
Cal clorada
CaO·2CaCl2
O· 3H2O
Cal clorada,
polvo
blanqueador,
hipoclorito de
calcio, cloruro
de cal.
Polvo blanco
y seco
15 a 35% Media. Se
deteriora
rápidamente
cuando se
expone a
temperaturas
altas,
humedad y/o
luz solar.
Pérdida de 1%
al mes.
Corrosivo Latas de 1.5
kg.
Tambores de
45 – 135 kg.
Bolsas
plásticas o
de papel de
25 – 40 kg.
Otros.
Hipoclorito
de Sodio
NaClO
Hipoclorito de
sodio,
blanqueador
líquido, lejía,
agua
lavandina,
agua sanitaria.
Solución
líquida
amarillenta.
1 a 15% como
máximo.
Concentraciones
mayores a 10%
son inestables.
Baja. Pérdida
de 2 – 4% por
mes, mayor si
la temperatura
excede los
30°C.
Corrosivo Diversos
tamaños de
botellas de
plástico,
vidrio o
garrafones.
Hipoclorito de Solución 0.1 – 0.6% Baja Oxidante Volumen
91
sodio por
electrólisis in
situ.
líquida
amarillenta
variable
Nombre y
Fórmula
Nombre
comercial o
común
Aspecto %Cloro Activo Estabilidad
en el tiempo
Seguridad Envase
usual
Hipoclorito
de calcio
Ca(ClO)2·4H
2O
HTH,
Perclorón
Polvo,
gránulos y
tabletas.
Sólido
blanco
Polvo: 20 – 35%.
Granulado: 65 –
70%.
Tabletas: 65 –
70%.
Buena.
Pérdida de 2 –
2.5% por año.
Corrosivo.
Inflamación
posible al
entrar en
contacto
con ciertos
materiales
ácidos.
Latas de 1.5
kg, tambores
de 45 – 135
kg. Baldes
de plástico.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2007.
C. Evaluación de un desinfectante
a) Características del desinfectante
Monitoreo de la calidad del agua para determinar si el desinfectante escogido es
eficaz contra los agentes patógenos identificadas en la fuente de abastecimiento.
Para ello es vital incluir análisis microbiológicos periódicos.
b) Efecto residual
Es importante evaluar si el desinfectante tiene la capacidad de dejar un nivel
residual eficaz. De no ser así, debería de evaluarse el agregar un desinfectante
secundario para mantener niveles residuales a lo largo de la red de distribución.
Así mismo, este nivel debe de verificarse en varios puntos de dicha red, con
periodicidad dependiente del caudal diario.
92
c) Características del agua a desinfectar
Determinar las características básicas del agua a tratar, tales como el pH,
temperatura y turbiedad. La organización mundial de la salud (OMS), recomienda
un valor menor a 8 para el pH; un máximo permisible de 5 UNT para la turbiedad,
y un máximo aceptable de 1 UNT, para dicho parámetro. Es importante evaluar
que estas características sean compatibles con la naturaleza química y
mecanismos de reacción del desinfectante a utilizar, de no ser así, debe
evaluarse la posible modificación de las características antes de la cloración.
d) Infraestructura existente
Se deben de seguir varios pasos.
Primero, evaluar si la infraestructura existente para apoyar el sistema de
desinfección propuesto es adecuada. Se debe de tener en cuenta los servicios
de apoyo técnico y logístico del producto desinfectante, así como los sistemas de
transporte y comunicaciones de la comunidad que recibirá el equipo y
tratamiento.
Evaluar la fuente de energía eléctrica, la organización política y administrativa, y
el nivel promedio de educación de los residentes de la comunidad.
Decidir: si se basarán los servicios de apoyo en el sector privado o público.
Escoger representantes del equipo y productos químicos, para proveer repuestos
y materiales, así como apoyo técnico a los operadores. Determinar si es
necesario o no importar los repuestos y materiales, así como si se tiene un
espacio adecuado para almacenarlos.
e) Aptitudes técnicas
93
Evaluar las aptitudes técnicas disponibles, y determinar si son adecuadas para
cumplir con los requisitos de operación, mantenimiento y reparación. Si éstas
llegaran a ser deficientes, evaluar la oferta del adiestramiento necesario para
poder realizar dichos trabajos, así como la fuente de financiamiento para ello.
f) Formación de subproductos
Evaluar la posibilidad de la formación de subproductos nocivos o indeseables en
el proceso de desinfección. De ser necesario, crear un plan de eliminación para
dichos residuos.
g) Costo
Considerar el costo de la desinfección. Se recomienda un costo que oscile entre
$0.50 y $2.00 anual por persona. La relación costo-beneficio de la desinfección
es sumamente favorable, sin embargo es importante evaluar las ventajas y
desventajas de los sistemas apropiados para escoger el que más se ajuste al
presupuesto de cada comunidad.
Tabla XXIV. Sugerencias de uso de distintos tipos de dosificadores de cloro y productos
de cloro, en base a la población a servir.
Clasificación Equipo dosificador Producto Rango de servicio
(Número de habitantes)
Cloro gaseoso (No se
aplica a sistemas
rurales por su costo)
A presión (directo) Gas Cloro 5000 habitantes a
grandes ciudades Al vacío (Venturi o eyector) Gas cloro
Solución
Bajo presión atmosférica, de carga constante
Tanque con válvula de flotador Hipoclorito de
Sodio o Calcio
< 5000 Tubo con orificio en flotador Hipoclorito de
Sodio o Calcio
Sistema vaso/botella Hipoclorito de
Sodio o Calcio
94
Clasificación Equipo dosificador Producto Rango de servicio
(Número de habitantes)
Solución
Bajo presión positiva o negativa
Bomba de diafragma (positiva) Hipoclorito de
Sodio o Calcio De 2000 a 300000
Dosificador por succión (negativa) Hipoclorito de
Sodio o Calcio
Generador de hipoclorito de sodio in situ < 5000
Sólido Dosificador por erosión
Hipoclorito de
calcio De 2000 a 50000
Otros dosificadores (flujo difusión) Cal Clorada < 2000
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2007.
D. Dosificadores de cloro
i. Carga constante
a. Tanque con válvula flotador
Consta de una válvula de flotador, de la misma clase que la utilizada en los
depósitos de inodoro. Uno o dos tanques contienen la solución madre a ser
alimentada, y la válvula de flotador se coloca en un tanque pequeño. Es un
sistema exacto, sencillo y barato.
Figura XXV. Tanque con válvula flotador.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2007.
95
b. Tubo con orificio en flotador
Consta de un tubo de PVC (poli cloruro de vinilo), con uno o más orificios. El tubo
se fija a un dispositivo flotante y el orificio debe colocarse algunos centímetros
por debajo del nivel de la solución a dosificar. La solución ingresa al tubo y fluye
hacia abajo a la tasa de alimentación deseada, hasta el punto de aplicación. Una
ventaja de este tipo de clorador es que no corroe, ya que se forma de tuberías
plásticas y no tiene válvulas que puedan corroerse u obstruirse. Se pueden
limpiar con facilidad obstrucciones en las tuberías. La tasa de dosificación puede
cambiarse con la profundidad de la inmersión de los orificios.
Figura XXVI. Tubo con orificio en flotador.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2007.
c. Sistema vaso/botella
Diseñado en Argentina para la desinfección de agua en zonas rurales, este
sistema consta de: un tanque con la solución madre, un elemento de
dosificación, conexiones y una válvula de regulación. Es económico, fácil de
construir y operar, y preciso.
96
Figura XXVII. Sistema vaso/botella.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2007.
ii. A presión positiva o negativa
a. Bomba diafragma (positiva)
Los dosificadores de presión positiva, trabajan sobre el principio de que la
solución de cloro es presurizada por encima de la presión atmosférica y
posteriormente inyectada a una tubería de agua. El sistema de presión positiva
más aplicado en estos casos, es la bomba de diafragma por su alta resistencia
química.
Figura XXVIII. Esquema de un dosificador de diafragma.
Fuente: Miagua, 2013.
97
b. Dosificador por succión (negativa)
Los dosificadores de presión negativa, o de succión, trabajan bajo el principio de
que la solución de cloro es succionada por el vacío creado por un dispositivo
Venturi o al conectar el equipo dosificador a una tubería de aducción. El sistema
de presión negativa más usado es el Venturi, instalándose en la tubería
presurizada de agua de abastecimiento o en una línea altera a la misma.
Figura XXIX. Esquema de un dosificador de succión.
Fuente: Dosatron Injectors, 2012.
iii. Generación de hipoclorito in situ
La electrólisis de cloruro de sodio in situ es utilizada ampliamente cuando la
continuidad del aprovisionamiento de hipoclorito no pueda ser asegurada, ya sea
por la disponibilidad del transporte o por la capacidad económica de adquisición
en el momento oportuno. A continuación se expone brevemente su producción
por celdas con fuente eléctrica o solar.
Esta técnica consiste en someter una solución de cloruro de sodio al 3% a un
proceso de electrólisis, lo que permite obtener aproximadamente 400 litros
diarios de una solución estable al 0.6% de hipoclorito de sodio. A través de este
98
mecanismo es posible suministrar agua de calidad a comunidades de hasta 5000
habitantes.
Los dispositivos generadores de hipoclorito de sodio in situ requieren energía
eléctrica para su funcionamiento, por lo cual será un requisito el contar con una
fuente de energía estable. De no ser así, puede acondicionarse el equipo con
paneles de energía solar y baterías.
Hace algunos años, estos dispositivos eran inadecuados para ser aplicados en
países o comunidades en desarrollo, por su complejidad y elevado costo. Sin
embargo se han popularizado por los avances en materiales conductores y
fuentes alternas de energía. Pese a esto debe de evaluarse para cada
comunidad si estos sistemas son los suficientemente económicos de adquirir,
operar y mantener; y, lo suficientemente sencillos de operar y mantener.
Figura XXX. Sistema de producción de cloro in situ para comunidades pequeñas.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2007.
99
iv. Erosión
a) De tabletas y píldoras de hipoclorito de calcio
Utilizan tabletas de hipoclorito de calcio de alta concentración (HTH), que pueden
obtenerse de distribuidores o prepararse localmente comprimiendo
mecánicamente polvo de hipoclorito de calcio.
Estos equipos son fáciles de manipular y mantener, además son baratos y
duraderos, y las tabletas son generalmente más seguras y fáciles de almacenar
y manejar, que las soluciones de hipoclorito y el cloro gaseoso.
Los dosificadores de erosión disuelven gradualmente las tabletas de hipoclorito a
una tasa predeterminada mientras fluye una corriente de agua alrededor de ellas.
Este mecanismo proporciona la dosificación necesaria para la desinfección del
agua. Conforme las tabletas se disuelven, se reemplazan por nuevas tabletas
que caen por gravedad dentro de la cámara. La solución de cloro concentrada
alimenta un tanque, canal abierto o reservorio, según sea el caso.
Figura XXXI. Diagrama del funcionamiento de un clorador de pastillas.
Fuente: Instapur® 2013.
A continuación, se presenta una comparación entre los distintos métodos de cloración y
los dispositivos de distribución del desinfectante:
100
Tabla XXV. Cuadro comparativo entre los distintos dosificadores de cloro
Clasificación Equipo dosificador Ventajas Desventajas
Solución
Bajo presión atmosférica, de carga constante
Tanque con válvula
de flotador
Sumamente sencillo de
operar y mantener. Muy
barato. Puede construirse
localmente. Confiable. No
necesita energía eléctrica.
Permite dosificaciones para
caudales mínimos. Puede
usarse en cualquier
situación, excepto en pozos
tubulares cerrados.
La dosificación no es
muy precisa. Error de
alrededor del 10%.
Exige un control
constante debido a la
variación de las
dosificaciones. El
material se puede
corroer.
Tubo con orificio en
flotador
Carga constante.
Sumamente sencillo. Muy
barato. Pueden construirse
localmente. Confiable. No
necesita energía eléctrica.
Según la manera en
que el sistema fue
construido, puede
llegar a tener un error
de dosificación de
hasta el 20%.
Sistema
vaso/botella
Sumamente sencillo. Muy
barato. Puede construirse
localmente. Ideal para
comunidades pequeñas.
Error de dosificación menor
del 10%. No necesita
energía eléctrica.
Debe mantenerse
limpio.
Bajo presión positiva o negativa
Bajo presión positiva o
negativa
Bomba de
diafragma (positiva)
Sumamente confiable. Muy
popular. Sencillo de operar.
Uno de los pocos sistema
para trabajar bajo presión.
El personal debe
adiestrarse en su
operación y
mantenimiento. Costo
101
Puede introducir la solución
directamente en tuberías
de agua presurizada hasta
con 6.0 kg/cm2.
intermedio a elevado
para un sistema rural.
Requiere energía
eléctrica. Debe
vigilarse. A veces hay
corrosión en el rotor
de la bomba debido al
cloro.
Clasificación Equipo dosificador Ventajas Desventajas
Solución
Dosificador por
succión(negativa)
Muy sencillo. La solución
más barata para una
alimentación en tuberías
presurizadas.
Requiere vigilancia y
mantenimiento para
evitar obstrucciones
en el dispositivo
venturi.
Generador de
hipoclorito de sodio
in situ
No requiere transporte de
productos clorados. Se
produce in situ. Sencillo y
fácil de operar.
Requiere de agua
blanda para que no se
acumulen depósitos
en los electrodos.
Requiere de vigilancia
constante y personal
entrenado para tomar
precauciones de
seguridad por la
formación de cloro.
Producción limitada a
la capacidad del
equipo.
Sólido Dosificador de
erosión
Sumamente sencillo. Ideal
para comunidades. Una de
las mejores soluciones para
dosificación a la entrada de
un tanque.
Costo intermedio.
Errores de
dosificación de
alrededor del 10%.
Necesita tabletas. En
algunos dosificadores
102
las tabletas (si se
producen localmente)
tienden a adherirse o
a formar cavernas y
no caen en la cámara
de disolución.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2007.
14. Problemas que pueden surgir para durante la potabilización
El tratamiento de agua es el proceso de convertir el agua bruta en sana y agradable de
beber. Aunque el tratamiento normalmente elimina o reduce los productos químicos y
los organismo indeseados del agua, se emplea una variedad amplia de productos
químicos en el proceso. Esto implica el riesgo de que una dosificación inadecuada
pueda causar aparición de cantidades excesivas a la norma de dichos productos,
causando problemas de calidad y posiblemente, sanidad. A continuación, se describen
con brevedad los problemas más comunes que pueden encontrarse durante el proceso
de potabilización de agua:
A. Coagulación y floculación
Es en este proceso donde surgen la mayor cantidad de problemas de
contaminación en el agua tratada. El ritmo de adición de coagulante está regido
por muchos factores que pueden alterarse de manera fácil y rápida. Como se ha
mencionado con anterioridad, las condiciones óptimas de funcionamiento para la
coagulación se determinan con periodicidad, mediante la prueba de jarras (jar
test).
Actualmente, pueden utilizarse sistemas automáticos en línea, pero se utiliza en
su mayoría el test manual. Las condiciones pueden cambiar muy rápidamente,
por lo que estos análisis deben de repetirse a diario, o con mayor frecuencia,
dependiendo de la uniformidad de las características del abastecimiento de
103
agua. Generalmente, en plantas pequeñas varían con mayor facilidad los
parámetros de turbidez y color. Esto genera que el operador altere la cantidad de
coagulante añadido, causando excesos y niveles residuales en el agua de
distribución.
El test de jarras no indica cuánto coagulante insoluble pasará a través de las
etapas de clarificación y filtración. Esto está gobernado por el pH del agua y la
dosificación del químico, y el problema que puede surgir es que se tenga agua
clara y sin sedimentos, pero cuyos niveles de aluminio sean más altos que los
regidos por la norma legal.
B. Sedimentación y filtración
En etas etapas, donde se separa la materia contenida en los flóculos de
hidróxido formados por la coagulación, el problema más serio que puede
presentarse son los flujos fluctuantes que causen que el manto de flóculos se
expanda demasiado y que no sufra una filtración adecuada.
Esto puede causar altos niveles de nitrógeno en el agua. Generalmente el
nitrógeno se encuentra en forma de nitrato o amoníaco; sin embargo pueden
presentarse intermediarios como el nitrito. Éste último es indicador de materia
orgánica en descomposición, y sus niveles tienen límites estrictos que pueden
incumplirse.
104
V. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Guatemala es un país que se divide en 22 departamentos y 332 municipios, en los
cuales se distribuye la población; en un 37.5% en la zona urbana o capitalina y el 62.5%
en el área rural (Instituto Nacional de Estadística, 2010). Según la legislación
guatemalteca, el servicio de agua potable y saneamiento es responsabilidad de la
municipalidad que gobierna cada pueblo, aldea o ciudad.
En el área urbana se cumple esta premisa con exactitud, sin embargo en el caso de las
poblaciones rurales, éstas por lo regular se autoabastecen del líquido por sus propios
medios; usualmente recorriendo grandes extensiones territoriales y no tomando en
cuenta los efectos de la calidad del agua en su salud y bienestar. Según el Banco
Interamericano para el Desarrollo (BID), se estima que la disponibilidad de agua potable
a nivel urbano es del 90%, mientras que en el área rural es de aproximadamente el
55% (Park, C. 2007).
La precipitación promedio anual es de aproximadamente de 2000 mm, con variaciones
que oscilan desde 700 mm en las regiones secas del oriente del país, hasta 5000 mm
en la zona norte y occidente. Se observa una estación seca y una lluviosa, la última
ocurriendo por lo general entre los meses de junio y septiembre. Guatemala cuenta con
tres vertientes de escurrimiento superficial: la del Pacífico, con una extensión del 22%
del territorio, 18 cuencas y caudal promedio anual de 808 m3/s; la del Caribe, con una
extensión del 31% del país, 10 cuencas y un caudal promedio anual de 1010 m3/s; y la
del Golfo de México, extendiéndose por el 47% de la República, con 10 cuencas y un
caudal promedio anual de 1372 m3/s (Instituto de Incidencia Ambiental, 2005).
Contabilizando la riqueza hídrica del país, la misma cuenta con: siete lagos, 19 lagunas
costeras, 49 lagunas, 109 lagunetas, siete embalses y tres lagunas temporales.
Basándose en el índice de infiltración, se estima que el potencial de agua subterránea
oscila alrededor de los 33,699 millones de metros cúbicos (Romero, M. 2011).
105
La oferta hídrica se refiere a la cantidad de agua disponible para ser utilizada para
diferentes fines, en este caso se estudiará únicamente la demanda y oferta de agua
potable y para uso doméstico. La oferta estará afectada directamente por el caudal
ecológico y las limitaciones producidas por la intervención humana, siendo los ejemplos
más comunes la contaminación o mala utilización. La República de Guatemala posee
un escurrimiento superficial entre 55.6 y 100.6 miles de millones de metros cúbicos por
año, en su mayoría concentrado en cuatro meses en las zonas secas y con distribución
uniforme en las zonas húmedas del país.
Para el año 2000, se estimaron un consumo de 60 lts/hab/día para el área rual, y 125
lts/hab/día para la urbana (Romero, M. 2011). Las mayores demandas de agua potable
debido a la densidad de la población coinciden con las áreas donde el recurso hídrico
es más limitado, geográficamente corresponden a las cabeceras departamentales más
densamente pobladas y la capital de la República. Similarmente, en el oriente del país
(zona seca), se tienen demandas hídricas mayores que en la zonas húmedas, en las
cuales hay menor densidad poblacional. Actualmente, la disponibilidad de agua supera
con creces la demanda de la población. Sin embargo, aproximaciones estadísticas
establecen que se ve seriamente comprometido con las necesidades y la
contaminación para el año 2025.
Debido a la distribución pluvial del país, existen meses con excesiva precipitación y
otros con escasa o ausente. Esto causa escasez en los meses secos, sin embargo, la
tala inmoderada de bosques, eliminación de cobertura vegetal y la pavimentación de
zonas urbanas limitan aún más los efectos reguladores de la vegetación,
incrementando el crecimiento de ríos y reduciendo los caudales de estiaje al disminuir
la infiltración. La falta de información detallada del país, se desconoce los efectos reales
de los cambios climáticos globales en el recurso hídrico.
Uno de los problemas más críticos referentes a la reducción de la disponibilidad del
agua es la contaminación. El agua es contaminada por descargas líquidas (directas e
indirectas), basureros (municipales o clandestinos), u ocasiones en las que los mismos
106
ríos son utilizados como medio de eliminación de desechos sólidos. Esto, aunado con la
deficiente operación y mantenimiento de los sistemas de agua potable y drenajes; la
extracción y explotación incontrolada de agua subterránea; crecimiento urbano
desordenado; falta de registro de usuarios, entre otros; se ve casi imposible la
planificación ordenada del uso del recurso. Añadiendo la estacionalidad pluvial, causa
escasez sobre un recurso aparentemente abundante.
La contaminación del agua en Guatemala se considera como un problema crítico, sin
embargo, por dificultades de presupuesto, se cuenta con más información cualitativa
que cuantitativa al respecto. Se han identificado disminución significativa de caudales
subterráneos, contaminación por hierro y calcio, y también por sustancias químicas
relacionadas con fertilizantes e insecticidas que superan los límites permisibles. Otro
gran contribuyente a la contaminación son las industrias, ya que no se regulan las
descargas de desechos, y se estima que únicamente el 6% de las industrias le dan
algún tipo de tratamiento a sus efluentes. Además, las descargas domésticas no
reguladas, causan que la carga orgánica en el agua alcance niveles alarmantes.
Las enfermedades diarreicas son hasta hoy causa importante de morbilidad y
mortalidad a nivel nacional. En el lado de la seguridad alimentaria, se estima que los
embalses con propósito de riego no superan los 26 millones de metros cúbicos anuales,
que es una cantidad mínima. Por lo que la producción alimenticia está limitada por la
precipitación natural. La falta de sistemas de irrigación adecuados, causan que las
siembras puedan regarse con agua contaminada, aumentando las posibilidades de
enfermedades gastrointestinales.
El agua es un recurso imprescindible para la vida, y una pieza clave en la salud general
de la población. Fines que se logran a través de adecuados servicios de distribución y
saneamiento del agua para que esté a disposición de los consumidores en la cantidad y
calidad adecuadas para satisfacer sus necesidades básicas. Una fuente de agua
potable es esencial para la reducción de las tasas de mortalidad y morbilidad, en
especial para la población infantil.
107
El trabajo de los ingenieros químicos hoy en día es el diseño de procesos de
saneamiento de fuentes de agua para potabilizarla, forjando soluciones adecuadas y
bajo presupuestos limitados. Debido a que la población guatemalteca es
predominantemente rural y de escasos recursos, se hace necesaria la implementación
de sistemas de saneamiento de agua cuyo diseño se ajuste a las necesidades y
posibilidades de los usuarios. Por lo que surge la interrogante ¿cómo se potabiliza una
fuente de agua en una comunidad rural, que sea eficiente y de bajo costo?
108
VI. OBJETIVOS
Objetivos generales
Crear una guía que sirva como herramienta de consulta para estudiantes, profesionales
y técnicos interesados en el tema de diseño de sistemas de tratamiento de agua
potable para comunidades rurales y/o de escasos recursos.
Objetivos específicos
1. Diseñar un proceso de potabilización de agua para la Aldea San José las Calderas,
de Amatitlán, Guatemala; basándose en estudios fisicoquímicos y microbiológicos
realizados para la fuente de agua que se utiliza actualmente.
2. Generar una guía de las decisiones a tomar para la elección de un tratamiento de
agua potable, basándose en la calidad de agua, el tamaño de la población, y la
capacidad económica de comunidades guatemaltecas en desarrollo.
3. Apoyar la guía de diseño con una recopilación de descripciones técnicas sobre los
criterios a considerar en la elección de procesos, diseño y dimensionamiento de
equipos requeridos en la potabilización de la fuente de agua escogida.
109
VII. ALCANCES Y LÍMITES
Alcances
El presente ensayo monográfico presentará al lector, la información básica necesaria
para el diseño de una planta de potabilización de agua para una comunidad rural o
comunidad en desarrollo; enfocado en las necesidades de dichas poblaciones en la
República de Guatemala. El contenido abarca los análisis que deben de realizarse para
identificar focos de contaminación, tipo de tratamiento requerido, o incluso si la fuente
de agua es utilizable o no para consumo humano; delimitándose únicamente a la oferta
y demanda de agua potable para uso doméstico. Se exponen también las normas a
cumplir según la Comisión de Normas Guatemalteca, para que el agua sea apta para el
consumo, así como la importancia de cada uno de los contaminantes a eliminar; y los
tratamientos químicos, físicos y biológicos que pueden utilizarse para tal efecto.
Todo esto a fin de cumplir el objetivo de que sea un sistema de bajo costo de
implementación, operación y mantenimiento; tomando en cuenta que las comunidades
que más lo necesitan son generalmente de escasos recursos y bajo índice de
escolaridad.
Límites
Aunque químicamente el agua en todo el país tiene similitudes, es necesaria la
elaboración de un presupuesto puntual para cada comunidad. La cuantificación de
materiales y costos no se tomarán en cuenta en este trabajo. Así mismo, pese a que se
presentan varios casos de estudios fisicoquímicos de agua en varias poblaciones, es
necesario el análisis completo en cada comunidad a implementar el proceso.
110
VIII. APORTE
A la sociedad como guía de consulta para instituciones públicas y privadas, interesadas
en la planificación, diseño e implementación de plantas de potabilización de agua en
áreas rurales o comunidades en desarrollo. A la Universidad Rafael Landívar como
instrumento de formación de estudiantes de ingeniería química e ingeniería química
industrial, en el área de operaciones unitarias y tratamiento de agua. Y a profesionales
como herramienta de consulta a profesionales o personas interesadas en el tema de
potabilización de agua.
111
IX. MÉTODO
a. Sujetos y Unidades de Análisis
a.1. Sujetos
Habitantes de las comunidades rurales en desarrollo de Guatemala. Su salud
bajo la situación actual, y cómo esta se vería beneficiada por la instalación de
una planta de potabilización de agua a su servicio. Así mismo, la capacidad
técnica de los mismos para operar y dar mantenimiento al equipo.
a.2. Unidades de Análisis
a.2.1. Agua obtenida por medios mecánicos o semi-mecánicos de una fuente
estática (lago, laguna), una móvil (río), o subterránea (pozo). Para ser
elegible como agua a tratar para que sea potable, la misma debe cumplir
con los parámetros establecidos en la norma guatemalteca obligatoria 29-
001.
a.2.2. Coagulante y floculante: Dosis óptima del producto elegido, o determinar si
es innecesario.
b. Instrumentos
b.1. Análisis de caracterización de fuente de agua.
b.1.1. Contenedor plástico para la recepción de muestra, de aproximadamente 1
litro de capacidad para el análisis fisicoquímico.
b.1.2. Contenedor estéril, preferentemente de vidrio para la muestra que se
utilizará para análisis microbiológico.
112
b.1.3. Medio de refrigeración, por ejemplo: paquetes de hielo y hielera, para
mantener la a baja temperatura la muestra que se analizará
microbiológicamente.
b.1.4. Análisis fisicoquímico y microbiológico completo, por parte de algún
laboratorio privado. El mismo debe de basarse en los parámetros definidos
en la NGO 29-001.
b.2. Prueba de Jarras
b.2.1. Contenedor de plástico para tomar muestras. La capacidad del mismo
depende de la muestra que necesite la prueba específica a realizar.
b.2.2. Prueba de jarras bajo la responsabilidad de un laboratorio privado.
c. Procedimiento
c.1. Investigación bibliográfica acerca del tratamiento de fuentes de agua para su
potabilización en comunidades rurales en desarrollo en el territorio
guatemalteco.
c.2. Obtención de una muestra de la fuente de agua de la comunidad, con previo
conocimiento y permiso de las autoridades de la misma.
c.3. Realización del análisis completo de caracterización del agua.
c.4. Prueba de jarras, de ser necesario la adición de coagulante-floculante, llevada a
cabo en el laboratorio escogido.
113
c.5. Creación de la guía de diseño, así como el dimensionamiento de la planta de
potabilización de agua para la comunidad estudiada.
d. Tipo de Investigación
El presente documento es una Tesis Convencional, el cual se encuentra
caracterizado en la Guía general para realizar trabajos de investigación en la URL,
de Mazariegos y Achaerandio (2005). Este informe es del tipo propuesta.
114
X. GUÍA DE DISEÑO
Figura XXXII. Diagrama de flujo para la elección de tratamientos según la calidad del agua.
¿Cumple con la
NGO 29001?
Inicio
Determinar la demanda de agua requerida. Tomar en cuenta criterios y
cálculos de la sección 8.9.
Realizar un análisis fisicoquímico y microbiológico completo de la fuente de
agua. Contratar a un laboratorio especializado.
Si El agua no requiere tratamiento
para su consumo.
¿Sólidos
grandes?*
No
Si Diseñar un proceso de desarenado.
Tomar en cuenta sección 8.10.
No
¿Sólidos pequeños
o en suspensión?°
Si Diseñar un proceso de
floculación-coagulación. Tomar
en cuenta sección 8.11
No
¿Turbidez y/o
dureza altas?
Si
Escoger y dimensionar un
proceso de filtración. Tomar en
cuenta sección 8.12 y Anexo 8.
No
A B C
115
Fuente: Elaboración propia.
El presente diagrama de flujo sirve para escoger los procesos necesarios para el diseño
de una planta de potabilización de agua. Asumiendo que se cuenta con el sistema de
captación instalado y trabajando.
No
A
¿Olores o
colores no
deseados
Si Afinar con carbón activado.
Tomar en cuenta sección 8.8.5
¿Recuento total,
coliformes o E. Coli
fuera de norma?
Si Escoger un agente desinfectante,
estimar dosis y escoger dosificador.
Tomar en cuenta sección 8.13, y
tablas XXIII, XXIV y XXV.
No
Realizar un análisis fisicoquímico y microbiológico
completo del agua tratada.
¿Cumple con la
NGO 29001?
Si
Fin
B C
116
Nota: Cuando se refiere a un parámetro como “Alto”, significa mayor que el límite
máximo permisible según la NGO 29001.
* Los sólidos removibles en un desarenador varían entre 0.001 y 1 cm de diámetro.
Partículas más grandes requieren de remoción por cribado o cheque de pie en la
bomba sumergible del sistema de captación.
° Sólidos menores a 0.001 cm de diámetro pero que causan turbidez o coloración en el
agua.
117
XI. ANÁLISIS DE UNA COMUNIDAD Y EJEMPLO DE DISEÑO
1. Descripción: Aldea San José las Calderas, Amatitlán
La aldea de San José las Calderas ubicada en el municipio de Amatitlán, es cercana al
volcán de Pacaya y basa su economía en la agricultura. Sus tierras son ricas en ceniza
volcánica, y cultivan en su mayoría, maíz.
San José Calderas es una aldea que pertenece al municipio de Amatitlán y está
ubicada en el complejo volcánico Pacaya, aproximadamente a 25 kilómetros de la
Ciudad de Guatemala en línea recta y a 50 kilómetros vía terrestre. Es una de las 14
aldeas de Amatitlán y limita al Norte con las aldeas El Pepinal y San José El Bejucal, al
Sur con la aldea San Francisco de Sales, el municipio San Vicente Pacaya, al Oriente
con la Finca Belén y aldea Mesillas Bajas, al Poniente con San José El Bejucal y San
Francisco de Sales.
Está a una altitud de 1795 MSNM y se percibe un clima templado la mayor parte del
año. Tiene alrededor de 9 kilómetros cuadrados de extensión. Una característica de
esta aldea es que se encuentra a orillas de la laguna Calderas que está ubicada en el
antiguo cráter del volcán de Pacaya, la cual sirve como fuente de agua a la aldea. Sin
embargo, por el inadecuado diseño de la red de distribución; el agua de desecho
regresa a la misma laguna. Actualmente el único tratamiento que se le da al agua es
con un clorador de pastillas que tiende a atascarse debido a la alta carga de sólidos que
tiene el agua. Por esto, es ineficiente en su desinfección y son comunes las
enfermedades gastrointestinales, especialmente en niños de edad preescolar y de
primaria.
La comunidad está conformada por 260 familias aproximadamente, que totalizan más o
menos 2220 personas. La mayor parte de los pobladores se dedica a la agricultura,
albañilería, actividades en el Parque Calderas, entre otras actividades. Las mujeres son
amas de casa o se dedican a trabajos domésticos ajenos.
118
El departamento de Responsabilidad Social Universitaria (RSU) de la Universidad
Rafael Landívar, en conjunto con estudiantes de diversas carreras, ha estudiado este
caso. A continuación se presentan los resultados de dos análisis realizados al agua de
la laguna, en dos estaciones climáticas distintas para determinar el efecto de la
precipitación pluvial en la calidad del agua.
2. Análisis realizado por el laboratorio de ConCalidad
Análisis Realizado del 14 al 26 de julio de 2010, estación lluviosa. Informe de análisis
No. I-1019-10. Validados por Inga. Isis López de Gálvez, colegiado 1222; Gerente de
laboratorio de ConCalidad. Laboratorio ubicado en Vista Hermosa III zona 16, 1er nivel,
Edificio TEC Landívar, Campus URL.
Tabla XXVI. Resultados de análisis microbiológico
Análisis Microbiológicos Resultado Recuento máximo
permitido
Recuento Aeróbico Total
(UFC/ml)
1832 Menor a 500
Coliformes Totales
(UFC/100 ml)
MNPC **Menos que 1/100 ml
Ausencia
Coliformes Fecales
(UFC/100 ml)
404 **Menos que 1/100 ml
Ausencia
E. Coli (Presencia o
Ausencia)
Positivo Ausencia
Fuente: ConCalidad, 2010
Abreviaturas:
MNPC: Muy numerosas para poder contarse
UFC/ml: Unidades Formadoras de colonia por Mililitro
Límite mínimo de detección:
119
**Menos que 1: Significa ausencia cuando se usa una prueba de membrana de filtración.
*Referencia: Norma Coguanor 29-001. Agua Potable. Especificaciones.
Metodología: Bacteiological Analytical Manual. 8th ed. Revision A/1998. AOAC. U. S. Food & Drug
Administration. APHA-AWWA-WEB Standard Methods for the examination of water and wastewater 19th
edition, 1997.
Tabla XXVII. Resultados de análisis fisicoquímico
Parámetros
Fisicoquímicos
Resultados **LMA **LMP
Conductividad (µS/cm) 324 *** ˂ de 1500
Sólidos disueltos totales
(mg/L)
170 500 1000
Oxígeno Disuelto (mg/L) 7 *** ***
pH 7 7.0-7.5 6.5-8.5
Alcalinidad (mg/L) 70 *** ***
Color (UPt-Co) 5.7 5 35
Dureza (mg/L como
CaCO3)
110 100 500
Sólidos en suspensión
(mg/L)
2 *** ***
Nitrógeno de Nitrito
(mg/L)
0.01 *** ***
Olor No detectado No rechazable No rechazable
Sulfatos* (mg/L como
SO4-2)
150 100 250
Cloro Residual (mg/L Cl) 0 0.5 1
Hierro* (mg/L Fe) 0.2 0.1 1
Magnesio (mg/L Mg) ˂ 0.1 100 250
Cloruro* (mg/L) ˂ 0.01 100 250
Fuente: ConCalidad, 2010
120
Abreviaturas:
mg/L: Miligramos por un litro
UPt-Co: Unidades Platino-Cobalto
µS/cm: Micro Siemens por centímetro
LMA: Límite máximo aceptable
LMP: Límite máximo permisible
**Referencia: COGUANOR NGO 29-001.99 Agua potable. Especificaciones.
*** No hay valor específico para este parámetro en la norma citada.
Metodología: Método DR/2400 HACH, Sens ION 156
3. Análisis realizado por el laboratorio de Controlab
Análisis realizados entre el 16 al 23 de marzo de 2011, estación seca. Informe de
análisis código 9842/160311/02. Validados por Licda. Nancy Quan, químico biólogo
colegiado no. 1646, gerente de laboratorio Controlab.
Tabla XXVIII. Resultados de análisis fisicoquímico
Parámetro Dimensionales Método Límite de
Detección Resultado LMA LMP
Temperatura °C SMWW 2550 B
Digicel -50 – 300 --
15.0 –
25.0 34.0
Cloro
Residual mg/L Rainbow test OTO1 0.2 – 3.0 -- 0.5 1.0
Apariencia NR/R Visual - NR - -
Olor NR/R Organoléptico - NR NR NR
Color UPC SMWW 2120 C,
Merck SQ118 0 – 200 4.2 5.0 35.0
Turbiedad UNT SMWW 2130 B,
Merck SQ 118 0 – 400 3.0 5.0 15.0
Conductividad µSiemens/cm SMWW 2510 B,
WTW LF 330 0 – 1990 81.1 - ˂ 1500
pH Unidades de
pH
SMWW 4500-H+ B,
WTW Inotep pH
Level 1
0 – 14 8.5 7.0 –
7.5
6.5 –
8.5
Salinidad - SMWW 2520 B, 0.0 – 70.0 0 - -
121
WTW LF 330
Parámetro Dimensionales Método Límite de
Detección Resultado LMA LMP
Sólidos totales
disueltos mg/L
SMWW 2510 A,
WTW LF 330 0 – 1990 78 500.0 1000.0
Alcalinidad pH
= 8.2
mg/L de
CaCO3
Merck Aquamerck
11109 - 50 - -
Alcalinidad pH
= 4.3 mg/L CaCO3
Merck Aquamerck
11109 - 175 - -
Calcio mg/L Merck Aquamerck
1110 - 35 75.00 150.00
Dureza total mg/L HACH 1453-09 - 204 100.00 500.00
Hierro total mg/L Merck Spectroquant
14761
0.05 –
5.00 ˂ 0.05 0.1 1.0
Manganeso mg/L Merck Spectroquant
14770
0.010 –
10.00 < 0.010 0.05 0.5
Nitritos mg/L
Merck Spectroquant
análogo a EPA
354.1. SMWW 4500-
NO2- B y EN 25777
0.07 –
3.28 0.09 - 1
Nitratos (como
N) mg/L
HACH DR-890
Colorimétrico 0.5 – 30.0 < 0.5 - 10
Fuente: Controlab, 2011
Tabla XXIX. Resultados de análisis microbiológico
Muestra Cloro Recuento
Aeróbico Total
Colimormes
totales
Coliformes
Fecales E. Coli
Laguna San
José las
Calderas,
Amatitlán
0.0 500 23 45 45
Unidades mg/L UFC/ml NMP/100 ml NMP/100 ml NMP/100 ml
Método M1 M2 M2 M2 M2
Fuente: Controlab, 2011
M1: Método colorimétrico
122
M2: Standard methods for the examination of water and wastewater, 21st edition, 2005.
Recuento aeróbico total: Método de vertido en placa. 35°C/48h Plate Count Agar
UFC/ml: unidades formadoras de colonia por mililitro
NMP/100 ml: número más probable por cien mililitros
mg/L: miligramos por litro
En ambos casos, puede observarse que pese a que en sus parámetros fisicoquímicos
el agua cumple con el límite máximo permisible, más no el límite máximo aceptable en
la mayoría de los parámetros estudiados. Sin embargo, no cumple con los parámetros
microbiológicos establecidos por la Coguanor 29.001. Es por ello que, para mejorar la
calidad de vida de las personas en la comunidad y su salud, es imprescindible el
tratamiento de la fuente del agua contra patógenos.
4. Ejemplo de diseño
- Población Actual
El censo realizado por la URL en el 2011, revela que: La población actual es de
2200 habitantes, en 260 viviendas individuales. Se cuenta con 3 escuelas de
nivel primario, 1 instituto básico nacional, 1 salón comunal y 1 cementerio.
- Tasa de crecimiento a utilizar
No se cuenta con censos anteriores de la población de esta aldea, por lo que se
analizarán los datos de censos del municipio. Tomando como base los datos de
censos de población y habitación del Instituto Nacional de Estadística (INE) se
estima el crecimiento poblacional para el municipio de Amatitlán , como un 2.5%
anual.
123
- Período de diseño
Según especificaciones de diseño del instituto de Fomento Municipal y la Unidad
de Ejecución del programa de acueductos rurales (INFOM-UNEPAR), se
adaptará una vida útil del sistema de 20 años, tiempo durante el cual el mismo
debe de dar un servicio satisfactorio a la población de diseño. Además, se
estiman dos años adicionales por estudio, gestión de financiamiento y ejecución
de la obra. Por lo que se considera el período de diseño como
- Cálculo para población futura
Para calcular la población futura se utiliza la fórmula de incremento geométrico,
mostrada a continuación:
( )( )
En donde:
Pf = Población futura
Puc = Población último censo
r = tasa de crecimiento anual (%)
tf = fecha de la población futura, en años
tuc = fecha del último censo, en años
( )( )
- Dotación
Los criterios de diseño para adoptar la dotación se fundamentan en que: es una
comunidad del área central, con clima templado, sus actividades productivas se
basan en la agricultura principalmente, y es un área rural. Tomando en cuenta
124
las tablas presentadas en los anexos 17 y 18, se concluye que la dotación
adecuada es de:
⁄
- Consumo medio diario (cmd)
El consumo medio diario se establece como el producto de la dotación
adoptada, por el número de habitantes estimado para el final del período de
diseño. Se calcula mediante la siguiente expresión:
⁄
⁄
- Consumo máximo diario (CMD)
En las consideraciones de diseño descritos en la Tabla IX, se tiene que el
consumo máximo diario es el producto del consumo medio diario y el factor de
día máximo. El último varía ente 1.2 y 1.5, y para poblaciones mayores a 1000
habitantes se recomienda un factor de 1.2. A continuación se muestran los
cálculos:
125
- Consumo máximo horario (CMH)
El consumo máximo horario se determina mediante el producto del consumo
medio diario por un factor de hora máximo, que varía entre 2.0 y 3.0. La
selección del factor es inversamente proporcional al tamaño de la población a
servir. Para poblaciones mayores a 1000 habitantes se recomienda un factor de
2.0. Los cálculos se muestran a continuación:
- Desarenado
Según el árbol de decisiones del anexo 8, dada la turbiedad y nivel de
concentración de coliformes fecales, no es necesario el proceso de desarenado
para esta fuente de agua.
- Sedimentación
Según el árbol de decisiones del anexo 8, dada la turbiedad y nivel de
concentración de coliformes fecales, no es necesario el proceso de
sedimentación para esta fuente de agua.
- Filtración
126
Según la Tabla XVI, por los niveles de turbiedad, color y coliformes fecales, el
agua requiere un nivel de tratamiento bajo. Basándose en los criterios de la
Tabla XVII, no se requiere filtración gruesa ascendente, sino una combinación de
Filtración gruesa dinámica y filtración lenta en arena. A continuación, se realizan
los cálculos pertinentes para el tratamiento requerido:
o Filtro grueso dinámico
Lecho filtrante
Tabla XXX. Espesores de capa y tamaño de grava, lecho filtrante para análisis
de comunidad
Posición Espesor de capa (m) Tamaño de grava (mm)
Superior 0.2 4.0
Intermedio 0.2 10.0
Inferior, fondo 0.2 15.0
. Fuente: Elaboración Propia
Lecho de soporte
Tabla XXXI. Espesores de capa y tamaño de grava, lecho de soporte para
análisis de comunidad.
Capa Tipo Diámetro de
partícula (mm)
Espesor de capa
(mm)
Superior Arena
gruesa 2 50
Segunda Grava fina 4 50
Tercera Grava 8 50
Inferior Grava
gruesa 16 150
Fuente: Elaboración propia.
127
Velocidad de filtración recomendada 3.0 m/h
El borde libre del filtro debe tener 0.2 m de altura
Número de filtros
Área total de filtro
⁄
*Valores recomendados para el nivel de calidad del agua, según “Guía
para el diseño de sistemas de filtración en múltiples etapas”
Área del filtro de cada unidad
( )
( )
Caudal del filtro
( )
( )
Caudal total
( )
Se puede aproximar este valor al Caudal Máximo Hora, que es igual a:
128
Caudal de diseño
Caja del filtro
Cámara de filtración, razón largo ancho escogida 5:1. Se expresa de la
siguiente forma:
En donde
(
⁄ )
Pared de la caja del filtro
Se escoge una altura del lecho de arena de 0.6 m.
o Filtro lento de arena
Caudal de diseño
129
Se estima mediante el caudal medio diario, por lo que:
Número de unidades
Área superficial
*Valor de Velocidad de filtración recomendado por Tabla XVII.
Coeficiente mínimo de costo
Longitud de unidad
( ) ⁄
(
)
⁄
Ancho de unidad
130
( )
⁄
(
)
⁄
Velocidad de filtración real
- Desinfección
Se ha escogido la cloración con recirculación utilizando dosificador venturi con
hipoclorito de sodio para la comunidad, debido al bajo costo y precisión que
representa esta opción. Debido a que la red de distribución es pequeña, se
recomienda mantener una concentración de cloro residual libre en el agua de 0.7
mg/L. Este puede dosificarse con exactitud con el aparato, pero es necesario
determinar el punto de ruptura y el tiempo de contacto, como se muestra con la
tabla XXII.
5. Resumen de Parámetros de diseño
Tabla XXXII. Parámetros de diseño para análisis de comunidad.
Población Actual (año 2011) 2200
Viviendas Actuales (año 2011) 260
Densidad de población (año 2011) 8.46 Hab/Vivienda
Tasa de crecimiento 2.5%
Período de diseño 22 años
131
Viviendas de diseño (año 2033) 448
Población de diseño (año 2033) 3788
Dotación 100 L/hab/día
Consumo medio diario (cmd)
Consumo máximo Diario (CMD)
Consumo máximo horario (CMH)
Factor de día máximo 1.2
Factor de hora máximo 2.0
Sistema de desarenado No es necesario
Sistema de sedimentación No es necesario
Sistema de Filtración Filtración gruesa dinámica +
Filtración lenta en arena
Sistema de desinfección
Cloración con recirculación,
utilizando dosificador venturi de
hipoclorito de sodio
Concentración de cloro residual libre
recomendada 0.7 mg/L
Fuente: Elaboración propia.
Tabla XXXIII. Parámetros de diseño para análisis de comunidad. Detalle de dimensiones de
filtros.
Ítem Filtro dinámico grueso Filtro Lento de arena
Características generales
Velocidad de filtración
(m/h) 3.0 0.15
Caudal (l/s) 2 4.38
Área Superficial (m2) 3.6 52.57
Número de unidades en
paralelo 2 2
132
Ítem Filtro dinámico grueso Filtro Lento de arena
Dimensiones por unidad
Largo (m) 4.75 8.37
Ancho (m) 0.95 6.28
Altura total (m) 1.1 1.80
Lecho filtrante
Material Grava Arena
Longitud total (m), incluye
lecho de soporte 0.9 1.0
Diámetro 0.4 – 0.15 0.15 – 0.35
Fuente: Elaboración propia.
133
XII. CONCLUSIONES
1. Utilizando censos poblacionales, análisis fisicoquímicos y microbiológicos
completos, se escogieron y dimensionaron las etapas y equipos de tratamiento de
potabilización de agua necesarios para fuente de agua de la Aldea San José las
Calderas, de Amatitlán.
2. Se generó una guía de decisiones, en forma de diagrama de flujo, sobre los equipos
y procesos a elegir, basándose en las características fisicoquímicas y
microbiológicas de la fuente de agua; con referencia a investigaciones previas y
recomendaciones de diseño de otros autores; aplicable no sólo a la aldea de San
José las Calderas, sino a cualquier comunidad guatemalteca en desarrollo.
3. Se recopilaron fuentes de referencia tanto para las normas de los parámetros del
agua a cumplir, así como su importancia de tratamiento; y las consideraciones de
diseño y dimensionamiento de los equipos o instalaciones requeridas para alcanzar
tal fin.
134
XIII. RECOMENDACIONES
1. Pese a que la composición química de las fuentes de agua en todo el país son muy
similares, se recomienda hacer un análisis completo para cada caso, ya que los
parámetros pueden variar por las actividades comerciales y laborales de cada
comunidad, y no puede aplicarse el modelo para San José las Calderas a cualquier
fuente de agua.
2. Además de los tratamientos sugeridos en la Guía, se recomienda la instalación de
una unidad de cribado en el sistema de captación de agua, o la utilización de un
cheque de pie en la bomba sumergible, asumiendo que la fuente de agua es
subterránea. Así mismo, debe de diseñarse por aparte el sistema de distribución de
agua.
3. Si se cotizan equipos en empresas nacionales o extranjeras, y no se encuentra
alguno con la demanda de agua calculada, se recomienda utilizar el inmediato
superior; para asegurar la oferta de agua y poder sustentarla en caso la población
se incrementara.
135
XIV. FUENTES BIBLIOGRÁFICAS
A dictionary of environment and conservation. Park, Chris (2007). Oxford: Oxford
University Press
Abastecimiento de aguas y remoción de aguas residuales. Fair, Geyer y Okun. Editorial
Limusa, 5ta edición.
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Freeman.
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http://www.itc.es/pdf/Technical_documents/Agua-marca-Esp.pdf
Decantación Primaria y Saneamiento, Consorcio para el abastecimiento de agua y
saneamiento en el Principado de Asturias, 2006. Disponible en línea:
http://www.consorcioaa.com/cmscaa/opencms/CAA/saneamiento/sistema-generico-de-
saneamiento/depuracion-edar/decantacion-primaria.htm
Definición de prueba de jarras, Consorcio Agua Azul S. A. Prueba de Jarras. Vídeo,
2009.
Demografía del Municipio de Amatitlán, Guatemala. Segeplan. Disponible en línea:
http://sistemas.segeplan.gob.gt/sideplanw/SDPPGDM$PRINCIPAL.VISUALIZAR?pID=
POBLACION_PDF_114
Desinfección de Agua. Guimaraes, Ibáñez, Litter y Pizarro. Disponible en línea:
http://www.psa.es/webeng/solwater/files/CYTED01/22cap15.pdf
Dióxido de Cloro. Water Treatment Solutions, Lenntech, 2012. Disponible en línea:
http://www.lenntech.es/dioxido-de-cloro.htm
136
El ciclo del Agua: The water Cycle, USGS, 2013. Disponible en línea:
http://ga.water.usgs.gov/edu/watercyclespanish.html
Fundamentos de química analítica. Skoog, West, Holler Y Crouch. Octava Edición,
Cengage Learning, 2009.
Guía para diseño de sistemas de tratamiento de filtración en múltiples etapas.
Organización panamericana de la salud. Lima 2005. Disponible en línea:
http://www.itacanet.org/esp/agua/Seccion%206%20Tratamiento%20de%20agua/Guia%
20para%20dise%C3%B1o%20de%20sistemas%20de%20filtraci%C3%B3n%20en%20
multiples%20etapas.pdf
Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores. Organización paramericana
de la salud. Lima 2005. Disponible en línea: http://www.bvsde.ops-
oms.org/tecapro/documentos/agua/158esp-diseno-desare.pdf
Instalaciones de agua – diseño para sistemas de agua potable. Norma boliviana NB
689, Segunda revisión.
La prueba de jarras en una planta de tratamiento de agua potable, Quijandría
Casanova, S. 2012.
Manual de saneamiento de La Dirección de Ingeniería Sanitaria de México, secretaría
de salubridad y asistencia.
Norma Guatemalteca Obligatoria de Agua Potable (COGUANOR) NGO29001. 1era
Revisión.
Operaciones unitarias en ingeniería química, Warren, Mccabe, Cleveland, Harriot.
Octava edición, McGraw-Hill, 2007.
137
Química ambiental de sistemas terrestres. Domenech, Xavier Y Peral Pérez, José.
España, 2006.
Radiación Ultravioleta: ¿Qué es la energía UV?, Unitek, 2012. Disponible en línea:
http://www.unitek.com.ar/productos-radiacion.php?id_lib_tecnica=10
Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento básico. Sección II Titulo
B. Sistemas de Acueducto. República de Colombia Ministerio de Desarrollo Económico
Dirección de Agua Potable y Saneamiento Básico. BOGOTA D.C., Noviembre de 2000.
Revisión 2004.
Servicios de agua potable y saneamiento en Guatemala: beneficios potenciales y
determinantes de éxito, Lentini, Emilio, 2010
Síntesis del Perfil Ambiental de Guatemala. 2006. Instituto de Agricultura, Recursos
Naturales y Ambiente (IARNA), Facultad de Ciencias Ambientales y Agrícolas (FCAA),
Universidad Rafael Landívar (URL); Instituto de Incidencia Ambiental. Guatemala.
Tratamiento de agua potable con Ozono, Hidritec, 2011. Disponible en línea:
http://www.hidritec.com/hidritec/tratamiento-de-agua-potable-con-ozono
Water for health, WHO guidelines for Drinking-water quality, Organización mundial de la
Salud, 2010
138
XV. ANEXOS
Anexo 1: Cuencas hidrográficas de la República de Guatemala
1. Vertiente Pacífico
1.1. Río Coatán
1.2. Río Suchiate
1.3. Río Naranjo
2. Vertiente del Caribe
2.1. Río Grande de
Zacapa
2.2. Río Motagua
3. Vertiente del Golfo de
México
3.1. Río Cuilco
3.2. Río Selegua
139
1.4. Río Ocosito
1.5. Río Salamá
1.6. Río Sis-Icán
1.7. Río Nahualate
1.8. Lago de Atitlán
1.9. Río Madre Vieja
1.10. Río Coyolate
1.11. Río Acomé
1.12. Río Achiguate
1.13. Río María Linda
1.14. Río Paso Hondo
1.15. Río Los Exclavos
1.16. Río Paz
1.17. Río Estúa Güija
1.18. Río Olopa
2.3. Lago de Izabal-Río
Dulce
2.4. Río Polochic
2.5. Río Cahabón
2.6. Río Sarstún
2.7. Río Mopán Belice
2.8. Río Hondo
2.18. Río Moho
2.19. Río Temash
3.3. Río Nentón
3.4. Pojóm
3.5. Río Ixcán
3.6. Xacibal
3.7. Río salinas
3.8. Río La Pasión
3.9. Río Usumacinta
3.10. Río San Pedro
Fuente: Instituto de Agricultura, Recursos Naturales y Ambiente, IARNA-URL, (2005)
Anexo 2: Clases y tipos de uso del agua, según el Código Civil
Clase de Uso Tipos de Uso Requisitos
Uso Común Navegación y doméstico sin
fines comerciales
Cumplir disposiciones
administrativas
Aprovechamiento
especial
Todos, menos la navegación
y el doméstico
Necesidad de autorización previa
del estado.
Sin perjuicio de tercero.
Plazo y destino definido.
Derechos accesorios.
Metros cúbicos necesarios de uso.
Sujeto a la ley.
Fuente: Código Civil (2010)
140
Anexo 3: Tarifas de uso del agua, por tipo de uso
Usuarios Costo (Quetzales por metro
cúbico)
Consumo doméstico 0.10 a 25
Riego Costos de operación
Industria Costos de extracción y
bombeo
Pesca 0.00
Generación hidroeléctrica 0.00
Medio de producción o extracción de
recursos
Costos de operación
Medio de disposición de desechos* 0.00
*No debería considerarse como un costo, pero se toma por la falta de internalización de
los costos de tratamiento.
Fuente: Instituto de Incidencia Ambiental (2005)
Anexo 4: Uso actual y potencial del Agua en Guatemala (en millones de metros cúbicos
anuales)
Uso del Agua Uso Actual Uso potencial (Año 2025)
Oferta Hídrica bruta o
disponibilidad bruta (Incluye
agua superficial y
subterránea)
84,991 84,991
Caudal Ecológico 21,248 21,248
Agua contaminada por
descargas 33,996 33,996
Oferta hídrica neta o
disponibilidad neta 29,747 29,747
141
Uso del Agua Uso Actual Uso potencial (Año 2025)
Agua potable 2,200 10,200
Riego 850 3,625
Energía* 2,883 15,000
Uso total 6,217 30,036
Excedente hídrico 23,530 (289)
*Para fines comparativos, ya que al pasar por la turbina el agua queda disponible
nuevamente.
Fuente: Instituto de Incidencia Ambiental (2005)
Anexo 5: Departamentos en orden de mayor proporción entre el total de casos de
enfermedades gastrointestinales reportadas con respecto al total de la población
Departamento %
1. Izabal 33
2. San Marcos 21
3. Alta Verapaz 21
4. Retalhuleu 19
5. Jutiapa 15
6. Chiquimula 15
7. Huehuetenango 15
8. Quetzaltenango 14
9. Sololá 12
10. Zacapa 12
Nivel Nacional 12
Fuente: Instituto de Incidencia Ambiental (2005)
142
Anexo 6: Precipitación promedio anual
En el mapa se muestra la precipitación promedio anual a nivel nacional (isoyetas), la
variación de los caudales medios mensuales en dos estaciones para cada una de las
tres vertientes y los rendimientos por cuencas y la disponibilidad de agua superficial por
cuenca (litros/Segundos/km2).
Fuente: Instituto de Incidencia Ambiental (2005)
143
Anexo 7: Funciones de distintas entidades relacionadas con los recursos hídricos
Institución
Po
líti
cas
Pla
nif
ica
ció
n
Inv
es
tig
ac
ión
No
rma
tiva
s
Co
ns
erv
ac
ión
Uso
s
Se
cto
riale
s
Segeplan X X
Comisionado del
Agua/Conagua X X X X X
Minfin X X X
MARN X X X X Otorgamiento
de derechos
MAGA X X X Riego y drenaje
MSPAS X X Otorgamiento
de derechos
MEM X X X
Hidrelectricidad,
minería,
otorgamiento
de derechos
Insivumeh X
INFOM X X X Agua potable y
saneamiento
INDE Hidrelectricidad
CONAP X X X
Fondos
Sociales/Consejos
de desarrollo
Agua potable y
saneamiento,
riego y drenaje
Empagua X Agua potable y
saneamiento
USAC X X
UVG X X
144
Institución
Po
lítica
s
Pla
nific
ació
n
Inve
stiga
ció
n
Norm
ativa
s
Con
se
rvació
n
Usos
Se
cto
ria
les
URL X X
ONG X X
Municipalidades X X
Agua potable y
saneamiento.
Otorgamiento
de derechos.
Autoridades de
cuenca X X
Manejo
integrado de
recursos
hídricos
Sector Privado
Agua potable y
saneamiento,
riego y drenaje
Fuente: Instituto de Incidencia Ambiental (2005)
145
Anexo 8: Guía de selección de procesos para una planta de filtración lenta
Turbiedad < 25 UNT
E. Coli NMP < 10/100 ml
¿Enfermedades endémicas de
origen hídrico?
Desinfección Filtración lenta y desinfección
Turbiedad < 50 UNT E. Coli
NMP < 100/100 ml
¿Enfermedades endémicas de origen hídrico?
Prefiltración y desinfección
Filtración lenta y desinfección
Turbiedad < 250 UNT E. Coli
NMP < 1000/100 ml
¿material difícil de sedimentar
(coloidal)?
Prefiltración, filtración lenta y desinfección
Sedimentación, filtración lenta y desinfección
Turbiedad < 500 UNT E. Coli
NMP < 10000/100 ml
Turbiedad < 1000 NTU
E . Coli NMP < 10000/100 ml
Desarenación, sedimentación,
prefiltración, filtración lenta y
desinfección
E. Coli NMP > 10000/100 ml
Fuente de agua inutilizable.
Sedimentación, prefiltración,
filtración lenta y desinfección
Si No
Si
No Si Si
Si
Si Si
No
No No
No
No
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005
146
Anexo 9: Valores de sedimentación
Fuente: Rivas Mijares, G., 2005
147
Anexo 10: Velocidad de sedimentación
Fuente: Fair, Geyer, Okun, 2011
148
Anexo 11: Curvas de comportamiento de sedimentación
Fuente: Rivas Mjares, G., 2005
149
Anexo 12: Resistencia para corrientes en sedimentación
Fuente: Rivas Mijares, G., 2005
150
Anexo 13: Densidad y viscosidad del agua a diferentes temperaturas
Temperatura (°C) Densidad (gr/cm3) Viscosidad cinemática
0 0.99987 1.7923
1 0.99993 1.7321
2 0.99997 1.6741
3 0.99999 1.6193
4 1.00000 1.5676
5 0.99999 1.5188
6 0.99997 1.4726
7 0.99993 1.4288
8 0.99988 1.3874
9 0.99981 1.3479
10 0.99973 1.3101
11 0.99963 1.2740
12 0.99952 1.2396
13 0.99940 1.2068
14 0.99927 1.1756
15 0.99913 1.1457
16 0.99897 1.1168
17 0.99880 1.0888
18 0.99862 1.0618
19 0.99843 1.0356
20 0.99823 1.0105
21 0.99802 0.9863
22 0.99780 0.9629
23 0.99757 0.9403
24 0.99733 0.9186
25 0.99707 0.8975
151
26 0.99681 0.8774
27 0.99654 0.8581
Temperatura (°C) Densidad (gr/cm3) Viscosidad cinemática
28 0.99626 0.8394
29 0.99597 0.8214
30 0.99568 0.8039
31 0.99537 0.7870
32 0.99505 0.7708
33 0.99473 0.7551
34 0.99440 0.7398
35 0.99406 0.7251
36 0.99371 0.7109
37 0.99336 0.6971
38 0.99299 0.6839
39 0.99262 0.6711
Anexo 14: Resumen de criterios de diseño para un Filtro dinámico grueso
Criterio Valores recomendados
Período de diseño (años) 8 – 12
Período de operación (horas/día)* 24
Velocidad de filtración (m/h) 2 – 3
Número mínimo de unidades en paralelo 2
Área de filtración por unidad (m2) < 10
Velocidad superficial del flujo durante el lavado
superficial (m/s) 0.15 – 0.3
Longitud de lecho filtrante (m) 0.6
Tamaño de grava del lecho filtrante (mm) Según tabla no. XVIII
Altura del vertedero de salida (m) 0.03 – 0.05 **
152
*En estaciones de bombeo de agua con períodos de bombeo inferiores a 24 h/día, se
recomienda proyectar un almacenamiento de agua cruda, a partir del cual se suministre
agua de manera continua al filtro dinámico grueso y demás componentes.
** Medidos a partir del lecho superficial de grava fina.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
Anexo 15: Resumen de criterios de diseño para un filtro grueso ascendente
Criterio Valores
recomendados
Período de diseño (años) 8 – 12
Período de operación (horas/día) 24
Velocidad de filtración (m/h) * 0.3 – 0.6
Número de unidades en serie: Filtro grueso ascendente en
capas (FGAC) 1
Número de unidades en serie: Filtro grueso ascendente en
serie (FGAS) 2 – 3
Longitud total de lecho filtrante para FGAC 0.60 – 0.90
Longitud total de lecho filtrante para FGAS 1.15 – 2.35
Tamaño de gránulo del medio filtrante (mm) Según tabla XX
Longitud de lecho de soporte total 0.30 – 1.25
Tamaño de gránulo del lecho de soporte Según tabla XX
Altura sobrenadante de agua (m) 0.10 – 0.20
Carga estática de agua para lavado en contraflujo (m) 2.5 – 3.0
Área de filtración por unidad (m2) 15 – 25
*A mayor contaminación del afluente, menor debe ser la velocidad de filtración.
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
153
Anexo 16: Información sobre Vertederos de control y reglas de aforo
Vertederos de control
Hay dos condiciones básicas para el correcto diseño de vertederos. Primero, el
vertedero debe instalarse en el canal de acceso de forma que la velocidad de
aproximación sea cercana a cero; segundo, la altura de agua H que se correlaciona con
el caudal a medir, no corresponde a la lámina de agua que cruza exactamente sobre la
sección del vertedero sino a la diferencia de alturas entre la cresta o vértice del
vertedero y el nivel de la superficie del agua, medida a cierta distancia entre 6 y 10 H
aguas arriba de dicho punto.
- Vertedero rectangular sin contracciones
- Vertedero rectangular con contracciones
( ( ))
- Vertedero triangular de 90°
En donde:
Q = Caudal (m3/s)
B = ancho del vertedero (m)
h = carga de agua en el vertedero (m)
n = número de contracciones
Para cálculos más exactos es mejor determinar experimentalmente el valor del
coeficiente numérico de las fórmulas o la curva de descarga del vertedero.
154
A) Vertedero triangular
B) Vertedero rectangular
Reglillas de Aforo
Para facilitar el trabajo de un dispositivo fundamentado en la utilización de reglas con
señales de colores (verde, amarillo y rojo) que permiten de manera visual, registrar
variaciones de caudal y por consiguiente, de velocidad de filtración de las unidades.
Cuando el nivel de agua en la zona de medición alcanza el color verde, se indica la
condición de diseño de la planta; el color amarillo pintado por encima del verde indica la
zona de sobrecarga admisible (generalmente hasta el 50% del caudal de diseño); el
amarillo por debajo del color verde representa la zona en la cual se aconseja operar el
filtro en los momentos de picos afluentes de turbiedad; la zona roja, tanto superior como
inferior al color amarillo, indica al operador, velocidades extremadamente bajas o
extremadamente altas.
155
Regla de aforo
Fuente: Organización Panamericana de la Salud, 2005.
Anexo 17: Dotaciones de agua recomendadas para la República de Guatemala
Tipo de servicio Consumo
(L/hab/día)
Urbana 90
Rural 60
Llena de cántaros 30 – 60
Mixto de llena de cántaros y conexiones prediales 60 – 90
Exclusivo de conexiones prediales fuera de la vivienda 60 – 120
Conexión intra-domiciliar con opción a varios grifos por
vivienda 90 – 170
Pozo excavado, con bomba de mano >15
Fuente: INFOM-UNEPAR, 2013
156
Anexo 18: Dotaciones de agua según sector nacional y clima
Condiciones Consumo (L/hab/día)
Zona rural 10 – 150
Temperatura < 20°C. Poco desarrollo industrial y comercial 180 – 200
Temperatura > 20°C. Poco desarrollo industrial y comercial. 200 – 250
Desarrollo industrial y comercial importante 250 – 300
Fuente: INFOM-UNEPAR, 2013
Anexo 19. Enfermedades transmitidas por agua contaminada
Enfermedades Agentes
Origen bacteriano
Fiebres tifoideas y paratifoideas Salmonella typhi
Salmonella paratyphi A y B
Disentería bacilar Shigella sp.
Cólera Vibrio cholerae
Gastroenteritis agudas y diarreas Escherichia coli enterotoxinógena
Campylobacter
Yersinia enterocolítica
Salmonella sp.
Shigella
Origen vírico
Hepatitis A y E Virus hepatitis A y E
Poliomelitis Virus de la polio
Gastroenteritis agudas y diarreas Virus de Norwak
Rotavirus
Enterovirus
Adenoviruos, etc.
Origen parasitario
Disentería amebiana Entamoeba histolytica
Gastroenteritis Giardia lamblia
Cryptosporidium
Fuente: INFOM-UNEPAR, 2013
157
Anexo 20. Cotizaciones de equipos
COMERRSA
COTIZACION
Compañía Comercial Royer, S.A. Ref: CET568-13
Km.26.5 Carretera a El Salvador
TELEFONO: (502) 6634-3737
FAX: (502) 6634-3745
GUATEMALA, C. A.
www.comerrsa.com
FECHA: 06/08/2013
ATENCION: Mariela Alvarez
REF:
CANTIDAD DESCRIPCION PRECIO UNITARIO TOTAL
A 1 Bomba dosificadora Stenner Q 4,200.00 Q 4,200.00
B 1 Ventury Mazzei 3/4 Q 567.00 Q 567.00
C 1
Dosificador de cloro de tabletas
Rainbow, para 7 pastillas de
hipoclorito de calcio. Q 1,259.00 Q 1,259.00
D 1
Sistemas manuales de sedimento
EWS modelo FP230M, incluye: 15
pies cúbicos de turbidex, total 30 pies
cúbicos de turbidex. Con válvulas
F77BS. Con 300 Libras de grava en
cada tanque, controles de flujo y
distribuidores. Q 24,017.00 Q 24,017.00
CONDICIONES:
PAGO: Contra entrega.
PRECIOS: En Quetzales
ENTREGA: 4 dias.
VALIDEZ: 30 DÍAS
Responsable: MARIELA ALVAREZ
TOTAL CON
DESCUENTO Q 30,043.00
Fuente: Comerrsa, 2013.
158
Anexo 21. Diagrama de planta sugerido para aguas que requieren coagulación y
floculación
Fuente: Ecolab, 2013
Anexo 22. Diagrama de planta sugerido, sistema de potabilización simple
Fuente: Ecolab, 2013
159
Anexo 23. Diagrama de planta sugerido, sistema de potabilización para agua
embotellada
Fuente: Ecolab, 2013
Anexo 24. Glosario
Acueducto: obra para conducir agua, conjunto de obras de abastecimiento de agua.
Acuífero: Estrato subterráneo saturado de agua del cual ésta fluye fácilmente.
Afluente: flujo entrante
Agua pluvial: agua proveniente de la atmósfera
Agua potable: Agua sanitariamente segura y agradable a los sentidos
Agua servida: Agua alterada en su calidad por el uso que se ha hecho de ella.
160
Agua subterránea: Agua localizada en el subsuelo y que generalmente requiere de
excavación para su extracción.
Agua: compuesto de hidrogeno y oxígeno. En la naturaleza no puede hallarse libre de
substancias en suspensión o en solución.
Aireación o aereación: Contacto entre el aire y agua para producir transferencia de
gases.
Alcalinidad: Capacidad para neutralizar ácidos según constituyentes químicos.
Alcantarilla: Conducto que evacua aguas servidas
Área Rural: De acuerdo con la ley (Acuerdo Gubernativo del 7 de abril de 1938) “las
aldeas, caseríos, parajes, fincas y otras con población dispersa”. También debe de
considerarse el número de habitantes de la comunidad, en general cuando pasa de
2500 habitantes, empieza a cobrar características urbanas. Otros aspectos importantes
a considerar es el índice de pobreza, el cual es medido por entandares internacionales.
Bacterias: Microorganismos sencillos reproducibles por división.
Calidad de agua: Características físicas, químicas, y bacteriológicas del agua que la
hacen aptas para el consumo humano, sin implicancias para la salud, incluyendo
apariencia, gusto y olor.
Caudal: Volumen de agua que pasa en un segundo por un punto dado de una corriente
de agua (m3/seg o Lt. /seg).
Clima: Condiciones meteorológicas consideradas durante tiempos muy prolongados.
Cloración: Aplicación de cloro con fines de desinfección.
Clorador: Dispositivo para aplicación de cloro.
Cloro residual: Es la cantidad total de cloro (cloro disponible libre y/o combinado) que
queda en el agua después de un periodo de contacto definido.
Coliforme: Grupo de bacterias no patógenas que habitan el tracto digestivo humano.
Contaminación o polución: Alteración de la calidad por elementos que hagan el agua
impropia para el consumo humano.
Desinfección: Significa la extracción, desactivación o eliminación de los
microorganismos patógenos que existen en el agua.
Dotación: Cantidad de agua asignada en un día a cada usuario. Se expresa en litros
por habitante por día (Lt. / hab / día).
161
Patógeno: Que causa enfermedad.
Piezométrico: Relativo a cargas de presión en el funcionamiento hidráulico de tuberías.
Población: Cantidad de habitantes que componen una comunidad
Potabilización: Serie de procesos para hacer el agua apta para beberla.
Red de Distribución: Sistema de tuberías unidas entre sí, que conducen el agua desde
el tanque de distribución hasta la vivienda del consumidor.
Sedimentación: Remoción de material suspendido por acción de la gravedad.
Sistema: Obra total para proveer de agua potable a una o varias comunidades,
consistente en otros sub-sistemas (conducción, distribución, conexiones domiciliares,
etc.).
Tanque de Almacenamiento o de Distribución: Unidad destinada a compensar las
variaciones horarias de caudal y garantizar la alimentación de la red de distribución.
Tramo: Longitud comprendida entre dos puntos de una tubería.
Fuente: Elaboración Propia.