sistemas de tratamiento de agua no convencional
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SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUA NO CONVENCIONALES
PRESENTADO POR:
DE ORO AGUADO LUÍS ALFONSO
DORIA LÓPEZ YESENIA
TORRES AGÁMEZ ANTONIO JOSÉ
VI SEMESTRE
PRESENTADO A:
JHON JAIRO FERIA DÍAZ
MCs. CIENCIAS AMBIENTALES
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
MONTERÍA
2012
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN.....................................................................................................4
OBJETIVOS.............................................................................................................5
OBJETIVO GENERAL.............................................................................................5
OBJETIVO ESPECIFICOS......................................................................................5
1. SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUA NO CONVENCIONALES................6
1.1 SISTEMAS CONVENCIONALES.......................................................................6
1.1.1 Pretratamiento .........................................................................................7
1.1.2 Tratamiento ..............................................................................................7
1.2 SISTEMAS NO CONVENCIONALES................................................................8
1.2.1 Plantas compactas de potabilización....................................................8
1.2.2. Sistemas de potabilización por ósmosis inversa..................................11
1.2.3. Desinfección por radiación ultra violeta................................................13
2. CONCLUSION...................................................................................................17
BIBLIOGRAFIA......................................................................................................19
TABLA DE FIGURAS
Figura 1. Planta de tratamiento de agua convencional 8
Figura 2. Planta compacta en el municipio El Paraíso (Departamento de la
Guajira) 9
Figura 3. Planta compacta Likuid-URA 10
Figura 4. Proceso de separación de compuestos orgánicos e inorgánicos por
ósmosis inversa 12
Figura 5. Planta de potabilización “La desaladora de Ashkelon” Israel 13
Figura 6. Sistemas cerrados de contacto de lámparas UV 15
Figura 7. Planta compacta-portátil potabilizadora de agua 16
INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo, se discutirá sobre los principales sistemas no
convencionales implementados para la potabilización de agua, esencialmente
sobre las plantas compactas, los sistemas de membrana por osmosis inversa y la
desinfección por luz ultravioleta.
De las plantas compactas se hablará sobre las ventajas que representan para las
comunidades aisladas el uso de este sistema para la potabilización de agua,
teniendo en cuenta los diversos factores limitantes comunes en estas regiones, en
los que se mencionará además los procesos unitarios utilizados para la obtención
de un agua potable de acuerdo a los requisitos establecidos en la norma.
En los sistemas de membrana de osmosis inversa, se abordará las etapas de
evolución que ha tenido este sistema, a través de las modificaciones de las
configuraciones y el mejoramiento de los materiales utilizados como membranas
de filtración. En países como Israel y España que cuentan con poca disponibilidad
de agua dulce, estos tipos de sistemas son den gran importancia y utilidad para la
potabilización, gracias a que puede retener minerales disueltos como las sales que
predominan en los cuerpos de agua de dichas regiones.
Y por último se abarcará los sistemas no convencionales que utilizan luz
ultravioleta como método desinfectante para la eliminación de agentes patógenos
presente en las fuentes de agua naturales, describiendo sus ventajas y
desventajas.
OBJETIVOS
Objetivo general
Identificar los principales sistemas de tratamiento de agua no convencionales
Objetivo específico
Diferenciar los sistemas de tratamiento de agua convencionales de los no
convencionales.
Mencionar las etapas de funcionamiento que presentan los sistemas de
tratamiento de agua no convencionales: plantas compactas, sistemas de
ósmosis inversa y desinfección por radiación ultravioleta
Indicar las ventajas que representa el uso de los sistemas de tratamiento de
agua no convencionales: plantas compactas, sistemas de ósmosis inversa y
desinfección por radiación ultravioleta, teniendo en cuenta las distintas
limitaciones que presentan las poblaciones.
1. SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUA NO CONVENCIONALES
La salud humana depende no solo de la cantidad de agua suministrada, sino de su
calidad: según la OMS (1979) “casi la cuarta parte de las camas disponibles en los
hospitales del mundo están ocupadas por enfermos cuyas dolencias se deben a la
insalubridad del agua”.
Teniendo en cuenta lo anterior, los sistemas de tratamiento de agua no
convencionales, considerado así por su uso poco común, representan una
herramienta oportuna para países que requieren de mejores y/o mayores
operaciones con el objeto de obtener un agua potable que cumpla con los distintos
parámetros de calidad establecidos en la normatividad de cada país.
Las condiciones de calidad del agua cruda destinada para consumo humano y de
disponibilidad en las que se puede encontrar este recurso, juega un papel de vital
importancia a la hora de determinar las operaciones necesaria para hacerla apta
para el consumo de las personas y además de otros factores, como los sociales,
técnicos y económicos que al igual tienen cierta incidencia para la implementación
de los procesos.
Si bien es cierto, los sistemas convencionales y no convencionales presentan el
mismo principio de funcionamiento en sus procesos, la diferencia gira en torno a
las variaciones del comportamiento que exhiben las características de las
unidades y la forma como operan (Vargas, 2005). Para poder diferenciar los
sistemas entre si, a continuación se presentan algunas especificaciones de las
plantas de potabilización de aguas convencionales y no convencionales:
1.1Sistemas convencionales:
Corresponden a esta clasificación sistemas de tratamiento de agua normalmente
muy antiguos que se han venido utilizando a principio del XX (1910-1920),
caracterizándose por la gran extensión que ocupaban sus unidades [1].
Los sistemas convencionales, llamados así por su amplio uso en muchos países
constan de las siguientes etapas generalmente:
1.1.1 Pretratamiento:
Desarenadores.
Presedimentadores o embalses.
1.1.2 Tratamiento:
Unidades de medición del caudal.
Mezcla rápida: generalmente no tienen este proceso o se ha agregado
mezcla mecánica a partir de que los resultados de las investigaciones
efectuadas indicaron su decisiva influencia en la eficiencia de todo el
sistema de tratamiento.
Floculación hidráulica o mecánica.
Decantadores rectangulares de flujo horizontal.
Filtros de tasa constante sin mayor equipamiento.
Desinfección generalmente mediante cloración directa o al vacío [1].
Figura 1. Planta de tratamiento de agua convencional (Foto de Augusto A.
Bernal, Aguas de México)
1.2 Sistemas no convencionales:
Los sistemas no convencionales para la potabilización de agua, son el resultado
de amplias y rigurosas investigaciones que se han llevado a cabo, en búsqueda de
dar soluciones a situaciones excepcionales como la poca disponibilidad de agua,
calidad del agua muy pésima para el consumo humano, colapsos de los sistemas
de potabilización municipales por desastres naturales, entre otras; lo que obliga a
desarrollar sistemas de tratamiento distintos a los que comúnmente se vienen
aplicando en nuestras regiones. Estos tipos de sistemas se caracterizan por las
que plantas de potabilización utilizan tecnología importada, de patente o plantas
de paquete (Vargas, 2005).
Dentro de este tipo de sistemas, podemos distinguir las siguientes plantas de
potabilización:
1.2.1 Plantas compactas de potabilización:
Éstas son plantas de potabilización preensambladas en fábrica, las cuales
desarrollan todos los procesos necesarios hasta obtener agua potable apta para
consumo humano. Como su nombre lo indican, cuenta con todas las fases de
tratamiento en una sola unidad: coagulación, floculación, sedimentación, filtración
y desinfección [2]. Estas plantas satisfacen los requerimientos de agua en
pequeñas comunidades, donde otro tipo de tecnología resultaría excesivamente
compleja y costosa, garantizando una buena calidad del agua de acuerdo a los
parámetros establecidos por ley.
Las ventajas de estas plantas son su flexibilidad y capacidad de adaptación a
diferentes condiciones, en especial diseñadas para trabajos pesados a la
intemperie, además de su sencillez operacional (sobre todo si existen condiciones
para la opción con sistema informativo en computadora), su bajo consumo de
reactivos y su relativo bajo costo [2]. En la siguiente imagen se muestra una planta
compacta de potabilización de agua.
FIGURA 2. Planta compacta en el municipio El Paraíso
Departamento de la Guajira (Foto de N&F de Colombia)
Esta planta cuenta con la suma de procesos requeridos para el tratamiento y
potabilización de aguas exigidos por las autoridades reguladoras. - Desbaste y
captación - Floculación en línea - Decantación Ascendente - Filtración Rápida
Descendente - Desinfección Por Cloro. Adicionalmente se le puede incorporar un
modulo de esterilización UV para perfeccionar la calidad del agua resultante[3].
Existen plantas que tienen una mayor compactación, debido a que presentan una
simplificación de la línea de tratamiento y a la vez garantizan una seguridad y
fiabilidad sanitaria.
FIGURA 3. Planta compacta Likuid-URA (Foto de Likuid-URA)
Esta planta tiene la capacidad de eliminar bacterias sin la utilización de agentes
desinfectantes como el cloro, gracias al sistema de filtración (Tangencial/Cross-
flow) [4]. Sin dudas esto representa una gran ventaja debido a que evita productos
secundarios como los trihalometanos que se pueden derivan de la mezcla entre
compuestos de naturaleza orgánica y cloro, siendo estos cancerígenos para los
animales [1].
Por lo general este tipo de plantas son utilizadas en zonas residenciales alejadas
del casco urbano, donde no es posible contar con un sistema de distribución de
agua potable. Entre otras ventajas que presenta este sistema es su instalación. La
instalación de éstas se puede realizar en cualquier lugar cercano a una fuente de
agua y además puede trabajar completamente manteniendo flujos elevados con
independencia de las condiciones de partida y de las variaciones existentes en la
calidad del agua de aporte [4].
1.2.2 Sistemas de potabilización por ósmosis inversa
En teoría la posibilidad de aplicar membranas de ósmosis inversa es conocida
desde hace varias décadas, pero su aplicación práctica data desde los años 70,
en los que comenzaron a investigarse materiales que alcanzaban buena
permeabilidad y a la vez soportaban presiones elevadas [5]. Es a partir de esa
época en que sus aplicaciones comerciales se orientaron a la potabilización de
agua, en especial a tratar aguas salinas en los que por medio de sistemas
convencionales resultaba muy costoso remover.
Desde entonces la evolución de estos sistemas ha sido muy progresiva, partiendo
desde las membranas de acetato de celulosa. Dicho material inicialmente exhibía
muchos inconvenientes debido a que se deterioraba fácilmente por la poca
resistencia a los ataques microbianos y a la presencia de cloro.
Las nuevas configuraciones de estas membranas (plana, fibra, hueca, espiral) y la
aparición de nuevos materiales sintéticos (poliamidas) a finales de los 90
permitieron ir resolviendo los problemas comunes a los que se encontraba este
sistema. Esto ha que su utilización sea cada vez mas sencilla, mas confiables y
por tanto mas difundida en regiones donde hay poca disponibilidad de agua dulce.
El funcionamiento de este tipo de sistemas de tratamiento no convencional,
básicamente está regido por “la separación de componentes orgánicos e
inorgánicos presentes en el agua, debido a la presión ejercida en una membrana
semipermeable mayor a la presión osmótica de la solución. La presión conlleva al
agua pura a través de la membrana semipermeable, dejando atrás los sólidos
disueltos. El resultado es un flujo de agua pura, libre de minerales, coloides,
partículas de materia y bacterias” (PNUMA, 2006).
Figura 4. Proceso de separación de compuestos orgánicos e inorgánicos por
ósmosis inversa (Figura tomada de Sistemas de potabilización y purificación de
agua, PNUMA).
El material filtrante de la membrana tiene una multitud de poros sub-microscópicos
en su superficie. El tamaño del poro de la membrana (0.0005 a 0.002 micrones) es
mucho más pequeño que el de las aberturas de un filtro mecánico normal (1 a 25
micrones) con un diferencial de presión más grande para hacer que el agua pase
por la membrana que el diferencial requerido por un material filtrante normal [6].
Los sistemas de filtración con membrana de ósmosis inversa utilizados para la
potabilización de agua, representa una alternativa viable para países en los que la
disponibilidad de agua es demasiado restringida a causa de las escasas
precipitaciones o por la falta de fuentes superficiales incapaces de suministrar el
volumen necesario para suplir las demandas de dichas regiones.
Es tan importante este tipo de tecnologías, que países como Israel han invertido
grandes sumas de dinero para liderar el desarrollo de este tipo sistema de
potabilización, ya que tan solo cuenta con el Mar de Galilea como fuente de agua
dulce y pocos acuíferos; hoy en día éste país consume casi el 90% de agua
potable provenientes de pozos subterráneos, pero muy salinizadas [7].
FIGURA 5. Planta de potabilización “La desaladora de Ashkelon” Israel (Foto
tomada de J. Aguado, Universidad de Alcalá)
1.2.3 Desinfección por radiación UV
La radiación UV aplicada para la desinfección del agua, puede decirse que
comenzó a principios del siglo XX con el desarrollo de la lámpara de mercurio
como fuente de luz ultravioleta, protegida por una envoltura de cuarzo. La primera
unidad en plan experimental aplicada a la desinfección del agua, tuvo lugar en
1910 en Marsella [8 ]. Su aplicación era muy reducida , (el cloro era un gran rival)
pero con la implantación de las primeras lámparas de descarga de gas , a
principios de los años 40, las lámparas de mercurio de alta y baja presión y las
mejoras en la envoltura de cuarzo, colaboraron a un mayor empleo en la
desinfección del agua . A mediados de los años 50, en Suiza y Austria, se
empezaban a aplicar de forma más o menos extensa a la desinfección. A partir de
los 60 se extendió su uso tanto en Europa como en los Estados Unidos, en
algunos casos combinando su empleo con cloro.
La desinfección por radiación ultravioleta (UV) implementado en las plantas de
potabilización de agua, es utilizada para la eliminación de agentes patógenos que
comúnmente encontramos en las fuentes de agua naturales.
Esta técnica funciona como un germicida, ya que anula la vida de las bacterias,
gérmenes, virus, algas y esporas presentes en el agua, mediante la luz
ultravioleta, los microorganismos no pueden proliferarse ya que destruyen el ADN
y mueren al contacto con la luz, obteniéndose un producto libre de gérmenes vivos
[6].
Los microorganismos son inactivados por luz UV como resultado del daño
fotoquímico a sus ácidos nucleicos. La radiación UV es absorbida por nucleótidos,
los bloques de construcción del DNA y RNA celulares en una manera dependiente
de la longitud de onda con picos de cerca de 200 y 260 nm (Sonntag y
Schuchmann, 1992). Se sabe que la luz ultravioleta destruye virus y bacterias, sin
embargo, como en el caso del ozono, es necesario del uso posterior de cloro, para
prevenir el recrecimiento de bacterias. La luz ultravioleta provee un método de
operación y mantenimiento sencillo, es útil con tiempos cortos de contacto y no
genera residuos tóxicos o subproductos [9].
FIGURA 6. Sistemas cerrados de contacto de lámparas UV (Foto de Maria
Leal, Instituto Mexicano de tecnología)
Entre sus principales limitaciones se encuentran su incapacidad de inactivar
protozoarios, y su ineficiencia para tratar aguas turbias con sólidos suspendidos,
color o materia orgánica soluble. En estos casos la radiación será absorbida por
estas sustancias y la desinfección se verá seriamente limitada. La efectividad de la
radiación ultravioleta con vías a desinfectar agua depende de la dosis absorbida
por los organismos, en función de la intensidad de la lámpara utilizada y el tiempo
de exposición. Si la dosis no es suficiente, el material genético puede verse
dañado pero no destruido, lo que permitirá el recrecimiento bacteriano una vez
que cese el tratamiento [10].
Es necesario resaltar que estas técnicas tienen poca importancia para las
operaciones de tratamiento del agua en gran escala, pero representan gran interés
para situaciones en que deban tratarse pequeños volúmenes de agua, como en la
planta compacta-portátil potabilizadora de agua mostrada a continuación.
FIGURA 7. Planta compacta-portátil potabilizadora de agua (Foto de N&F de
Colombia)
Este tipo de plantas diseñada en Colombia por la empresa Ingeniería en Agua,
tienen la capacidad de producir de 1.000 a 10.0000 litros/hora de agua potable y
cuentan con la suma de procesos de purificación requeridos por las normas
internacionales (O.M.S) para manejo de aguas TIPO A1 y A2 (Max 100 NTU)[3].
2. CONCLUSIONES
La utilización de sistemas de tratamiento de agua no convencionales, representan
oportunidades de vida para las poblaciones que presentan dificultades a la hora de
conseguir agua que sea apta para el consumo humano. Sin lugar a duda esto
puede acarrear mayores o menores costos en la implementación de los procesos
que nos permitirán obtener agua de excelente calidad teniendo en cuenta los
parámetros exigidos en la normatividad de cada país.
A partir de lo anterior, nos permite precisar sobre situaciones como es el caso de
Israel y España, que están utilizando a gran escala sistemas de tratamiento de
agua por membranas de osmosis inversa, debido, a que la mayor disponibilidad
de agua presenta altas concentraciones de sal, lo que permite ser viable
económicamente éstos procesos.
Aquí los sistemas de ósmosis inversa presentan grandes ventajas con respecto a
los otros sistemas convencionales, ya que, se reduce al máximo la utilización de
agentes químicos, se minimiza el uso de energía, y se logra una remoción de
bacterias, parásitos, entre otros.
Las plantas compactas, al tener todo el sistema integrado en una sola unidad,
exhibe notables ventajas en lo que corresponde a movilidad, gasto de
funcionamiento y accesibilidad. Estas tres cualidades hace que estos sistemas
sean mas viables que los convencionales, es decir, su instalaciones se puede
realizar en comunidades con pocos habitantes, reduciendo el gasto de inversión
por parte de los entes territoriales.
En la desinfección por radiación ultravioleta, se presenta una alternativa que
permitirá reducir los productos secundarios como los trihalometanos, que se
forman normalmente por la utilización de cloro como método químico
desinfectante. Es de anotar que este proceso se trabaja en sistemas de
tratamiento de agua que demandan poco caudal.
En general los sistemas de tratamiento aquí mencionados como muchos otros no
convencionales, son de gran ayuda a las poblaciones de los distintos países, en
las que no son viables desde el punto de vista ambiental, económico y social la
implementación de sistemas convencionales que comúnmente vemos en nuestros
municipios.
BIBLIOGRAFÍA
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