Tratamiento de las aguas

Recursos hídricos. Agua potable. Filtración. Abastecimientos públicos. Desinfección. Desalación. Fluoración. Cloración

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ÍNDICE

Introducción 2

Etapas del tratamiento de las aguas 3-13

• Tamizado primario 3

• Almacenamiento 3

• Tamizado y microfiltración 3-4

• Aireación 4

• Coagulación 4-5

• Flocuación 5

• Clarificación 5-6

• Filtración 6-8

-F. lenta por arena 6

-F. rápida por arena 7-8

-Filtro de diatomeas 8

• Desinfección 9-11

-Desinfectantes químicos 9-11

Cloración con gas 9-10

Hipocloración 10

Bióxido de cloro 10 !Factores a controlar 10

en la cloración.

! Factores que influyen 11

en la desinfección.

Tiempo y concentración

Temperatura

pH

!Reacciones del cloro con el agua 11

-Desinfección por calor 12

-Desinfección mediante calor 12

• Desalación de aguas 12-13

-Procesos térmicos 12-13

-Procesos de membranas 13

-Otros métodos 13

Principales parámetros a controlar 14-16

-Control y eliminación de patógenos 14

-Olor y sabor 14-15

-Subproductos de la cloración 15-16

-Fluoración 16

INTRODUCCIÓN

El agua, sustancia esencial tanto para la vida como para la propia civilización humana, es el vehículo idóneo donde se desarrollan las complejas reacciones bioquímicas que hacen posible el desarrollo de la actividad vital de cualquier ser vivo. Además, se trata probablemente del único compuesto que se puede encontrar en nuestro planeta en los tres estados físicos de agregación de la materia, líquida, sólida y gaseosa, y en una cantidad considerable.

La provisión global de agua en la Tierra es invariante desde hace miles de años, estando sometida al ciclo hidrológico. Este consiste en una serie de cambios de fase, de características físicas, químicas y microbiológicas, e incluso de emplazamiento físico (mareas, nubes, glaciares, ríos, aguas subterráneas) cuyo último efecto es la renovación periódica de la dotación de agua en las grandes acumulaciones o depósitos de ésta existentes en el planeta: océanos, ríos y lagos, atmósfera y litosfera.

El motor del ciclo hidrológico es la radiación solar recibida en nuestro planeta que provoca la evaporación de cantidades ingentes de agua desde la superficie libre de los océanos y mares hasta la atmósfera, desde donde revierte depositándose bajo forma de lluvia. En el ciclo, además intervienen otros factores como son la evaporación de agua desde el propio terreno, la evapo-transpiración de plantas y seres vivos, e incluso, el balance entre detracción aporte de agua usada por el hombre.

También hay que tener en cuenta que el agua no puede ser usada directamente de la naturaleza, sino que tiene que pasar por un largo proceso de tratamiento para eliminar todas las partículas nocivas para la salud y el bienestar humanos. Y que un 97.5% del agua que hay en el mundo es salada, por lo que un gran avance de la tecnología ha consistido en conseguir transformar esa agua salobre en agua potable. Pudiendo así, crear poblaciones y áreas industriales en zonas áridas o de escasos recursos contando con la disponibilidad de recursos desalados a partir de agua de mar o salobre.

'Tratamiento de las aguas'

ciclo hidrológico

ETAPAS DEL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS

Los métodos que se emplean para tratar el agua dependen, en gran parte, del fin a que se destina el abastecimiento. Por ejemplo, para uso doméstico es esencial eliminar cualquier impureza y bacterias, ya que pueden ser perjudiciales para la salud del consumidor.

Con la excepción de aguas subterráneas puras concretas, todas las aguas suministradas requieren de una purificación. Aunque en teoría el agua más sucia se puede purificar hasta calidad de agua potable, en la práctica es muy difícil.

La naturaleza posee un proceso de autopurificación de todas las aguas que han sido contaminadas, pero la velocidad de esta actividad es muy baja y además depende de la naturaleza y cantidad de material contaminante. Por esto se han diseñado plantas de tratamiento de aguas en las que se realizan los siguientes procesos: Tamizado primario, almacenamiento, tamizado y microfiltración, aireación, coagulación, floculación, clarificación, filtración y desinfección. Aunque la selección de los procesos unitarios necesarios depende de la calidad del agua final requerida y la limpieza del agua bruta que entra en la planta.

-Tamizado primario:

Las plantas de tratamiento raramente se encuentran próximas a los puntos de agua, excepto donde se practica una captación directa, por lo que debe de ser conducida por un gran número de kilómetros a través de tuberías y de canales abiertos. Esa agua bruta debe de pasar por unos tamices gruesos para eliminar los sólidos que han caído al agua durante su transporte.

La finalidad de este proceso es evitar que las tuberías se bloqueen y las bombas se dañen.

-Almacenamiento:

El agua bruta se bombea desde la toma a un embalse, donde se almacena para así mejorar la calidad antes del tratamiento y para asegurar suministros adecuados en los períodos de máxima demanda. Hay varios procesos naturales que actúan durante el almacenamiento que mejoran la calidad del agua. El proceso de filtración es efectivo cuando la concentración de sólidos es menor de 10 mg/l. La radiación ultravioleta es otro proceso natural que destruye las bacterias nocivas y algunos organismos patógenos.

También se puede conseguir aclarar el color por la luz solar y algunas impurezas orgánicas causantes de los problemas de sabor y olor son oxidadas en las zonas superiores del depósito. La dureza se puede reducir por la liberación de dióxido de carbono que realizan las algas durante el verano, convirtiendo así los bicarbonatos en carbonatos que precipitan.

-Tamizado y microfiltración:

Antes del tratamiento es esencial realizar una nueva filtración, pero esa con un tamiz más fino. Los microfiltros consisten es tambores de acero inoxidable de malla fina, hasta con 25.000 orificios en un cm2 que está parcialmente inmerso en agua. Conforme rota, la diferencia de altura hace que el agua atraviese la micromalla.

El agua no filtrada posee una alta concentración de todas las partículas filtradas, algas; esta agua de lavado necesita ser tratada de forma separada. Hay evidencias que muestran que tales aguas pueden ser potencialmente ricas en patógenos, especialmente quistes y ooquistes de protozoos.

-Aireación:

El agua de las fuentes de agua subterráneas, del fondo de los lagos o embalses, ríos contaminados posee una concentración de oxígeno disuelto muy baja. Lo que afecta o daña otras unidades de proceso, en particular la filtración y la coagulación. Por esto el agua bruta necesita ser aireada antes del tratamiento posterior. Esto se puede conseguir de varias maneras, mediante aireadores por gravedad, aireadores de boquillas, difusores, y aireadores mecánicos.

Los aireadores por gravedad pueden ser de cascada, de planos inclinados, de columnas verticales y de canales perforados. En el método de cascada, que es el más importante de los aireadores por gravedad, el agua se vierte por una estructura de torre, que asegura la reaireación por la excesiva turbulencia. La presión del agua forzada a salir del depósito por el peso del agua que está por encima hace que la fuente de agua se pulverice en el aire, por lo que para reducir las pérdidas por evaporación estas surtidores se pueden cubrir parcialmente.

Otro método muy eficaz es el de usar aspersores por medio de los cuales el agua se pulveriza en la atmósfera, hasta formar una neblina o gotas muy pequeñas.

La mayor parte de difusores de aire o aireadores de inyección barbotean aire comprimido dentro del agua a través de orificios colocados en tuberías. Las burbujas ascendentes adquieren velocidades terminales menores de las que alcanzarían gotas de agua si cayesen libremente. Esto incrementa el tiempo de exposición de las burbujas al aire y reduce la turbulencia.

La finalidad de este proceso es asegurar un óptimo tratamiento en la planta, y además suministrar oxígeno, lo que incrementa la calidad del agua, especialmente el sabor y el olor. También se reduce la corrosividad del agua por la eliminación de cualquier gas de dióxido de carbono presente, por la elevación del pH. La aireación no es suficiente para reducir las propiedades corrosivas de las aguas ácidas, por lo que debe de ser necesaria una neutralización con cal.

La introducción de oxígeno constituye la primera etapa en el proceso de eliminación del hierro y manganeso por filtración. Estos metales solamente son solubles en aguas pobres de oxígeno y a pH inferior a 6,5.

El control de laboratorio del proceso de aireación consiste en llevar a cabo determinaciones de la concentración del oxígeno disuelto, del bióxido de carbono y del ácido sulfhídrico, así como del pH. Si la concentración del oxígeno disuelto es de 7 a 10 ppm, la del bióxido de carbono es de 3 a 5 ppm y no hay ácido sulfhídrico, el proceso de aeración puede calificarse como eficaz.

-Coagulación:

Después del filtrado fino la mayoría de los sólidos suspendidos tendrán un diámetro muy pequeño para sedimentar espontáneamente. Normalmente partículas de arcilla, óxidos de metal, moléculas de proteínas grandes y microorganismos que tienden a estar cargadas negativamente, por lo que se repelen unas a otras, evitando la agregación en partículas mayores, las cuales podrían entonces sedimentar.

Se añade un coagulante al agua para desestabilizar las partículas e inducirlas a agregarse en partículas mayores conocidas como flóculos. Los coagulantes más comunes son sales como sulfato de aluminio, hidróxido de aluminio, cloruro de polialuminio, cal...

El ritmo de adición del coagulante depende de muchos factores que pueden alterarse muy rápidamente. Las condiciones óptimas de funcionamiento para la coagulación se determinan mediante el método de la probeta. Éste mide el efecto de diferentes combinaciones de dosis de coagulante y pH, que son los dos factores más importantes en el proceso. Permite una comparación de las diferentes combinaciones bajo condiciones estandarizadas, después de las cuales se mide el color, la turbidez y el pH del agua clarificada.

Los mecanismos actuales de coagulación son complejos e incluyen adsorción, neutralización de cargas y la entrada en la matriz físico-químico formada.

La cantidad de coagulante añadida al agua es crítica; poca cantidad resulta inefectiva, y demasiada puede conducir a un exceso de productos químicos en el agua final. La coagulación está completa en un minuto a partir de la adición. Las sales de los metales reaccionan en el medio alcalino del agua para formar un precipitado insoluble del hidróxido del metal que enreda las partículas coloidales. Como todas las partículas de origen natural en el agua tienen un pequeño potencial eléctrico negativo en su superficie y los flóculos de los hidróxidos tienen un pequeño potencial eléctrico positivo, por lo que se atraen.

-Floculación:

Cuando las partículas de líquido colisionan éstas se agregan para formar partículas más grandes que sedimentan. Durante la sedimentación alcanzan a otras más pequeñas que sedimentaban a una velocidad más baja y así estas también se unen al agregado.

La probabilidad del choque entre partículas se puede incrementar significativamente agitando suavemente el agua (floculación). Este fenómeno puede ser efectivo por sí mismo donde hay una alta concentración de partículas, sin embargo, en concentraciones bajas se debe de utilizar un coagulante, que es necesario para desestabilizar las partículas coloidales. Durante esta mezcla se producen flóculos mayores que son eliminados fácilmente durante la clarificación. La floculación se sucede de forma natural para partículas mayores de 1m, pero la velocidad de colisión es muy baja y para aumentarla se necesitan sistemas de agitación mecánica.

-Clarificación:

Una vez que se han formado los flóculos mediante la adición de coagulante se eliminan por sedimentación. El proceso es diferente del proceso de sedimentación que se encuentra en las plantas de tratamiento de aguas residuales, en las que el agua fluye lentamente, permitiendo así que las partículas sedimenten. En este proceso de sedimentación el agua fluye hacia arriba desde la base del tanque, los flóculos al ser más pesados que el agua sedimentan en el fondo. La función del operador es la de asegurar que todas las partículas se mantienen en el fondo formando un manto de lodos. Para mantener el manto de lodos a la altura requerida, y que se retengan más lodos dentro del tanque aumentando la eficacia, se debe descargar el exceso de lodos del tanque. El sangrado del tanque se puede realizar en continuo o a intervalos. Los lodos retirados se deben de manejar con cuidado y verterlos en lugares seguros porque poseen una alta concentración de impurezas, especialmente de bacterias, virus y quistes de protozoos.

-Filtración:

Después de la clarificación, el agua contiene únicamente sólidos finos y materia soluble, que en su mayoría proviene del proceso de coagulación. Para eliminar esta materia es preciso realizar un proceso de filtración. Los filtros contienen capas de arenas (o antracita) y grava clasificada. La filtración por arena se puede clasificar en rápida o en lenta.

-Filtración lenta por arena: Aunque el método más usado es la filtración rápida este método es muy eficaz, ya que proporcionan un agua segura y potable.

Generalmente, la turbiedad media está comprendida entre unos valores de 10 a 30 ppm. Dentro de estos límites puede llevarse a cabo eficazmente la eliminación de la turbiedad y de las bacterias, pero se requieren otros métodos para eliminar concentraciones bajas. La arena limpia es poco eficaz, hasta que se forma una película adsorbente sobre la superficie de las partículas de arena, así que, normalmente se desecha el agua proveniente de lechos en los que se acaba de cargar arena limpia, hasta que se forma dicha película. La velocidad de filtración de lechos limpios debe ser inicialmente muy baja y aumentarse gradualmente hasta que se alcance el gasto deseado y la calidad.

Una planta de filtros lentos de arena consiste en un estanque de concreto, cubierto, de 3 a 4 metros de profundidad. En él, se colocan líneas de tubos para drenaje, de juntas abiertas, distanciadas 1.80 m y conectadas a un colector principal. Las líneas de tubos están cubiertas de gravas, poniendo los tamaños más gruesos en el fondo y cubriéndolos gradualmente con los de menor.

Es importante que la calidad y el tamaño de las partículas del material filtrante sea el adecuado. La arena debe estar libre de arcilla, polvo, raíces y otra impurezas para que se pueda garantizar una determinada eficiencia de la filtración.

La limpieza del filtro se lleva a cabo casi siempre a mano, desprendiendo los 2 o 3 cm que forman la capa más superficial del lecho de arena, después de vaciarlo por completo de agua. La arena no se elimina sino que se vuelve a incorporar al filtro después de ser limpiada.

-Filtración rápida por arena: Se ha intentado disminuir el área de filtración aumentando la velocidad de filtración al tratar aguas turbias, sin que ocurra la obstrucción subsuperficial de los lechos. Este proceso no fue efectivo hasta que no se descubrió la importancia de la coagulación. El coagulo es suficientemente grueso para ser retenido en los granos de arena más grandes y la película producida se puede eliminar eficazmente mediante bacterias.

Además de la grava, o junto con una base especial para filtración, se provee un sistema de desagüe inferior que sea capaz no solamente de captar uniformemente el agua filtrada, sino también de distribuir uniformemente el flujo de agua relativamente grande, cuando el filtro se está limpiando o retrolavando. La disposición más común es el sistema de colector central ramificado. El colector central es un tubo de diámetro grande al que se han conectado a ambos lados tubos de diámetro inferior, o ramificaciones. Los tubos laterales tienen en toda su longitud pequeñas perforaciones distanciadas unos centímetros y a través de las cuales fluye el agua.

Aunque actualmente se han desarrollado otros sistemas de desagüe, con el propósito de proveer mejores características hidráulicas, lo que a su vez puede dar como resultado que los ciclos de filtración sean más prolongados, se disminuyan las dificultades debidas a la corrosión y se puedan construir filtros menos profundos. La mayoría de estos sistemas de falso fondo dejan un espacio entre el fondo del filtro y el sistema de desagüe, especie que sirve para el doble propósito de colectar el agua mientras se filtra y ayudar a distribuir el agua durante el retrolavado, con pocas pérdidas de presión en ambos casos. Estos falsos fondos tienen aperturas que pueden consistir en agujeros relativamente grandes, dentro de los cuales se ajustan coladores especiales de cerámica, cubriéndose éstos con una capa delgada de grava o placas de material poroso que soportará la arena directamente. Las ventajas de este sistema es que realiza una filtración uniforme y una distribución también uniforme de las aguas de lavado, menor coste de mantenimiento y cajas de filtración menos profundas.

Existen formas de regular el gasto, como que la válvula del efluente se abra por medio de un dispositivo automático, ya que el tiempo que transcurre entre cada lavado es de varias horas como mínimo. Normalmente esa válvula se regula según el principio de Venturi, las diferentes presiones que actúan sobre los lados opuestos de diagrama producen una fuerza hacia abajo, que es contrarrestada por una pesa colocada en la palanca. Al irse ensuciando la arena y al disminuir la velocidad de filtración, también disminuye la diferencia de presiones, entonces la pesa colocada en la palanca es capaz de elevar las válvulas lo suficiente para dejar pasar el gasto adecuado, restaurándose así las condiciones iniciales de equilibrio.

La operación de lavado de los filtros es de las operaciones más importantes. En el proceso primero se cierra la línea del influente, abriendo la válvula de descarga al drenaje y pasando después agua limpia a través del sistema de desagüe inferior del filtro en dirección inversa y a una velocidad que es siete u ocho veces mayor que la de filtración. El agua sucia que sale de la parte superior del filtro es recogida por medio de colectores de agua de lavado y descargada al drenaje. Éste retrolavado debe de repetirse hasta que el agua de lavado que salga del filtro esté clara, debiéndose cerrar en este momento las válvulas de alimentación de agua de lavado y de descarga al drenaje, con lo que el filtro puede empezar a operar nuevamente.

La mayor ventaja de estos métodos es que requieren menor volumen de lavado. En algunas plantas no se depende enteramente del retrolavado, sino que se emplean otros métodos que ayudan a verificar esta operación. Los tres principales tipos de auxiliares del retrolavado son los agitadores hidráulicos de superficie, los rastrillos mecánicos y el aire comprimido.

Los agitadores hidráulicos de superficie son tubos horizontales situados a corta distancia sobre el lecho de arena, con pequeñas perforaciones cercanas entre sí, a través de las cuales se hace pasar agua a altas velocidades. El efecto que produce este chorro a grandes velocidades es de raspado local en la zona de arena más sucia.

En ocasiones se introduce aire comprimido dentro del sistema de desagüe inferior antes de conectar el agua de lavado, o al mismo tiempo. Actualmente este sistema no se usa tanto en la actualidad porque el coste de esta operación es superior que el de otros sistemas auxiliares de retrolavado.

Los filtros de presión se emplean frecuentemente en plantas pequeñas y en la industria. Este tipo de filtro es similar a un filtro rápido de arena común, con la única diferencia de que está completamente encerrado dentro de un taque de acero y de que toda la unidad opera bajo presión.

-Filtros de diatomeas:

En este tipo de filtro en vez de emplear arena como medio filtrante se usan filtros de diatomeas, que están formados de armaduras centrales sobre las que se sostiene una capa delgada de una materia porosa llamada tierra de diatomeas. Estas unidades también deben de lavarse periódicamente, pero este proceso es más sencillo porque es más ligero y más delgado.

Algunas de sus ventajas es que requieren menos espacio que los filtros de arena y poseen una capacidad semejante sin incluir la coagulación. Aunque este tipo de tratamiento está limitado a casos en los que el agua sea relativamente clara.

Esta operación apareció para satisfacer la necesidad de filtros pequeños durante la Segunda Guerra Mundial. Aún no se conoce su capacidad de abastecimiento público, pero según parece este filtro se usará cada vez más en los próximos años.

-Desinfección:

La desinfección de los abastecimientos públicos de agua representa el proceso más importante usado en la obtención de agua de calidad sanitaria adecuada. La desinfección significa una disminución de la población de bacterias hasta una concentración innocua, en contraste con la esterilización en la que se elimina totalmente la población bacteriana. Por ello, se debe de prestar mucha atención a la selección y operación del equipo clorador, que debe de satisfacer a las necesidades particulares de cada abastecimiento de agua.

Aunque en el pasado se han ensayado otros desinfectantes, que no se suelen usar en la actualidad, los mejores resultados se han obtenido con el uso del cloro, ya sea en forma de gas o de alguno de los diversos compuestos que lo contienen.

•Desinfectantes químicos: La exposición del agua, durante un tiempo suficiente, a productos químicos como halógenos, ozono y otros compuestos oxidantes como el permanganato de potasio y el peróxido de hidrógeno hace que las concentraciones de bacterias se reduzcan considerablemente . El desinfectante químico más efectivo y más empleado es el cloro y sus derivados.

-Cloración con gas: En condiciones normales de presión y temperatura, el cloro es un gas, pero puede comprimirse fácilmente hasta un punto en el que se licua. Esta característica hace que se puede transportar en recipientes de acero.

Básicamente, los cloradores consisten en diversas combinaciones de válvulas de reducción de presión que funcionan por medio de diafragmas mecánicos, o flotadores operados hidráulicamente, orificios y otro tipo de medidores para medir el gasto del cloro gaseoso después de que se ha reducido a una presión baja, y dispositivos para hacer una solución acuosa del gas e inyectar esta solución al agua que se vaya a tratar. Este tipo de clorador se denomina de solución y es el más usado.

En las ocasiones en las que no se dispone de agua o de electricidad se usan cloradores de inyección directa. La única diferencia que posee este equipo con respecto al de alimentación de solución es que no hay dispositivos para hacer e inyectar una solución acuosa. El gas se conduce directamente por tuberías hasta el agua que se desea tratar. En el punto de aplicación se usan difusores de plata o de carborundo, conectados en el extremo de la tubería. Este equipo puede presentar dificultades por la formación de cristales de cloro, especialmente con las temperaturas bajas. Este problema se puede disminuir con el empleo de difusores calentados.

Es de gran importancia que se tomen precauciones para asegurar la aplicación continua de cloro al agua que se va a tratar. Y se debe de tener especial cuidado con las fugas de cloro porque el cloro gaseoso es irritante, debe tenerse cuidado de no inhalar nada del gas, teniendo máscaras cerca. Uno se puede percatar de las fugas teniendo un frasco de amoníaco cerca, si el cloro escapa se formarán humos blancos de cloruro de amonio.

-Hipocloración: Otros compuestos del cloro como el hipoclorito de sodio o de calcio, tienen también propiedades desinfectantes. Estos hipocloritos se agregan usualmente en forma de disolución al agua en concentraciones que varían del 3 al 15% en peso.

-Bióxido de cloro: En los últimos años se ha desarrollado el empleo de bióxido de cloro en los trabajos de abastecimiento de agua. Este gas pesado, amarillo rojizo, de olor desagradable y picante es un agente oxidante muy activo. Este tratamiento es eficaz para controlar los sabores y los olores, además se consigue una disminución considerable de la concentración de bacterias.

El bióxido de cloro se produce en la planta de tratamiento en el momento en que se emplea. Resulta de la reacción entre el clorito de sodio y una solución concentrada de cloro a un pH inferior a 4.

-Factores a controlar en la cloración:

Las aguas naturales están formadas de soluciones complejas de muchas substancias, la mayoría de las cuales pueden ignorarse, pero algunas de ellas influyen sobre la cloración en factores decisivos. Esas sustancias son:

Los sólidos suspendidos pueden actuar de barrera e impedir que las bacterias sean atacadas por la acción destructora del cloro.

La materia orgánica que reacciona con el cloro libre, eliminando así las propiedades desinfectantes del cloro.

El amoníaco también reacciona con el cloro originando un compuesto que posee unas cualidades desinfectantes menos eficaces que las del cloro libre.

La fuerza de la desinfección también depende del pH del agua. Las aguas de baja alcalinidad y pH son más fácilmente desinfectadas.

Los nitritos reaccionan con el cloro libre eliminándolo. Además origina un color falso cuando se hace la prueba de la ortotolidina, como el manganeso.

-Factores que influyen en la desinfección:

Si se quiere llevar a cabo con éxito una cloración el cloro debe agregarse de manera que se mezcle por igual y completamente con todas las porciones del agua a tratar, la provisión de cloro debe de ser continua y se debe de aplicar en cantidad suficiente para la clase de agua que quiera obtener.

Los factores más importantes a controlar son:

Tiempo y concentración: Estos factores se hayan ligados entre sí, ya que por medio de ambos se toma en consideración la duración del período de reacción disponible para la desinfección, así como la cantidad y clase de cloro residual.

El tiempo de que se pueda disponer para que le cloro actúe sobre los constituyentes del agua es uno de los factores más importantes en la práctica de la cloración. El tiempo mínimo de reacción debe ser de 10 a 15 minutos, pero sería preferible que se dejaran transcurrir varias horas para que se pudiese garantizar una desinfección efectiva sin que el agua llegase al consumidor con una concentración indeseable de cloro residual que podría ser inconveniente debido a la presencia de sabores y olores.

Temperatura: La rapidez de la desinfección con el cloro es proporcional a la temperatura del agua.

pH: El pH del agua afecta la acción desinfectante del cloro, y particularmente la del cloro residual combinado.

-Reacciones del cloro en el agua:

El cloro en el agua es un agente químico muy activo. Si una pequeña cantidad se agrega al agua, reaccionará con la gran cantidad de substancias disueltas o suspendidas en ella, y entonces su poder como agente desinfectante quedará destruido. Si se agrega cloro en cantidad suficiente para que reaccione con todas las substancias reductoras, la materia orgánica y el amoníaco, un poco más de cloro que se agregue quedará como cloro residual libre disponible, que es un agente desinfectante muy activo.

La cantidad de substancias reductoras, materia orgánica y amoníaco, varía para cada agua y también varía con el tiempo, en el mismo abastecimiento de agua. Consecuentemente también varía la cantidad de cloro que tiene que agregarse a un abastecimiento de agua para su desinfección.

•Desinfección por calor: Si se eleva la temperatura del agua hasta su punto de ebullición se producirá la desinfección debido a que ninguna de las enfermedades hídricas peligrosas es causada por bacterias formadoras de esporas o por otros organismos resistentes al calor.

•Desinfección mediante la luz: La luz solar es un desinfectante natural, principalmente como agente desecante. La irradiación por la luz ultravioleta intensifica la desinfección y la convierte en un agente controlable. Para asegurar la desinfección, el agua debe de encontrarse libre de substancias que absorban la luz, por ejemplo, los compuestos fenólicos y aromáticos. Existen otras formas de energía radiante y sónica que destruyen los microorganismos, pero aún no encuentran una aplicación dentro de la ingeniería en la desinfección de aguas.

DESALACIÓN DE AGUAS:

La desalación es un proceso de tratamiento que elimina las sales del agua. Se puede realizar de muchas formas, pero el resultado es siempre el mismo: producción de agua potable a partir de agua de mar o salobre.

Casi tres cuartas partes de la superficie terrestre está cubierta de agua salada y, aunque esta agua es importante para el transporte y la pesca, es demasiado salada para las necesidades vitales del ser humano o para la actividad agrícola.

La desalación es un proceso natural y continuo y una parte esencial de ciclo hidrológico.

PROCESOS DE DESALACIÓN

•Procesos térmicos (destilación).

Este proceso imita al ciclo natural del agua, ya que el agua salina se calienta produciendo vapor de agua, que se condensa posteriormente para producir agua potable.

Para abaratar los costos, este proceso se realiza en una planta de destilación controlando el punto de ebullición, reduciendo la presión del agua, ya que la temperatura necesaria para alcanzar el punto de ebullición disminuye a medida que se reduce la presión. La reducción del punto de ebullición es fundamental en los procesos de desalación para conseguir una ebullición múltiple y para controlar las incrustaciones.

Para reducir significativamente la cantidad de energía necesaria para mantener el proceso se emplean generalmente una serie de calderas operando a temperaturas descendientes.

La incrustación crea problemas térmicos y mecánicos y, una vez formada, es difícil de eliminar. Una forma de evitar la formación de estas incrustaciones es mantener la temperatura y el punto de ebullición por debajo de los valores críticos.

Basándose en estos conceptos se utilizan diferentes sistemas de desalación.

-Destilación flash multi-estado: En este proceso el agua de mar se calienta en un recipiente. Esta operación se realiza generalmente condensando el vapor al entrar en contacto con un haz de tubos colocados en paralelo en el interior de calentador dentro de los que circula el agua de mar intercambiándose el calor suministrado por el vapor.

Esta agua de mar calentada fluye hacia otro recipiente, donde la presión ambiental es tal que el agua hierve inmediatamente. Esta introducción rápida del agua caliente en la cámara causa una evaporación rápida, casi explosiva.

El vapor generado por evaporación súbita se transforma en agua potable condensándose al atravesar los tubos intercambiadores de calor.

-Destilación multiefecto: Este proceso se ha usado para destilación industrial durante mucho tiempo. Al igual que el método anterior, consiste en una serie de recipientes cuya temperatura desciende en el sentido del flujo del agua, lo que permite la reducción del punto de ebullición del agua de mar de alimentación sin necesidad de calentarla después del primer efecto.

En este sistema el agua de mar entra al primer efecto y alcanza el punto de ebullición al entrar en contacto con un haz de tubos por los que circula vapor de agua calentado en una caldera. El agua de mar es pulverizada y distribuida sobre la superficie de los tubos evaporadores, consiguiéndose así la evaporación. Los tubos se calientan por el vapor aportado por la caldera, o cualquier otro medio, condensándose este vapor posteriormente. Este condensado se recicla volviendo a ser usado por la caldera.

-Destilación por compresión de vapor: La energía necesaria para evaporar el agua proviene de la compresión suministrada al vapor, en lugar de intercambio de calor directo con el vapor producido en una caldera.

Se utilizan dos métodos para condensar el vapor y producir suficiente calor para evaporar el agua de mar aportada: compresión mecánica, en la que se obtiene agua destilada utilizando solamente energía o eyección de vapor que crea un chorro de vapor a través de un orificio tipo venturi y extrae el vapor de agua del interior del recipiente creando un ambiente de baja presión en él. El vapor extraído es comprimido por el eyector. Esta mezcla se condensa en la pared de los tubos suministrando energía térmica para evaporar el agua del mar al aplicarla en la otra cara de la pared de los tubos del recipiente.

•Procesos de membranas.

Las membranas juegan un papel importante en la separación de sales en la naturaleza. Por ejemplo en los procesos de diálisis y ósmosis que se producen en el cuerpo humano. Las membranas se emplean en dos procesos de desalación importantes: electrodiálisis y ósmosis inversa. En la electrodiálisis se retiene selectivamente las sales del agua usando un potencial eléctrico, dejando al agua potable como producto del proceso. En la ósmosis inversa el agua potable atraviesa la membrana utilizando presión, dejando las sales atrás que quedan con mayor concentración disueltas en el agua producto.

•Otros métodos:

-Congelación: En este proceso las sales disueltas quedan excluidas naturalmente durante la formación de cristales de hielo

-Evaporación solar: Este proceso imita una parte del ciclo hidrológico natural, ya que el agua salina es calentada por los rayos solares produciendo vapor de agua que es condensado posteriormente sobre una superficie fría.

-Destilación con membranas: En este proceso se calienta el agua salina para producir vapor que es expuesto a una membrana, por lo que puede pasar el vapor pero no el agua. Después que el vapor ha atravesado la membrana se condensa sobre una superficie fría para producir agua potable.

PRINCIPALES PARÁMETROS A CONTROLAR

El principio del tratamiento del agua es convertir el agua bruta en sana, aunque el tratamiento del agua normalmente elimina o reduce los productos químicos y los organismos indeseados del agua, durante su tratamiento se emplean gran cantidad de productos químicos, en ocasiones en cantidades excesivas debido a un pobre funcionamiento de la planta o por accidente y éstos aparecen en el suministro de agua.

CONTROL Y ELIMINACIÓN DE PATÓGENOS.

El aislamiento y la identificación de organismos patógenos de forma individual es complejo y muy lento, siendo diferente para cada especie. Por lo que para examinar frecuentemente las muestras se requiere un test rápido y sencillo. Habitualmente se emplean microorganismos indicadores para determinar la probabilidad de contaminación. Las principales características de ese organismo es que debe de ser identificado y detectado con facilidad, tener el mismo origen que los patógenos, estar presente en cantidades superiores a las de los patógenos y no ser patógeno por sí mismo.

Las formas de eliminar las bacterias es por el almacenamiento en depósitos. Durante la primavera y el verano, la luz solar aumenta las temperaturas y los factores biológicos hacen que se reduzca la concentración de bacterias. El porcentaje de reducción es inferior durante el invierno y el otoño debido a que los principales mecanismos de eliminación son menos efectivos. La menor reducción se produce cuando los depósitos son agitados para prevenir la estratificación.

Las bacterias son eliminadas por un gran número de los procesos constituyentes del tratamiento del agua, especialmente por la coagulación, filtración sobre arena y sobre carbón activo.

Los virus, como las bacterias también se reducen significativamente cuando están almacenados. El coagulante más eficiente para eliminarlos es alumbre, no siendo los demás coagulantes tan efectivos.

Los quistes de proozoos no se eliminan efectivamente con el almacenamiento de agua en embalses, debido a su pequeño tamaño y densidad. Los quistes se deben de eliminar por coagulación. La filtración rápida por arena no es barrera para los quistes, a no ser que el agua esté coagulada antes de la filtración. Pero el tratamiento de agua no es capaz de eliminar todos los quistes de protozoos que pueden estar presentes en el agua bruta.

OLOR Y SABOR.

La mayoría de los problemas de olor y sabor que se originan en la planta de tratamiento de agua están ligados a cloración. El cloro por sí mismo tiene un olor característico, aunque un ligero olor a cloro sería aceptado por los consumidores como señal de que el agua es microbiológicamente sana.

Otros olores están originados por la reacción del cloro con otros compuestos. El amoníaco reacciona con el cloro para producir tres cloraminas, que son más olorosas que el cloro libre y llegan a ser progresivamente más desagradables conforme el número de átomos de cloro se incrementa. Esto se evita normalmente con la utilización del punto de ruptura de la cloración, en el cual se utiliza una alta relación de cloro a amoníaco de modo que el cloro residual presente está principalmente en la forma libre. No solamente el amoníaco reacciona con el cloro para producir compuestos olorosos, aunque las reacciones son considerablemente más lentas y continúan en el sistema de distribución.

Los compuestos fenólicos también producen compuestos olorosos durante la cloración. El propio fenol tiene un pequeño olor, pero sus formas cloradas monoclorofenol y diclorofenol tienen un intenso olor y son difíciles de eliminar. Normalmente se pueden emplear desinfectantes alternativos si se detecta la presencia de fenoles en el agua bruta hasta que su origen es identificado y eliminado.

El tratamiento convencional del agua no es muy efectivo eliminando sabores y olores, aunque la actividad biológica que se produce en los filtros lentos de arena puede oxidar algunos compuestos olorosos, por lo que se eliminan.

El método más eficaz es la adsorción utilizando carbón activo, ya que elimina una gran cantidad de olores y los más problemáticos. Actualmente una forma de eliminar olores es el empleo de biofilms cultivados sobre polímeros orgánicos naturales. La acción es la misma que la del carbón cultivado pero este sistema es mucho más barato. La aireación elimina compuestos olorosos originados por compuestos orgánicos volátiles o por gases disueltos como el sulfuro de hidrógeno, pero es incapaz de eliminar la mayoría de los compuestos olorosos y por eso no es un método muy usado. Los productos químicos como permanganato potásico, cloro o dióxido de cloro se pueden usar para oxidar compuestos orgánicos al tiempo que desinfectan el agua, pero ninguno de ellos es efectivo contra todos los olores.

SUBPRODUCTOS DE LA CLORACIÓN.

El cloro es el método de desinfección de agua potable más usado. Aunque ha proporcionado una barrera efectiva a la propagación de enfermedades por el agua, el cloro es también muy reactivo con los compuestos naturales presentes en el agua. El amoníaco y los compuestos húmicos que dan al agua de turba su color marrón claro interfieren con los procesos de desinfección mientras otros compuestos como los fenoles reaccionan con el cloro para afectar tanto al sabor como al olor.

Otro problema originado por la cloración y por la gran cantidad de compuestos naturales y artificiales, que se pueden encontrar en unas concentraciones muy bajas y que son capaces de reaccionar con el cloro, es que puede formar nuevos complejos y productos químicos peligrosos.

Algunos de esos compuestos son los trihalometanos CHX3,que son considerados productos cancerígenos, cloroformo, bromodiclorometano...

La presencia de otros halógenos, especialmente el bromo, en el agua es también un problema, porque se oxida por el cloro a ácido hipobromoso y entonces se originan análogos bromados de los subproductos de la cloración. Por ejemplo el bromoformo es análogo del cloroformo. El cloroformo puede ser letal en una cantidad de 630 mg/kg de peso del cuerpo, y dosis menores son mutagénicas y pueden inducir cáncer

Un alto contenido en materia orgánica en los abastecimientos de agua no se debe solamente a las aguas ricas en ácidos húmicos que drenan de los terrenos de turba y alimentan los embalses y corrientes de suministro de las tierras altas. Es también un problema en los ríos de las tierras bajas ricos en nutrientes. Cuanto mayor es la dosis de cloro mayor es el riesgo de formación de subproductos. Aunque se han conseguido eliminar esos productos utilizando filtros de CAG y otras modernas técnicas, es caro y puede originar un cambio en la calidad del agua.

En esas aguas con grandes concentraciones de materia orgánica se puede evitar la formación de grandes cantidades de subproductos de cloración mediante el empleo de métodos alternativos de desinfección como la ozonización o la radiación ultravioleta.

Desinfectantes alternativos al cloro incluyen ozono, dióxido de cloro y cloramina; sin embargo también se producen varios subproductos.

Como los subproductos no son fácilmente eliminados por los tratamientos existentes, se está poniendo atención en su formación, eliminando la materia orgánica disuelta antes de la desinfección. Esto se consigue principalmente con la coagulación, que puede eliminar cantidades sustanciales de materia orgánica.

FLUORACIÓN.

La fluoración de los suministros de agua fue introducida en los años 40 para reducir la incidencia de la caries dental en la población. Pero había ciertos problemas, ya que niveles de fluoruro superiores a 1,5 mg/l llevan a un incremento en la incidencia y severidad de la fluorosis dental, los dientes se vuelven frágiles y se pican, sin descender la incidencia de la caries. La concentración a la que hay una máxima reducción de caries sin fluorosis es 1,0 mg/l.

Otros estudios mostraron que el fluoruro es también beneficioso para la gente anciana al reducir la dureza de las arterias.

El fluoruro se debe añadir después de la coagulación, el ablandamiento con cal y el tratamiento con carbón activo, ya que se puede perder durante cualquiera de estos procesos. La filtración no reducirá la concentración de fluoruro siempre y cuando esté totalmente disuelto antes de llegar al filtro. Tampoco la cloración tiene efecto alguno sobre el fluoruro.

El flúor en su estado como elemento puro es muy reactivo y por eso siempre se utiliza como un compuesto. Los que son utilizados de forma habitual son fluorosilicato amónico [(NH4)2SiF6], que se suministra como cristales blancos; fluorita [CaF2] como polvo; ácido fluorosilícico (H2SF6) como líquido altamente corrosivo: fluoruro sódico (NaF), que es un polvo blanco o azul...Todos estos compuestos se disocian en el agua para dar lugar a iones fluoruro.

BIBLIOGRAFÍA

• Fisicoquímica y microbiología de los medios acuáticos.

Tratamiento y control de calidad de aguas.

Rafael Marín Galvín

Ed. Díaz de Santos

2003

• Manual de tratamiento de aguas.

Departamento de sanidad del estado de Nueva York.

Herman E. Hilleboe

Ed. Limusa

1995

• Calidad y tratamiento del agua.

Manual de suministros de agua comunitaria.

Raymond D.Letterman

Ed. McGraw-Hill Profesional

Quinta edición

• Alumbramiento de aguas.

Guía para la construcción y mantenimiento de suministros de agua privados.

Rick Brassington

Ed. Acribia

1998

• Calidad del agua potable.

Problemas y soluciones

N.F.Gray

Ed. Acribia

1994

• Desalación de aguas.

Juan Carlos Ibrahim Perera

Mayo, 1998

• Purificación de aguas y tratamiento y remoción de aguas residuales.

Gordon Maskew Fair

Ed. Limusa

1996