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4. LOS· RECURSOS DE AGUAS 4.1 IMPORTANCIA Y PROPIEDADES DEL AGUA E! agua es uno de los recursos vita!es mas importantes. Disuelve y transporta . l1utrientes desde el suelo hast a el cuerpo de las plantas y de los animales, di· sue!ve y diluye muchos de los desechos humanos. Sirve como materia prima parala fotoslntesis, y es uno de los princlpales factores en la determinacion' de las zonas climaticas en el globo terrestre. Por tanto, toda Ii:! vida sobre la tierra depende del"agua. EI hombre puede vivir un mes sin alimento, pero sola- mente unos pocos dfas sin agua. El aqua no solamente es vital, sino que reune unas propiedades flsicas dignas de mencionar. Punto de EbuHicion. EI agua tiene un alto punto de ebullicion, 10 cual per· mite que permanezca I iquida a temperaturas normales formando ocean os, la- gos y rlos.· Calor de Vaporizacion. EI agua tiene un calor de vaporizacion alto comparada con otros Ifquidos. Esto significa que necesita mucha energfa para evaporarse, siendo este un factor 'mayor para la distribucion del calor solar sobre el mun- do. Una inmensa cantidad de energ(a almacenada en el agua del oceano evapo- rada se desprende cuando el vapor de agua se condensa y cae a tierra como precipitacion. EI alto calor de vaporizacion del agua tambien ayuda a regular la temperatura del cuerpo por eliminacion de grandes cantidades de calor al evaporar pequenas cantidades de agua. Capacidad calorica. EI agua sobrepasa a casi cualquier otra sustancia en su ca- pacidad para almacenar calor, 10 que significa que el agua presenta unaumen- to de temperatura muy bajo cuando se Ie anade una cantidad especffica de calor. Esto implica que el agua se calienta y se enfrfa mas despacio que la ma- yor parte de las otras sustancias.Esta propiedad del agua prEwiene cambios climaticos extremos de temperatura, ayuda a proteger los organismos vivos contra los cambios abruptos de temperatura, y remueve efectivamente el calor de los procesos industriales y de las plantas generadoras de energ(a ehktrica: Ans. Fac. Nal. Minas. Medellin (Colombia). No. 60,1985. 55

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4 LOSmiddot RECURSOS DE AGUAS 41 IMPORTANCIA Y PROPIEDADES DEL AGUA

E agua es uno de los recursos vitaes mas importantes Disuelve y transporta l1utrientes desde el suelo hast a el cuerpo de las plantas y de los animales dimiddot sueve y diluye muchos de los desechos humanos Sirve como materia prima parala fotoslntesis y es uno de los princlpales factores en la determinacion de las zonas climaticas en el globo terrestre Por tanto toda Ii vida sobre la tierra depende delagua EI hombre puede vivir un mes sin alimento pero solashymente unos pocos dfas sin agua

El aqua no solamente es vital sino que reune unas propiedades flsicas dignas de mencionar

Punto de EbuHicion EI agua tiene un alto punto de ebullicion 10 cual permiddot mite que permanezca I iquida a temperaturas normales formando ocean os lashygos y rlosmiddot

Calor de Vaporizacion EI agua tiene un calor de vaporizacion alto comparada con otros Ifquidos Esto significa que necesita mucha energfa para evaporarse siendo este un factor mayor para la distribucion del calor solar sobre el munshydo Una inmensa cantidad de energ(a almacenada en el agua del oceano evaposhyrada se desprende cuando el vapor de agua se condensa y cae a tierra como precipitacion EI alto calor de vaporizacion del agua tambien ayuda a regular la temperatura del cuerpo por eliminacion de grandes cantidades de calor al evaporar pequenas cantidades de agua

Capacidad calorica EI agua sobrepasa a casi cualquier otra sustancia en su cashypacidad para almacenar calor 10 que significa que el agua presenta unaumenshyto de temperatura muy bajo cuando se Ie anade una cantidad especffica de calor Esto implica que el agua se calienta y se enfrfa mas despacio que la mashyyor parte de las otras sustanciasEsta propiedad del agua prEwiene cambios climaticos extremos de temperatura ayuda a proteger los organismos vivos contra los cambios abruptos de temperatura y remueve efectivamente el calor de los procesos industriales y de las plantas generadoras de energ(a ehktrica

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Densidad del Agua y del Hielo EI agua es menos densa como un s6lido que como un Jiquido La mayoria de las sustancias al congelarse disminuyen su volumen hacienda que su densidad sea mayor que la del Ifquido par el canmiddot trado cuando el agua rebaja de 4deg C se expande y su densidad disminuye Sin esta propiedad el hielo no flotarfa sabre el agua y los cuerpos de agua se congelarfan desde el lecho 10 que acabarfa can la mayor parte de la vida acuatica de las zonas templadas y polares

Capacidad Disovente EI agua es un disolvente superior para muchas sustanmiddot cias 10 cual la capacita para el transporte de nutriimtes a traves de los cuerpos de las plantas y animales para ser uno de los mejores limpiadores y para reshynover y diluir desechos solubles en agua Sin embargo debido a que el agua dlsuelve tantas sustancias se contamina facilmente deterion3ndose su calidad frecuentemente

42 SUMINtSTRO RENOVACtON Y DtSTRlBUCION DEL AGUA

E suministro mundial del agua en todas sus formas (vapor liquida y hielol es constante La cantidad total de agua en la tierra es de unos 1500 millones de kil6metros cubicos 10 cual darla 034 kiometroscubicos por persona Pero existen dos problemas mayores con este calculo el agua no se distribuye unimiddot formemente y solamente 0003 por dento de esta agua es agua dulce sin conshytaminar

Segun la Tabla 7 el 971 por dento del agua mundial corresponde a los oceamiddot nos y lagos salinos La mayor parte del 29 por dento restante no se puede utimiddot lizar porque esta congelado en la atm6sfera en el suelo 0 en depositos muy profundos Esto deja solo 032 por ciento del agua dulce accesible para uso humano pero 99 por ciento de esta agua dulce no se puede utilizar porque est a en lugares remotos 0 contaminada Por 10 tanto solamente se tiene 0003 por ciento para consumo humano 10 cual equivale a unos 45000 kilometros

TABLA 7 Recursos hdricos del mundo

Ubicacion Volumen (Km 3 ) Porcentaje

Oceanos 1457000000 97134 Atm6sfera 15000 0001 Hielo y Glaciares 33610000 2240 Lagos salinos 100000 0007 Lagos agua dulce 135000 0009 Rlos 1500 00001 Humedad del suelo 38500 0003 Aguas Subternlneas 9100000 0606

Total 1500000000 100000

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cubicos un promedio de 10 millones de litros por persona De tal manera que parece que hay agua suficiente y aun mas sl se tiene en cuenta que el agua fresca se purifica y renueva continuamente por medio del cicio hidrol6gico nashytural representado en la Figura 18 EI cicio hidrol6gico recicla anualmente por evaporacion unos 400000 km 3 de agua (344000 de los oceanos y 56000 de la superficie terrestre) 10 cual equivale a 0029 por ciento del total de agua terrestre La precipitacion es de 304000 km3 sobre los oceanos y 96000 sobre la tierra firme La diferencia entre evaporaci6n y precipitacion sobre la tierra es de 40000 km3 de agua que es el flujo de rlos y aguas subtemlneas hacia el oceano

FIGURA 18 Cicio Hiltlrologico Natural

EI problema de la distribuci6n no uniforme del agua se debe a que la precipishytacion promedia anual varIa muchfsimo a traves del mundo y de que estos promedios representan perlodos con mucha IIuvia y otroscon poca Ademas los procesos naturales y las actividades humanas contaminan mucha del agua que cae en forma de lIuvias La distribuci6n del agua dulce tambien varia deshybide a que las condiciones climaticas producen intensidades de evaporacion diferentes para distintas partes del mundo 10 cual afecta las corrientes y resershyvas de agua

43 usa DELAGUA POR EL HOMBRE

Los hombres utilizan el agua con tres fines primordiales (1) irrigacion para producir alimentos (2) usos industriales y (3) usos comerciales y domesticos Durante 1978 la poblacion mundial utilizo cerca de 3200 kil6metros cubicos

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cubicos un promedio de 10 millones de litros por persona De tal manera que parece que hay agua suficiente y aun mas si se tiene en cuenta que el agua fresca S8 purifica y renueva continuamente por medio del cicio hidrol6gico nashytural representado en fa Figura 18 E I cicio hidrol6gico recicla anualmente por evaporacion unos 400000 km3 de agua (344000 de los oceanos y 56000 de la superficie terrestre) 10 cual equivale a 0029 por ciento del total de agua terrestre La precipitaci6n es de 304000 km3 sobre los oceanos y 96000 sabre la tierra firme La diferencia entreevaporacion y precipitacion sobre la tierra es de 40000 km3 de agua que es el flujo de rlos y aguas subtemlneas nada l oceano

FIGURA 18 CicIo Hidroldgico Natural

EI problema de la distribucion no uniforme del agua se debe a que la precipishytaci6n promedia anual varia muchsimo a traves del mundo y de que estos promedios representan perlodos con mucha Iluvia y otroscon poca Ademas los procesos naturales y las actividades humanas contaminan mucha del agua que cae en forma de lIuvias La distribucion del agua dulce tambien varia deshybido a que las condiciones climaticas producen intensidades de evaporaci6n diferentes para distintas partes del mundo 10 cual afecta las corrientes y resershyvas de agua

43 usa DELAGUA paR EL HOMBRE

Los hombres utilizan el agua con tres fines primordiales (1) irrigacion para producir alimentos (2) usos industriales y (3) usos comerciales y domesticos Durante 1978 la poblaci6n mundial utilizo cerca de 3200 kilometros cubicos

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de agua du Ice 0 sea un 8 por ciento delagua que va al oceano Cerca del 90 por ciento de esta agua se usa para irrigacion segun la distribucion que aparece en la Tabla 8

TABLA 8 Uso del agua a nivel mundial

Tipo de uso Mundo

Total PDC (km3 ano) (m3 dia)

USA

Total PDC km3ano) m3dial

I rrigacion Industrial Domestico y Comercial

2800 230 170

174 014 011

197 232 43

174 297 055

Total 3200 199 472 604

1 PDe promedio diario per capita

Aunque el promediodel suministro de agua parece suficiente muchas partes del mundo enfrentan problemas continuos 0 peri6dicos de aguas los que pa~ rece se empeoraran en el futuro Esta situaci6n se debe a tres factores (1) aumento de la demanda de agua para todos los usos (2) la distribucion del agua y 3 la contaminacion creciente de los suministros de aguas~

A pesa r de que la escasez de agua las sequ ias y las inu ndaciones son proble- mas serios en algunas regiones en el momenta actual el mayor peligro humano es el agua impura Es chocante saber que el 75 por ciento de la poblacion rural del mundo y el 20 por ciento de sus moradores urbanos no tienen acceso a un suministro de agua potable no contaminada Esta contaminaci6n proviene de causas naturales y humanas

44 RECURSOS HIDRICOS DE COLOMBIA

Colombia es un pais dotado de excelentes recursos hfdricos con una variedad de precipitaciones que van desde 60 millmetros anuales en Uribia hasta 9287 en Quibdo despues de pasar por valores intermedios como 4199 en Villavimiddot cencio es bastante acertado calcular un promedio anual de 2000 mil (metros delluvia para los 114 millones de hectareas planimetricas que conforman el territorio nacional (Suescun 1982)

No toda la precipitacion se convierte en agua de escorrent(a porque la mayor parte se aprovecha como evapotranspiraci6n en los bosques otra parte percola como agua subterranea segun los siguientes porcentajes promedios evapo- transporacion 50 agua subterranea 20 y agua de escorrentfa 30 Esmiddot tos porcentajes no son absolutos ya que dependen de la densidad boscosa y de la porosidad ypermeabilidadde las rocas que afloran en superficie

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La escorrent(a del orden del 30 y la percolacion para la pluviosidad de 2000 milimetros anuales suministra una riqueza hidrologica cuantificable en unos 40000 m3s de agua arrojada al mar Ademas se cuenta con una buena distrishybuci6n de las aguas con excepcion hecha de la Guajira con un gran numero de rios naciendo en la parte alta de la montana mas arriba de donde vive la pobJacion Esta configuracion permite rlos de alto gradiente y cuencas aptas para presas economicas de concreto por gravedad de arco 0 de tierra para qeshynerar un potencial hidroelEktricomiddot elevado y privilegiado Segun estudios aeroshyfotogrametricos que se han hecho tanto de la capacidad de los rlOS como de sus gradientes y sitios de embalse Colombia posee un potencial hidroelectrishyco de den (100) millories de kilovatios de loscualesexistfan instaladosa 1984 unos 5200 megavatios 0 sea alrededor de 5 por ciento

En Colombia las enfermedades relacionadas con la insalubridad de agua y con la falta de saneamiento son las causas mas importantes de mortalidad EI nushymere total anual de defunciones provocadas por la diarrea y la enteritis es de 12000 personas aproximadamente y la morbilidad que se puede atribuir a esas causas es de aproximadamente 300000 casos por ano En 1977 se calcushylaba que el 74 por ciento de la poblacion urbana y el 21 por ciento de la poshybadon rural ten Ian agua corrienteen sus casas 10 que arroja segun la OMS un promedio global de 55 por ciento EI promedio global en cuanto a disposhynibilidad de alcantari lado era de solo 41 por ciento representando el 61 por ciento de las viviendas u rbanas y solo el 7 por ciento de lasviviendas rurales el resto de la poblacion (59 por ciento) utilizaba letrinas 0 no tenia ningun servicio La realidad nacional con respecto al aprovechamiento y manejo del agua es por tanto bastante deficiente solo poco mas de la mitad de la poblashycion dispone de servicio de acueducto aunque esto no significa que el agua sea de buena calidad ya que en la mayorla de los casos lega a las viviendas sin tratamiento 0 desinfeccion En cuanto a la poblacion rural solo el 70

0 cuenshyta con agua cuya calidad sea confiable

La contaminaci6n de las aguas es motivo de gran preocupacion en las tres zoshynas metropolitanas de Bogota Cali y Medell in aunque otras ciudades tambien estan afectadas Facilmente se puede concluir que lacuenca MagdalenamiddotCauca es la mas contaminada del territorio nacional Esta cuenca ofrece el mayor atractivo para el asentamiento hu mana y cuenta con las ciudades mas popushylosas del pais Bogota Medellin Cali Barranquila y reune el 60 por ciento de la poblaci6n del pa is En 1977 este nucleo arrojaba a las aguas 700 tone lashydas diarias de materia organica La carga de demanda bioqu Imica de oXlgeno (DB05l que afecta el rio Bogota tiene Indices hasta 100 mglitro (deberla ser menor a 1 mglitro) y elrio Medellintiene150 mglitro de DB05 con el aumento de la poblaci6n y con el desarrollo econ6mico estos niveles de contashyminacion aumentaran exigiendo la instalacion de plantas de tratamiento de aguas residuales para evitar que los rlos se conviertan en grandescloacas

45 CALIDAD DELAGUA POTABLE Y PARA usa DOIVIESTICO

En la naturaleza no se encuentra agua totalmente pura el cuadro sinoptico de la Figura 19 muestra las impurezas mas comunes del agua y sus efectos

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La calidad del agua se puede clasificar segun sus caracteristieas biologicas fimiddot sieas y radioactivas de acuerdo a los procedimientos analitieos que se requiemiddot ren para su evaluaciOn

Calidad Biologica En cuanto a la calidad biologica se debe controlar la presenmiddot cia de organismos patogenos tales como bacterias protozoarios y virus Agenmiddot tes bacteriales son los productores de enfermedades tales como el calera la fiebre tifoidea la disenterfa bacilar la fiebre paratifoidea y la tularemia los agentes protozoarios producen la amibiasis tan comun en las zonas tropicales la hepatitis infecciosa se transmite a traves de un agente viral las lombricesmiddot intestinales se pfoducen por un agente helmfntico que encuentra el mejor camiddot mino a traves del agua

Bacterias -algunas producen enfermedades I mpu rezas en Algas protozoarios -olor-color turbidez

suspension Barromiddotturbidez

Calcio y

Magnesio

Sales

Sodio

I mpurezas en

BiCarbonato-alcalinidad dureza Carbonato-alcalinidad dureza Sulfatomiddotdureza Cloruro-dureza corrosion en calderas

Bicarbonato y Carbonato-alcalishynidad ablanda el agua Sulfato-espuma en calderas de vapor Fluoruro-deteriora el esmalte de los dientes Cloruro - sabor

Oxido de Hierro-sabor agua rojiza corrosiva de metales dureza Manganeso-agua negra 0 cate Tinturas vegetales-colores acidez

Oxigeno-corrosion de metales DioxidJ de Carbono-corrosion de metales aeidez

Gases

Disolucion

Acido sulfidricomiddotolor a huevos podridos aeidez corrosion de metales Nitrogeno

FIGURA 19 middotImpurezas comunes del agua y sus efectos

Ademas existen otra serie de organismos que no son patogenos pero presentan problemas de sabor olory aspecto del agua cuando se encuentranen grandes cantidades (bacterias de hierro y algas) La aparicion de cualquier organismo

Ans Fae Na Minas MedellIn (Colomhia) No 60 1985

visible comouncrustaceo auna lombrfz en un vase de agua es unaexperienshycia cuando menos desagradable

La bacteria coliforme seutiliza como un (ndiCedeI~calidad higienica del agua para SU~ diversos USGS y tambien es un indicativo de la calidad de muctios alishymentos Estas bacterias aparecen ~n aguas superficiales y en las que reciben heces humanas por tantoson indicativos de la presencia de contaminaci6n fecal Los organismos coliformes se presentan en grandes caritidades en las heces humanas tantas como 1000 millones por gramo de materia fecal Los patogenos abandonan elorganismb humano a traves de las materias fecales Por tanto la presencia de coliformes aunque no pat6genas de por sison Lin indicio de la presencia de patogenos en el agua 0 en los alimentos La norma de un coliforme (E coli) por cada1 00 ml de agua se acepta generalmentepara estabecerla calidcid biol6gica del agua

Calidad Quimica La calidad qu (mica del agua depende de su gran capacidad para disolver una gran variedad de elementos La Tabla 9 da los Ifmites maxishymosde varias sustaricias que exigen el rechazo del agua para beber segunlas normas existentes en los Estados Unidos excepto Cd CN y Hg donde los vashylaresdados corresponden a la norma colombiana que es muy baja todos los atras vaJores coincidencon los de la norma colombiana EI fluoruro es la unica sustanciapara 18 cual seha fijado un limite superior e inferior en el agua potable debido a sus efectos beneficos y perjudiciales para el hombreestas concentraciones se dan en la Tabla 10 segun Decreto 2105 del Ministerio de Salud Publica de Colombia

Tambien existen otras sustanciasqufmicas que hacen que el agua no sea recoshymendable pemse pueda utilizar si no se dispone de una fuente alterna La Tabla 11 presenta los niveles maximos deseablespara tales compuestos utilishyzando losvalores de la norma colombiana fijados segun Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Sa Iud

EI contenido de nitratos af~cta a una poblaci6n particular en un uso especial del agua existe claraevidencia epidemiol6gica de que los ninos menores de un ano que consumen lecheeh polvo con agua de altos niveles de nitratos desarrollan metemoglobinemia Este es un problema muy serio en los paises en vIas de desarrollo donde elcontrol de la calidad del agua potable es muy deficiente

EI Alkilo Benceno Sulfonato ABS y el Extracto de Cloroformo de Carbono se incluyen dentro de las normas de calidad del agua potable como resultado del incremento en el uso de compuestos sinteticosla persistencia de los resishyduos en las aguas receptoras y el acortamiento del lapso de tiempo y distancia entre el usa del agua y su reciclaje EIABS es un agente humectante que se utiliza en los detergentes sinteticos se biodegrada muy lentamente producienshyproblemas en la recuperaci6n de corrientes contaminadas por no permitir la reoxigenacion al producir gran cantidad de espumas Este elemento se na reemplazado en muchos pases por LAS (Alkiro Benceno Sulfonato Linear)

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a partir de 1965 En Colombia la presencia del ASS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todo cuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento para aguas res iduales

EI Extracto de Cloroformo de Carbono (CCE) es un poco diferente al ASS ya que las sustancias extractadas no son espec ificas y su orige n es multiple y muy ex te ndido E I CCE da una indicacion de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua EI metodo da un indice crudo de los residuos organicos que in cluyen compuestos co n propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TAB LA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual Umites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgI diaria maxima

Bajo Optimo Alto

100 120 09 12 17 121 145 OS 11 15 146 175 as 10 13 176 220 07 09 12 221 261 07 as 10 261 320 06 07 08

Fuente Decreto 2105 de 19S3 del Ministerio de Sa lud

La Tabla 12 resume la calidad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizacion Mundial de la Salud Aqu ( se deta lla la calidad del agua segun una metodolog la difere nte y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equivalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La d isparidad de valores y d e vari ables a tener en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la calidad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos genera les las caracte rlsticas ffsicas de turbidez color y o lor se miden en unidades arb itrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de t urbi dez (JT U) EI metodo estandar consiste en un tubo de vid r io en el cual se coloca una vela e l agua turb ia se dep osita en el tubo hasta que desaparece la lla ma los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de t u rbidez que es 1 mg Si02 Iitro de agu a Este sistema se ha cambiado por aparatos e lect ronicos que miden la d ispershysion 0 la transmision de la luz pero el sistema de vela de Jackson contin ua siendo el estandar para calibracion

EI color y el olor son importantes desde el pu nto de vista estetico Si e l agua esta coloreada 0 huele mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 66 1985 63

r a partir de 1965 En Colombia la presencia del ABS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todocuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento paraaguas residuales

EI Extnlcto de Cloroformo deCarbono (CCE) es un poco diferente al ABS ya que las sustancias extractadas no son especificas y su origen es mUltiple y muy extendido EI CCE da una indicaci6n de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua E I metoda da un indice crudo de los residuos organicos que incluyen compuestos con propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TABLA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual limites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgl diaria maxi rna

100 121 146 176 22 261

120 145 175 220 26 320

Bajo

09 08 08 0707 06

Optimo

12 11 10 09 08 07

Alto

17 5 13 12 008

Fuente Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Salud

La Tabla 12 resume la caUdad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizaci6n Mundial de la Salud Aqui se detalla la calidad del agua segun una metodologla diferente y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equhlalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La disparidad de valores y de variables a terier en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la cali dad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos generales las caractersticas ffsicas de turbidez color y olor se miden en unidades arbitrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de turbidez (JTU) EI metodo estandar consiste en un tubo de vidrio en el cual se coloca una vela el agua turbia se deposita en el tubo hasta que desaparece la llama los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de turbidez que es 1 mg Si02 Ilitro de agua Este sistema se ha cambiado por aparatos electr6nicos que miden la dispershysi6n olil transmisi6n de la luz pero el sistema de vela de Jackson continua siendo el estandar para calibraci6n

EI color yel olor son importantes desde el punto de vista esteticoSi el agua esta coloreada 0 hue Ie mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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mente aceptable desde el punto de vista de la salud publica A menudo el coshylor y el olor son causados por la presencia de sustancias organicas tales como algas 0 humus

EI color se mide por comparacion con una solucian estandar de solucian de cloroplatinato de potasio (K2PSCI2) y cloruro de Cobalto (COCI2) y tiene Iimitaciones de tinte La unidad de color es aquella producida por 1 mgl de platino en la forma de ion de cloroplatinato EI olor se mide por medio de diluciones sucesivas de la muestra con agua libre de olores (se duplica el volumen de agua) hasta que no se detecta mas olor Este ensayo es completashymente sujetivo y depende del sentido de olfato de quien juzga la presencia del olor La dilucion de la cual no se determina olor se llama el numero limite de olor (TON == Threshold Odor Number)

No existe un estandar para el sabor ni para la temperatura aunque esta es importante para muchos usos del agua La temperatura es un factor ecolagishyco determinante en cuanto a la vida acuatica animal y vegetal pues determina el contenido maximo de oxfgeno disuelto en el agua y por tanto su capacidad para sostener vida

Radioactividad Todos los usos de materiales radioactivos generan trazas de desechos que entran al ambiente La radioactividad se mide por medio del conteo del numero de desintegraciones por segundo siendo la unidad de rashydioactividad el curie que representa el numero de desintegraciones en un seshygundo (37 x 10 10 ) de un gramo de Radiopuro Es tan grande el numero de desintegraciones representada por un curie que comunmente se usa el millishycurie mCn el microcurie (Jl Ci) y el picocurie (pCi) para medir radiaciones Un picocurie es igual a 10-12 curie

Los maximos niveles de contaminacion por radiacion se han fijado de una forshyma tal que la exposicion anual de las personas no sea mayor de 4 mrem par ano Se ha fiiado un limite de 5 pCill para Ra226 v Ra22B de 8 pCi1 para Sr90 15 pCi1 para actividad alfa global y de 1000 pCi para radiacion beta Ambos el Ra226 y el Sr90 en los procesos biolo]icos se depositan en Jos hueshyvos de los animales causando problemas gemhicos EI radioisoptopo Ra 226 se encuentra en forma natural en algunas aguas subtem3neas yen cualquier agua superficial que reciba residuos de Radio La fuente principal de Sr90 previene en los ensayos de armas nucleares y de los residuos de las instalaciones de energia nuclear

E I comportamiento qu (mico de un elemento radioactivo es exactamente igual al del isatopo no radioactivo del mismo elemento Esto es p32 un radioisatoshypo del fasforo sigue las mismas ruta~ qu micas que el fosforo normal Similarshymente el Sr90 estroncio radioactivo se comporta esencialmente como los otros miembros del mismogrupo qu imico principflmente el calcio Esto hace posible predecir el comportamiento qu (mico de los radioisotopos y obtener valiosas indicaciones en el estudio de sus caminos en el ambiente

Ans Fa~ Nal Minas Medellin (Colombia No 60 1985~ Ans Fac Nal Minas Medell In (Colombia) No 60 1985 65

lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

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_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 67

- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombia) No 601985

Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

Ans Fac Nsl Minas Medellin (Colombia) No 601985 69

la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

AnsFac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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Densidad del Agua y del Hielo EI agua es menos densa como un s6lido que como un Jiquido La mayoria de las sustancias al congelarse disminuyen su volumen hacienda que su densidad sea mayor que la del Ifquido par el canmiddot trado cuando el agua rebaja de 4deg C se expande y su densidad disminuye Sin esta propiedad el hielo no flotarfa sabre el agua y los cuerpos de agua se congelarfan desde el lecho 10 que acabarfa can la mayor parte de la vida acuatica de las zonas templadas y polares

Capacidad Disovente EI agua es un disolvente superior para muchas sustanmiddot cias 10 cual la capacita para el transporte de nutriimtes a traves de los cuerpos de las plantas y animales para ser uno de los mejores limpiadores y para reshynover y diluir desechos solubles en agua Sin embargo debido a que el agua dlsuelve tantas sustancias se contamina facilmente deterion3ndose su calidad frecuentemente

42 SUMINtSTRO RENOVACtON Y DtSTRlBUCION DEL AGUA

E suministro mundial del agua en todas sus formas (vapor liquida y hielol es constante La cantidad total de agua en la tierra es de unos 1500 millones de kil6metros cubicos 10 cual darla 034 kiometroscubicos por persona Pero existen dos problemas mayores con este calculo el agua no se distribuye unimiddot formemente y solamente 0003 por dento de esta agua es agua dulce sin conshytaminar

Segun la Tabla 7 el 971 por dento del agua mundial corresponde a los oceamiddot nos y lagos salinos La mayor parte del 29 por dento restante no se puede utimiddot lizar porque esta congelado en la atm6sfera en el suelo 0 en depositos muy profundos Esto deja solo 032 por ciento del agua dulce accesible para uso humano pero 99 por ciento de esta agua dulce no se puede utilizar porque est a en lugares remotos 0 contaminada Por 10 tanto solamente se tiene 0003 por ciento para consumo humano 10 cual equivale a unos 45000 kilometros

TABLA 7 Recursos hdricos del mundo

Ubicacion Volumen (Km 3 ) Porcentaje

Oceanos 1457000000 97134 Atm6sfera 15000 0001 Hielo y Glaciares 33610000 2240 Lagos salinos 100000 0007 Lagos agua dulce 135000 0009 Rlos 1500 00001 Humedad del suelo 38500 0003 Aguas Subternlneas 9100000 0606

Total 1500000000 100000

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cubicos un promedio de 10 millones de litros por persona De tal manera que parece que hay agua suficiente y aun mas sl se tiene en cuenta que el agua fresca se purifica y renueva continuamente por medio del cicio hidrol6gico nashytural representado en la Figura 18 EI cicio hidrol6gico recicla anualmente por evaporacion unos 400000 km 3 de agua (344000 de los oceanos y 56000 de la superficie terrestre) 10 cual equivale a 0029 por ciento del total de agua terrestre La precipitacion es de 304000 km3 sobre los oceanos y 96000 sobre la tierra firme La diferencia entre evaporaci6n y precipitacion sobre la tierra es de 40000 km3 de agua que es el flujo de rlos y aguas subtemlneas hacia el oceano

FIGURA 18 Cicio Hiltlrologico Natural

EI problema de la distribuci6n no uniforme del agua se debe a que la precipishytacion promedia anual varIa muchfsimo a traves del mundo y de que estos promedios representan perlodos con mucha IIuvia y otroscon poca Ademas los procesos naturales y las actividades humanas contaminan mucha del agua que cae en forma de lIuvias La distribuci6n del agua dulce tambien varia deshybide a que las condiciones climaticas producen intensidades de evaporacion diferentes para distintas partes del mundo 10 cual afecta las corrientes y resershyvas de agua

43 usa DELAGUA POR EL HOMBRE

Los hombres utilizan el agua con tres fines primordiales (1) irrigacion para producir alimentos (2) usos industriales y (3) usos comerciales y domesticos Durante 1978 la poblacion mundial utilizo cerca de 3200 kil6metros cubicos

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cubicos un promedio de 10 millones de litros por persona De tal manera que parece que hay agua suficiente y aun mas si se tiene en cuenta que el agua fresca S8 purifica y renueva continuamente por medio del cicio hidrol6gico nashytural representado en fa Figura 18 E I cicio hidrol6gico recicla anualmente por evaporacion unos 400000 km3 de agua (344000 de los oceanos y 56000 de la superficie terrestre) 10 cual equivale a 0029 por ciento del total de agua terrestre La precipitaci6n es de 304000 km3 sobre los oceanos y 96000 sabre la tierra firme La diferencia entreevaporacion y precipitacion sobre la tierra es de 40000 km3 de agua que es el flujo de rlos y aguas subtemlneas nada l oceano

FIGURA 18 CicIo Hidroldgico Natural

EI problema de la distribucion no uniforme del agua se debe a que la precipishytaci6n promedia anual varia muchsimo a traves del mundo y de que estos promedios representan perlodos con mucha Iluvia y otroscon poca Ademas los procesos naturales y las actividades humanas contaminan mucha del agua que cae en forma de lIuvias La distribucion del agua dulce tambien varia deshybido a que las condiciones climaticas producen intensidades de evaporaci6n diferentes para distintas partes del mundo 10 cual afecta las corrientes y resershyvas de agua

43 usa DELAGUA paR EL HOMBRE

Los hombres utilizan el agua con tres fines primordiales (1) irrigacion para producir alimentos (2) usos industriales y (3) usos comerciales y domesticos Durante 1978 la poblaci6n mundial utilizo cerca de 3200 kilometros cubicos

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de agua du Ice 0 sea un 8 por ciento delagua que va al oceano Cerca del 90 por ciento de esta agua se usa para irrigacion segun la distribucion que aparece en la Tabla 8

TABLA 8 Uso del agua a nivel mundial

Tipo de uso Mundo

Total PDC (km3 ano) (m3 dia)

USA

Total PDC km3ano) m3dial

I rrigacion Industrial Domestico y Comercial

2800 230 170

174 014 011

197 232 43

174 297 055

Total 3200 199 472 604

1 PDe promedio diario per capita

Aunque el promediodel suministro de agua parece suficiente muchas partes del mundo enfrentan problemas continuos 0 peri6dicos de aguas los que pa~ rece se empeoraran en el futuro Esta situaci6n se debe a tres factores (1) aumento de la demanda de agua para todos los usos (2) la distribucion del agua y 3 la contaminacion creciente de los suministros de aguas~

A pesa r de que la escasez de agua las sequ ias y las inu ndaciones son proble- mas serios en algunas regiones en el momenta actual el mayor peligro humano es el agua impura Es chocante saber que el 75 por ciento de la poblacion rural del mundo y el 20 por ciento de sus moradores urbanos no tienen acceso a un suministro de agua potable no contaminada Esta contaminaci6n proviene de causas naturales y humanas

44 RECURSOS HIDRICOS DE COLOMBIA

Colombia es un pais dotado de excelentes recursos hfdricos con una variedad de precipitaciones que van desde 60 millmetros anuales en Uribia hasta 9287 en Quibdo despues de pasar por valores intermedios como 4199 en Villavimiddot cencio es bastante acertado calcular un promedio anual de 2000 mil (metros delluvia para los 114 millones de hectareas planimetricas que conforman el territorio nacional (Suescun 1982)

No toda la precipitacion se convierte en agua de escorrent(a porque la mayor parte se aprovecha como evapotranspiraci6n en los bosques otra parte percola como agua subterranea segun los siguientes porcentajes promedios evapo- transporacion 50 agua subterranea 20 y agua de escorrentfa 30 Esmiddot tos porcentajes no son absolutos ya que dependen de la densidad boscosa y de la porosidad ypermeabilidadde las rocas que afloran en superficie

58 Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombial No 601985

La escorrent(a del orden del 30 y la percolacion para la pluviosidad de 2000 milimetros anuales suministra una riqueza hidrologica cuantificable en unos 40000 m3s de agua arrojada al mar Ademas se cuenta con una buena distrishybuci6n de las aguas con excepcion hecha de la Guajira con un gran numero de rios naciendo en la parte alta de la montana mas arriba de donde vive la pobJacion Esta configuracion permite rlos de alto gradiente y cuencas aptas para presas economicas de concreto por gravedad de arco 0 de tierra para qeshynerar un potencial hidroelEktricomiddot elevado y privilegiado Segun estudios aeroshyfotogrametricos que se han hecho tanto de la capacidad de los rlOS como de sus gradientes y sitios de embalse Colombia posee un potencial hidroelectrishyco de den (100) millories de kilovatios de loscualesexistfan instaladosa 1984 unos 5200 megavatios 0 sea alrededor de 5 por ciento

En Colombia las enfermedades relacionadas con la insalubridad de agua y con la falta de saneamiento son las causas mas importantes de mortalidad EI nushymere total anual de defunciones provocadas por la diarrea y la enteritis es de 12000 personas aproximadamente y la morbilidad que se puede atribuir a esas causas es de aproximadamente 300000 casos por ano En 1977 se calcushylaba que el 74 por ciento de la poblacion urbana y el 21 por ciento de la poshybadon rural ten Ian agua corrienteen sus casas 10 que arroja segun la OMS un promedio global de 55 por ciento EI promedio global en cuanto a disposhynibilidad de alcantari lado era de solo 41 por ciento representando el 61 por ciento de las viviendas u rbanas y solo el 7 por ciento de lasviviendas rurales el resto de la poblacion (59 por ciento) utilizaba letrinas 0 no tenia ningun servicio La realidad nacional con respecto al aprovechamiento y manejo del agua es por tanto bastante deficiente solo poco mas de la mitad de la poblashycion dispone de servicio de acueducto aunque esto no significa que el agua sea de buena calidad ya que en la mayorla de los casos lega a las viviendas sin tratamiento 0 desinfeccion En cuanto a la poblacion rural solo el 70

0 cuenshyta con agua cuya calidad sea confiable

La contaminaci6n de las aguas es motivo de gran preocupacion en las tres zoshynas metropolitanas de Bogota Cali y Medell in aunque otras ciudades tambien estan afectadas Facilmente se puede concluir que lacuenca MagdalenamiddotCauca es la mas contaminada del territorio nacional Esta cuenca ofrece el mayor atractivo para el asentamiento hu mana y cuenta con las ciudades mas popushylosas del pais Bogota Medellin Cali Barranquila y reune el 60 por ciento de la poblaci6n del pa is En 1977 este nucleo arrojaba a las aguas 700 tone lashydas diarias de materia organica La carga de demanda bioqu Imica de oXlgeno (DB05l que afecta el rio Bogota tiene Indices hasta 100 mglitro (deberla ser menor a 1 mglitro) y elrio Medellintiene150 mglitro de DB05 con el aumento de la poblaci6n y con el desarrollo econ6mico estos niveles de contashyminacion aumentaran exigiendo la instalacion de plantas de tratamiento de aguas residuales para evitar que los rlos se conviertan en grandescloacas

45 CALIDAD DELAGUA POTABLE Y PARA usa DOIVIESTICO

En la naturaleza no se encuentra agua totalmente pura el cuadro sinoptico de la Figura 19 muestra las impurezas mas comunes del agua y sus efectos

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La calidad del agua se puede clasificar segun sus caracteristieas biologicas fimiddot sieas y radioactivas de acuerdo a los procedimientos analitieos que se requiemiddot ren para su evaluaciOn

Calidad Biologica En cuanto a la calidad biologica se debe controlar la presenmiddot cia de organismos patogenos tales como bacterias protozoarios y virus Agenmiddot tes bacteriales son los productores de enfermedades tales como el calera la fiebre tifoidea la disenterfa bacilar la fiebre paratifoidea y la tularemia los agentes protozoarios producen la amibiasis tan comun en las zonas tropicales la hepatitis infecciosa se transmite a traves de un agente viral las lombricesmiddot intestinales se pfoducen por un agente helmfntico que encuentra el mejor camiddot mino a traves del agua

Bacterias -algunas producen enfermedades I mpu rezas en Algas protozoarios -olor-color turbidez

suspension Barromiddotturbidez

Calcio y

Magnesio

Sales

Sodio

I mpurezas en

BiCarbonato-alcalinidad dureza Carbonato-alcalinidad dureza Sulfatomiddotdureza Cloruro-dureza corrosion en calderas

Bicarbonato y Carbonato-alcalishynidad ablanda el agua Sulfato-espuma en calderas de vapor Fluoruro-deteriora el esmalte de los dientes Cloruro - sabor

Oxido de Hierro-sabor agua rojiza corrosiva de metales dureza Manganeso-agua negra 0 cate Tinturas vegetales-colores acidez

Oxigeno-corrosion de metales DioxidJ de Carbono-corrosion de metales aeidez

Gases

Disolucion

Acido sulfidricomiddotolor a huevos podridos aeidez corrosion de metales Nitrogeno

FIGURA 19 middotImpurezas comunes del agua y sus efectos

Ademas existen otra serie de organismos que no son patogenos pero presentan problemas de sabor olory aspecto del agua cuando se encuentranen grandes cantidades (bacterias de hierro y algas) La aparicion de cualquier organismo

Ans Fae Na Minas MedellIn (Colomhia) No 60 1985

visible comouncrustaceo auna lombrfz en un vase de agua es unaexperienshycia cuando menos desagradable

La bacteria coliforme seutiliza como un (ndiCedeI~calidad higienica del agua para SU~ diversos USGS y tambien es un indicativo de la calidad de muctios alishymentos Estas bacterias aparecen ~n aguas superficiales y en las que reciben heces humanas por tantoson indicativos de la presencia de contaminaci6n fecal Los organismos coliformes se presentan en grandes caritidades en las heces humanas tantas como 1000 millones por gramo de materia fecal Los patogenos abandonan elorganismb humano a traves de las materias fecales Por tanto la presencia de coliformes aunque no pat6genas de por sison Lin indicio de la presencia de patogenos en el agua 0 en los alimentos La norma de un coliforme (E coli) por cada1 00 ml de agua se acepta generalmentepara estabecerla calidcid biol6gica del agua

Calidad Quimica La calidad qu (mica del agua depende de su gran capacidad para disolver una gran variedad de elementos La Tabla 9 da los Ifmites maxishymosde varias sustaricias que exigen el rechazo del agua para beber segunlas normas existentes en los Estados Unidos excepto Cd CN y Hg donde los vashylaresdados corresponden a la norma colombiana que es muy baja todos los atras vaJores coincidencon los de la norma colombiana EI fluoruro es la unica sustanciapara 18 cual seha fijado un limite superior e inferior en el agua potable debido a sus efectos beneficos y perjudiciales para el hombreestas concentraciones se dan en la Tabla 10 segun Decreto 2105 del Ministerio de Salud Publica de Colombia

Tambien existen otras sustanciasqufmicas que hacen que el agua no sea recoshymendable pemse pueda utilizar si no se dispone de una fuente alterna La Tabla 11 presenta los niveles maximos deseablespara tales compuestos utilishyzando losvalores de la norma colombiana fijados segun Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Sa Iud

EI contenido de nitratos af~cta a una poblaci6n particular en un uso especial del agua existe claraevidencia epidemiol6gica de que los ninos menores de un ano que consumen lecheeh polvo con agua de altos niveles de nitratos desarrollan metemoglobinemia Este es un problema muy serio en los paises en vIas de desarrollo donde elcontrol de la calidad del agua potable es muy deficiente

EI Alkilo Benceno Sulfonato ABS y el Extracto de Cloroformo de Carbono se incluyen dentro de las normas de calidad del agua potable como resultado del incremento en el uso de compuestos sinteticosla persistencia de los resishyduos en las aguas receptoras y el acortamiento del lapso de tiempo y distancia entre el usa del agua y su reciclaje EIABS es un agente humectante que se utiliza en los detergentes sinteticos se biodegrada muy lentamente producienshyproblemas en la recuperaci6n de corrientes contaminadas por no permitir la reoxigenacion al producir gran cantidad de espumas Este elemento se na reemplazado en muchos pases por LAS (Alkiro Benceno Sulfonato Linear)

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62 Ans Fac Nal M inas Med ell i n (Co lombia) No 601985

a partir de 1965 En Colombia la presencia del ASS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todo cuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento para aguas res iduales

EI Extracto de Cloroformo de Carbono (CCE) es un poco diferente al ASS ya que las sustancias extractadas no son espec ificas y su orige n es multiple y muy ex te ndido E I CCE da una indicacion de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua EI metodo da un indice crudo de los residuos organicos que in cluyen compuestos co n propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TAB LA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual Umites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgI diaria maxima

Bajo Optimo Alto

100 120 09 12 17 121 145 OS 11 15 146 175 as 10 13 176 220 07 09 12 221 261 07 as 10 261 320 06 07 08

Fuente Decreto 2105 de 19S3 del Ministerio de Sa lud

La Tabla 12 resume la calidad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizacion Mundial de la Salud Aqu ( se deta lla la calidad del agua segun una metodolog la difere nte y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equivalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La d isparidad de valores y d e vari ables a tener en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la calidad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos genera les las caracte rlsticas ffsicas de turbidez color y o lor se miden en unidades arb itrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de t urbi dez (JT U) EI metodo estandar consiste en un tubo de vid r io en el cual se coloca una vela e l agua turb ia se dep osita en el tubo hasta que desaparece la lla ma los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de t u rbidez que es 1 mg Si02 Iitro de agu a Este sistema se ha cambiado por aparatos e lect ronicos que miden la d ispershysion 0 la transmision de la luz pero el sistema de vela de Jackson contin ua siendo el estandar para calibracion

EI color y el olor son importantes desde el pu nto de vista estetico Si e l agua esta coloreada 0 huele mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 66 1985 63

r a partir de 1965 En Colombia la presencia del ABS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todocuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento paraaguas residuales

EI Extnlcto de Cloroformo deCarbono (CCE) es un poco diferente al ABS ya que las sustancias extractadas no son especificas y su origen es mUltiple y muy extendido EI CCE da una indicaci6n de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua E I metoda da un indice crudo de los residuos organicos que incluyen compuestos con propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TABLA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual limites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgl diaria maxi rna

100 121 146 176 22 261

120 145 175 220 26 320

Bajo

09 08 08 0707 06

Optimo

12 11 10 09 08 07

Alto

17 5 13 12 008

Fuente Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Salud

La Tabla 12 resume la caUdad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizaci6n Mundial de la Salud Aqui se detalla la calidad del agua segun una metodologla diferente y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equhlalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La disparidad de valores y de variables a terier en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la cali dad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos generales las caractersticas ffsicas de turbidez color y olor se miden en unidades arbitrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de turbidez (JTU) EI metodo estandar consiste en un tubo de vidrio en el cual se coloca una vela el agua turbia se deposita en el tubo hasta que desaparece la llama los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de turbidez que es 1 mg Si02 Ilitro de agua Este sistema se ha cambiado por aparatos electr6nicos que miden la dispershysi6n olil transmisi6n de la luz pero el sistema de vela de Jackson continua siendo el estandar para calibraci6n

EI color yel olor son importantes desde el punto de vista esteticoSi el agua esta coloreada 0 hue Ie mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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mente aceptable desde el punto de vista de la salud publica A menudo el coshylor y el olor son causados por la presencia de sustancias organicas tales como algas 0 humus

EI color se mide por comparacion con una solucian estandar de solucian de cloroplatinato de potasio (K2PSCI2) y cloruro de Cobalto (COCI2) y tiene Iimitaciones de tinte La unidad de color es aquella producida por 1 mgl de platino en la forma de ion de cloroplatinato EI olor se mide por medio de diluciones sucesivas de la muestra con agua libre de olores (se duplica el volumen de agua) hasta que no se detecta mas olor Este ensayo es completashymente sujetivo y depende del sentido de olfato de quien juzga la presencia del olor La dilucion de la cual no se determina olor se llama el numero limite de olor (TON == Threshold Odor Number)

No existe un estandar para el sabor ni para la temperatura aunque esta es importante para muchos usos del agua La temperatura es un factor ecolagishyco determinante en cuanto a la vida acuatica animal y vegetal pues determina el contenido maximo de oxfgeno disuelto en el agua y por tanto su capacidad para sostener vida

Radioactividad Todos los usos de materiales radioactivos generan trazas de desechos que entran al ambiente La radioactividad se mide por medio del conteo del numero de desintegraciones por segundo siendo la unidad de rashydioactividad el curie que representa el numero de desintegraciones en un seshygundo (37 x 10 10 ) de un gramo de Radiopuro Es tan grande el numero de desintegraciones representada por un curie que comunmente se usa el millishycurie mCn el microcurie (Jl Ci) y el picocurie (pCi) para medir radiaciones Un picocurie es igual a 10-12 curie

Los maximos niveles de contaminacion por radiacion se han fijado de una forshyma tal que la exposicion anual de las personas no sea mayor de 4 mrem par ano Se ha fiiado un limite de 5 pCill para Ra226 v Ra22B de 8 pCi1 para Sr90 15 pCi1 para actividad alfa global y de 1000 pCi para radiacion beta Ambos el Ra226 y el Sr90 en los procesos biolo]icos se depositan en Jos hueshyvos de los animales causando problemas gemhicos EI radioisoptopo Ra 226 se encuentra en forma natural en algunas aguas subtem3neas yen cualquier agua superficial que reciba residuos de Radio La fuente principal de Sr90 previene en los ensayos de armas nucleares y de los residuos de las instalaciones de energia nuclear

E I comportamiento qu (mico de un elemento radioactivo es exactamente igual al del isatopo no radioactivo del mismo elemento Esto es p32 un radioisatoshypo del fasforo sigue las mismas ruta~ qu micas que el fosforo normal Similarshymente el Sr90 estroncio radioactivo se comporta esencialmente como los otros miembros del mismogrupo qu imico principflmente el calcio Esto hace posible predecir el comportamiento qu (mico de los radioisotopos y obtener valiosas indicaciones en el estudio de sus caminos en el ambiente

Ans Fa~ Nal Minas Medellin (Colombia No 60 1985~ Ans Fac Nal Minas Medell In (Colombia) No 60 1985 65

lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

66 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

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- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombia) No 601985

Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

AnsFac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

Ans Fae Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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78

4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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cubicos un promedio de 10 millones de litros por persona De tal manera que parece que hay agua suficiente y aun mas si se tiene en cuenta que el agua fresca S8 purifica y renueva continuamente por medio del cicio hidrol6gico nashytural representado en fa Figura 18 E I cicio hidrol6gico recicla anualmente por evaporacion unos 400000 km3 de agua (344000 de los oceanos y 56000 de la superficie terrestre) 10 cual equivale a 0029 por ciento del total de agua terrestre La precipitaci6n es de 304000 km3 sobre los oceanos y 96000 sabre la tierra firme La diferencia entreevaporacion y precipitacion sobre la tierra es de 40000 km3 de agua que es el flujo de rlos y aguas subtemlneas nada l oceano

FIGURA 18 CicIo Hidroldgico Natural

EI problema de la distribucion no uniforme del agua se debe a que la precipishytaci6n promedia anual varia muchsimo a traves del mundo y de que estos promedios representan perlodos con mucha Iluvia y otroscon poca Ademas los procesos naturales y las actividades humanas contaminan mucha del agua que cae en forma de lIuvias La distribucion del agua dulce tambien varia deshybido a que las condiciones climaticas producen intensidades de evaporaci6n diferentes para distintas partes del mundo 10 cual afecta las corrientes y resershyvas de agua

43 usa DELAGUA paR EL HOMBRE

Los hombres utilizan el agua con tres fines primordiales (1) irrigacion para producir alimentos (2) usos industriales y (3) usos comerciales y domesticos Durante 1978 la poblaci6n mundial utilizo cerca de 3200 kilometros cubicos

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia No 60 1985 57

de agua du Ice 0 sea un 8 por ciento delagua que va al oceano Cerca del 90 por ciento de esta agua se usa para irrigacion segun la distribucion que aparece en la Tabla 8

TABLA 8 Uso del agua a nivel mundial

Tipo de uso Mundo

Total PDC (km3 ano) (m3 dia)

USA

Total PDC km3ano) m3dial

I rrigacion Industrial Domestico y Comercial

2800 230 170

174 014 011

197 232 43

174 297 055

Total 3200 199 472 604

1 PDe promedio diario per capita

Aunque el promediodel suministro de agua parece suficiente muchas partes del mundo enfrentan problemas continuos 0 peri6dicos de aguas los que pa~ rece se empeoraran en el futuro Esta situaci6n se debe a tres factores (1) aumento de la demanda de agua para todos los usos (2) la distribucion del agua y 3 la contaminacion creciente de los suministros de aguas~

A pesa r de que la escasez de agua las sequ ias y las inu ndaciones son proble- mas serios en algunas regiones en el momenta actual el mayor peligro humano es el agua impura Es chocante saber que el 75 por ciento de la poblacion rural del mundo y el 20 por ciento de sus moradores urbanos no tienen acceso a un suministro de agua potable no contaminada Esta contaminaci6n proviene de causas naturales y humanas

44 RECURSOS HIDRICOS DE COLOMBIA

Colombia es un pais dotado de excelentes recursos hfdricos con una variedad de precipitaciones que van desde 60 millmetros anuales en Uribia hasta 9287 en Quibdo despues de pasar por valores intermedios como 4199 en Villavimiddot cencio es bastante acertado calcular un promedio anual de 2000 mil (metros delluvia para los 114 millones de hectareas planimetricas que conforman el territorio nacional (Suescun 1982)

No toda la precipitacion se convierte en agua de escorrent(a porque la mayor parte se aprovecha como evapotranspiraci6n en los bosques otra parte percola como agua subterranea segun los siguientes porcentajes promedios evapo- transporacion 50 agua subterranea 20 y agua de escorrentfa 30 Esmiddot tos porcentajes no son absolutos ya que dependen de la densidad boscosa y de la porosidad ypermeabilidadde las rocas que afloran en superficie

58 Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombial No 601985

La escorrent(a del orden del 30 y la percolacion para la pluviosidad de 2000 milimetros anuales suministra una riqueza hidrologica cuantificable en unos 40000 m3s de agua arrojada al mar Ademas se cuenta con una buena distrishybuci6n de las aguas con excepcion hecha de la Guajira con un gran numero de rios naciendo en la parte alta de la montana mas arriba de donde vive la pobJacion Esta configuracion permite rlos de alto gradiente y cuencas aptas para presas economicas de concreto por gravedad de arco 0 de tierra para qeshynerar un potencial hidroelEktricomiddot elevado y privilegiado Segun estudios aeroshyfotogrametricos que se han hecho tanto de la capacidad de los rlOS como de sus gradientes y sitios de embalse Colombia posee un potencial hidroelectrishyco de den (100) millories de kilovatios de loscualesexistfan instaladosa 1984 unos 5200 megavatios 0 sea alrededor de 5 por ciento

En Colombia las enfermedades relacionadas con la insalubridad de agua y con la falta de saneamiento son las causas mas importantes de mortalidad EI nushymere total anual de defunciones provocadas por la diarrea y la enteritis es de 12000 personas aproximadamente y la morbilidad que se puede atribuir a esas causas es de aproximadamente 300000 casos por ano En 1977 se calcushylaba que el 74 por ciento de la poblacion urbana y el 21 por ciento de la poshybadon rural ten Ian agua corrienteen sus casas 10 que arroja segun la OMS un promedio global de 55 por ciento EI promedio global en cuanto a disposhynibilidad de alcantari lado era de solo 41 por ciento representando el 61 por ciento de las viviendas u rbanas y solo el 7 por ciento de lasviviendas rurales el resto de la poblacion (59 por ciento) utilizaba letrinas 0 no tenia ningun servicio La realidad nacional con respecto al aprovechamiento y manejo del agua es por tanto bastante deficiente solo poco mas de la mitad de la poblashycion dispone de servicio de acueducto aunque esto no significa que el agua sea de buena calidad ya que en la mayorla de los casos lega a las viviendas sin tratamiento 0 desinfeccion En cuanto a la poblacion rural solo el 70

0 cuenshyta con agua cuya calidad sea confiable

La contaminaci6n de las aguas es motivo de gran preocupacion en las tres zoshynas metropolitanas de Bogota Cali y Medell in aunque otras ciudades tambien estan afectadas Facilmente se puede concluir que lacuenca MagdalenamiddotCauca es la mas contaminada del territorio nacional Esta cuenca ofrece el mayor atractivo para el asentamiento hu mana y cuenta con las ciudades mas popushylosas del pais Bogota Medellin Cali Barranquila y reune el 60 por ciento de la poblaci6n del pa is En 1977 este nucleo arrojaba a las aguas 700 tone lashydas diarias de materia organica La carga de demanda bioqu Imica de oXlgeno (DB05l que afecta el rio Bogota tiene Indices hasta 100 mglitro (deberla ser menor a 1 mglitro) y elrio Medellintiene150 mglitro de DB05 con el aumento de la poblaci6n y con el desarrollo econ6mico estos niveles de contashyminacion aumentaran exigiendo la instalacion de plantas de tratamiento de aguas residuales para evitar que los rlos se conviertan en grandescloacas

45 CALIDAD DELAGUA POTABLE Y PARA usa DOIVIESTICO

En la naturaleza no se encuentra agua totalmente pura el cuadro sinoptico de la Figura 19 muestra las impurezas mas comunes del agua y sus efectos

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 59

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La calidad del agua se puede clasificar segun sus caracteristieas biologicas fimiddot sieas y radioactivas de acuerdo a los procedimientos analitieos que se requiemiddot ren para su evaluaciOn

Calidad Biologica En cuanto a la calidad biologica se debe controlar la presenmiddot cia de organismos patogenos tales como bacterias protozoarios y virus Agenmiddot tes bacteriales son los productores de enfermedades tales como el calera la fiebre tifoidea la disenterfa bacilar la fiebre paratifoidea y la tularemia los agentes protozoarios producen la amibiasis tan comun en las zonas tropicales la hepatitis infecciosa se transmite a traves de un agente viral las lombricesmiddot intestinales se pfoducen por un agente helmfntico que encuentra el mejor camiddot mino a traves del agua

Bacterias -algunas producen enfermedades I mpu rezas en Algas protozoarios -olor-color turbidez

suspension Barromiddotturbidez

Calcio y

Magnesio

Sales

Sodio

I mpurezas en

BiCarbonato-alcalinidad dureza Carbonato-alcalinidad dureza Sulfatomiddotdureza Cloruro-dureza corrosion en calderas

Bicarbonato y Carbonato-alcalishynidad ablanda el agua Sulfato-espuma en calderas de vapor Fluoruro-deteriora el esmalte de los dientes Cloruro - sabor

Oxido de Hierro-sabor agua rojiza corrosiva de metales dureza Manganeso-agua negra 0 cate Tinturas vegetales-colores acidez

Oxigeno-corrosion de metales DioxidJ de Carbono-corrosion de metales aeidez

Gases

Disolucion

Acido sulfidricomiddotolor a huevos podridos aeidez corrosion de metales Nitrogeno

FIGURA 19 middotImpurezas comunes del agua y sus efectos

Ademas existen otra serie de organismos que no son patogenos pero presentan problemas de sabor olory aspecto del agua cuando se encuentranen grandes cantidades (bacterias de hierro y algas) La aparicion de cualquier organismo

Ans Fae Na Minas MedellIn (Colomhia) No 60 1985

visible comouncrustaceo auna lombrfz en un vase de agua es unaexperienshycia cuando menos desagradable

La bacteria coliforme seutiliza como un (ndiCedeI~calidad higienica del agua para SU~ diversos USGS y tambien es un indicativo de la calidad de muctios alishymentos Estas bacterias aparecen ~n aguas superficiales y en las que reciben heces humanas por tantoson indicativos de la presencia de contaminaci6n fecal Los organismos coliformes se presentan en grandes caritidades en las heces humanas tantas como 1000 millones por gramo de materia fecal Los patogenos abandonan elorganismb humano a traves de las materias fecales Por tanto la presencia de coliformes aunque no pat6genas de por sison Lin indicio de la presencia de patogenos en el agua 0 en los alimentos La norma de un coliforme (E coli) por cada1 00 ml de agua se acepta generalmentepara estabecerla calidcid biol6gica del agua

Calidad Quimica La calidad qu (mica del agua depende de su gran capacidad para disolver una gran variedad de elementos La Tabla 9 da los Ifmites maxishymosde varias sustaricias que exigen el rechazo del agua para beber segunlas normas existentes en los Estados Unidos excepto Cd CN y Hg donde los vashylaresdados corresponden a la norma colombiana que es muy baja todos los atras vaJores coincidencon los de la norma colombiana EI fluoruro es la unica sustanciapara 18 cual seha fijado un limite superior e inferior en el agua potable debido a sus efectos beneficos y perjudiciales para el hombreestas concentraciones se dan en la Tabla 10 segun Decreto 2105 del Ministerio de Salud Publica de Colombia

Tambien existen otras sustanciasqufmicas que hacen que el agua no sea recoshymendable pemse pueda utilizar si no se dispone de una fuente alterna La Tabla 11 presenta los niveles maximos deseablespara tales compuestos utilishyzando losvalores de la norma colombiana fijados segun Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Sa Iud

EI contenido de nitratos af~cta a una poblaci6n particular en un uso especial del agua existe claraevidencia epidemiol6gica de que los ninos menores de un ano que consumen lecheeh polvo con agua de altos niveles de nitratos desarrollan metemoglobinemia Este es un problema muy serio en los paises en vIas de desarrollo donde elcontrol de la calidad del agua potable es muy deficiente

EI Alkilo Benceno Sulfonato ABS y el Extracto de Cloroformo de Carbono se incluyen dentro de las normas de calidad del agua potable como resultado del incremento en el uso de compuestos sinteticosla persistencia de los resishyduos en las aguas receptoras y el acortamiento del lapso de tiempo y distancia entre el usa del agua y su reciclaje EIABS es un agente humectante que se utiliza en los detergentes sinteticos se biodegrada muy lentamente producienshyproblemas en la recuperaci6n de corrientes contaminadas por no permitir la reoxigenacion al producir gran cantidad de espumas Este elemento se na reemplazado en muchos pases por LAS (Alkiro Benceno Sulfonato Linear)

Ans Fac Nal Minas MedellIn (Colombia) No 60 1985 61

62 Ans Fac Nal M inas Med ell i n (Co lombia) No 601985

a partir de 1965 En Colombia la presencia del ASS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todo cuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento para aguas res iduales

EI Extracto de Cloroformo de Carbono (CCE) es un poco diferente al ASS ya que las sustancias extractadas no son espec ificas y su orige n es multiple y muy ex te ndido E I CCE da una indicacion de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua EI metodo da un indice crudo de los residuos organicos que in cluyen compuestos co n propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TAB LA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual Umites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgI diaria maxima

Bajo Optimo Alto

100 120 09 12 17 121 145 OS 11 15 146 175 as 10 13 176 220 07 09 12 221 261 07 as 10 261 320 06 07 08

Fuente Decreto 2105 de 19S3 del Ministerio de Sa lud

La Tabla 12 resume la calidad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizacion Mundial de la Salud Aqu ( se deta lla la calidad del agua segun una metodolog la difere nte y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equivalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La d isparidad de valores y d e vari ables a tener en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la calidad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos genera les las caracte rlsticas ffsicas de turbidez color y o lor se miden en unidades arb itrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de t urbi dez (JT U) EI metodo estandar consiste en un tubo de vid r io en el cual se coloca una vela e l agua turb ia se dep osita en el tubo hasta que desaparece la lla ma los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de t u rbidez que es 1 mg Si02 Iitro de agu a Este sistema se ha cambiado por aparatos e lect ronicos que miden la d ispershysion 0 la transmision de la luz pero el sistema de vela de Jackson contin ua siendo el estandar para calibracion

EI color y el olor son importantes desde el pu nto de vista estetico Si e l agua esta coloreada 0 huele mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 66 1985 63

r a partir de 1965 En Colombia la presencia del ABS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todocuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento paraaguas residuales

EI Extnlcto de Cloroformo deCarbono (CCE) es un poco diferente al ABS ya que las sustancias extractadas no son especificas y su origen es mUltiple y muy extendido EI CCE da una indicaci6n de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua E I metoda da un indice crudo de los residuos organicos que incluyen compuestos con propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TABLA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual limites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgl diaria maxi rna

100 121 146 176 22 261

120 145 175 220 26 320

Bajo

09 08 08 0707 06

Optimo

12 11 10 09 08 07

Alto

17 5 13 12 008

Fuente Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Salud

La Tabla 12 resume la caUdad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizaci6n Mundial de la Salud Aqui se detalla la calidad del agua segun una metodologla diferente y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equhlalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La disparidad de valores y de variables a terier en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la cali dad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos generales las caractersticas ffsicas de turbidez color y olor se miden en unidades arbitrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de turbidez (JTU) EI metodo estandar consiste en un tubo de vidrio en el cual se coloca una vela el agua turbia se deposita en el tubo hasta que desaparece la llama los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de turbidez que es 1 mg Si02 Ilitro de agua Este sistema se ha cambiado por aparatos electr6nicos que miden la dispershysi6n olil transmisi6n de la luz pero el sistema de vela de Jackson continua siendo el estandar para calibraci6n

EI color yel olor son importantes desde el punto de vista esteticoSi el agua esta coloreada 0 hue Ie mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 63

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mente aceptable desde el punto de vista de la salud publica A menudo el coshylor y el olor son causados por la presencia de sustancias organicas tales como algas 0 humus

EI color se mide por comparacion con una solucian estandar de solucian de cloroplatinato de potasio (K2PSCI2) y cloruro de Cobalto (COCI2) y tiene Iimitaciones de tinte La unidad de color es aquella producida por 1 mgl de platino en la forma de ion de cloroplatinato EI olor se mide por medio de diluciones sucesivas de la muestra con agua libre de olores (se duplica el volumen de agua) hasta que no se detecta mas olor Este ensayo es completashymente sujetivo y depende del sentido de olfato de quien juzga la presencia del olor La dilucion de la cual no se determina olor se llama el numero limite de olor (TON == Threshold Odor Number)

No existe un estandar para el sabor ni para la temperatura aunque esta es importante para muchos usos del agua La temperatura es un factor ecolagishyco determinante en cuanto a la vida acuatica animal y vegetal pues determina el contenido maximo de oxfgeno disuelto en el agua y por tanto su capacidad para sostener vida

Radioactividad Todos los usos de materiales radioactivos generan trazas de desechos que entran al ambiente La radioactividad se mide por medio del conteo del numero de desintegraciones por segundo siendo la unidad de rashydioactividad el curie que representa el numero de desintegraciones en un seshygundo (37 x 10 10 ) de un gramo de Radiopuro Es tan grande el numero de desintegraciones representada por un curie que comunmente se usa el millishycurie mCn el microcurie (Jl Ci) y el picocurie (pCi) para medir radiaciones Un picocurie es igual a 10-12 curie

Los maximos niveles de contaminacion por radiacion se han fijado de una forshyma tal que la exposicion anual de las personas no sea mayor de 4 mrem par ano Se ha fiiado un limite de 5 pCill para Ra226 v Ra22B de 8 pCi1 para Sr90 15 pCi1 para actividad alfa global y de 1000 pCi para radiacion beta Ambos el Ra226 y el Sr90 en los procesos biolo]icos se depositan en Jos hueshyvos de los animales causando problemas gemhicos EI radioisoptopo Ra 226 se encuentra en forma natural en algunas aguas subtem3neas yen cualquier agua superficial que reciba residuos de Radio La fuente principal de Sr90 previene en los ensayos de armas nucleares y de los residuos de las instalaciones de energia nuclear

E I comportamiento qu (mico de un elemento radioactivo es exactamente igual al del isatopo no radioactivo del mismo elemento Esto es p32 un radioisatoshypo del fasforo sigue las mismas ruta~ qu micas que el fosforo normal Similarshymente el Sr90 estroncio radioactivo se comporta esencialmente como los otros miembros del mismogrupo qu imico principflmente el calcio Esto hace posible predecir el comportamiento qu (mico de los radioisotopos y obtener valiosas indicaciones en el estudio de sus caminos en el ambiente

Ans Fa~ Nal Minas Medellin (Colombia No 60 1985~ Ans Fac Nal Minas Medell In (Colombia) No 60 1985 65

lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

66 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 67

- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombia) No 601985

Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

Ans Fac Nsl Minas Medellin (Colombia) No 601985 69

la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

AnsFac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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de agua du Ice 0 sea un 8 por ciento delagua que va al oceano Cerca del 90 por ciento de esta agua se usa para irrigacion segun la distribucion que aparece en la Tabla 8

TABLA 8 Uso del agua a nivel mundial

Tipo de uso Mundo

Total PDC (km3 ano) (m3 dia)

USA

Total PDC km3ano) m3dial

I rrigacion Industrial Domestico y Comercial

2800 230 170

174 014 011

197 232 43

174 297 055

Total 3200 199 472 604

1 PDe promedio diario per capita

Aunque el promediodel suministro de agua parece suficiente muchas partes del mundo enfrentan problemas continuos 0 peri6dicos de aguas los que pa~ rece se empeoraran en el futuro Esta situaci6n se debe a tres factores (1) aumento de la demanda de agua para todos los usos (2) la distribucion del agua y 3 la contaminacion creciente de los suministros de aguas~

A pesa r de que la escasez de agua las sequ ias y las inu ndaciones son proble- mas serios en algunas regiones en el momenta actual el mayor peligro humano es el agua impura Es chocante saber que el 75 por ciento de la poblacion rural del mundo y el 20 por ciento de sus moradores urbanos no tienen acceso a un suministro de agua potable no contaminada Esta contaminaci6n proviene de causas naturales y humanas

44 RECURSOS HIDRICOS DE COLOMBIA

Colombia es un pais dotado de excelentes recursos hfdricos con una variedad de precipitaciones que van desde 60 millmetros anuales en Uribia hasta 9287 en Quibdo despues de pasar por valores intermedios como 4199 en Villavimiddot cencio es bastante acertado calcular un promedio anual de 2000 mil (metros delluvia para los 114 millones de hectareas planimetricas que conforman el territorio nacional (Suescun 1982)

No toda la precipitacion se convierte en agua de escorrent(a porque la mayor parte se aprovecha como evapotranspiraci6n en los bosques otra parte percola como agua subterranea segun los siguientes porcentajes promedios evapo- transporacion 50 agua subterranea 20 y agua de escorrentfa 30 Esmiddot tos porcentajes no son absolutos ya que dependen de la densidad boscosa y de la porosidad ypermeabilidadde las rocas que afloran en superficie

58 Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombial No 601985

La escorrent(a del orden del 30 y la percolacion para la pluviosidad de 2000 milimetros anuales suministra una riqueza hidrologica cuantificable en unos 40000 m3s de agua arrojada al mar Ademas se cuenta con una buena distrishybuci6n de las aguas con excepcion hecha de la Guajira con un gran numero de rios naciendo en la parte alta de la montana mas arriba de donde vive la pobJacion Esta configuracion permite rlos de alto gradiente y cuencas aptas para presas economicas de concreto por gravedad de arco 0 de tierra para qeshynerar un potencial hidroelEktricomiddot elevado y privilegiado Segun estudios aeroshyfotogrametricos que se han hecho tanto de la capacidad de los rlOS como de sus gradientes y sitios de embalse Colombia posee un potencial hidroelectrishyco de den (100) millories de kilovatios de loscualesexistfan instaladosa 1984 unos 5200 megavatios 0 sea alrededor de 5 por ciento

En Colombia las enfermedades relacionadas con la insalubridad de agua y con la falta de saneamiento son las causas mas importantes de mortalidad EI nushymere total anual de defunciones provocadas por la diarrea y la enteritis es de 12000 personas aproximadamente y la morbilidad que se puede atribuir a esas causas es de aproximadamente 300000 casos por ano En 1977 se calcushylaba que el 74 por ciento de la poblacion urbana y el 21 por ciento de la poshybadon rural ten Ian agua corrienteen sus casas 10 que arroja segun la OMS un promedio global de 55 por ciento EI promedio global en cuanto a disposhynibilidad de alcantari lado era de solo 41 por ciento representando el 61 por ciento de las viviendas u rbanas y solo el 7 por ciento de lasviviendas rurales el resto de la poblacion (59 por ciento) utilizaba letrinas 0 no tenia ningun servicio La realidad nacional con respecto al aprovechamiento y manejo del agua es por tanto bastante deficiente solo poco mas de la mitad de la poblashycion dispone de servicio de acueducto aunque esto no significa que el agua sea de buena calidad ya que en la mayorla de los casos lega a las viviendas sin tratamiento 0 desinfeccion En cuanto a la poblacion rural solo el 70

0 cuenshyta con agua cuya calidad sea confiable

La contaminaci6n de las aguas es motivo de gran preocupacion en las tres zoshynas metropolitanas de Bogota Cali y Medell in aunque otras ciudades tambien estan afectadas Facilmente se puede concluir que lacuenca MagdalenamiddotCauca es la mas contaminada del territorio nacional Esta cuenca ofrece el mayor atractivo para el asentamiento hu mana y cuenta con las ciudades mas popushylosas del pais Bogota Medellin Cali Barranquila y reune el 60 por ciento de la poblaci6n del pa is En 1977 este nucleo arrojaba a las aguas 700 tone lashydas diarias de materia organica La carga de demanda bioqu Imica de oXlgeno (DB05l que afecta el rio Bogota tiene Indices hasta 100 mglitro (deberla ser menor a 1 mglitro) y elrio Medellintiene150 mglitro de DB05 con el aumento de la poblaci6n y con el desarrollo econ6mico estos niveles de contashyminacion aumentaran exigiendo la instalacion de plantas de tratamiento de aguas residuales para evitar que los rlos se conviertan en grandescloacas

45 CALIDAD DELAGUA POTABLE Y PARA usa DOIVIESTICO

En la naturaleza no se encuentra agua totalmente pura el cuadro sinoptico de la Figura 19 muestra las impurezas mas comunes del agua y sus efectos

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La calidad del agua se puede clasificar segun sus caracteristieas biologicas fimiddot sieas y radioactivas de acuerdo a los procedimientos analitieos que se requiemiddot ren para su evaluaciOn

Calidad Biologica En cuanto a la calidad biologica se debe controlar la presenmiddot cia de organismos patogenos tales como bacterias protozoarios y virus Agenmiddot tes bacteriales son los productores de enfermedades tales como el calera la fiebre tifoidea la disenterfa bacilar la fiebre paratifoidea y la tularemia los agentes protozoarios producen la amibiasis tan comun en las zonas tropicales la hepatitis infecciosa se transmite a traves de un agente viral las lombricesmiddot intestinales se pfoducen por un agente helmfntico que encuentra el mejor camiddot mino a traves del agua

Bacterias -algunas producen enfermedades I mpu rezas en Algas protozoarios -olor-color turbidez

suspension Barromiddotturbidez

Calcio y

Magnesio

Sales

Sodio

I mpurezas en

BiCarbonato-alcalinidad dureza Carbonato-alcalinidad dureza Sulfatomiddotdureza Cloruro-dureza corrosion en calderas

Bicarbonato y Carbonato-alcalishynidad ablanda el agua Sulfato-espuma en calderas de vapor Fluoruro-deteriora el esmalte de los dientes Cloruro - sabor

Oxido de Hierro-sabor agua rojiza corrosiva de metales dureza Manganeso-agua negra 0 cate Tinturas vegetales-colores acidez

Oxigeno-corrosion de metales DioxidJ de Carbono-corrosion de metales aeidez

Gases

Disolucion

Acido sulfidricomiddotolor a huevos podridos aeidez corrosion de metales Nitrogeno

FIGURA 19 middotImpurezas comunes del agua y sus efectos

Ademas existen otra serie de organismos que no son patogenos pero presentan problemas de sabor olory aspecto del agua cuando se encuentranen grandes cantidades (bacterias de hierro y algas) La aparicion de cualquier organismo

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visible comouncrustaceo auna lombrfz en un vase de agua es unaexperienshycia cuando menos desagradable

La bacteria coliforme seutiliza como un (ndiCedeI~calidad higienica del agua para SU~ diversos USGS y tambien es un indicativo de la calidad de muctios alishymentos Estas bacterias aparecen ~n aguas superficiales y en las que reciben heces humanas por tantoson indicativos de la presencia de contaminaci6n fecal Los organismos coliformes se presentan en grandes caritidades en las heces humanas tantas como 1000 millones por gramo de materia fecal Los patogenos abandonan elorganismb humano a traves de las materias fecales Por tanto la presencia de coliformes aunque no pat6genas de por sison Lin indicio de la presencia de patogenos en el agua 0 en los alimentos La norma de un coliforme (E coli) por cada1 00 ml de agua se acepta generalmentepara estabecerla calidcid biol6gica del agua

Calidad Quimica La calidad qu (mica del agua depende de su gran capacidad para disolver una gran variedad de elementos La Tabla 9 da los Ifmites maxishymosde varias sustaricias que exigen el rechazo del agua para beber segunlas normas existentes en los Estados Unidos excepto Cd CN y Hg donde los vashylaresdados corresponden a la norma colombiana que es muy baja todos los atras vaJores coincidencon los de la norma colombiana EI fluoruro es la unica sustanciapara 18 cual seha fijado un limite superior e inferior en el agua potable debido a sus efectos beneficos y perjudiciales para el hombreestas concentraciones se dan en la Tabla 10 segun Decreto 2105 del Ministerio de Salud Publica de Colombia

Tambien existen otras sustanciasqufmicas que hacen que el agua no sea recoshymendable pemse pueda utilizar si no se dispone de una fuente alterna La Tabla 11 presenta los niveles maximos deseablespara tales compuestos utilishyzando losvalores de la norma colombiana fijados segun Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Sa Iud

EI contenido de nitratos af~cta a una poblaci6n particular en un uso especial del agua existe claraevidencia epidemiol6gica de que los ninos menores de un ano que consumen lecheeh polvo con agua de altos niveles de nitratos desarrollan metemoglobinemia Este es un problema muy serio en los paises en vIas de desarrollo donde elcontrol de la calidad del agua potable es muy deficiente

EI Alkilo Benceno Sulfonato ABS y el Extracto de Cloroformo de Carbono se incluyen dentro de las normas de calidad del agua potable como resultado del incremento en el uso de compuestos sinteticosla persistencia de los resishyduos en las aguas receptoras y el acortamiento del lapso de tiempo y distancia entre el usa del agua y su reciclaje EIABS es un agente humectante que se utiliza en los detergentes sinteticos se biodegrada muy lentamente producienshyproblemas en la recuperaci6n de corrientes contaminadas por no permitir la reoxigenacion al producir gran cantidad de espumas Este elemento se na reemplazado en muchos pases por LAS (Alkiro Benceno Sulfonato Linear)

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62 Ans Fac Nal M inas Med ell i n (Co lombia) No 601985

a partir de 1965 En Colombia la presencia del ASS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todo cuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento para aguas res iduales

EI Extracto de Cloroformo de Carbono (CCE) es un poco diferente al ASS ya que las sustancias extractadas no son espec ificas y su orige n es multiple y muy ex te ndido E I CCE da una indicacion de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua EI metodo da un indice crudo de los residuos organicos que in cluyen compuestos co n propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TAB LA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual Umites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgI diaria maxima

Bajo Optimo Alto

100 120 09 12 17 121 145 OS 11 15 146 175 as 10 13 176 220 07 09 12 221 261 07 as 10 261 320 06 07 08

Fuente Decreto 2105 de 19S3 del Ministerio de Sa lud

La Tabla 12 resume la calidad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizacion Mundial de la Salud Aqu ( se deta lla la calidad del agua segun una metodolog la difere nte y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equivalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La d isparidad de valores y d e vari ables a tener en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la calidad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos genera les las caracte rlsticas ffsicas de turbidez color y o lor se miden en unidades arb itrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de t urbi dez (JT U) EI metodo estandar consiste en un tubo de vid r io en el cual se coloca una vela e l agua turb ia se dep osita en el tubo hasta que desaparece la lla ma los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de t u rbidez que es 1 mg Si02 Iitro de agu a Este sistema se ha cambiado por aparatos e lect ronicos que miden la d ispershysion 0 la transmision de la luz pero el sistema de vela de Jackson contin ua siendo el estandar para calibracion

EI color y el olor son importantes desde el pu nto de vista estetico Si e l agua esta coloreada 0 huele mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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r a partir de 1965 En Colombia la presencia del ABS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todocuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento paraaguas residuales

EI Extnlcto de Cloroformo deCarbono (CCE) es un poco diferente al ABS ya que las sustancias extractadas no son especificas y su origen es mUltiple y muy extendido EI CCE da una indicaci6n de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua E I metoda da un indice crudo de los residuos organicos que incluyen compuestos con propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TABLA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual limites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgl diaria maxi rna

100 121 146 176 22 261

120 145 175 220 26 320

Bajo

09 08 08 0707 06

Optimo

12 11 10 09 08 07

Alto

17 5 13 12 008

Fuente Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Salud

La Tabla 12 resume la caUdad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizaci6n Mundial de la Salud Aqui se detalla la calidad del agua segun una metodologla diferente y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equhlalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La disparidad de valores y de variables a terier en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la cali dad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos generales las caractersticas ffsicas de turbidez color y olor se miden en unidades arbitrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de turbidez (JTU) EI metodo estandar consiste en un tubo de vidrio en el cual se coloca una vela el agua turbia se deposita en el tubo hasta que desaparece la llama los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de turbidez que es 1 mg Si02 Ilitro de agua Este sistema se ha cambiado por aparatos electr6nicos que miden la dispershysi6n olil transmisi6n de la luz pero el sistema de vela de Jackson continua siendo el estandar para calibraci6n

EI color yel olor son importantes desde el punto de vista esteticoSi el agua esta coloreada 0 hue Ie mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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mente aceptable desde el punto de vista de la salud publica A menudo el coshylor y el olor son causados por la presencia de sustancias organicas tales como algas 0 humus

EI color se mide por comparacion con una solucian estandar de solucian de cloroplatinato de potasio (K2PSCI2) y cloruro de Cobalto (COCI2) y tiene Iimitaciones de tinte La unidad de color es aquella producida por 1 mgl de platino en la forma de ion de cloroplatinato EI olor se mide por medio de diluciones sucesivas de la muestra con agua libre de olores (se duplica el volumen de agua) hasta que no se detecta mas olor Este ensayo es completashymente sujetivo y depende del sentido de olfato de quien juzga la presencia del olor La dilucion de la cual no se determina olor se llama el numero limite de olor (TON == Threshold Odor Number)

No existe un estandar para el sabor ni para la temperatura aunque esta es importante para muchos usos del agua La temperatura es un factor ecolagishyco determinante en cuanto a la vida acuatica animal y vegetal pues determina el contenido maximo de oxfgeno disuelto en el agua y por tanto su capacidad para sostener vida

Radioactividad Todos los usos de materiales radioactivos generan trazas de desechos que entran al ambiente La radioactividad se mide por medio del conteo del numero de desintegraciones por segundo siendo la unidad de rashydioactividad el curie que representa el numero de desintegraciones en un seshygundo (37 x 10 10 ) de un gramo de Radiopuro Es tan grande el numero de desintegraciones representada por un curie que comunmente se usa el millishycurie mCn el microcurie (Jl Ci) y el picocurie (pCi) para medir radiaciones Un picocurie es igual a 10-12 curie

Los maximos niveles de contaminacion por radiacion se han fijado de una forshyma tal que la exposicion anual de las personas no sea mayor de 4 mrem par ano Se ha fiiado un limite de 5 pCill para Ra226 v Ra22B de 8 pCi1 para Sr90 15 pCi1 para actividad alfa global y de 1000 pCi para radiacion beta Ambos el Ra226 y el Sr90 en los procesos biolo]icos se depositan en Jos hueshyvos de los animales causando problemas gemhicos EI radioisoptopo Ra 226 se encuentra en forma natural en algunas aguas subtem3neas yen cualquier agua superficial que reciba residuos de Radio La fuente principal de Sr90 previene en los ensayos de armas nucleares y de los residuos de las instalaciones de energia nuclear

E I comportamiento qu (mico de un elemento radioactivo es exactamente igual al del isatopo no radioactivo del mismo elemento Esto es p32 un radioisatoshypo del fasforo sigue las mismas ruta~ qu micas que el fosforo normal Similarshymente el Sr90 estroncio radioactivo se comporta esencialmente como los otros miembros del mismogrupo qu imico principflmente el calcio Esto hace posible predecir el comportamiento qu (mico de los radioisotopos y obtener valiosas indicaciones en el estudio de sus caminos en el ambiente

Ans Fa~ Nal Minas Medellin (Colombia No 60 1985~ Ans Fac Nal Minas Medell In (Colombia) No 60 1985 65

lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

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_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

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- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombia) No 601985

Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

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EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

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I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

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bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

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Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

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sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

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Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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La escorrent(a del orden del 30 y la percolacion para la pluviosidad de 2000 milimetros anuales suministra una riqueza hidrologica cuantificable en unos 40000 m3s de agua arrojada al mar Ademas se cuenta con una buena distrishybuci6n de las aguas con excepcion hecha de la Guajira con un gran numero de rios naciendo en la parte alta de la montana mas arriba de donde vive la pobJacion Esta configuracion permite rlos de alto gradiente y cuencas aptas para presas economicas de concreto por gravedad de arco 0 de tierra para qeshynerar un potencial hidroelEktricomiddot elevado y privilegiado Segun estudios aeroshyfotogrametricos que se han hecho tanto de la capacidad de los rlOS como de sus gradientes y sitios de embalse Colombia posee un potencial hidroelectrishyco de den (100) millories de kilovatios de loscualesexistfan instaladosa 1984 unos 5200 megavatios 0 sea alrededor de 5 por ciento

En Colombia las enfermedades relacionadas con la insalubridad de agua y con la falta de saneamiento son las causas mas importantes de mortalidad EI nushymere total anual de defunciones provocadas por la diarrea y la enteritis es de 12000 personas aproximadamente y la morbilidad que se puede atribuir a esas causas es de aproximadamente 300000 casos por ano En 1977 se calcushylaba que el 74 por ciento de la poblacion urbana y el 21 por ciento de la poshybadon rural ten Ian agua corrienteen sus casas 10 que arroja segun la OMS un promedio global de 55 por ciento EI promedio global en cuanto a disposhynibilidad de alcantari lado era de solo 41 por ciento representando el 61 por ciento de las viviendas u rbanas y solo el 7 por ciento de lasviviendas rurales el resto de la poblacion (59 por ciento) utilizaba letrinas 0 no tenia ningun servicio La realidad nacional con respecto al aprovechamiento y manejo del agua es por tanto bastante deficiente solo poco mas de la mitad de la poblashycion dispone de servicio de acueducto aunque esto no significa que el agua sea de buena calidad ya que en la mayorla de los casos lega a las viviendas sin tratamiento 0 desinfeccion En cuanto a la poblacion rural solo el 70

0 cuenshyta con agua cuya calidad sea confiable

La contaminaci6n de las aguas es motivo de gran preocupacion en las tres zoshynas metropolitanas de Bogota Cali y Medell in aunque otras ciudades tambien estan afectadas Facilmente se puede concluir que lacuenca MagdalenamiddotCauca es la mas contaminada del territorio nacional Esta cuenca ofrece el mayor atractivo para el asentamiento hu mana y cuenta con las ciudades mas popushylosas del pais Bogota Medellin Cali Barranquila y reune el 60 por ciento de la poblaci6n del pa is En 1977 este nucleo arrojaba a las aguas 700 tone lashydas diarias de materia organica La carga de demanda bioqu Imica de oXlgeno (DB05l que afecta el rio Bogota tiene Indices hasta 100 mglitro (deberla ser menor a 1 mglitro) y elrio Medellintiene150 mglitro de DB05 con el aumento de la poblaci6n y con el desarrollo econ6mico estos niveles de contashyminacion aumentaran exigiendo la instalacion de plantas de tratamiento de aguas residuales para evitar que los rlos se conviertan en grandescloacas

45 CALIDAD DELAGUA POTABLE Y PARA usa DOIVIESTICO

En la naturaleza no se encuentra agua totalmente pura el cuadro sinoptico de la Figura 19 muestra las impurezas mas comunes del agua y sus efectos

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La calidad del agua se puede clasificar segun sus caracteristieas biologicas fimiddot sieas y radioactivas de acuerdo a los procedimientos analitieos que se requiemiddot ren para su evaluaciOn

Calidad Biologica En cuanto a la calidad biologica se debe controlar la presenmiddot cia de organismos patogenos tales como bacterias protozoarios y virus Agenmiddot tes bacteriales son los productores de enfermedades tales como el calera la fiebre tifoidea la disenterfa bacilar la fiebre paratifoidea y la tularemia los agentes protozoarios producen la amibiasis tan comun en las zonas tropicales la hepatitis infecciosa se transmite a traves de un agente viral las lombricesmiddot intestinales se pfoducen por un agente helmfntico que encuentra el mejor camiddot mino a traves del agua

Bacterias -algunas producen enfermedades I mpu rezas en Algas protozoarios -olor-color turbidez

suspension Barromiddotturbidez

Calcio y

Magnesio

Sales

Sodio

I mpurezas en

BiCarbonato-alcalinidad dureza Carbonato-alcalinidad dureza Sulfatomiddotdureza Cloruro-dureza corrosion en calderas

Bicarbonato y Carbonato-alcalishynidad ablanda el agua Sulfato-espuma en calderas de vapor Fluoruro-deteriora el esmalte de los dientes Cloruro - sabor

Oxido de Hierro-sabor agua rojiza corrosiva de metales dureza Manganeso-agua negra 0 cate Tinturas vegetales-colores acidez

Oxigeno-corrosion de metales DioxidJ de Carbono-corrosion de metales aeidez

Gases

Disolucion

Acido sulfidricomiddotolor a huevos podridos aeidez corrosion de metales Nitrogeno

FIGURA 19 middotImpurezas comunes del agua y sus efectos

Ademas existen otra serie de organismos que no son patogenos pero presentan problemas de sabor olory aspecto del agua cuando se encuentranen grandes cantidades (bacterias de hierro y algas) La aparicion de cualquier organismo

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visible comouncrustaceo auna lombrfz en un vase de agua es unaexperienshycia cuando menos desagradable

La bacteria coliforme seutiliza como un (ndiCedeI~calidad higienica del agua para SU~ diversos USGS y tambien es un indicativo de la calidad de muctios alishymentos Estas bacterias aparecen ~n aguas superficiales y en las que reciben heces humanas por tantoson indicativos de la presencia de contaminaci6n fecal Los organismos coliformes se presentan en grandes caritidades en las heces humanas tantas como 1000 millones por gramo de materia fecal Los patogenos abandonan elorganismb humano a traves de las materias fecales Por tanto la presencia de coliformes aunque no pat6genas de por sison Lin indicio de la presencia de patogenos en el agua 0 en los alimentos La norma de un coliforme (E coli) por cada1 00 ml de agua se acepta generalmentepara estabecerla calidcid biol6gica del agua

Calidad Quimica La calidad qu (mica del agua depende de su gran capacidad para disolver una gran variedad de elementos La Tabla 9 da los Ifmites maxishymosde varias sustaricias que exigen el rechazo del agua para beber segunlas normas existentes en los Estados Unidos excepto Cd CN y Hg donde los vashylaresdados corresponden a la norma colombiana que es muy baja todos los atras vaJores coincidencon los de la norma colombiana EI fluoruro es la unica sustanciapara 18 cual seha fijado un limite superior e inferior en el agua potable debido a sus efectos beneficos y perjudiciales para el hombreestas concentraciones se dan en la Tabla 10 segun Decreto 2105 del Ministerio de Salud Publica de Colombia

Tambien existen otras sustanciasqufmicas que hacen que el agua no sea recoshymendable pemse pueda utilizar si no se dispone de una fuente alterna La Tabla 11 presenta los niveles maximos deseablespara tales compuestos utilishyzando losvalores de la norma colombiana fijados segun Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Sa Iud

EI contenido de nitratos af~cta a una poblaci6n particular en un uso especial del agua existe claraevidencia epidemiol6gica de que los ninos menores de un ano que consumen lecheeh polvo con agua de altos niveles de nitratos desarrollan metemoglobinemia Este es un problema muy serio en los paises en vIas de desarrollo donde elcontrol de la calidad del agua potable es muy deficiente

EI Alkilo Benceno Sulfonato ABS y el Extracto de Cloroformo de Carbono se incluyen dentro de las normas de calidad del agua potable como resultado del incremento en el uso de compuestos sinteticosla persistencia de los resishyduos en las aguas receptoras y el acortamiento del lapso de tiempo y distancia entre el usa del agua y su reciclaje EIABS es un agente humectante que se utiliza en los detergentes sinteticos se biodegrada muy lentamente producienshyproblemas en la recuperaci6n de corrientes contaminadas por no permitir la reoxigenacion al producir gran cantidad de espumas Este elemento se na reemplazado en muchos pases por LAS (Alkiro Benceno Sulfonato Linear)

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a partir de 1965 En Colombia la presencia del ASS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todo cuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento para aguas res iduales

EI Extracto de Cloroformo de Carbono (CCE) es un poco diferente al ASS ya que las sustancias extractadas no son espec ificas y su orige n es multiple y muy ex te ndido E I CCE da una indicacion de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua EI metodo da un indice crudo de los residuos organicos que in cluyen compuestos co n propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TAB LA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual Umites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgI diaria maxima

Bajo Optimo Alto

100 120 09 12 17 121 145 OS 11 15 146 175 as 10 13 176 220 07 09 12 221 261 07 as 10 261 320 06 07 08

Fuente Decreto 2105 de 19S3 del Ministerio de Sa lud

La Tabla 12 resume la calidad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizacion Mundial de la Salud Aqu ( se deta lla la calidad del agua segun una metodolog la difere nte y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equivalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La d isparidad de valores y d e vari ables a tener en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la calidad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos genera les las caracte rlsticas ffsicas de turbidez color y o lor se miden en unidades arb itrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de t urbi dez (JT U) EI metodo estandar consiste en un tubo de vid r io en el cual se coloca una vela e l agua turb ia se dep osita en el tubo hasta que desaparece la lla ma los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de t u rbidez que es 1 mg Si02 Iitro de agu a Este sistema se ha cambiado por aparatos e lect ronicos que miden la d ispershysion 0 la transmision de la luz pero el sistema de vela de Jackson contin ua siendo el estandar para calibracion

EI color y el olor son importantes desde el pu nto de vista estetico Si e l agua esta coloreada 0 huele mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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r a partir de 1965 En Colombia la presencia del ABS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todocuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento paraaguas residuales

EI Extnlcto de Cloroformo deCarbono (CCE) es un poco diferente al ABS ya que las sustancias extractadas no son especificas y su origen es mUltiple y muy extendido EI CCE da una indicaci6n de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua E I metoda da un indice crudo de los residuos organicos que incluyen compuestos con propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TABLA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual limites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgl diaria maxi rna

100 121 146 176 22 261

120 145 175 220 26 320

Bajo

09 08 08 0707 06

Optimo

12 11 10 09 08 07

Alto

17 5 13 12 008

Fuente Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Salud

La Tabla 12 resume la caUdad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizaci6n Mundial de la Salud Aqui se detalla la calidad del agua segun una metodologla diferente y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equhlalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La disparidad de valores y de variables a terier en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la cali dad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos generales las caractersticas ffsicas de turbidez color y olor se miden en unidades arbitrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de turbidez (JTU) EI metodo estandar consiste en un tubo de vidrio en el cual se coloca una vela el agua turbia se deposita en el tubo hasta que desaparece la llama los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de turbidez que es 1 mg Si02 Ilitro de agua Este sistema se ha cambiado por aparatos electr6nicos que miden la dispershysi6n olil transmisi6n de la luz pero el sistema de vela de Jackson continua siendo el estandar para calibraci6n

EI color yel olor son importantes desde el punto de vista esteticoSi el agua esta coloreada 0 hue Ie mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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mente aceptable desde el punto de vista de la salud publica A menudo el coshylor y el olor son causados por la presencia de sustancias organicas tales como algas 0 humus

EI color se mide por comparacion con una solucian estandar de solucian de cloroplatinato de potasio (K2PSCI2) y cloruro de Cobalto (COCI2) y tiene Iimitaciones de tinte La unidad de color es aquella producida por 1 mgl de platino en la forma de ion de cloroplatinato EI olor se mide por medio de diluciones sucesivas de la muestra con agua libre de olores (se duplica el volumen de agua) hasta que no se detecta mas olor Este ensayo es completashymente sujetivo y depende del sentido de olfato de quien juzga la presencia del olor La dilucion de la cual no se determina olor se llama el numero limite de olor (TON == Threshold Odor Number)

No existe un estandar para el sabor ni para la temperatura aunque esta es importante para muchos usos del agua La temperatura es un factor ecolagishyco determinante en cuanto a la vida acuatica animal y vegetal pues determina el contenido maximo de oxfgeno disuelto en el agua y por tanto su capacidad para sostener vida

Radioactividad Todos los usos de materiales radioactivos generan trazas de desechos que entran al ambiente La radioactividad se mide por medio del conteo del numero de desintegraciones por segundo siendo la unidad de rashydioactividad el curie que representa el numero de desintegraciones en un seshygundo (37 x 10 10 ) de un gramo de Radiopuro Es tan grande el numero de desintegraciones representada por un curie que comunmente se usa el millishycurie mCn el microcurie (Jl Ci) y el picocurie (pCi) para medir radiaciones Un picocurie es igual a 10-12 curie

Los maximos niveles de contaminacion por radiacion se han fijado de una forshyma tal que la exposicion anual de las personas no sea mayor de 4 mrem par ano Se ha fiiado un limite de 5 pCill para Ra226 v Ra22B de 8 pCi1 para Sr90 15 pCi1 para actividad alfa global y de 1000 pCi para radiacion beta Ambos el Ra226 y el Sr90 en los procesos biolo]icos se depositan en Jos hueshyvos de los animales causando problemas gemhicos EI radioisoptopo Ra 226 se encuentra en forma natural en algunas aguas subtem3neas yen cualquier agua superficial que reciba residuos de Radio La fuente principal de Sr90 previene en los ensayos de armas nucleares y de los residuos de las instalaciones de energia nuclear

E I comportamiento qu (mico de un elemento radioactivo es exactamente igual al del isatopo no radioactivo del mismo elemento Esto es p32 un radioisatoshypo del fasforo sigue las mismas ruta~ qu micas que el fosforo normal Similarshymente el Sr90 estroncio radioactivo se comporta esencialmente como los otros miembros del mismogrupo qu imico principflmente el calcio Esto hace posible predecir el comportamiento qu (mico de los radioisotopos y obtener valiosas indicaciones en el estudio de sus caminos en el ambiente

Ans Fa~ Nal Minas Medellin (Colombia No 60 1985~ Ans Fac Nal Minas Medell In (Colombia) No 60 1985 65

lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

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_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

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- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

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Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

Ans Fac Nsl Minas Medellin (Colombia) No 601985 69

la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

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I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

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bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

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Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

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sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

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Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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La calidad del agua se puede clasificar segun sus caracteristieas biologicas fimiddot sieas y radioactivas de acuerdo a los procedimientos analitieos que se requiemiddot ren para su evaluaciOn

Calidad Biologica En cuanto a la calidad biologica se debe controlar la presenmiddot cia de organismos patogenos tales como bacterias protozoarios y virus Agenmiddot tes bacteriales son los productores de enfermedades tales como el calera la fiebre tifoidea la disenterfa bacilar la fiebre paratifoidea y la tularemia los agentes protozoarios producen la amibiasis tan comun en las zonas tropicales la hepatitis infecciosa se transmite a traves de un agente viral las lombricesmiddot intestinales se pfoducen por un agente helmfntico que encuentra el mejor camiddot mino a traves del agua

Bacterias -algunas producen enfermedades I mpu rezas en Algas protozoarios -olor-color turbidez

suspension Barromiddotturbidez

Calcio y

Magnesio

Sales

Sodio

I mpurezas en

BiCarbonato-alcalinidad dureza Carbonato-alcalinidad dureza Sulfatomiddotdureza Cloruro-dureza corrosion en calderas

Bicarbonato y Carbonato-alcalishynidad ablanda el agua Sulfato-espuma en calderas de vapor Fluoruro-deteriora el esmalte de los dientes Cloruro - sabor

Oxido de Hierro-sabor agua rojiza corrosiva de metales dureza Manganeso-agua negra 0 cate Tinturas vegetales-colores acidez

Oxigeno-corrosion de metales DioxidJ de Carbono-corrosion de metales aeidez

Gases

Disolucion

Acido sulfidricomiddotolor a huevos podridos aeidez corrosion de metales Nitrogeno

FIGURA 19 middotImpurezas comunes del agua y sus efectos

Ademas existen otra serie de organismos que no son patogenos pero presentan problemas de sabor olory aspecto del agua cuando se encuentranen grandes cantidades (bacterias de hierro y algas) La aparicion de cualquier organismo

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visible comouncrustaceo auna lombrfz en un vase de agua es unaexperienshycia cuando menos desagradable

La bacteria coliforme seutiliza como un (ndiCedeI~calidad higienica del agua para SU~ diversos USGS y tambien es un indicativo de la calidad de muctios alishymentos Estas bacterias aparecen ~n aguas superficiales y en las que reciben heces humanas por tantoson indicativos de la presencia de contaminaci6n fecal Los organismos coliformes se presentan en grandes caritidades en las heces humanas tantas como 1000 millones por gramo de materia fecal Los patogenos abandonan elorganismb humano a traves de las materias fecales Por tanto la presencia de coliformes aunque no pat6genas de por sison Lin indicio de la presencia de patogenos en el agua 0 en los alimentos La norma de un coliforme (E coli) por cada1 00 ml de agua se acepta generalmentepara estabecerla calidcid biol6gica del agua

Calidad Quimica La calidad qu (mica del agua depende de su gran capacidad para disolver una gran variedad de elementos La Tabla 9 da los Ifmites maxishymosde varias sustaricias que exigen el rechazo del agua para beber segunlas normas existentes en los Estados Unidos excepto Cd CN y Hg donde los vashylaresdados corresponden a la norma colombiana que es muy baja todos los atras vaJores coincidencon los de la norma colombiana EI fluoruro es la unica sustanciapara 18 cual seha fijado un limite superior e inferior en el agua potable debido a sus efectos beneficos y perjudiciales para el hombreestas concentraciones se dan en la Tabla 10 segun Decreto 2105 del Ministerio de Salud Publica de Colombia

Tambien existen otras sustanciasqufmicas que hacen que el agua no sea recoshymendable pemse pueda utilizar si no se dispone de una fuente alterna La Tabla 11 presenta los niveles maximos deseablespara tales compuestos utilishyzando losvalores de la norma colombiana fijados segun Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Sa Iud

EI contenido de nitratos af~cta a una poblaci6n particular en un uso especial del agua existe claraevidencia epidemiol6gica de que los ninos menores de un ano que consumen lecheeh polvo con agua de altos niveles de nitratos desarrollan metemoglobinemia Este es un problema muy serio en los paises en vIas de desarrollo donde elcontrol de la calidad del agua potable es muy deficiente

EI Alkilo Benceno Sulfonato ABS y el Extracto de Cloroformo de Carbono se incluyen dentro de las normas de calidad del agua potable como resultado del incremento en el uso de compuestos sinteticosla persistencia de los resishyduos en las aguas receptoras y el acortamiento del lapso de tiempo y distancia entre el usa del agua y su reciclaje EIABS es un agente humectante que se utiliza en los detergentes sinteticos se biodegrada muy lentamente producienshyproblemas en la recuperaci6n de corrientes contaminadas por no permitir la reoxigenacion al producir gran cantidad de espumas Este elemento se na reemplazado en muchos pases por LAS (Alkiro Benceno Sulfonato Linear)

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62 Ans Fac Nal M inas Med ell i n (Co lombia) No 601985

a partir de 1965 En Colombia la presencia del ASS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todo cuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento para aguas res iduales

EI Extracto de Cloroformo de Carbono (CCE) es un poco diferente al ASS ya que las sustancias extractadas no son espec ificas y su orige n es multiple y muy ex te ndido E I CCE da una indicacion de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua EI metodo da un indice crudo de los residuos organicos que in cluyen compuestos co n propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TAB LA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual Umites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgI diaria maxima

Bajo Optimo Alto

100 120 09 12 17 121 145 OS 11 15 146 175 as 10 13 176 220 07 09 12 221 261 07 as 10 261 320 06 07 08

Fuente Decreto 2105 de 19S3 del Ministerio de Sa lud

La Tabla 12 resume la calidad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizacion Mundial de la Salud Aqu ( se deta lla la calidad del agua segun una metodolog la difere nte y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equivalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La d isparidad de valores y d e vari ables a tener en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la calidad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos genera les las caracte rlsticas ffsicas de turbidez color y o lor se miden en unidades arb itrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de t urbi dez (JT U) EI metodo estandar consiste en un tubo de vid r io en el cual se coloca una vela e l agua turb ia se dep osita en el tubo hasta que desaparece la lla ma los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de t u rbidez que es 1 mg Si02 Iitro de agu a Este sistema se ha cambiado por aparatos e lect ronicos que miden la d ispershysion 0 la transmision de la luz pero el sistema de vela de Jackson contin ua siendo el estandar para calibracion

EI color y el olor son importantes desde el pu nto de vista estetico Si e l agua esta coloreada 0 huele mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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r a partir de 1965 En Colombia la presencia del ABS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todocuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento paraaguas residuales

EI Extnlcto de Cloroformo deCarbono (CCE) es un poco diferente al ABS ya que las sustancias extractadas no son especificas y su origen es mUltiple y muy extendido EI CCE da una indicaci6n de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua E I metoda da un indice crudo de los residuos organicos que incluyen compuestos con propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TABLA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual limites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgl diaria maxi rna

100 121 146 176 22 261

120 145 175 220 26 320

Bajo

09 08 08 0707 06

Optimo

12 11 10 09 08 07

Alto

17 5 13 12 008

Fuente Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Salud

La Tabla 12 resume la caUdad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizaci6n Mundial de la Salud Aqui se detalla la calidad del agua segun una metodologla diferente y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equhlalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La disparidad de valores y de variables a terier en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la cali dad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos generales las caractersticas ffsicas de turbidez color y olor se miden en unidades arbitrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de turbidez (JTU) EI metodo estandar consiste en un tubo de vidrio en el cual se coloca una vela el agua turbia se deposita en el tubo hasta que desaparece la llama los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de turbidez que es 1 mg Si02 Ilitro de agua Este sistema se ha cambiado por aparatos electr6nicos que miden la dispershysi6n olil transmisi6n de la luz pero el sistema de vela de Jackson continua siendo el estandar para calibraci6n

EI color yel olor son importantes desde el punto de vista esteticoSi el agua esta coloreada 0 hue Ie mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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mente aceptable desde el punto de vista de la salud publica A menudo el coshylor y el olor son causados por la presencia de sustancias organicas tales como algas 0 humus

EI color se mide por comparacion con una solucian estandar de solucian de cloroplatinato de potasio (K2PSCI2) y cloruro de Cobalto (COCI2) y tiene Iimitaciones de tinte La unidad de color es aquella producida por 1 mgl de platino en la forma de ion de cloroplatinato EI olor se mide por medio de diluciones sucesivas de la muestra con agua libre de olores (se duplica el volumen de agua) hasta que no se detecta mas olor Este ensayo es completashymente sujetivo y depende del sentido de olfato de quien juzga la presencia del olor La dilucion de la cual no se determina olor se llama el numero limite de olor (TON == Threshold Odor Number)

No existe un estandar para el sabor ni para la temperatura aunque esta es importante para muchos usos del agua La temperatura es un factor ecolagishyco determinante en cuanto a la vida acuatica animal y vegetal pues determina el contenido maximo de oxfgeno disuelto en el agua y por tanto su capacidad para sostener vida

Radioactividad Todos los usos de materiales radioactivos generan trazas de desechos que entran al ambiente La radioactividad se mide por medio del conteo del numero de desintegraciones por segundo siendo la unidad de rashydioactividad el curie que representa el numero de desintegraciones en un seshygundo (37 x 10 10 ) de un gramo de Radiopuro Es tan grande el numero de desintegraciones representada por un curie que comunmente se usa el millishycurie mCn el microcurie (Jl Ci) y el picocurie (pCi) para medir radiaciones Un picocurie es igual a 10-12 curie

Los maximos niveles de contaminacion por radiacion se han fijado de una forshyma tal que la exposicion anual de las personas no sea mayor de 4 mrem par ano Se ha fiiado un limite de 5 pCill para Ra226 v Ra22B de 8 pCi1 para Sr90 15 pCi1 para actividad alfa global y de 1000 pCi para radiacion beta Ambos el Ra226 y el Sr90 en los procesos biolo]icos se depositan en Jos hueshyvos de los animales causando problemas gemhicos EI radioisoptopo Ra 226 se encuentra en forma natural en algunas aguas subtem3neas yen cualquier agua superficial que reciba residuos de Radio La fuente principal de Sr90 previene en los ensayos de armas nucleares y de los residuos de las instalaciones de energia nuclear

E I comportamiento qu (mico de un elemento radioactivo es exactamente igual al del isatopo no radioactivo del mismo elemento Esto es p32 un radioisatoshypo del fasforo sigue las mismas ruta~ qu micas que el fosforo normal Similarshymente el Sr90 estroncio radioactivo se comporta esencialmente como los otros miembros del mismogrupo qu imico principflmente el calcio Esto hace posible predecir el comportamiento qu (mico de los radioisotopos y obtener valiosas indicaciones en el estudio de sus caminos en el ambiente

Ans Fa~ Nal Minas Medellin (Colombia No 60 1985~ Ans Fac Nal Minas Medell In (Colombia) No 60 1985 65

lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

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_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

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- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

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Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

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EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

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I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

AnsFac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

Ans Fae Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

visible comouncrustaceo auna lombrfz en un vase de agua es unaexperienshycia cuando menos desagradable

La bacteria coliforme seutiliza como un (ndiCedeI~calidad higienica del agua para SU~ diversos USGS y tambien es un indicativo de la calidad de muctios alishymentos Estas bacterias aparecen ~n aguas superficiales y en las que reciben heces humanas por tantoson indicativos de la presencia de contaminaci6n fecal Los organismos coliformes se presentan en grandes caritidades en las heces humanas tantas como 1000 millones por gramo de materia fecal Los patogenos abandonan elorganismb humano a traves de las materias fecales Por tanto la presencia de coliformes aunque no pat6genas de por sison Lin indicio de la presencia de patogenos en el agua 0 en los alimentos La norma de un coliforme (E coli) por cada1 00 ml de agua se acepta generalmentepara estabecerla calidcid biol6gica del agua

Calidad Quimica La calidad qu (mica del agua depende de su gran capacidad para disolver una gran variedad de elementos La Tabla 9 da los Ifmites maxishymosde varias sustaricias que exigen el rechazo del agua para beber segunlas normas existentes en los Estados Unidos excepto Cd CN y Hg donde los vashylaresdados corresponden a la norma colombiana que es muy baja todos los atras vaJores coincidencon los de la norma colombiana EI fluoruro es la unica sustanciapara 18 cual seha fijado un limite superior e inferior en el agua potable debido a sus efectos beneficos y perjudiciales para el hombreestas concentraciones se dan en la Tabla 10 segun Decreto 2105 del Ministerio de Salud Publica de Colombia

Tambien existen otras sustanciasqufmicas que hacen que el agua no sea recoshymendable pemse pueda utilizar si no se dispone de una fuente alterna La Tabla 11 presenta los niveles maximos deseablespara tales compuestos utilishyzando losvalores de la norma colombiana fijados segun Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Sa Iud

EI contenido de nitratos af~cta a una poblaci6n particular en un uso especial del agua existe claraevidencia epidemiol6gica de que los ninos menores de un ano que consumen lecheeh polvo con agua de altos niveles de nitratos desarrollan metemoglobinemia Este es un problema muy serio en los paises en vIas de desarrollo donde elcontrol de la calidad del agua potable es muy deficiente

EI Alkilo Benceno Sulfonato ABS y el Extracto de Cloroformo de Carbono se incluyen dentro de las normas de calidad del agua potable como resultado del incremento en el uso de compuestos sinteticosla persistencia de los resishyduos en las aguas receptoras y el acortamiento del lapso de tiempo y distancia entre el usa del agua y su reciclaje EIABS es un agente humectante que se utiliza en los detergentes sinteticos se biodegrada muy lentamente producienshyproblemas en la recuperaci6n de corrientes contaminadas por no permitir la reoxigenacion al producir gran cantidad de espumas Este elemento se na reemplazado en muchos pases por LAS (Alkiro Benceno Sulfonato Linear)

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62 Ans Fac Nal M inas Med ell i n (Co lombia) No 601985

a partir de 1965 En Colombia la presencia del ASS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todo cuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento para aguas res iduales

EI Extracto de Cloroformo de Carbono (CCE) es un poco diferente al ASS ya que las sustancias extractadas no son espec ificas y su orige n es multiple y muy ex te ndido E I CCE da una indicacion de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua EI metodo da un indice crudo de los residuos organicos que in cluyen compuestos co n propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TAB LA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual Umites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgI diaria maxima

Bajo Optimo Alto

100 120 09 12 17 121 145 OS 11 15 146 175 as 10 13 176 220 07 09 12 221 261 07 as 10 261 320 06 07 08

Fuente Decreto 2105 de 19S3 del Ministerio de Sa lud

La Tabla 12 resume la calidad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizacion Mundial de la Salud Aqu ( se deta lla la calidad del agua segun una metodolog la difere nte y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equivalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La d isparidad de valores y d e vari ables a tener en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la calidad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos genera les las caracte rlsticas ffsicas de turbidez color y o lor se miden en unidades arb itrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de t urbi dez (JT U) EI metodo estandar consiste en un tubo de vid r io en el cual se coloca una vela e l agua turb ia se dep osita en el tubo hasta que desaparece la lla ma los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de t u rbidez que es 1 mg Si02 Iitro de agu a Este sistema se ha cambiado por aparatos e lect ronicos que miden la d ispershysion 0 la transmision de la luz pero el sistema de vela de Jackson contin ua siendo el estandar para calibracion

EI color y el olor son importantes desde el pu nto de vista estetico Si e l agua esta coloreada 0 huele mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 66 1985 63

r a partir de 1965 En Colombia la presencia del ABS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todocuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento paraaguas residuales

EI Extnlcto de Cloroformo deCarbono (CCE) es un poco diferente al ABS ya que las sustancias extractadas no son especificas y su origen es mUltiple y muy extendido EI CCE da una indicaci6n de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua E I metoda da un indice crudo de los residuos organicos que incluyen compuestos con propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TABLA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual limites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgl diaria maxi rna

100 121 146 176 22 261

120 145 175 220 26 320

Bajo

09 08 08 0707 06

Optimo

12 11 10 09 08 07

Alto

17 5 13 12 008

Fuente Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Salud

La Tabla 12 resume la caUdad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizaci6n Mundial de la Salud Aqui se detalla la calidad del agua segun una metodologla diferente y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equhlalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La disparidad de valores y de variables a terier en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la cali dad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos generales las caractersticas ffsicas de turbidez color y olor se miden en unidades arbitrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de turbidez (JTU) EI metodo estandar consiste en un tubo de vidrio en el cual se coloca una vela el agua turbia se deposita en el tubo hasta que desaparece la llama los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de turbidez que es 1 mg Si02 Ilitro de agua Este sistema se ha cambiado por aparatos electr6nicos que miden la dispershysi6n olil transmisi6n de la luz pero el sistema de vela de Jackson continua siendo el estandar para calibraci6n

EI color yel olor son importantes desde el punto de vista esteticoSi el agua esta coloreada 0 hue Ie mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 63

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mente aceptable desde el punto de vista de la salud publica A menudo el coshylor y el olor son causados por la presencia de sustancias organicas tales como algas 0 humus

EI color se mide por comparacion con una solucian estandar de solucian de cloroplatinato de potasio (K2PSCI2) y cloruro de Cobalto (COCI2) y tiene Iimitaciones de tinte La unidad de color es aquella producida por 1 mgl de platino en la forma de ion de cloroplatinato EI olor se mide por medio de diluciones sucesivas de la muestra con agua libre de olores (se duplica el volumen de agua) hasta que no se detecta mas olor Este ensayo es completashymente sujetivo y depende del sentido de olfato de quien juzga la presencia del olor La dilucion de la cual no se determina olor se llama el numero limite de olor (TON == Threshold Odor Number)

No existe un estandar para el sabor ni para la temperatura aunque esta es importante para muchos usos del agua La temperatura es un factor ecolagishyco determinante en cuanto a la vida acuatica animal y vegetal pues determina el contenido maximo de oxfgeno disuelto en el agua y por tanto su capacidad para sostener vida

Radioactividad Todos los usos de materiales radioactivos generan trazas de desechos que entran al ambiente La radioactividad se mide por medio del conteo del numero de desintegraciones por segundo siendo la unidad de rashydioactividad el curie que representa el numero de desintegraciones en un seshygundo (37 x 10 10 ) de un gramo de Radiopuro Es tan grande el numero de desintegraciones representada por un curie que comunmente se usa el millishycurie mCn el microcurie (Jl Ci) y el picocurie (pCi) para medir radiaciones Un picocurie es igual a 10-12 curie

Los maximos niveles de contaminacion por radiacion se han fijado de una forshyma tal que la exposicion anual de las personas no sea mayor de 4 mrem par ano Se ha fiiado un limite de 5 pCill para Ra226 v Ra22B de 8 pCi1 para Sr90 15 pCi1 para actividad alfa global y de 1000 pCi para radiacion beta Ambos el Ra226 y el Sr90 en los procesos biolo]icos se depositan en Jos hueshyvos de los animales causando problemas gemhicos EI radioisoptopo Ra 226 se encuentra en forma natural en algunas aguas subtem3neas yen cualquier agua superficial que reciba residuos de Radio La fuente principal de Sr90 previene en los ensayos de armas nucleares y de los residuos de las instalaciones de energia nuclear

E I comportamiento qu (mico de un elemento radioactivo es exactamente igual al del isatopo no radioactivo del mismo elemento Esto es p32 un radioisatoshypo del fasforo sigue las mismas ruta~ qu micas que el fosforo normal Similarshymente el Sr90 estroncio radioactivo se comporta esencialmente como los otros miembros del mismogrupo qu imico principflmente el calcio Esto hace posible predecir el comportamiento qu (mico de los radioisotopos y obtener valiosas indicaciones en el estudio de sus caminos en el ambiente

Ans Fa~ Nal Minas Medellin (Colombia No 60 1985~ Ans Fac Nal Minas Medell In (Colombia) No 60 1985 65

lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

66 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 67

- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombia) No 601985

Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

Ans Fac Nsl Minas Medellin (Colombia) No 601985 69

la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

AnsFac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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a partir de 1965 En Colombia la presencia del ASS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todo cuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento para aguas res iduales

EI Extracto de Cloroformo de Carbono (CCE) es un poco diferente al ASS ya que las sustancias extractadas no son espec ificas y su orige n es multiple y muy ex te ndido E I CCE da una indicacion de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua EI metodo da un indice crudo de los residuos organicos que in cluyen compuestos co n propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TAB LA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual Umites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgI diaria maxima

Bajo Optimo Alto

100 120 09 12 17 121 145 OS 11 15 146 175 as 10 13 176 220 07 09 12 221 261 07 as 10 261 320 06 07 08

Fuente Decreto 2105 de 19S3 del Ministerio de Sa lud

La Tabla 12 resume la calidad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizacion Mundial de la Salud Aqu ( se deta lla la calidad del agua segun una metodolog la difere nte y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equivalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La d isparidad de valores y d e vari ables a tener en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la calidad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos genera les las caracte rlsticas ffsicas de turbidez color y o lor se miden en unidades arb itrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de t urbi dez (JT U) EI metodo estandar consiste en un tubo de vid r io en el cual se coloca una vela e l agua turb ia se dep osita en el tubo hasta que desaparece la lla ma los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de t u rbidez que es 1 mg Si02 Iitro de agu a Este sistema se ha cambiado por aparatos e lect ronicos que miden la d ispershysion 0 la transmision de la luz pero el sistema de vela de Jackson contin ua siendo el estandar para calibracion

EI color y el olor son importantes desde el pu nto de vista estetico Si e l agua esta coloreada 0 huele mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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r a partir de 1965 En Colombia la presencia del ABS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todocuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento paraaguas residuales

EI Extnlcto de Cloroformo deCarbono (CCE) es un poco diferente al ABS ya que las sustancias extractadas no son especificas y su origen es mUltiple y muy extendido EI CCE da una indicaci6n de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua E I metoda da un indice crudo de los residuos organicos que incluyen compuestos con propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TABLA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual limites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgl diaria maxi rna

100 121 146 176 22 261

120 145 175 220 26 320

Bajo

09 08 08 0707 06

Optimo

12 11 10 09 08 07

Alto

17 5 13 12 008

Fuente Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Salud

La Tabla 12 resume la caUdad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizaci6n Mundial de la Salud Aqui se detalla la calidad del agua segun una metodologla diferente y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equhlalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La disparidad de valores y de variables a terier en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la cali dad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos generales las caractersticas ffsicas de turbidez color y olor se miden en unidades arbitrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de turbidez (JTU) EI metodo estandar consiste en un tubo de vidrio en el cual se coloca una vela el agua turbia se deposita en el tubo hasta que desaparece la llama los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de turbidez que es 1 mg Si02 Ilitro de agua Este sistema se ha cambiado por aparatos electr6nicos que miden la dispershysi6n olil transmisi6n de la luz pero el sistema de vela de Jackson continua siendo el estandar para calibraci6n

EI color yel olor son importantes desde el punto de vista esteticoSi el agua esta coloreada 0 hue Ie mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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mente aceptable desde el punto de vista de la salud publica A menudo el coshylor y el olor son causados por la presencia de sustancias organicas tales como algas 0 humus

EI color se mide por comparacion con una solucian estandar de solucian de cloroplatinato de potasio (K2PSCI2) y cloruro de Cobalto (COCI2) y tiene Iimitaciones de tinte La unidad de color es aquella producida por 1 mgl de platino en la forma de ion de cloroplatinato EI olor se mide por medio de diluciones sucesivas de la muestra con agua libre de olores (se duplica el volumen de agua) hasta que no se detecta mas olor Este ensayo es completashymente sujetivo y depende del sentido de olfato de quien juzga la presencia del olor La dilucion de la cual no se determina olor se llama el numero limite de olor (TON == Threshold Odor Number)

No existe un estandar para el sabor ni para la temperatura aunque esta es importante para muchos usos del agua La temperatura es un factor ecolagishyco determinante en cuanto a la vida acuatica animal y vegetal pues determina el contenido maximo de oxfgeno disuelto en el agua y por tanto su capacidad para sostener vida

Radioactividad Todos los usos de materiales radioactivos generan trazas de desechos que entran al ambiente La radioactividad se mide por medio del conteo del numero de desintegraciones por segundo siendo la unidad de rashydioactividad el curie que representa el numero de desintegraciones en un seshygundo (37 x 10 10 ) de un gramo de Radiopuro Es tan grande el numero de desintegraciones representada por un curie que comunmente se usa el millishycurie mCn el microcurie (Jl Ci) y el picocurie (pCi) para medir radiaciones Un picocurie es igual a 10-12 curie

Los maximos niveles de contaminacion por radiacion se han fijado de una forshyma tal que la exposicion anual de las personas no sea mayor de 4 mrem par ano Se ha fiiado un limite de 5 pCill para Ra226 v Ra22B de 8 pCi1 para Sr90 15 pCi1 para actividad alfa global y de 1000 pCi para radiacion beta Ambos el Ra226 y el Sr90 en los procesos biolo]icos se depositan en Jos hueshyvos de los animales causando problemas gemhicos EI radioisoptopo Ra 226 se encuentra en forma natural en algunas aguas subtem3neas yen cualquier agua superficial que reciba residuos de Radio La fuente principal de Sr90 previene en los ensayos de armas nucleares y de los residuos de las instalaciones de energia nuclear

E I comportamiento qu (mico de un elemento radioactivo es exactamente igual al del isatopo no radioactivo del mismo elemento Esto es p32 un radioisatoshypo del fasforo sigue las mismas ruta~ qu micas que el fosforo normal Similarshymente el Sr90 estroncio radioactivo se comporta esencialmente como los otros miembros del mismogrupo qu imico principflmente el calcio Esto hace posible predecir el comportamiento qu (mico de los radioisotopos y obtener valiosas indicaciones en el estudio de sus caminos en el ambiente

Ans Fa~ Nal Minas Medellin (Colombia No 60 1985~ Ans Fac Nal Minas Medell In (Colombia) No 60 1985 65

lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

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_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

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- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

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Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

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bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

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Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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r a partir de 1965 En Colombia la presencia del ABS en las corrientes de agua puede representar serios problemas sobre todocuando se piense en la instalashycion de plantas de tratamiento paraaguas residuales

EI Extnlcto de Cloroformo deCarbono (CCE) es un poco diferente al ABS ya que las sustancias extractadas no son especificas y su origen es mUltiple y muy extendido EI CCE da una indicaci6n de la presencia de trazas de hidrocarbushyros pesticidas organicos y hasta el 70 por ciento de los fenoles en el agua E I metoda da un indice crudo de los residuos organicos que incluyen compuestos con propiedades toxicas y con sabores y olores desagradables

TABLA 10 Concentraciones permitidas y recomendadas de fluoruros en el agua potable

Promedio Anual limites de control recomendados para las concenshyde Temperatura traciones de fluoruros mgl diaria maxi rna

100 121 146 176 22 261

120 145 175 220 26 320

Bajo

09 08 08 0707 06

Optimo

12 11 10 09 08 07

Alto

17 5 13 12 008

Fuente Decreto 2105 de 1983 del Ministerio de Salud

La Tabla 12 resume la caUdad del agua potable segun la Norma Colombiana y la compara con la norma de la Organizaci6n Mundial de la Salud Aqui se detalla la calidad del agua segun una metodologla diferente y solo unos pocos de los variables enunciados hallan su equhlalente en la Tabla 9 0 Tabla 11 La disparidad de valores y de variables a terier en cuenta de pais a pais hizo indisshypensable la definicion por parte del gobierno de una norma colombiana soshybre la cali dad del agua

Calidad Flsica del Agua En terminos generales las caractersticas ffsicas de turbidez color y olor se miden en unidades arbitrarias y subjetivas La turshybidez se expresa en unidades Jackson de turbidez (JTU) EI metodo estandar consiste en un tubo de vidrio en el cual se coloca una vela el agua turbia se deposita en el tubo hasta que desaparece la llama los centlmetros de agua se comparan con la unidad estandar de turbidez que es 1 mg Si02 Ilitro de agua Este sistema se ha cambiado por aparatos electr6nicos que miden la dispershysi6n olil transmisi6n de la luz pero el sistema de vela de Jackson continua siendo el estandar para calibraci6n

EI color yel olor son importantes desde el punto de vista esteticoSi el agua esta coloreada 0 hue Ie mal sera rechazada por la gente aunque sea perfecta-

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mente aceptable desde el punto de vista de la salud publica A menudo el coshylor y el olor son causados por la presencia de sustancias organicas tales como algas 0 humus

EI color se mide por comparacion con una solucian estandar de solucian de cloroplatinato de potasio (K2PSCI2) y cloruro de Cobalto (COCI2) y tiene Iimitaciones de tinte La unidad de color es aquella producida por 1 mgl de platino en la forma de ion de cloroplatinato EI olor se mide por medio de diluciones sucesivas de la muestra con agua libre de olores (se duplica el volumen de agua) hasta que no se detecta mas olor Este ensayo es completashymente sujetivo y depende del sentido de olfato de quien juzga la presencia del olor La dilucion de la cual no se determina olor se llama el numero limite de olor (TON == Threshold Odor Number)

No existe un estandar para el sabor ni para la temperatura aunque esta es importante para muchos usos del agua La temperatura es un factor ecolagishyco determinante en cuanto a la vida acuatica animal y vegetal pues determina el contenido maximo de oxfgeno disuelto en el agua y por tanto su capacidad para sostener vida

Radioactividad Todos los usos de materiales radioactivos generan trazas de desechos que entran al ambiente La radioactividad se mide por medio del conteo del numero de desintegraciones por segundo siendo la unidad de rashydioactividad el curie que representa el numero de desintegraciones en un seshygundo (37 x 10 10 ) de un gramo de Radiopuro Es tan grande el numero de desintegraciones representada por un curie que comunmente se usa el millishycurie mCn el microcurie (Jl Ci) y el picocurie (pCi) para medir radiaciones Un picocurie es igual a 10-12 curie

Los maximos niveles de contaminacion por radiacion se han fijado de una forshyma tal que la exposicion anual de las personas no sea mayor de 4 mrem par ano Se ha fiiado un limite de 5 pCill para Ra226 v Ra22B de 8 pCi1 para Sr90 15 pCi1 para actividad alfa global y de 1000 pCi para radiacion beta Ambos el Ra226 y el Sr90 en los procesos biolo]icos se depositan en Jos hueshyvos de los animales causando problemas gemhicos EI radioisoptopo Ra 226 se encuentra en forma natural en algunas aguas subtem3neas yen cualquier agua superficial que reciba residuos de Radio La fuente principal de Sr90 previene en los ensayos de armas nucleares y de los residuos de las instalaciones de energia nuclear

E I comportamiento qu (mico de un elemento radioactivo es exactamente igual al del isatopo no radioactivo del mismo elemento Esto es p32 un radioisatoshypo del fasforo sigue las mismas ruta~ qu micas que el fosforo normal Similarshymente el Sr90 estroncio radioactivo se comporta esencialmente como los otros miembros del mismogrupo qu imico principflmente el calcio Esto hace posible predecir el comportamiento qu (mico de los radioisotopos y obtener valiosas indicaciones en el estudio de sus caminos en el ambiente

Ans Fa~ Nal Minas Medellin (Colombia No 60 1985~ Ans Fac Nal Minas Medell In (Colombia) No 60 1985 65

lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

66 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

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- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombia) No 601985

Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

Ans Fac Nsl Minas Medellin (Colombia) No 601985 69

la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

AnsFac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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mente aceptable desde el punto de vista de la salud publica A menudo el coshylor y el olor son causados por la presencia de sustancias organicas tales como algas 0 humus

EI color se mide por comparacion con una solucian estandar de solucian de cloroplatinato de potasio (K2PSCI2) y cloruro de Cobalto (COCI2) y tiene Iimitaciones de tinte La unidad de color es aquella producida por 1 mgl de platino en la forma de ion de cloroplatinato EI olor se mide por medio de diluciones sucesivas de la muestra con agua libre de olores (se duplica el volumen de agua) hasta que no se detecta mas olor Este ensayo es completashymente sujetivo y depende del sentido de olfato de quien juzga la presencia del olor La dilucion de la cual no se determina olor se llama el numero limite de olor (TON == Threshold Odor Number)

No existe un estandar para el sabor ni para la temperatura aunque esta es importante para muchos usos del agua La temperatura es un factor ecolagishyco determinante en cuanto a la vida acuatica animal y vegetal pues determina el contenido maximo de oxfgeno disuelto en el agua y por tanto su capacidad para sostener vida

Radioactividad Todos los usos de materiales radioactivos generan trazas de desechos que entran al ambiente La radioactividad se mide por medio del conteo del numero de desintegraciones por segundo siendo la unidad de rashydioactividad el curie que representa el numero de desintegraciones en un seshygundo (37 x 10 10 ) de un gramo de Radiopuro Es tan grande el numero de desintegraciones representada por un curie que comunmente se usa el millishycurie mCn el microcurie (Jl Ci) y el picocurie (pCi) para medir radiaciones Un picocurie es igual a 10-12 curie

Los maximos niveles de contaminacion por radiacion se han fijado de una forshyma tal que la exposicion anual de las personas no sea mayor de 4 mrem par ano Se ha fiiado un limite de 5 pCill para Ra226 v Ra22B de 8 pCi1 para Sr90 15 pCi1 para actividad alfa global y de 1000 pCi para radiacion beta Ambos el Ra226 y el Sr90 en los procesos biolo]icos se depositan en Jos hueshyvos de los animales causando problemas gemhicos EI radioisoptopo Ra 226 se encuentra en forma natural en algunas aguas subtem3neas yen cualquier agua superficial que reciba residuos de Radio La fuente principal de Sr90 previene en los ensayos de armas nucleares y de los residuos de las instalaciones de energia nuclear

E I comportamiento qu (mico de un elemento radioactivo es exactamente igual al del isatopo no radioactivo del mismo elemento Esto es p32 un radioisatoshypo del fasforo sigue las mismas ruta~ qu micas que el fosforo normal Similarshymente el Sr90 estroncio radioactivo se comporta esencialmente como los otros miembros del mismogrupo qu imico principflmente el calcio Esto hace posible predecir el comportamiento qu (mico de los radioisotopos y obtener valiosas indicaciones en el estudio de sus caminos en el ambiente

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lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

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_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

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- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

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Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

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EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

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I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

AnsFac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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lt

TABLA 12 Estandares para agua potable segun norma colombiana y elesmiddot tandarinternacional de la Organizacion Mundial de la Salud

Variable Valor deseable Valoradmisible

pH 70 - 85 65 90 Color (Unidades Pi -(Co = UPC) 5 15 (15) Turbiedad (Unidades Nefelometricas) 1 (5) 5 (25) Dureza total (como mgI CaC03) 30 (100) 150 (500) Cforuros(mgI CI) (200) 250 (600) Hierro total (mgI Fe) 01 03 (05) Cobre(mgI CuI (10) Solidos totales (mgl) 200 (600) 500 ( 1 ~iOoi Calcio (mgICa) bull (75) (200) Magnesio (mgI CaC03) (30) 36 (150) N itrogeno amoniacal (mgI N) 005 Nitrogeno organico (mgI N) 010 Sulfato (mgI S04) (200) 250(400 Silice(mgI Si02) 2 60 DB05 (mgI 02) 075 10 Zinc (mgI) (5) 10(15) Sabor y olor inobjetable inobjetable

Los numeros entre parentesis correspond en a los valores fijados por la OMS en el Estandar Internacional 1972 Recomendados por HE Babbiten Water Supply Engineering

Fuente Decreta 2105 de 1983deiMinisterio de Salud Publica de Colombia ~

46 FUENTES DE AGUA 0

Solame~te existen cinco fuentes priricipalesde agua para uso humano

Lluvia recogida y almacenada en sistemas y depositos especiales Se dice que tienen un saborplano por carecer de minerales Se puede modificar pasandola por una cama de caliza

Agua subterranea de fuentes ypozos artesanos Son de muy buenas calishydades flsicas y biol6gicas avecesse usan en exceso

Aguas superficiales de lagos y Gorriente represas de almacenamiento Muy contaminadas

Aguas desalinizadas del mar 0 de pozossalados muy costosa Se puede pumiddot rificar por destilacion electrodialisis osmosis congelacion

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_ Recircu lacion de desechos Iiquidos No se mira muy bien pero la humanmiddot dad 10 hace continuamente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MANTENIMIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA usa DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la calidad inimiddot cial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriol6- Otros

Fuente gica Flsica Tbxicos quimicos Dureza

Buena Buena Excelente Excelente ExcelenteLluvia PobreSubterrimea Excelente Excelente Excelente 1 Regular

Agua superficial BuenaFuentes vlrgenes Excelente Variable Excelente Regular

Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena

Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular pobre

Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos liquidos de Usa domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial BUena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subteminea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogriificas en las fuentes de las montanas por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidromiddot grcificas y rIo arriba de los usuarios de los rlos y por limitaciones en el uso de Ios suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0

esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los qu micos toxicos cancer genos proven ientes de dimiddot versas fuentes de miner fa industriay agricultura

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- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombia) No 601985

Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

Ans Fac Nsl Minas Medellin (Colombia) No 601985 69

la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

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I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

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bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

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Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

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sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

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Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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- Recircu lacion de desechos 1 (qu idos No se mira muy bien pero la hu manishydad 10 hace continua mente sobre todo en las poblaciones aledanas a rlos

470BTENCION Y MAIlTEIlIIVIIENTO DE LA CAUDAD DEL AGUA PARA USO DOMESTICO

La calidad que se necesita para cualquier agua se puede obtener por seleccion de una fuente que tenga dicha calidad por proteccion de la fuente y de su sisshytema de conduccion y por medio del tratamiento para cambiar la caUdad inishycial del agua Para uso domestico el agua de una fuente publica requiere un tratamiento mlnimo con cloro para protegerla de problemas en el sistema de distribucion aunque el agua original sea de excelente calidad La Tabla 13 muestra la calidad esperada de las cinco fuentes primarias bajo condiciones normales antes de su tratamiento

TABLA 13 Calidad de las fuentes de agua bajo condiciones normales antes de su tratamiento

Factor de Calidad Bacteriolb- Otros

Fuente gica Ffsica Toxicos qufmicos Dureza

Uuvia Buena Buena Excelente Excelente Excelente Subteminea Excelente Excelente Excelente 1 Regular Pobre Agua superficial Fuentes virgenes Excelente Variable Excelente Regular Buena Lagos Buena Buena Excelente Regular Buena Rios Regular a Variable Regular Pobre Regular

pobre Desalinizaci6n Mar Buena Buena Regular Pobre Regular Aguas salobres Excelente Buena Buena Pobre Pobre Desechos I quidos de Uso domestico Pobre Pobre Buena Buena Buena Uso industrial Buena Pobre Pobre Pobre Variable

1 En algunos casos el agua subternlnea contiene arsenico sodio 0 nitratos

Las fuentes se protegen por medio del bloqueo al drenaje 0 infiltracion de las aguas de calidad dudosa como los desechos primarios por restriccion al uso de las cuencas hidrogrMicas en las fuentes de las montafias por supervision cuidadosa a la disposicion de desechos IIquidos y solidos en las cuencas hidroshygraticas y rio arriba de los usuarios de los rlOS y por limitaciones en el uso de los suministros de agua como serra la prohibicion a nadar montar en bote 0 esquiar en dichas fuentes Tambien se debe pensar en controlar los contamishynantes radioactivos y los quirTlicos toxicos cancerlgenos provenientes de dishyversas fuentes de minerla industria yagricultura

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

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Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

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EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

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I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

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bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

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Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

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sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

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Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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La proteccion de las ag~as de pozos subterraneas requieren del uso de instamiddot laclOne~ especlales con tierra y concreto para prevenir la infiltracion de agua contammada dentro del agua del pozo La proteccion de las aguas superficiamiddot les es mucho mas complicada

48 PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA OBTENER AGUA POTABLE

L~ Tabla 14 expr~sa los rangos de contaminacion para tres niveles de tratamiddot ~Iento las t~es pnmeras componentes de la calidad miden los desechos orgamiddot nlCOS provenlentes del hombre de la agricultura y de las industrias manufactumiddot reras Los desechos domesticos tienen una demanda bioqu (mica de ox Igeno (~B05) de 200 a 300 mgI la cual se puede reducir en una planta de tratamiddot mlento de ~n 80 a u~ 9~ por ciento dando un efluente con OB05 de 10 a 60 mgI con tlempo y dlluclon se pueden obtener los niveles de la Tabla 14 EI 00 (oxigeno disuelto) es el que se requiere para la vida de los peces y la bi~ta aerobica que los acompafian (aun los de la columna pobre) Los cuatro componentes siguientes son sustancias qu (micas con el pH como un Indice gloa1 de la mezcla quimica cloruros para el sabor salobre fluoruros para bemiddot nefl~lo dental y los compuestos fenolicos para detectar los productos de sabor clorrnad Irgt mlsmo que un indicador inicial de q~ imicos organicos en el agua Los dos ultlmos componentes de color y turbidez son cualidades ffsicas

TABLA 14 Rangos de contaminacion de las aguas que tienen uso domestico

Fuente Excemiddot Fuente Buena Fuente Buena Componente lente Unica- Filtracion y Especial y

mente Desinmiddot Desinfeccion Desinfeccion feccibn

0805 Promedio Mensual mgl 075 15 15 - 25 gt25 Maximo dia 100 - 300 30- 40 gt40

Coli forme NMPl00 ml Promedio Mensual 50 - 100 50 - 5000 gt 5000

Maximo dia lt 5sobre 100 lt 20 sobre 5000 lt 5 sobre 20000

00 (oxigeno disueltol Promedio mgl 40 -75 40- 65 40 Saturacion 750 mejor 600 mejor

PH promedio 60- 85 50- 90 38 105 Cloruros (max) mgI 500 menos 50-250 gt250 Fluoruros lt 15 15 - 30 gt30 Compuestos fen6licos (max) mgtl Nada 0005 gt 0005 Unidades de color 0-20 20-150 gt150 Turbidez Unidades 0-10 1middot-250 - gt250

F uen te Chan lett 1979

Ans Fac Nat Minas Medellin (Colombia) No 601985

Una planta de tratamiento de aguas es un diseno de una serie de procesos unishytarios ajustados a las caracter(sticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por d(a ademas se deben disefiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentacion inidal antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa sondos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio (suma de iones de Ca y Mg en soludon) Existe algun cambio de estos en los procesos de coagu lacion sedimentacion y filtracion pero no son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mg1 En ciertas ocasionesde operadones grandes el metodo mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03l para precishypitar el Ca como CaC03 Y el Mg como Mg(OH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un int~rcamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenldo de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos se regeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida EI coagulante generalmente alumbre AI2 (S04 h 18H20 se pone en conmiddot tacto con sustancias coloidales identificadas como color y particulas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas qu imicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mJl Los polmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol ishymero debe empezar nipido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos por el coagulante crecen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda partfculas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el cloro actua sobrelos materiashyles qu fmicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata for- mas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

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la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

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I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

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bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

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Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

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sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

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Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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Una planta de tratamiento de aguas es un disefio deuna serie de procesos unishytarios ajustados a las caracterfsticas del agua que Ie entra y del agua que se quiere obtener Su capacidad se mide en miles de metros cubicos por dfa ademas se deben diseiiar de tal manera que sean flexibles para permitir ensanshyches futuros La Figura 20 muestra el flujo de los procesos de tratamiento de agua Ocasionalmente se hace una sedimentaci6n inicial antes de la aireacion para ganar tiempo de reposo y para homogenizar el agua (separa solidos pesashydos)

La convencion analftica para expresar la dureza del agua es el carbonato de calcio suma de iones de Ca y Mg en soludon Existe algun cambio de estos en los procesos de coagulacion sedimentacion V filtraci6n perono son sufishycientes para rebajar la dureza de aguas con mas de 250 a 300 mgl En ciertas ocasiones de operaciones grandes el metoda mas economico para rebajar la dureza es agregar cal (Ca(OH2)2) y carbonato de sodio (Na2C03) para precishypitar el Ca como CaC03 Y elMg como MgOH2) En otros casos cuando el agua es limpia el Ca y el Mg se remueven pasandolos a traves de un intercamshybiador ionico EI sodio es el ion de reemplazo por 10 tanto el contenido de sodio se aumenta en el agua blanda Los intercambiadores ionicos seregeneran con soluciones concentradas de sal

481 Mezcla rapida

EI coagulante generalmente alumbre AI2 S04)3 18H 2 0 se pone en conshytacto con sustancias Goloidales identificadas como color y partlculas finas la rapidez del mezclado suministra las fuerzas quimicas de atraccion La mezcla se puede hacer en forma sencilla yeconomica Los primeros segundos de conshytacto entre el coagulante y los coloides son los crfticos (los coloides 1-100 mil Los pol fmeros se deben formar inmediatamente y la absorcion del pol fshymero debe empezar rapido se necesitan dosis instantaneas precisas

482 Floculacion

Durante este mezclado lento y suave los grupos producidos par el coagulante crocen hasta conformar aglomerados parecidos a plumas Este crecimiento atrapa Fe Mn Ca y Mg ejerce atraccion coloidal enreda particulas ionicas coloidales y en suspension Simultaneamente el claro actua sabre los materiashyles qu imicos por reacciones de oxidacion sustitucion y adicion y mata forshymas biologicas La accion del cloro prepara algun material para la inclusion en los grumos EI carbon activado absorbe los componentes que producen mal olor y sabor en la extendida superficie de sus particulas Hay necesidad de separarlos grupos por 10 cual se sigue la sedimentacion y la filtracion

483 Sedimentacion

La fuerza de gravedad y tiempo suficiente es todo 10 que se necesita para la sedimentacion de los grumos del agua que fluye tranquilamente en los tanques

Ans Fac Nsl Minas Medellin (Colombia) No 601985 69

la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

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bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

Ans Fae Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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la accion entre los grumos residuales y las superficies del grana del filtro y muy importante con las part(culas de grumos que ya sehan depositado los granos de arena adquieren un recubrimiento de grumos Existen filtros de arena que se lIaman nlpidos y que son mas complicados de construir y mantener que los filtros lentos de arena los primeros tienen una velocidad de filtrado de 40 a 200 11m2 - min y los segundos de 1 a 711m2

- min la ventaja de los filtros lentos es que se elimina la necesidad de floculacion y coagulacion 10 mismo que la compra de sustancias qu imicas especiales

middot485 Coagulacion por alumbre

EI alumbre AI2 (S04 h 18H20 reacciona con los iones alcalinos principalshymente HC0 3 C0 3 Y OH para producir un grumo 10 cual significa desestashybilizar los coloides y prepararlos para sedimentacion y filtraci6n A medida que se remueven los iones alcalinos el pH rebaja En agua de baja turbidez 10 unico que se forma es un precipitado (grumo) de AI(OHh elmiddot cualse puede separar con unas buenas instalaciones para floculacion y sedimentacion Para agua de turbidez alta la formacion de precipitados es mas complicada a traves de un ion acuoso complejo Un ejemplo seria la reaccion hidrol itica

Algunas investigaciones han encontrados otros iones tales como los siguientes cationes polimericos

+5 AI8(OH)20 +++ AI 13 (OH)34AI8OH)S +++

Estos iones complejos alteran el comportamiento de los coloides por un proshyceso de puente afectando las cargas de valencia En resumen la qu (mica de los procesos de flocu lacion forma u nas cadenas largas de iones que atraen los coshyloides por medio de cargas estaticas y de valencia al formar los grumos se semiddot dimentan mas facilmente

486 Clorinacion

La siguiente reaccion se presenta cuando el cloro reacciona con agua libre de amoniaco nitrogeno organico y otras sustancias organicas e inorganicas redushycidas

a un PH por encima de 3 la reaccion continua hacia la derecha

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombia) No 601985 71

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

AnsFac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 73

bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

Ans Fae Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

EI HOCI 0 acido hipoclorico y el OCI- 0 ion hipoclorico son los elementos q-e se forrl]an ~ partir del cloro libre y que pueden controlar las bacterias Mlentras mas bajo sea e pH existe una mayor producci6n de HOCI y por 10 tanto unamayor efectlvldad para matar las bacterias Generalmente en plantas de tratamlento de aguas el eloro se aplica durante la coagulacion don de el PH e~ de 65 0 menos A un PH de 65 y a 20degC el 90 por ciento de cloro se conshyvlerte en HOCI que tiene eficiencia para matar bacterias del orden de 801 comparado con OCIshy

~e presntan otras reacciones que traen dudas en cuanto a la absorci6n y desshymfe~clon del cloro Entre estas reacciones tenemos la formaci6n de cloraminas partlendo del amonlaco y del nitr6geno organico a un PH de 6

NH3 + HOCI ----NH2CI + H20

~tras reacciones que consumen acido hipoclorico rebajando su capacidad desshymfecta nte son ~

NH 2CI + HOCI -) NHCI2 +

NHCI2 + HOCl -NCI3 +

Ad+~Tas eJ+ elorlt reacciona con otros compuestos orgimicos oxidacion de Fe Mn NOz Y Hz S y algunos componentes no identificados de sabores y olores Por tnto se debe sumin istrar cantidades adecuadas de eloro para toshyd~s estas reacclones y que quede algo de cloro libre para conservar la desinfecshycion la concentraci6n del cloro en cualquier punto de la red de distribuci6n debe estar entre 01 y 10 mgtl

49 FUENTES DE CONTAMINACIQN DEL AGUA

la lista de lo~ cntaminantes del agua es muy extensa pero es importante reshycalcar en los slgulentes

- Desechos organicos de las plantas industriales

- Desechos inorganicos industriales ejemplo cromo mercurio metales peshysados qu micos desconocidos

- Calor de desecho que afecta drasticamente la ecolog (a de r(os y lagos disshyminuye el oxtgeno disuelto

- Desechos domesti~o~1 organicos princip~lmen~e Un problema presente en los desechos~omestlcos es el uso del mlsmo sistema de alcantarillado para as aguaslluvlas y las aguas de desecho 10 cual dificulta en gran medida la Instalaclon de plantas para controlar la contaminaci6n de las aguas

72 Ans Fac Nal Minas MedellJn (Colombia) No 60 1985

_ Desechos de las actividades agricolas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

_ Contaminacion originada en los compuestos del petrol eo Grandes cantidashydes de petr61eo se transportan por rlos y mares y ocurren gran cantldad de accidentes que producen derrames

_ Qesechos acidos de minas viejas Ademas de los efectos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponeri muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminaci6n es la deplesi6n del oxigeno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox (geno disuelshytol entonces la ecolog(a completa cambia para hacer el agua desagradable 0

insalubre

410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu micas organicas como nutrientes y con la lu~ solar como fuente de energia construyen moleculas de energta alta los ani- bull males consumen dichas moJkulas y utilizan parte de su energfaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energia es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organ ismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor De~~ues de varias etapas 58 f~rman compuestos muy bajos en contenido energetlco que ya no slrven de allmenshyto para los microorganismos las plantasutilizan estos compuesto~ para consshytruir moleculas de energ(a mas alta y de esta manera el cicio empleza de nueshyvo Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa la biodegradacion 0 el uso gradual de esta energfa es la causante de muchos de los problemas de la contam inaci on de aguas Ladescomposicion 0 biodegradacion se puede efctua dedos maneras dif~shyrentes aer6bica (usando ox[geno libre) 0 anaeroblca (sm la presencia de OXIshy

geno libre) la ecuacion basica de descomposici6n aer6lJica es

Complejos organicos +02- CO2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productos finales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energia y se usan por las plantas en la fotosintesis Si hay compuestos azufrados involucrados ella reaccion el producto final mas estable es SO- ion sulfato De manera Simishylar el f6sforo termina como P04- ortofosfato EI nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitr6geno Organico -~ NH 3 - NO - NO(amon(aco) (Nitritos) (Nitrato)

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I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

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bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

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shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

Ans Fae Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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I r

- Desechos de las actividades agr(colas sedimentos de erosion establos chishyqueros caballerizas

- Contaminacion originada en los compuestos del petroleo Grandes cantidashydes de petroleo se transportan por rios y mares y ocurren gran cantidad de accidentes que producen derrames

- Desechos acid os de minas viejas

Ademas de los efeqos de los materiales toxicos tales como metales pesados y organicos refractorios (materiales organicos artificiales tales como el pesticida DDT que se descomponen muy lentamente en el ambiente) el efecto mas grashyve de la contaminacion es la deph~sion del ox (geno disuelto (libre) Generalshymente todas las corrientes naturales son aer6bicas (contienen ox igeno disuelshytol entonces la ecologla completa cambia para hacer el agua desagradable 0 insalubre

middot410 BIODEGRADACION

Las plantas usan sustancias qu (micas organicas como nutrientes y con la luz solar como fuente de energ(a construyen moleculas de energia alta Los anishymales consumen dichas molGculas y utilizan parte de su energlaen el proceso de digestion EI desprendimiento de energ(a es rapido y los productos finales (excrementos) se convierten en alimento para otros organismos y se descomshyponen aun mas a una velocidad menor Despues de varias etapas se forman compuestos muy bajos en contenido energetico que ya no sirven de alimenshyto para los microorganismos Las plantas utilizan estos compuestos para consshytruir molEkulas de energia mas alta y de esta manera el cicio empieza de nueshyvo

Muchos de los materiales organicos responsables de la contaminaci6n de aguas entran a las corrientes a un nivel muy alto de energ fa La biodegradacion 0 el uso gradual de esta energia es la causante de muchos de los problemas de la contaminacion de aguas

La descomposicion 0 biodegradacion se puede efectuar dedos maneras difeshyrentes aerobica (usando ox fgeno libre) 0 anaerobica (sin la presencia de ox fshygeno ibre) La ecuacion basica de descomposicion aerolJica es

Complejos organicos + O2 - CO 2 + H2 0 + Productos Estables

EI dioxido de carbono y el agua son siempre los productosfinales de la desshycomposicion aerobica Ambos son estables bajos de energfo y se usan por las plantas en la fotosfntesis Si hay compuestos azufrados involucrados en la reaccion el producto final mas estable es SO~- ion sulfato De manera simishylar el fosforo termina como PO~- ortofosfato E I nitrogeno pasa a traves de una serie progresivade estabilizacion terminando como un nitrato La serie es

Nitrogeno Organico - NH3 -(amon(aco)

NO (Nitritos)

-- NO (Nitrato)

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bull

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

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Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

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Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

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sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

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Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

78

4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

--

Condiciones anoerobicos

~~==-=-------shy shy

A causa de esta serie caracteristica el nitrogeno se utiliza como un indicador de contaminaciOn

EI segundo tipo de biodegradacion es anaerobica realizada por unos microorshyganismos para los cuales el oxfgeno es taxico La ecuacion anaerobica es

Complejos Organicos -shy CO2 + CH 4 + Otros compuestos parcialmente estables

Observese como muchos de los productos finales son biologicamente inestables (CH 4 )Los compuestos nitrogenados pasan a amontaco NH 3 1 yel sulfuro termina como el gas acido sulffdrico (H 2 S) que tiene un olor muy desagradashyble

AI descargar material organico de alta energia en una corriente se presentan varios cambios aguas abajo del punto de descarga AI descomponerse los comshypuestos organicos el oXlgeno disuelto se usa con mayor intensidad y el nivel de ox fgeno disuelto decae rapidamente La tasa de aireacion aumenta pero geshynealmente no es suficiente para satisfacer el consumo de 00 y se presenta una ausencia total de ox(geno en la corriente convirtiendose en anaerobica A menudo el 00 no baja acero y la corriente se recupera sin experimentar el perlodo anaerobico Estas situaciones se observan en la Figura 21

o J en o c

o o

shy

o

Nivel de saturacion del oxigeno

ODlnicial

I I

Co nto minae I on

FIGURA 21 Recuperaci6n de una Corriente de Agua

DO =deficit de ox loeno

)

La contaminacion de un lago difiere por varios aspectos de la contaminacion de una corriente La luz y la temperatura tienen influencia muy significativa en un lago y siempre se deben considerar Todas las reacciones de fotos(nteshy

74 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

Compo de infi Itrocion

Tonque septico

FIGUR A 22 TanqueSeptico y Campo de Infiltraci6n

Ans Fac NaJ Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la tempera tura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usaran el oxfgeno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) y la inferior 0 hiposhylimn ion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el oxigeno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De esta manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz y a su vez la actividad de las algas a las capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman u nos grandes colchones superficialesde algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta conti nuamente como un proceso natural Pero 10 que se podr fa tomar miles de ailos para ocurrir naturalmente se PLJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concen tracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantas de tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan NyC (P N C en proporcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha side el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septico y el campo de infiltraciOn La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 75

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

Ans Fae Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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r r

sis ocurren en las capas superiores del lago EI principal efecto de la temperashytura en un lago es que la capa superior es mas cambiante tanto durante los peshydodos diurnos como durante los cambios estacionales

Un suministro de sustancias nutrientes (C P N) promueve el crecimiento sin control de las algas Cuando estas mueren en union del zooplancton y de los peces y se convierten en otra fuente de carbon para las bacterias Las bacteshyrias aerobicas usanin el ox(geno disuelto y crearan condiciones anaerobicas

En un lago se tienen dos zonas el epilimnion (superior) yla inferior 0 hiposhylimnion A medida que se producen mas algas en el epilimnionlas bacterias de las capas inferiores aumentansu actividad disminuyendo el ox(geno disuelto hasta crear condiciones anaerobicas De est a manera la actividad aer6bica para el epilimnion causando turbidez y disminuyendo la penetrashyci6n de luz ya su vez la actividad de las algas aias capas superiores Eventualshymente toda la vida acuatica aerobica desaparece y se forman unos grandes colchones superficiales de algas Este proceso completo se llama eutroficacion y se presenta continuamente como un proceso natural Pero 10 que se podrfa tomar miles de arios para ocurrir naturalmente se piJede hacer en una decada si se suministran nutrientes como un resultado de las actividades humanas

Los nutrientes se generan en los excrementos (humanos y de animales) detershygentes sinteticos y fertilizantes (especialmente Pl Se estimaque una concenshytracion entre 001 y 01 mgI de P promueve una eutroficacion acelerada y los efluentes de las plantaSde tratamiento contienen de 5 a 10 mgI de P La eushytroficacion solo se presenta en lagos lagunas estuarios y rios muy lentos Para la eutroficacion tambien se necesitan IJ y C (P N C en propofcion 1 16 100) Logicamente siempre el factor limitante ha sido el P y si aumenta se acelera la eutroficacion

411 TRATAIVIIENTO DE AGUAS SUCIAS EN ZONAS RURALES

Para areas no urbanas se usa el tanque septlco y el campo de infiltracion La Figura 22 muestra un tanque septico hecho de concreto el cual remueve los

- Trampa degrasas~ Campo de infi Itracion

Tanque septico

FIGUR A 22 Tanque Septico y Campo de Infiltracion

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

Ans Fae Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

78

4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and Control Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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solidos V promueve la descomposicion parcial Las particulas se sedimentan y eventualmente lIenan el tanque par 10 cual se necesitaria de limpieza periodishycamente EI agua fluve hasta el campo de infiltracion donde se percola en el suelo Obviamente el tipo de suelo la cantidad de agua suministrada V el climiddot ma afectaran la eficiencia del sistema

EI campo de infiltracion consiste de tubos dispuestos en una zanja de 120 m aproximadamente con espacios entre los tubas por donde pasa el agua al piso La consideracion mas importante para el diseno del tanque septico V el area de infiltracion es la capacidad del piso para absorber el efluente Los ensavos de percolacion usados para medir esta capacidad se realizaran de la siguiente manera

- Se cava un hovo cuadrado de 15 a 30 cms V tan profundo como las zanjas de infiltracion

- Se raspa el suelo para remover superficies apisonadas V presentar una intermiddot fase mas natural V sepone algun balastro al fonda del hovo

- Se lIena el hoVo can agua V se deja durante la noche

- AI dia siguiente se Ilena el hovo con agua hasta 15 cm por encima del balasshytro V se mide la caida del nivel del agua en 30 minutos

- Se calcula la tasa de percolacion en centimetro por minuto segun la Tabla 15

TABLA 15 Area del campo de infiltracion segun la tasa de percolacion

Tasa de Area requerida del Percolacion emmin campo de absorcion por cuarto (m2)

gt 25 70 25 12 85 12 05 125 05 02 190 02 01 250

lt 001 no es apropiado

Los suecos utilizan ampliamente el retrete sin agua de la Figura 23 denominamiddot do Clivus Mu Itrum el cual usa las bacterias para descomponer los desechos humanos V de alimentos V formar un fertilizante seco inodoro V solido No se usa en centros urbanos debido a problemas con codigos sanitarios pero puede ser una buena solucion para zonas urbanas V semiurbanas Su costo puede osshycilar entre 50000 V 100000 pesos EI suelo fertil se puede remover cada 1 6 2 anos

Ahs Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 60 1985

Ventilacion

Caneca de basura (chute)

bull Pis a de la cosa

de cocino D ~ D

E i nodoro ~ entrada de aire N

N

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUASSUCIAS

La disposicion de los desechos Hquidos en las ciudades no se puede hace~ en tanques septicos debido a que se puede convertlr en ~n pellgro de contamlnlshyci6n de aguas Existen varios metodos para el tratamlento de estas a~uassm embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucedena enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento Fisico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para iltrar desechos de tamanos grandes (piedras palos trapos) V un tanque de sedlmenmiddot tacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan ox(geno A veces se Ie agrega elementos qu micos para acelerar la sedimentacion de los s6lidos en suspensi6n por medio de la floculaci6n que sedimenta la mayor parte de las bacterias V de la materia en suspension

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 77

78

4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 79

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Darlo Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

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Venti loci on

0 ~ inodoro ~ Desechos

de cocino

28 m

Cone co de bosuro (chute)

Piso de 10 coso

entrodo deoire

FIGURA 23 Retrete Clivus Multrum sin Agua

412 SISTEMAS URBANOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS

La disposicion de los desechos IIquidos en las ciudades no se puede hacer en tanques septicos debido a que se puede convertir en un peligro de contaminashycion de aguas Existen varios metodos para el tratamiento de estas aguas sin embargo se debe enfatizar que ninguno es diferente a 10 que sucederia enuna corriente 0 lago dado que se Ie diera tiempo suficiente

4121 Tratamiento F (sico 0 Primario

EI tratamiento primario es un proceso mecanico que utiliza rejas para fi Itrar desechos de tamafios grandes (piedras palos trapos) y un tanque de sedimenshytacion donde los solidos en suspension se sedimentan como un lodo Estas dos operaciones remueven cerca del 60 por ciento del material solido pero solamente una tercera parte de los desechos que demandan oxigeno A veces se Ie agregaelementos qu imicos para acelerar la sedimentacion de los solidos en suspension por medio de la floculacion que sedimenta la mayor parte de las bacterias y de la materia en suspension

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

SUESCUN GOMEZ Dario Recursos Naturales de Colombia Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Antioquia Medell In 1982 150 p

VESILlND P Aarne Environmental Pollution and ContrOl Ann Arbor Science Ann Arbor Michigan 1975

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

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4122 Tr~tamiento Biologico 0 Secundario

EI tratamiento biologico es un proceso que utiliza bacterias para descomponer los desechos Este proceso remueve hasta el 90 por ciento de los desechos que demandan oxgeno por el uso de filtros de percolacion (trickling filters) donshyde los desechos se descomponen por medio de las bacterias a medida que se escurrena traves de un lecho de piedras 0 un proceso de lodos activados donshyde los desechos se airean con aire u ox (geno puro para avudar ala descomposishycion bacteriana EI agua proveniente del filtro de percolacion 0 del tanque de aireaci6n se envia a un tanque de sedimentaci6n donde una cantidad adicioshynal de solidos en suspension se sedimentan como lodos EI tratamiento primashyrio mas el secundario todav (a deja de lOa 15 por ciento de desechos que deshymandan ox (geno 10 por ciento de s6lidos-en suspension 50 por ciento de nishytrogeno (Ia mayor parte como nitratos) el 70 por ciento del fosforo (la mashyvor parte como fosfatos) 95 por ciento de las sales disueltas (incluvendo meshytales toxicos Pb V Hg) V esencia Imente todos Ios isotopos radioactivos de larga vida V sustancias organicas disueltas V persistentes como los pesticidas

4123 Tratamiento Avanzado 0 Terciario

EI tratamiento terciario se refiere a una serie de procesos quimicos V fisicos especializados que se utilizan para disminuir la cantidad de uno 0 mas de los contaminantes restantes despues del tratamiento primario V secun(jario En el presente el tratamiento terciario se usa raramente porque es muv costoso (2 veces para construir la planta V hasta 4 veces para operarla comparando con los costos de una planta combinada para tratamiento primario V secundario) V porque muchos procesos todav(a estan en la etapa de experimentacion A continuaci6n se mencionan tres procesos de tratamiento terciario

- Preeipitacion (coagulacion-sedimentacion) remueve s61idos en suspenshysi6n V compuestos de fOsforo

- Adsorcion(usando carbon activado) remueve compuestos organicos dishysueltos

- Electrodialisis u osmosis invertida (membrana semiporosa) reduce las susshytancias organicas e inorganicas disueltas a sus niveles originales

4124 Desinfeccion

Se efectua como parte de las tres formas de tratamiento de desechos para remover la coloraci6n del agua V para matar las bacterias que transportan enshyfermedades V algunos virus (no todos) EI cloro es el desinfectante usado mas ampliamente pero su uso podr(a formar compuestos clorados productores de cancer en el agua potable Un nuevo metoda de desinfeccion que parece mas efichmte V menos nocivo usa energ(a ultras6nica para descomponer los deseshychos mecanicamente V ozono para matar las bacterias

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CHAN LETT Emil TEnviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

MILLER GT Living in The Enviroment 2 ed Wadsworth Belmont CA 1979

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usos del agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

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CHAN LETT Emil T Enviromental Protection 2a ed McGraw-Hili New York 1979

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MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

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MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 2105 sobre agua potable Bogota 1983

MINISTERIO DE SALUD PUBLICA Decreto 1594 sabre usosdel agua y residuos Ifquidos Bogota 1984

REA Modern Pollution Control Technology vol II Research and Education Association New York 1960

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