propuesta de sistemas de potabilizaciòn de aguas.pdf
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA
COMPLEJO ACADMICO EL SABINO REA DE TECNOLOGA
PROGRAMA DE INGENIERA QUMICA
PROPUESTA DE UN SISTEMA DE POTABILIZACIN PARA EL OJO DE
AGUA, UBICADO EN TARATARA, MUNICIPIO COLINA ESTADO
FALCN
AUTOR (a): Brs: Robles Marianni. C.I: 18.336.714
Tutor (a) Acadmico: Ing. Mayelis Garca.
Tutor Industrial: T.S.U. Manuel Molina.
PUNTO FIJO, 0CTUBRE DE 2010
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA
COMPLEJO ACADMICO EL SABINO REA DE TECNOLOGA
PROGRAMA DE INGENIERA QUMICA
PROPUESTA DE UN SISTEMA DE POTABILIZACIN PARA EL OJO DE
AGUA, UBICADO EN TARATARA, MUNICIPIO COLINA ESTADO
FALCN
AUTOR (A): Brs: Robles Marianni. C.I: 18.336.714
Tutor (a) Acadmico: Ing. Mayelis Garca.
Tutor (a) Industrial: T.S.U. Manuel Molina.
PUNTO FIJO, 0CTUBRE DE 2010
Trabajo de Grado presentado
ante la ilustre Universidad
Nacional Experimental
Francisco de Miranda, como
ltimo Requisito Para Optar al
Ttulo de Ingeniero Qumico.
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1
DEDICATORIA
Hoy en da me encuentro inmensamente dichosa y orgullosa por la
realizacin de una de las metas que me he propuesto en la vida y me llena
de alegra dedicar este triunfo a:
A Dios Todo Poderoso por darme la vida, sabidura, constancia y
permitirme lograr esta gran meta. Gracias seor por todo lo que me
has dado.
A mis padres, Lola, Pedro y Ventura, por ser mi fuente de inspiracin
y porque siempre estuvieron dndome aliento y apoyndome a lo
largo de mi formacin como profesional, confiando en m, siendo mi
ejemplo de vida, y mostrarme lo hermoso de la vida. Gracias por estar
conmigo en todo momento, sin ustedes no hubiera logrado esta meta
tan importante en mi vida, gracias por su confianza y por todo lo que
han hecho por m. Los amo con todo mi corazn.
A mi hermana Ariannis, por ser mi apoyo, mi aliento en los
momentos difciles, mi alegra y mi todo. Te quiero muchsimo
hermana.
A toda mi Familia, por apoyarme en este largo camino, por cada uno
de sus consejos, confianza y por cada uno de sus oraciones cada vez
que estaba enferma o simplemente para Dios me protegiera y me
cuidara. Los quiero.
A mi amiga y compaera de tesis Gleibys Risquez, que aunque
hoy no est con nosotros fsicamente, yo se que esta desde el cielo
cuidndonos y guindonos. Te extrao.
Este triunfo es de ustedes. Los Amo. Que dios los bendiga.
II
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2
AGRADECIMIENTOS.
A Dios Todopoderoso por guiarme en este camino y por permitirme
hoy ser una profesional, bendceme cada da e ilumname siempre.
A mi mam, esta es la parte ms difcil, porque no creo que exista una
palabra que abarque todo lo maravilloso que eres para m. Gracias
por ser mi fuente de inspiracin y siempre estar dndome tu aliento y
apoyarme a lo largo de mi formacin como profesional, confiando en
m, siendo mi ejemplo de vida. Gracias por estar conmigo en todo
momento, sin ti no hubiera logrado esta meta tan importante en mi
vida, gracias por tu confianza. Te amo doa con toda el alma.
A mi pap, Pedro por su cario, consejos, apoyo, y confiar en m. Te
quiero muchsimo.
A mi pap, Ventura por todo lo que me ha brindado, por sus consejos,
regaos, por su apoyo incondicional y por creer en m y decirme
siempre que todo lo que uno se propone lo puede lograr con esfuerzo
y dedicacin. Te quiero
A mis hermanos, en especial Ariannis por ser ese ser que a travs de
sus actos me motiva a lograr m meta, gracias por tus consejos y por
ser mi hermana. Te quiero.
A mis tas, Adela, Emilia, Delfina, Nancy, y Silvia por apoyarme en
este largo camino, por cada uno de sus consejos, y confianza. Las
quiero.
A mis primas y primos por su gran cario, confianza, consejos y por
creer en m. Gracias se les quiere.
A mis abuelas, en especial a mi abuela Xenia, por su amor, apoyo,
preocupacin y por cada una de sus oraciones cada vez que me
enfermaba, que estaba preocupada por un examen, o simplemente
para que Dios me protegiera y me cuidara. Te quiero abuela.
III
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3
A mis compadres y tos Anmaris y Nitcel, por su cario, apoyo, y por
preocuparse por m, mientras estuve estudiando, por su ayuda
econmica para mis estudios. Son tantas las cosas que tengo que
agradecerles que espero poderlos recompensar. Los quiero mucho.
A mis bebes Nixon y Sebastin, por sus carios, y por ser mis tesoros
bellos y adorados.
A mi novio Ronny, que con amor y paciencia siempre estuvo a mi lado,
apoyndome, ayudndome y siendo mi amigo y consejero. Te amo
chiquito.
A gley, este es una parte muy difcil ya que me hubiese gustado
decrtelo personalmente y siento un nudo tan grande en la garganta
que no me deja respirar ni pensar, gracias te doy por todo esos
momentos maravillosos que compartiste conmigo, por tu apoyo
incondional, por todo lo que me enseaste acadmicamente, por
salvarme la patria en muchas situaciones difciles tanto a nivel
econmico como emocional, por escuchar todos los cuentos alocados
que te contaba, por ir conmigo a buscar pasantas y tema de tesis y
aceptar ser mi compaera. Y como dicen quien es amor y siembra
amor no morir jams. Me haces mucha falta amiga.
A mis amigas y compaeras de la universidad, Emarycarmen, Enny,
Vicmayra, Nelly, Glendys y por supuesto Gleibys que aunque hoy no
est con nosotros fsicamente nos acompaara siempre, gracias por
sus carios, y por estar conmigo en las buenas y en las malas.
Gracias por su apoyo en la universidad, sobre todo cuando
sacbamos buenas y malas calificaciones, en las copiasones,
ancdotas, cuentos, chismes entre otras. Las quiero muchsimo a
todas.
A las madres de mis amigas, en especial a la seora Dexi por
apoyarme, cuidarme, regaarme cuando sala mal en la universidad,
IV
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4
darme alojamiento, medicinas, y comida en su casa; a la seora Mara
por sus regalos, alojamiento en su casa y litros de leche para curarme
de la gastritis y la mama de nellyta por sus delicateses de pescados
muy buenos por ciertos.
A mis suegros, en especial a la seora reina por estar pendiente de m
en todo momento y quererme como a una hija.
A la Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda, y a
los profesores por haberme formado como profesional.
A la profesora Mayelis Garca, por aceptar ser mi tutora, gracias por su
apoyo, por guiarme en todo momento y por sus conocimientos
impartidos los cuales me enriquecieron an ms.
A Manuel Molina, por su valiosa colaboracin en los mementos que
necesite ayuda e informacin para el desarrollo de este trabajo de
grado.
A Irwin, y Jherbin por su ayuda en el laboratorio de Qumica General y
por todo los momentos compartidos.
Y a todas aquellas personas que de alguna u otra manera colaboraron
en mi formacin. Muchas Gracias.
V
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5
PROPUESTA DE UN SISTEMA DE POTABILIZACIN PARA EL OJO DE
AGUA DE TARATARA, MUNICIPIO COLINA -ESTADO FALCN. Robles,
M. Tutor Acadmico Ing. Garca, M. Trabajo Especial de Grado para Optar al
Ttulo de Ingeniero Qumico. U.N.E.F.M. rea de Tecnologa Programa de
Ingeniera Qumica. Punto Fijo 2010.
RESUMEN
En la actualidad los estudios de potabilizacin, buscan obtener mtodos que permitan suministrar agua de calidad a las diferentes comunidades; es por esta razn que el presente trabajo de investigacin propone un sistema de potabilizacin para el ojo de agua, ubicado en Taratara, Municipio Colina Estado Falcn. Dentro de los objetivos especficos se destacan, la evaluacin fisicoqumica y microbiolgica del agua, la seleccin de la tecnologa, el dimensionamiento de los equipos y espacios y la estimacin de los costos clase V asociados a la propuesta. El efluente del pozo, contiene un elevado contenido de dureza, slidos y coliformes totales y termorresistentes, que afectan su calidad fisicoqumica, microbiolgica y organolptica. Para el tratamiento del agua se evaluaron lechos filtrantes como: lechos simples constituido por arena, y lechos dobles arena- grava, siendo este ltimo el ms eficiente. Las unidades que conforman el sistema de potabilizacin son: un sistema de dosificacin de cal, el cual est formado por un tanque cilndrico, con una capacidad de 1500 L, inyectada directamente a la lnea principal por medio de una dosificadora, para alcanzar la dureza requerida por el sistema. Una segunda unidad la componen dos filtros lentos colocados en series para distribuir la carga de trabajo y tener una mejor flexibilidad de operacin y una tercera unidad que es la dosificacin de cloro, el cual est formado por un tanque y un dosificador de cloro de tipo vaso- botella con el objetivo de garantizar la calidad bacteriolgica del agua. Palabras claves: Potabilizacin, Calidad del agua, Filtros lentos.
VI
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6
NDICE GENERAL
Pg.
DEDICATORIA II
AGRADECIMIENTOS III
RESUMEN VI
NDICE GENERAL VII
NDICE DE TABLAS X
NDICE DE FIGURAS XI
NDICE DE ANEXOS XI
INTRODUCCIN
CAPTULO I. EL PROBLEMA 3
Planteamiento del problema. 4
Objetivo general. 6
Objetivos especficos. 6
Justificacin. 6
Alcance y delimitacin. 7
CAPTULO II. MARCO TERICO 8
Antecedentes. 9
Bases tericas. 11
El agua. Generalidades. 11
Tipos de aguas. 12
Propiedades del agua. 13
Fuentes de aguas. 15
Calidad del agua. 16
Tipos de contaminantes del agua y sus fuentes. 17
Indicadores microbiolgicos de la calidad del agua. 19
VII
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7
Constituyentes o sales disueltas en el agua. 20
Sistema de potabilizacin. 23
Parmetros fisicoqumicos del agua a controlar en el proceso
de potabilizacin. 24
Tecnologas convencionales utilizadas en el proceso de
potabilizacin. 27
Tecnologas no convencionales utilizadas en el proceso de
potabilizacin. 39
Tecnologas o tratamientos recomendados para la
eliminacin de la contaminacin fecal. 46
Criterios de seleccin de las tecnologas. 47
Mtodos analticos ms frecuentes para determinar las
necesidades de oxigeno de las aguas. 48
Mtodo de ponderacin aditiva. 49
Bases y criterios de diseo. 50
Definicin de trminos bsicos. 55
CAPTULO III. MARCO METODOLGICO 60
Tipo y Diseo de la investigacin. 61
Poblacin y Muestra de la Investigacin. 62
Instrumentos y Tcnicas de Recoleccin de Datos. 62
Tcnicas de Procesamiento y Anlisis de Datos. 63
Fases de la Investigacin. 63
Caracterizacin fisicoqumica y microbiolgica del agua. 63
Seleccin de la tecnologa adecuada para el tratamiento
del agua. 65
Dimensionamiento del espacio y los equipos de acuerdo
a la tecnologa seleccionada.
65
VIII
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8
Estimacin de los costos asociados al sistema de
potabilizacin del agua seleccionada. 66
CAPTULO IV. RESULTADOS 67
Caracterizacin fisicoqumica y microbiolgica del agua
proveniente del pozo de Taratara. 68
Seleccin de la tecnologa adecuada para el tratamiento del
agua. 72
Aplicabilidad del mtodo de ponderacin aditiva. 74
Dimensionamiento del espacio y los equipos de acuerdo a la
tecnologa seleccionada. 76
Bases y criterios de diseo. 77
Capacidad de la planta. 77
Localizacin de la planta. 77
Requerimientos del proceso. 77
Temperatura y presin de diseo. 78
Diagrama de flujo del proceso. 80
Descripcin del proceso. 80
Dimensionamiento de equipos. 85
Seleccin de tuberas y vlvulas. 90
Estimacin de costos. 91
CONCLUSIONES 94
RECOMENDACIONES 96
BIBLIOGRAFIA 97
APENDICES 102
ANEXOS 151
IX
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9
NDICE DE TABLAS
TABLA Pg.
II-1. Tipos de contaminantes en el agua. 18
II-2. Tipos de coagulacin. 28
II-3. Tipos de materiales empleados como lechos filtrantes. 32
II-4. Ventajas y desventajas de los dosificadores de cloros. 34
II-5. Tratamientos recomendados segn el nivel de contaminacin
fecal. 46
IV-1. Caracterizacin fisicoqumica y organolptica del agua cruda
proveniente del pozo. 68
IV-2. Caracterizacin fisicoqumica del agua del pozo. 69
IV-3. Resultados de los anlisis bacteriolgicos y los indicadores
de oxigeno del agua cruda proveniente del pozo de Taratara. 70
IV-4. Alternativas tecnolgicas. 73
IV-5. Resultados del mtodo de ponderacin aditiva. 76
IV-6. Servicios industriales disponibles. 78
IV-7. Temperatura de diseo de equipos. 79
IV-8. Presin de diseo de equipos. 79
IV-9. Caractersticas de la bomba centrifuga. 85
IV-10. Caractersticas de la unidad de filtracin. 86
IV-11. Caractersticas del tanque de ablandamiento. 89
IV-12. Costos de equipos mayores. 92
IV-13. Costos de equipos menores. 92
IV-14. Costos indirectos. 93
C-2. Longitud Equivalentes de los accesorios 106
X
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10
NDICE DE FIGURAS
FIGURA
Pg.
II-1. Esquema del proceso de desinfeccin solar (SODIS). 37
IV-1.Diagrama de bloque del proceso 82
IV-2. Diagrama de flujo de proceso 83
E-1. Hoja de clculo para obtener el espesor del lecho filtrante 125
NDICE DE ANEXOS
ANEXO
Pg.
1. Metodologa para la determinacin de conductividad 152
2. Metodologa para la determinacin de turbiedad 153
3. Metodologa para la determinacin de slidos. 154
4. Metodologa para la determinacin de dureza total 155
5. Metodologa para la determinacin de cloruros. 156
6. Metodologa para la determinacin de alcalinidad total. 157
7. Metodologa para la determinacin de acidez
fenolftaleinica. 158
8. Valores fisicoqumicos y organolpticos, permisibles
estipulados en la norma N 36.395 del Ministerio de
Sanidad y Asistencia social. 159
9. Valores microbiolgicos, permisibles estipulados en la
norma N 36.395 del Ministerio de Sanidad y Asistencia
social
160
10. Velocidades de fluidos en tuberas. 161
11. Dimetros internos para tuberas. 162
XI
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11
12. Resultados de los anlisis microbiolgicos N 1. 163
13. Resultados de los anlisis microbiolgicos N 2. 164
14. Prdidas de codos, tomadas en cuenta para el
dimensionamiento de la bomba. 165
15. Prdidas de entrada y salida de tubera, tomadas en
cuenta para el dimensionamiento de la bomba. 166
16. Prdidas de vlvulas, tomadas en cuenta para el
dimensionamiento de la bomba. 167
17. Numero de Reinold, rugosidad relativa y factor de Darcy o
factor de friccin. 168
18. Propiedades fsicas del agua a diferentes temperaturas. 169
XII
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1
INTRODUCCION
El agua es uno de los recursos naturales renovables que la naturaleza
brinda, y se usa todos los das para consumo, aseo, uso domstico e
industrial, es uno de los elementos fundamentales para la vida y en el marco
global es escasa, ya que muchas personas no pueden acceder a ella, y solo
el 0.003% del agua del planeta puede ser usada para el consumo humano,
adems existen fuentes de aguas naturales que no son aptas para el
consumo humano, dado a que no son lo suficientemente puras
biolgicamente ni qumicamente, presentando microorganismos y una serie
materiales dainos para la salud de los seres vivos. En este sentido, resulta
importante que sta antes de ser consumida sea evaluada fisicoqumica y
bacteriolgicamente, debido a que esto permitir determinar que tan apta
est para el consumo, adems de evitar futuras enfermedades que se
podran originar a causa del consumo de aguas contaminadas.
Robles, (2010) determin la existencia de parmetros fuera de los niveles
permisibles, en el agua procedente del ojo de agua de Taratara, Municipio
Colina, estado Falcn, debido a esto se plante solventar esta situacin a
travs de un estudio, donde se determin la tecnologa adecuada para la
eliminacin de slidos, dureza y microorganismos totales y termorresistentes,
conjuntamente se dimensionaron los equipos y espacios, para la
implantacin de un sistema de agua potable que garantice el suministro de
agua en las mejores condiciones fisicoqumicas y microbiolgicas posibles
para el consumo.
-
2
El presente informe se encuentra estructurado en cuatro captulos, el captulo
I que contiene y explica el problema: planteamiento, justificacin, objetivos
tanto general como especficos y culminando con el alcance y limitacin de la
investigacin. El captulo II abarca los antecedentes, bases tericas, y
definicin de trminos bsicos las cuales sustentarn la investigacin a
realizar. El captulo III detalla cmo se ejecut la investigacin describiendo
el tipo y diseo de la investigacin, la poblacin y la muestra, tcnicas e
instrumentos para la recoleccin de informacin, tcnicas de procesamiento y
anlisis de informacin, as como tambin se especifican las fases
metodolgicas las cuales van enmarcadas y dirigidas al cumplimiento de los
objetivos de la investigacin, y el captulo IV que comprende el anlisis
situacional y la propuesta del sistema de potabilizacin para el ojo de agua,
en la cual se presentan todos los aspectos involucrados en la seleccin de la
tecnologa, dimensionamientos de equipos y la estimacin de costos.
Finalmente se presenta las conclusiones recomendaciones, la referencia
bibliogrfica, apndices y anexos que sirven de complemento a este trabajo
de grado.
-
3
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4
CAPITULO I
EL PROBLEMA
El presente captulo contiene el planteamiento del problema, los objetivos de
la investigacin, la justificacin, as como el alcance y delimitacin del trabajo
realizado.
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La evaluacin y conservacin del agua ha sido una tarea que ha adquirido
gran importancia en las ltimas dcadas a nivel mundial, como consecuencia
de su agotamiento y el incremento de la demanda por este recurso.
Actualmente, se dice que el planeta se encuentra en estado de alarma, y
tanto las entidades ambientales, gubernamentales, como la poblacin en
general se ven en la necesidad de buscar nuevas fuentes alternativas de
aguas que sirvan de abastecimiento y de gran uso para la poblacin.
Dentro de las fuentes de aguas existentes en Venezuela, la gran mayora no
son usadas para el consumo, bien sea porque no cuentan con un sistema de
agua potable, no se dispone de la informacin fisicoqumica o microbiolgica
de estas aguas, o por el temor de que puedan originar alguna enfermedad a
las comunidades, debido a esto, se busca desarrollar nuevos proyectos de
investigacin que contribuyan a la solucin de esta problemtica.
Es aqu donde entra el papel de los sistemas de potabilizacin, que son un
conjunto de procesos unitarios utilizados para purificar el agua y que tienen
por objeto hacerla apta para el consumo humano. (Fraume, 2007). Los
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5
sistemas de potabilizacin han venido evolucionando con respecto a las
tcnicas y tratamientos utilizados, siendo estos, menos complejos que los
sistemas rudimentarios implementados en pocas anteriores, permitiendo as
adecuar fuentes naturales de agua, para lograr su aprovechamiento y evitar
que los ndices de enfermedades causadas por el consumo de aguas no
potables, vayan disminuyendo progresivamente.
El Estado Falcn, especficamente la poblacin de Taratara cuenta con
numerosas fuentes de aguas naturales, las cuales pueden ser utilizadas
como fuentes de abastecimiento para la poblacin falconiana, sin embargo
estudios realizados anteriormente han demostrado, que dichas aguas no
cumplen con los estndares establecidos en el Decreto 883 de la
clasificacin y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o
efluentes lquidos, indicando que la misma no es apta para el consumo
humano (Robles, 2010).
Debido a esta situacin, se plantea la idea de implementar un sistema de
potabilizacin en el ojo de agua de Taratara, que sirva de abastecimiento
para la poblacin y disminuya la prdida de la misma. Unos de los beneficios
que se genera con el desarrollo de este sistema es que se garantizar a la
comunidad el consumo de agua potable, as como la propagacin de futuras
enfermedades tales como diarrea, hepatitis, fiebre tifoidea, clera, entre
otras, adems se estar evitando el uso inadecuado del ojo de agua.
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6
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo General
Proponer un sistema de potabilizacin para el ojo de agua ubicado en
Taratara, Municipio Colina, Estado Falcn.
1.2.2 Objetivos Especficos
Caracterizar fisicoqumica y microbiolgicamente el agua proveniente
del pozo ubicado en Taratara, Estado Falcn.
Seleccionar la tecnologa adecuada para el tratamiento de agua.
Dimensionar espacios y equipos de acuerdo a la tecnologa
seleccionada.
Estimar los costos asociados al sistema de potabilizacin de agua
seleccionado.
1.3 JUSTIFICACIN
El agua es un recurso de suma importancia tanto para las actividades
naturales como para las antropognicas, sin embargo su uso inadecuado y la
contaminacin ambiental han originado su agotamiento, poniendo as en
peligro la vida de todos los seres vivientes sobre la tierra.
Actualmente la poblacin de Taratara cuenta con varias fuentes de aguas
naturales, que no tienen ningn uso en especfico, y que podran ser
-
7
utilizadas para solventar la problemtica del agotamiento del agua. Es por
ello, que surge la necesidad de proponer un sistema de potabilizacin de
agua, que permita a la poblacin en general satisfacer sus necesidades,
mejorar su calidad de vida y brindar la disponibilidad de este recurso a las
generaciones futuras.
Este trabajo de investigacin, tiene como finalidad proponer un sistema de
potabilizacin en la comunidad de Taratara, el cual tambin beneficiar a las
comunidades adyacentes, y permitir que la comunidad cuente con un
sistema de agua potable en ptimas condiciones para su consumo,
eliminando de esta manera la dependencia de la nica fuente de agua
(Represa El Isiro) de la que actualmente son beneficiados.
Otro de los beneficios que proporcionar este trabajo, es que gracias a su
aporte tecnolgico y comunitario se fomentar el impulso de nuevos
proyectos de investigacin en pro a la solucin del agotamiento del agua.
Adems de los beneficios secundarios relacionados a la construccin del
sistema de potabilizacin.
1.4 DELIMITACIN O ALCANCE
Esta investigacin fue desarrollada en un lapso de cinco (5) meses, desde
abril de 2010 hasta septiembre de 2010, en las instalaciones del laboratorio
de Qumica General de la UNEFM, comprendiendo diferentes anlisis
fisicoqumicos y microbiolgicos de agua que permitieron determinar la mejor
tecnologa para el diseo del sistema de potabilizacin del ojo de agua
ubicado en la comunidad de Taratara.
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8
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9
CAPITULO II
MARCO TERICO
En este captulo se sealan antecedentes que de alguna u otra forma estn
relacionados con el presente trabajo de investigacin. As mismo se
presentan las bases tericas, y la definicin de trminos bsicos los cuales
servirn como soporte para la comprensin del proyecto.
2.1 Antecedentes
A continuacin se citan algunos trabajos de investigacin relacionados con el
problema planteado y con los objetivos de esta investigacin.
Prez, R. (2008). Propuesta de un sistema de tratamiento del agua
proveniente del pozo Leopoldo Tosta Villa de Cura estado Aragua.
Debido a que el pozo Leopoldo Tosta presenta elevados contenidos de
hierro y manganeso, que afectan su calidad fisicoqumica y organolptica, y
produce prdida de energa e incrustaciones en las tuberas, se realiz una
propuesta de un sistema de tratamiento para esta agua, que incluye la
evaluacin de la calidad de las aguas, el estudio y seleccin de diferentes
tecnologas que contribuya a la eliminacin de estos metales, y un estudio
econmico valorado en un costo de 383068.05 BsF, el cual involucra los
costos de equipos, costos de accesorios y tuberas, costo de obra civil y los
costos por factores extras.
El aporte principal de este antecedente a esta investigacin, es la
metodologa empleada para la realizacin de la estimacin de costo, adems
-
10
de que ayuda a considerar aspectos importantes como: costos por unidad de
materiales, horas hombres y otros aspectos necesarios para el
establecimiento del sistema de potabilizacin.
Ramrez, B. (2008). Propuesta de un sistema de tratamiento de agua
para el pozo N 2 del sector Las Colonias de Araurima del Municipio
Jacura. Se realiz una investigacin que tuvo como objetivo fundamental
desarrollar un sistema de tratamiento de agua para el pozo N 2 del sector
las Colonias de Araurima, con la finalidad de disminuir las denuncias
realizadas por las comunidades que reciben las aguas de este pozo y
seleccionar la mejor alternativa de tratamiento para la adecuacin del pozo.
Para el desarrollo de esta investigacin se realizaron anlisis fisicoqumicos
al agua, dichos valores fueron comparados con la Gaceta Oficial N 36.395,
que establece los valores estndar del agua potable. La alternativa de
tratamiento seleccionada se realiz por el mtodo de ponderacin aditiva,
resultando como la ms adecuada, el sistema de tratamiento de tipo rural
que consta con un sedimentador y un filtro lento, dicho sistema puede tratar
aguas con una turbidez mayor a la obtenida en los anlisis fisicoqumicos y
eliminar el color producto de la gran cantidad de materia suspendida. Para el
diseo del sistema se tomaron en cuenta consideraciones de diseo para
cada equipo y finalmente se realiz una estimacin de costo de tipo clase V.
El principal aporte de esta investigacin al presente trabajo fue la
metodologa empleada (mtodo de ponderacin aditiva) en la seleccin de la
tecnologa, as como tambin la aplicacin de la Gaceta oficial N36.395 en
la comparacin de los valores fisicoqumicos y microbiolgicos de las aguas.
-
11
Marrufo, Y. (2008). Desarrollo de una propuesta de un sistema de
tratamiento para las aguas de pozos de las comunidades de Rio Seco y
San Gregorio del estado Falcn. Para dar cumplimiento a la seleccin de
la tecnologa apropiada para el sistema de tratamiento de los pozos de Rio
Seco y San Gregorio, se requiri conocer las tecnologas asociadas a la
potabilizacin, destacndose entre las tecnologas convencionales ms
importantes los procesos de coagulacin, filtracin, y desinfeccin, y dentro
de las no convencionales la microfiltracin y la aireacin. Para la recopilacin
de informacin en esta Trabajo de Grado se emplearon investigaciones de
tipo descriptiva, documental y de campo.
La consideracin de este antecedente, sirvi para conocer y analizar las
diferentes tecnologas asociadas a la potabilizacin de las aguas.
2.2 Bases tericas
A continuacin se presentan diversas referencias escritas y documentadas
que validan y soportan el desarrollo del trabajo de investigacin.
2.2.1 El agua. Generalidades.
El agua es un compuesto qumico que se encuentra en la naturaleza en
grandes cantidades, en estado slido, lquido y gaseoso, es una sustancia
cuya frmula qumica es H2O, lo que indica que cada una de sus molculas
estn constituida por dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno, a los 4
grados centgrados posee su mayor densidad y al congelarse aumenta su
volumen en un 1%. El agua es un factor esencial insustituible en todos los
rdenes de la vida, adems forma parte de los distintos cuerpos materiales, y
-
12
contribuye a la formacin de los distintos lquidos necesarios en los procesos
biolgicos vegetales y animales. Est presente en la atmsfera en forma de
nubes o niebla, forma los ocanos, ros, lagos y glaciales cubriendo la siete
dcimas partes de la superficie de la tierra. (Prieto, 2004).
Tipos de agua
De acuerdo con los autores (Fagundo, Cima y Gonzales, 1994), los tipos de
aguas son:
Aguas potables: Aquellas que son aptas para la alimentacin y uso
dmestico, y que no contiene sustancias o cuerpos extraos de origen
biolgico, inorgnico o radiactivo en tenores tales que la hagan
peligrosa para la salud. Debe presentar sabor agradable y ser
prcticamente incolora, inodora, lmpida y transparente.
Aguas minerales: Agua que se diferencia claramente del agua potable
y que se caracteriza por su contenido en determinadas sales
minerales y sus proporciones relativas, as como la presencia de
elementos trazas o de otros constituyentes tiles para el metabolismo
humano. Se obtiene directamente de fuentes naturales o perforadas
de aguas subterrneas procedentes de estratos acuferos. Su
composicin y la estabilidad de su flujo y temperatura son constantes.
Aguas de manantial: Es el agua que emerge espontneamente a la
superficie de la tierra con un caudal determinado por el ciclo
hidrolgico despus de ser captada mediante labores practicadas para
su explotacin. No posee las propiedades del agua mineral.
Aguas naturales: Agua que a diferencia de la de manantial, se capta
mediante la perforacin de pozos.
-
13
Propiedades del agua
Fue Henry Cavendish quien descubri en 1781 que el agua es una sustancia
compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la Antigedad. Los
resultados de dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent
de Lavoisier dando a conocer que el agua estaba formada por oxgeno e
hidrgeno. En 1804, el qumico francs Joseph Louis Gay-Lussac y el
naturalista y gegrafo alemn Alexander von Humboldt demostraron que el
agua estaba formada por dos volmenes de hidrgeno por cada volumen de
oxgeno (H2O), lo que quiere decir, que una molcula de agua se compone
de dos tomos de hidrgeno enlazados covalentemente a un tomo de
oxgeno. Dentro de las principales propiedades del agua estn:
Es inspida e inodora en condiciones normales de presin y
temperatura. Su color vara segn su estado: como lquido, puede
parecer incolora en pequeas cantidades; el hielo tiende al azul y en
estado gaseoso (vapor de agua) es incolora.
Bloquea slo ligeramente la radiacin solar UV fuerte, permitiendo que
las plantas acuticas absorban su energa.
Ya que el oxgeno tiene una electronegatividad superior a la del
hidrgeno, el agua es una molcula polar. El oxgeno tiene una ligera
carga negativa, mientras que los tomos de hidrgenos tienen una
carga ligeramente positiva del que resulta un fuerte momento dipolar
elctrico. La interaccin entre los diferentes dipolos elctricos de una
molcula causa una atraccin en red que explica el elevado ndice de
tensin superficial del agua.
La fuerza de interaccin de la tensin superficial del agua es la fuerza
de van der Waals entre molculas de agua. La aparente elasticidad
-
14
causada por la tensin superficial explica la formacin de ondas
capilares. A presin constante, el ndice de tensin superficial del agua
disminuye al aumentar su temperatura. Tambin tiene un alto valor
adhesivo gracias a su naturaleza polar.
La capilaridad se refiere a la tendencia del agua de moverse por un
tubo estrecho en contra de la fuerza de la gravedad. Esta propiedad
es aprovechada por todas las plantas vasculares, como los rboles.
El punto de ebullicin del agua (y de cualquier otro lquido) est
directamente relacionado con la presin atmosfrica. Por ejemplo, en
la cima del Everest, el agua hierve a unos 68 C, mientras que al nivel
del mar este valor sube hasta 100. Del mismo modo, el agua cercana
a fuentes geotrmicas puede alcanzar temperaturas de cientos de
grados centgrados y seguir siendo lquida. Su temperatura crtica es
de 373.85C (647.14 K), su valor especfico de fusin es de 0,334 kJ/g
y su ndice especfico de vaporizacin es de 2,23 kJ/g.
Es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado como el
disolvente universal, y afecta a muchos tipos de sustancias distintas.
Las sustancias que se mezclan y se disuelven bien en agua -como las
sales, azcares, cidos, lcalis, y algunos gases (como el oxgeno o el
dixido de carbono, mediante carbonacin) son llamadas hidrfilas,
mientras que las que no combinan bien con el agua -como lpidos y
grasas- se denominan sustancias hidrofbicas. Todos los
componentes principales de las clulas de protenas, ADN y
polisacridos se disuelven en agua. Puede formar un azetropo con
muchos otros disolventes.
Es miscible con muchos lquidos, como el etanol, y en cualquier
proporcin, formando un lquido homogneo. Por otra parte, los
-
15
aceites son inmiscibles con el agua, y forman capas de variable
densidad sobre la superficie del agua.
El agua pura tiene una conductividad elctrica relativamente baja, pero
ese valor se incrementa significativamente con la disolucin de una
pequea cantidad de material inico, como el cloruro de sodio.
El agua tiene el segundo ndice ms alto de capacidad calorfica
especfica -slo por detrs del amonaco- as como una elevada
entalpa de vaporizacin (40.65 kJ mol-1); ambos factores se deben al
enlace de hidrgeno entre molculas. Estas dos inusuales
propiedades son las que hacen que el agua "modere" las
temperaturas terrestres, reconduciendo grandes variaciones de
energa. (Andressen, 2004).
Fuentes de aguas
De acuerdo con (Glynn y Gary, 1999), las principales fuentes de aguas son:
Aguas superficiales: Son las aguas continentales que se encuentran
en la superficie de la Tierra. Pueden ser corrientes que se mueven en
una misma direccin y circulan continuamente, como los ros y
arroyos; o bien estancadas como los lagos, lagunas, charcas y
pantanos. Las aguas que discurren en la superficie de la tierra son
muy importantes para los seres vivos, a pesar de que suponen una
nfima parte del total del agua que hay en el planeta.
-
16
Aguas subterrneas: Son aquellas que se han filtrado desde la
superficie de la tierra hacia abajo por los poros del suelo. Las
formaciones de suelos y rocas que se ha saturado de lquidos se
conocen como depsitos de agua subterrnea o acuferos. El agua
normalmente se extrae de estos depsitos por medio de pozos. Las
aguas subterrneas tienen las siguientes ventajas respecto a su uso
sobre las superficiales como fuente de abastecimiento: Son
generalmente ms limpias; Contienen por lo general menos
bacterias; Si son tomadas de un solo pozo , tienen una composicin
mineral uniforme.
Aguas de mar: Se encuentra disponible en cantidades casi ilimitada.
Se pude transformar en agua dulce por diversos procesos. No
obstante, los costos de conversin (sin contar los de eliminacin del
residuo de sal que se genera) son quizs de dos a cinco veces ms
altos que los del tratamiento del agua dulce.
Calidad del agua
El trmino calidad del agua es relativo, referido a la composicin del agua en
la medida en que esta es afectada por la concentracin de sustancias
producidas por procesos naturales y actividades humanas. La calidad del
agua, se determina a partir de anlisis fsicos, qumicos y bacteriolgicos, los
cuales pueden variar desde anlisis sencillos donde se determinan los
principales elementos, hasta anlisis complejos que incluyen la
determinacin de una gran variedad de especies presentes en el agua.
-
17
Los requisitos para la calidad del agua se establecen de acuerdo con el uso
al que se destine la misma. Por lo comn su calidad se juzga como el grado
en el cual el agua se ajusta a estandares fsicos, qumicos y biolgicos que
fija el usuario, es importante conocer los requisitos de calidad para cada uso
a fin de determinar si se requiere un tratamiento del agua, y de ser asi, que
procesos se deben aplicar para alcanzar la calidad deseada. (Glynn y Gary,
1999, p.389).
Tipos de contaminantes del agua y sus fuentes
Segn Cern, Moreno y Olas, (2005, p. 64), la problemtica de la
contaminacin del medio hdrico a lo largo de este ltimo siglo, ha alcanzado
unos lmites mximos, poniendo en grave peligro el futuro de la humanidad,
debido fundamentalmente al gran crecimiento industrial, as como la gran
evolucin demogrfica de la poblacin, vindose agravado el problema por la
concentracin tanto industrial como humana en reas delimitadas. Hasta
hace poco tiempo, los vertidos producidos por los asentamientos de
poblacin y por la escasa industria existente, podan ser asimilados por los
cauces receptores, de tal forma que a travs de los procesos de
autodepuracin natural de las aguas, en espacios y tiempos delimitados, el
agua volva a adquirir unas caractersticas lo suficientemente aceptables para
poder ser reutilizadas por otros posibles usuarios del cauce pblico.
Al hablar de contaminantes hdricos se puede decir que existen dos grandes
grupos: Los provocados por causas naturales o geoqumica y la provocada
como consecuencia de la actividad del hombre, ya sea de origen industrial o
de origen urbano. En ambos grupos, tanto una como otra dan lugar a
alteraciones fsicas, qumicas o biolgicas del agua, hacindola en muchos
-
18
casos inservible para determinados usos. Segn el tipo de alteracin
producida, se definen tres tipos de contaminantes: fsicos, qumicos y
biolgicos. (Tabla N II-1).
Tabla N II-1. Tipos de contaminantes del agua
Contaminantes
Fsicos
Caracteres organolpticos: Color, Olor, Sabor.
Grasas y aceites en estado libre.
Espumas.
Temperatura.
Radioactividad.
Slidos: Totales, disueltos, suspensin y flotantes.
Contaminantes
Qumicos
Materia orgnica: Biodegradable, No Biodegradable.
Nitrgeno: Total, orgnico, amoniacal, nitritos,
nitratos.
Fosforo: orgnico, inorgnico.
Salinidad.
Txicos (Cianuros, cromatos, fluoruros)
Pesticidas.
Gases: Metano, anhdrido, carbnico, nitrgeno, acido
sulfhdrico.
Contaminantes
Biolgicos
Virus.
Protistas: Bacterias, hongos, algas, protozoos.
Animales y plantas: Rotferos y crustceo.
Fuente. [8].
-
19
2.2.2 Indicadores microbiolgicos de la calidad del agua
Se sabe que la contaminacin fecal del agua est relacionada con la
transmisin hdrica de agentes patgenos. Por este motivo se requieren
mtodos sensibles que permitan medir el grado de contaminacin fecal. Los
anlisis de patgenos son caros y el procedimiento es largo. Por las razones
antes mencionadas, la evaluacin de la calidad microbiolgica del agua de
abastecimiento humano se basa en la determinacin de indicadores
bacterianos tales como:
Grupo coliforme: El grupo coliforme abarca gneros que utilizan la
lactosa para producir cido y gas. Este grupo lo conforman: Klebsiella,
Escherichia, Enterobacter, Citrobacter, Serratia.
Coliformes termotolerantes (fecales): Se denomina coliformes
termotolerantes a ciertos miembros del grupo de bacterias coliformes
totales que estn ms estrechamente relacionados con la
contaminacin fecal. Los coliformes termotolerantes generalmente no
se multiplican en los ambientes acuticos. Tambin se los conoce
como bacterias coliformes fecales. Los coliformes termotolerantes
crecen a una temperatura de incubacin de 44.5 C. Esta temperatura
inhibe el crecimiento de los coliformes no tolerantes. Se miden por
pruebas sencillas y de bajo costo y ampliamente usadas en los
programas de vigilancia de la calidad del agua. Los mtodos de
anlisis son la prueba de tubos mltiples y la de filtracin con
membrana.
Escherichia coli: Es el principal indicador bacteriano en el agua.
Estudios efectuados han demostrado que la E. coli est presente en
-
20
las heces de humanos y animales de sangre caliente entre 108 y 109
por gramo de heces.
Coliformes totales: Los coliformes totales se emplean para la
evaluacin sanitaria de los efluentes finales de la planta de
tratamiento. Para su determinacin se emplean los mtodos
mencionados para coliformes. (CEPIS, 2004).
2.2.3 Constituyentes o sales disueltas en el agua.
Segn los autores (Cern, Moreno y Olas, 2005). Dependiendo de la
proporcin en que suelen aparecer, las sales disueltas en el agua se
clasifican en: constituyentes mayoritarios o principales, secundarios o
minoritarios y elementos trazas.
Constituyentes mayoritarios
Estos son los que aparecen siempre en una alta proporcin en las aguas:
Ca2+, Mg2+, Na+, HCO3-, SO4
2- y Cl-. Aunque generalmente aparecen en
menor proporcin, algunos autores tambin consideran dentro de este grupo
a los iones K+, NO3-, CO3
2- y slice. A continuacin se describen el origen y
las principales caractersticas de estos iones y sus concentraciones normales
en el agua subterrnea.
Calcio: Es un elemento abundante en los materiales que componen la
corteza terrestre (calcita, dolomita, yesos, en las rocas gneas y
metamrficas forma parte de las plagioclasas, anfboles, piroxenos
entre otros.) y por tanto, en la aguas subterrneas. Adems es un
elemento muy mvil, en aguas naturales suele estar en proporciones
de 10 a 200 mg/L.
-
21
Magnesio: Hidroqumicamente similar al calcio, aunque algo ms difcil
de precipitar al ser sus sales ms solubles; sus concentraciones
normales van de 10 a 100 mg/L.
Sodio: Abundante en las aguas subterrneas ligadas a rocas
evaporticas. Sus concentraciones normales, excepto en las zonas
donde existen evaporitas, son de 10 a 150 mg/L.
Potasio: Procede sobretodo de evaporitas y tambin de algunos
silicatos, en el agua es 10 veces menos abundante que en la corteza
pues queda retenido en las arcillas de alteracin de los silicatos
(concentraciones normales entre 1-10 mg/L).
Carbonatos y bicarbonatos: Los bicarbonatos se presentan
normalmente en concentraciones entre 50 y 400 mg/L y proceden de
la disolucin de minerales carbonatados y del CO2 del agua.
Cloruros: Las concentraciones normales van de 10 a 250 mg/L, ms
de 300 mg/L dan sabor salado al agua.
Sulfatos: Son moderadamente solubles, con concentraciones
normales 10 a 150 mg/L.
Nitratos: Suelen estar en aguas naturales en proporciones menores a
10 mg/L, pero estas concentraciones se rebasan ampliamente en
muchos acuferos debido a la utilizacin excesiva de fertilizantes
nitrogenados en cultivos de regado.
Slice: Est en poca proporcin en las aguas subterrneas debido a su
baja solubilidad (1-40 mg/L). Se encuentra fundamentalmente en
forma de cido silcico (H4SiO4).
-
22
Constituyentes minoritarios
Son aquellos que se encuentran por lo general en concentraciones menores
a 1 mg/L.
Nitritos y Amonio: Normalmente no deben existir en aguas
subterrneas, aunque en medios reductores se puede generar debido
a la reduccin de nitratos.
Hierro: En las aguas subterrneas el hierro se encuentra en forma de
Fe2+ en condiciones de potencial redox bajo. Si el potencial redox
sube, el Fe2+ pasa a Fe3+ que precipita.
Manganeso: Tiene un comportamiento similar al Fe, con tres estados
de valencia (+2, +3 y +4). En las aguas normalmente se encuentra
como Mn2+, en condiciones oxidantes pasa Mn4+ y precipita como
MnO2.
Estroncio y Bario: Son alcalinotrreos con un comportamiento
hidroqumico similar al Ca2+, pero sus sales son menos solubles por lo
que sus concentraciones en el agua suelen ser mucho menores.
Litio: Hidroqumicamente similar al sodio, y muy afectado por
procesos de intercambio inico.
Fluoruros: Se encuentran en bajas concentraciones debido a que la
solubilidad de la fluorita (F2Ca). Ocasiona problemas de salud tanto si
se encuentra en el agua por exceso como por defecto.
Bromuros: Similares a los cloruros, se utilizan frecuentemente como
indicadores de intrusin marina.
Boro: Es un elemento nocivo para las plantas an en pequeas
concentraciones.
-
23
Constituyentes trazas
Aquellos que estn presentes en cantidades muy pequeas, difcilmente
cuantificables por los mtodos de anlisis habituales (normalmente se
encuentran en concentraciones de algunos g/L o incluso inferiores). Dentro
de este grupo merecen especial atencin los metales pesados y metaloides:
U, Zn, Cu, Pb, As, Se, Sb, Mb, Cd, Ni, Co, entre otros termotolerantes.
(CEPIS, 2004).
2.2.4 Sistemas de potabilizacin
Son muchas las definiciones que se pueden tomar en cuenta para el trabajo
de investigacin, entre las cuales estn:
Conjunto de procesos unitarios, utilizados para purificar el agua y que
tienen por objeto hacerla apta para el consumo humano. (Fraume,
2007).
Procesos de naturaleza fsico-qumica y biolgica, mediante el cual se
eliminan una serie de sustancias y microorganismos que implican
riesgo para el consumo, y la transforma en un agua apta para
consumir. (Rivero, 2009).
Conjunto de obras, equipos y materiales necesarios para efectuar los
procesos que permitan cumplir con las normas de calidad del agua
potable. (Rodrguez, 1993).
-
24
2.2.5 Parmetros fisicoqumicos del agua a controlar en el proceso de
potabilizacin.
Segn Rivero (2009), los principales parmetros a controlar en el proceso de
potabilizacin, son:
Turbidez: Es una medida del grado en el cual el agua pierde su
transparencia debido a la presencia de partculas en suspensin.
Cuantos ms slidos en suspensin haya en el agua, ms sucia
parecer sta y ms alta ser la turbidez. La turbidez se mide en NTU
(Unidades Nefelomtricas de Turbidez). El instrumento usado para su
medida es el nefelmetro o turbidmetro, que mide la intensidad de la
luz dispersada a 90 grados cuando un rayo de luz pasa a travs de
una muestra de agua Existen varios parmetros que influyen en la
turbidez del agua, algunos de estos son: Fitoplancton, sedimentos
procedentes de la erosin, sedimentos suspendidos del fondo
(frecuentemente revueltos por peces que se alimentan por el fondo),
descarga de efluentes, crecimiento de las algas, escorrenta urbana.
La eliminacin de la turbiedad, se lleva a cabo mediante procesos de
coagulacin, asentamiento y filtracin.
Color: Son las diferentes tonalidades que presenta el agua debido a la
presencia de materias en suspensin y/o a la materia soluble o en
estado coloidal. El color en el agua puede estar asociado a sustancias
en solucin (color verdadero o a sustancias en suspensin (color
aparente). El primero es el que se obtiene a partir de mediciones
realizadas sobre muestras filtradas de membranas de 0.45 um,
mientras que el segundo proviene de las mediciones directas de
muestras sin filtrar.
-
25
Temperatura: Este parmetro afecta un nmero importante de
procesos que definen la calidad del agua. La determinacin de la
temperatura puede realizarse con un termmetro de mercurio de
buena calidad. El termmetro debe sumergirse preferiblemente con el
agua en movimiento, y la lectura debe hacerse despus de un periodo
de tiempo suficiente que permita la estabilizacin del nivel del
mercurio
pH: El pH es un indicador de la acidez o alcalinidad de una sustancia.
Est determinado por el nmero de iones libres de hidrgeno (H+) en
una sustancia. El mtodo para determinar el pH del agua consiste en
la determinacin de la actividad de los iones hidrgeno, usando un
electrodo combinado o un electrodo estndar de hidrgeno de vidrio
con un electrodo de referencia. El registro del pH del agua permite
seleccionar la dosis y el tipo de coagulante, as como tomar decisiones
sobre la necesidad de ajustar su valor antes de aplicar el coagulante.
El valor permisible de pH del agua es de 6.5 a 8.5.
Alcalinidad: En aguas naturales la alcalinidad es debida generalmente
a la presencia de tres clases de iones: Bicarbonatos, carbonatos e
Hidrxidos. En algunas aguas es posible encontrar otras clases de
compuestos (boratos, silicatos, fosfatos, entre otros), que contribuyen
a su alcalinidad; sin embargo, en la prctica la contribucin de stos
es insignificante y puede ignorarse. Las aguas altamente alcalinas no
son aceptables para el abastecimiento pblico, teniendo que ser
sometidas a tratamiento para su uso.
Acidez: Es la capacidad que tiene el agua, para neutralizar bases o
para reaccionar con iones hidroxilo. La determinacin de la acidez es
de importancia en Ingeniera Sanitaria debido a las caractersticas
corrosivas (debidas principalmente a la presencia de CO2) de las
-
26
aguas cidas y al costo que supone la remocin y el control de las
substancias que producen corrosin.
Slidos: El trmino solido hace alusin a materia suspendida o
disuelta en un medio acuoso. La determinacin de slidos disueltos
totales mide especficamente el total de residuos slidos filtrables
(sales y residuos orgnicos). Los slidos pueden afectar
adversamente la calidad de un cuerpo de agua o un efluente de varias
formas, es por esta razn que las aguas para el consumo humano,
con un alto contenido de slidos, son por lo general de mal agrado
para el paladar y pueden inducir una reaccin fisiolgica adversa en el
consumidor.
Dureza: El contenido salino de agua potable es debido principalmente
a las sales de calcio y magnesio, y por esta razn la normativa legal
especifica mtodos oficiales para la determinacin de las
concentraciones de calcio y magnesio y de la suma de ambas (dureza
del agua). Tanto el calcio como el magnesio se determinan mediante
dos volumetras de formacin de complejos utilizando la sal di sdica
del acidoetilendiaminotetracetico (Na2-EDTA) como agente
acomplejante, y un indicador metalocromico para detectar el punto
final. La dureza total se define como la suma de concentracin de
iones calcio y magnesio, expresados como carbonato de calcio en
mg/L.
Conductividad: Es la capacidad que posee una solucin acuosa de
conducir la corriente elctrica, a 25C. Es una medida indirecta de la
cantidad de iones en solucin (fundamentalmente cloruro, nitrato,
sulfato, fosfato, sodio, magnesio y calcio). La unidad bsica para
medir la conductividad es el siemens por centmetro
-
27
Olor: En su forma pura, el agua no produce sensaciones olfativas. El
olor en el agua puede utilizarse de manera subjetiva para describir
cualitativamente su calidad, estado, procedencia o contenido.
Sabor: Son muy numerosas las sustancias que comunican sabores al
agua: el sulfhdrico, SH2, comunica su caracterstico sabor a huevos
podridos, pero es fcilmente eliminado por aireacin y oxidacin.
Algunos compuestos inorgnicos (iones metlicos) como Fe++ y Mn++),
originan cierto sabor metlico. Las principales sustancias que
comunican sensaciones desagradables en sabor, son compuestos
orgnicos. Uno de los principales orgenes del sabor, es el producido
por el metabolismo de determinados microorganismos, especialmente
el fitoplancton, concretamente determinados tipos de algas, como las
algas verdes-azules, las verdes, las diatomeas y los flagelados
Cloro Residual: Es el cloro presente en agua como cido hipocloroso
(HOCl) e iones hipoclorito (OCl)-.
2.2.6 Tecnologas convencionales utilizadas en el proceso de
potabilizacin
Las principales tecnologas convencionales u operaciones unitarias, que
intervienen en el proceso de potabilizacin son: la coagulacin/floculacin, la
sedimentacin, la filtracin, y la desinfeccin.
Coagulacin/ Floculacin
Se llama coagulacin-floculacin al proceso por el cual las partculas se
aglutinan en pequeas masas con peso especfico superior al del agua
llamadas flculos. Dicho proceso se usa para:
-
28
a. Remocin de turbiedad orgnica o inorgnica que no puede sedimentar
rpidamente
b. Remocin de color verdadero y aparente.
c. Eliminacin de bacterias, virus y organismos patgenos susceptibles de
ser separados por coagulacin.
d. Destruccin de algas y plancton en general.
e. Eliminacin de substancias productoras de sabor y olor en algunos casos y
de precipitados qumicos suspendidos o compuestos orgnicos en otros.
(Arboleda, 1992).
Coagulacin: Es un proceso qumico que se utiliza para desestabilizar
partculas coloidales. Consiste en aadir un producto qumico que
aporta iones con carga positiva al agua que contiene coloides con
carga negativa, se requiere de un mezclado rpido de alrededor de 30
segundos para dispersar el coagulante. Este proceso se utiliza
principalmente para remover la turbiedad y el color. (Arboleda, 1992).
En la tabla a continuacin se presenta los diferentes tipos o clases de
coagulacin:
Tabla N II-2. Tipos de coagulacin
Tipo de coagulacin Principio Tipo de adsorcin
I.Adsorcin desestabilizacin
Neutralizacin de la carga
Comprensin del doble lecho
Adsorcin
Electrosttica
Adsorcin
Qumica
II. Puente Qumico Unin de partculas por medio de cadenas
polimricas
Adsorcin
Qumica
III. Incorporacin Produccin de precipitados qumicos No Hay
Fuentes. [1]
-
29
Floculacin: Es un proceso fsico que se lleva a cabo enseguida
despus de la coagulacin. Consiste en un mezclado suave de
suspensin, mediante el uso de paletas que giran lentamente dentro
del tanque coagulacin/floculacin, o por mezclado hidrulico.
(Arboleda, 1992).
Sedimentacion
Es una de las tecnologias ms antiguas y de uso ms extendido, emplea el
asentamiento por gravedad para separar las particulas del agua. Es un
mtodo relativamente sencillo y econmico que se puede aplicar en
estanques redondos,cuadrados o rectangulares. Una vez que las partculas
han sedimentado en el fondo del tanque se extraen de forma manual o por
medio de raspadores mecnicos para descargarse en una alcantarilla,
devolverse al sistema de agua si es permisible o almacenarse. (Glynn y
Gary, 1999).
Dependiendo de la naturaleza de los slidos presentes se pueden considerar
tres tipos de mecanismos o procesos de sedimentacin. Ramalho (1983,
p.93).
Sedimentacin discreta: Las partculas que se depositan mantienen
su individualidad, es decir, no se somete a un proceso de
coalescencia con otras partculas. En este caso las propiedades
fsicas de las partculas (tamao, forma, peso especfico) no cambian
durante el proceso.
-
30
Sedimentacin con floculacin: La aglomeracin de las partculas va
acompaada de cambios en la densidad y en la velocidad de
sedimentacin o precipitacin.
Sedimentacin por zonas: Las partculas forman una especie de
manta que sedimenta como una masa total presentando una interface
distinta con la fase lquida.
Filtracin convencional
Consiste en hacer pasar el agua a travs de un medio poroso, normalmente
de arena, en el cual actan una serie de mecanismos de remocin cuya
eficiencia depende de las caractersticas de la suspensin (agua ms
partculas) y del medio poroso. Este proceso se utiliza como nico
tratamiento cuando las aguas son muy claras o como proceso final de
pulimento en el caso de aguas turbias. (CEPIS, 2004).
Los filtros se clasifican de acuerdo a la velocidad de filtracin y la presin
utilizada.
1. Segn la tasa o velocidad de filtracin:
Filtros lentos: Funcionan con una tasa media de 4 m3/m2/da.
Filtros rpidos: Con una tasa media de 120 m3/m2/da.
2. Segn la presin:
De presin: Cerrados, metlicos, en los cuales el agua que va a ser
tratada se aplica a presin (usados en piscinas e industrias).
De gravedad: Son los ms comunes.
Filtros lentos: Se utilizan para la remocin de concentraciones poco
elevadas de color y turbidez (color + turbidez = 50 ppm) sin ayuda de
-
31
la coagulacin. Por lo general, se aplican en comunidades pequeas.
Tienen forma rectangular y, por lo general, debido a la baja tasa de
filtracin, son relativamente grandes. Estn conformados por una caja
de mampostera o concreto en el fondo de la cual existe un sistema de
drenaje cubierto por piedras y sobre este hay arena (ms fina y menos
uniforme que la de los filtros rpidos). El tamao efectivo es de 0.25 a
0.35 mm.
Filtros rpidos de gravedad: Los filtros rpidos de gravedad se utilizan
en las plantas de tratamiento para la filtracin de grandes volmenes
de agua previamente coagulada. Tienen forma rectangular y se lavan
con agua tratada que se introduce de abajo hacia arriba (sistema que
se denomina de retrolavado). El aumento de resistencia al paso del
agua por la arena corresponde a una reduccin del caudal del filtro.
Cuando el filtro est limpio, es posible filtrar un volumen de agua
mayor (tasa: 120 m3/m2/da); a medida que el filtro se obstruye por la
suciedad (lo que se denomina colmatacin, la tasa disminuye. Para
evitar que esto suceda, los filtros de tasa y nivel constante estn
provistos de un aparato controlador de caudal que mantiene la tasa de
filtracin constante de 120 m3/m2/da (desde el inicio de la filtracin
hasta el momento del lavado del filtro).
Filtro rpido a presin. Consta de un cilindro metlico cerrado, con un
dispositivo para el ingreso del agua en la parte superior y otro en la
parte inferior para la salida del agua filtrada. El filtro de presin puede
ser vertical u horizontal
Filtros de doble capa (con una capa de antracita o grava): Se coloca
una capa de antracita o grava (un determinado tipo de carbn
mineral), de granulometra mayor a la de la arena, sobre la arena
preparada.
-
32
En la tabla II-3. Se muestran los diferentes tipos y tamaos de materiales
utilizados como lechos filtrantes.
Tabla II-3. Tipos de materiales empleados como lechos filtrantes.
Material Caracterstica Tamao mm
Piedra ---------------------------- -----------------------------
Grava Gruesa
Media
Fina
30 a 70
5 a 30
2 a 5
Arena Gruesa
Media
Fina
1 a 2
0.2 a 1
0.1 a 0.2
Polvo Grueso
Fino
0.05 0.1
0.02 a 0.05
Limo Grueso
Fino
0.006 a 0.02
0.002 a 0.006
Arcilla Gruesa
Fina
0.0006 a 0.002
0.02 0006
Fuente: [7]
Desinfeccin
Consiste en matar o inactivar los organismos causantes de enfermedades, la
efectividad de la desinfeccin se debe a la capacidad de controlar a los
organismos indicadores, que son los coliformes totales y fecales. Para matar
una gran cantidad de microorganismos se requiere la misma concentracin y
tiempo de contacto del desinfectante que para eliminar una cantidad
pequea, siempre y cuando la temperatura y pH del agua sean los mismos.
-
33
(Leal, 2005). Las principales variables controlables en el proceso de
desinfeccin son las siguientes:
1. La naturaleza y concentracin del desinfectante.
2. El grado de agitacin al que se somete al agua.
3. El tiempo de contacto entre los microorganismos y el desinfectante
Dentro de los mtodos viables para la desinfeccin estn: La cloracin, la
radiacin ultravioleta, el ozono.
Cloracin: Es el mecanismo de desinfeccin ms aplicado en los
sistemas de abastecimiento de agua, tiene como objetivo garantizar la
calidad de la misma desde el punto de vista microbiolgico. La clave
de su xito es su accesibilidad en casi todos los pases del mundo, su
razonable costo, su alta capacidad oxidante, que es el mecanismo de
destruccin de la materia orgnica, y su efecto residual. Los equipos
utilizados para la dosificacin de desinfectante se clasifican en:
cloradores para gas y dosificadores mecnicos y bombas
dosificadoras para solucin lquida. En la tabla II-4 se muestran las
ventajas y desventajas de los dosificadores de cloro:
-
34
Tabla II-4. Ventajas y desventajas de los dosificadores de cloros.
Fuente [7]
Clasificacin Dosificacin Ventajas Desventajas
Cloro Gaseoso
Al vacio A presin
Produccin de cloro gaseoso en casi todos los pases. Producto qumico batato. En el caso de clorador a presin no se requiere de energa elctrica.
Instalacin costosa para pueblos muy pequeos. Necesita equipo auxiliar. El personal necesita capacitacin. No es recomendado para sistemas que tratan caudales menos de 500m
3/da. En el
caso del clorador al vacio requiere de energa elctrica.
Cloro en solucin
Bajo presin atmosfrica, de carga constantes
Tanque con vlvula de flotador
Sumamente sencillo de operar y mantener. Muy barato. Pueden construirse localmente. Confiable. No necesita energa elctrica. Permite dosificaciones para caudales mnimos
La dosificacin no es muy precisa. Error de alrededor de 10%. Exige un control constante debido a las variaciones de las dosificaciones. El material se puede corroer.
Tubo con orificio en flotador
Carga constante. Sumamente sencillo. Muy barato. Pueden construirse localmente. Confiable. No necesita energa elctrica.
Segn la manera en que el sistema fue construido, puede llegar a tener un error de dosificacin de hasta un 20%.
Sistema vaso/botella
Sumamente sencillo. Muy barato. Puede construirse localmente. Ideal para comunidades pequeas.No necesita energa elctrica.
Debe mantenerse limpio.
Bajo presin positiva o negativa
Bomba de diafragma (positiva)
Sumamente confiable. Muy popular. Sencillo de operar. Puede introducir la solucin directamente en tuberas de agua presurizada hasta con 6.0kg/cm
2.
El personal debe capacitarse en su operacin y mantenimiento. Requiere energa elctrica. Debe vigilarse. A veces hay corrosin en el rotor de la bomba debido al cloro.
Dosificador por succin (negativa)
Muy sencillo. La solucin ms barata para un alimentacin en tuberas presurizadas.
Requiere vigilancia y mantenimiento para evitar obstrucciones en dispositivo venturi.
Generador de hipoclorito de sodio In situ
No requiere transporte de productos clorados. Se produce in situ. Sencillo y fcil de operar.
Requiere de agua blanda para que no se acumulen depsitos en los electrodos. Requiere de vigilancia.
Cloro slido Dosificador de erosin
Sumamente sencillo. Ideal para pequeas comunidades
Costo intermedio. Alrededor de 10% de errores en la dosificacin.
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Ozono: El ozono es una forma altropa del oxgeno que tiene tres
tomos en cada molcula, en lugar de la forma usual de dos tomos.
Es un oxidante poderoso y agente desinfectante. Se forma a partir del
oxgeno del aire, que pasa a travs de un sistema de electrodos de
alto voltaje. A pesar de sus excelentes propiedades, su uso se ha
restringido a ciudades grandes con fuentes de agua muy
contaminadas y se ha empleado poco en comunidades pequeas y de
porte medio. El inconveniente principal para las comunidades
pequeas ha sido el costo inicial y el de operacin, as como las
dificultades de operacin y mantenimiento. Sin embargo, cuando las
fuentes de agua accesibles estn muy contaminadas (biolgica y
qumicamente), puede ser el mtodo ms recomendable para la
oxidacin de las sustancias orgnicas y desinfeccin primaria, siempre
que cuente con la adicin de un sistema de cloracin secundario para
mantener el efecto residual durante su distribucin.
Radiacin ultravioleta: La radiacin ultravioleta se genera con una
lmpara especial. Cuando la radiacin penetra la pared celular de un
organismo, el material gentico es modificado y la clula es incapaz
de reproducirse. La luz ultravioleta destruye virus y bacterias, sin
embargo, como en el caso del ozono, es necesario del uso posterior
de cloro, para prevenir el recrecimiento de bacterias. La gran ventaja
que presenta es que no genera subproductos en la desinfeccin, pero
esto se contrabalancea con su notoria desventaja, ya que la radiacin
UV no otorga ningn residual al agua tratada para hacer frente a
eventuales futuras contaminaciones en las redes de distribucin o en
las viviendas. La mayora de los equipos de desinfeccin ultravioleta
utilizan una exposicin mnima (en el agua) de 30000 Ws/cm2. Esto
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es adecuado para inactivar las bacterias y virus patgenos, pero quiz
no sea suficiente para ciertos protozoos patgenos, quistes de
protozoos y huevos de nemtodos, que pueden requerir hasta 100000
Ws/cm2 para su inactivacin total. La luz ultravioleta se produce por
medio de lmparas de vapor de mercurio de alta y baja presin,
siendo ms populares las ltimas.
Otros de los mtodos o tecnologas empleadas en el proceso de desinfeccin
son:
Desinfeccin solar (SODIS): Es uno de los mtodos de desinfeccin
ms simples y menos costosos para suministrar agua de calidad
aceptable para el consumo humano. Este mtodo es ideal cuando las
condiciones econmicas y socioculturales de la comunidad ponen en
riesgo la sostenibilidad de otras alternativas de tratamiento y
desinfeccin, como la filtracin o el uso de cloro, an cuando stas
tambin sean reconocidas como simples y econmicas. Es ms
adecuada para el tratamiento del agua en el mbito familiar o para
grupos de viviendas, antes que para sistemas convencionales o ms
complejos. Obviamente, solo es viable en aquellos lugares donde
exista conveniente radiacin solar. El proceso de desinfeccin solar es
un proceso trmico que consiste en elevar la temperatura del agua por
un espacio suficiente de tiempo en contenedores acondicionados para
lograr la absorcin del calor proveniente de la radiacin solar. Estos
contenedores pueden ser de diversos materiales conductores del
calor; en todos los casos se busca que sean de color negro porque
absorben mejor el calor en oposicin a los colores claros, que por sus
propiedades reflectoras acopian menos calor. La tecnologa de la
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SODIS usa equipos como el calentador solar (de produccin continua)
y los sistemas en tanda, entre los que figuran la cocina solar, el
concentrador solar y una gama de destiladores. El conocimiento actual
de la SODIS y los estudios que se han realizado hasta el presente no
reportan la presencia de productos secundarios de desinfeccin
(SPD).
Figura N1. Esquema del proceso de desinfeccin solar. Fuente [7].
Filtracin lenta: La filtracin lenta en arena (FLA) es el sistema de
tratamiento de agua ms antiguo del mundo. Copia el proceso de
purificacin que se produce en la naturaleza cuando el agua de lluvia
atraviesa los estratos de la corteza terrestre y forma los acuferos o
ros subterrneos. El filtro lento se utiliza principalmente para eliminar
la turbiedad del agua, pero si se disea y opera convenientemente
puede ser considerado como un sistema de desinfeccin del agua.
Bsicamente, un filtro lento consta de una caja o tanque que contiene
una capa sobrenadante del agua que se va a desinfectar, un lecho
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filtrante de arena, drenajes y un juego de dispositivos de regulacin y
control. Desarrollndose adicionalmente procesos de degradacin
qumica y biolgica que reducen la materia retenida a formas ms
simples, las cuales son llevadas en solucin o permanecen como
material inerte hasta un subsecuente retiro o limpieza. Como el
rendimiento del filtro lento depende principalmente del proceso
biolgico, mientras la capa biolgica est desarrollndose, la eficiencia
es baja y no debe considerarse al FLA como un eliminador de materia
orgnica, sino como un mejorador de la calidad del agua, sobretodo
de la turbiedad. CEPIS, (2004).
Dixido de cloro El dixido de cloro (ClO2) es un desinfectante cuya
capacidad biocida sobrepasa a la del cloro y sus derivados. Debido a
sus cualidades oxidantes selectivas, su aplicacin es una alternativa a
ser considerada donde adems de la desinfeccin se requiere mejorar
la calidad organolptica del agua. Tiene un gran efecto en el control
del sabor y el olor, as como para destruir sustancias orgnicas que
proporcionan color o que son precursoras de trihalometanos (THM).
CEPIS, (2004).
Mtodos alternativos y desinfeccin especiales y de emergencia: Son
aquellos que han sido utilizados en situaciones especiales (por
ejemplo, en emergencias y desastres) o los que estn en etapa de
experimentacin o desarrollo, o que por solo una o dos razones
especficas (por ejemplo, costo o limitacin del caudal a tratar) son
buenas pero no ocupan la primera lnea. Dentro de las ms
importantes se tienen: la desinfeccin con bromo, desinfeccin con
plata, desinfeccin con yodo, desinfeccin con cloruro de isocianurato
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de sodio, desinfeccin con mezcla de gases oxidantes y los mtodos
de desinfeccin sinrgicos. CEPIS, (2004).
2.2.7 Tecnologas no convencionales utilizadas en el proceso de
potabilizacin.
En general, los procesos convencionales no tienen como objetivo la
eliminacin de sustancias disueltas o gases. Cuando se presentan estos
problemas, se dispone de otras operaciones unitarias que son las
tecnologas no convencionales, entre ellas estn: el ablandamiento, la
aireacin, el carbn activado y la smosis inversa.
Ablandamiento
Es un proceso cuya funcin es eliminar la dureza, causada por iones
metlicos divalentes, principalmente Ca+2 y Mg+2. La dureza del agua es
consecuencia del contacto con los suelos y rocas, en particular la piedra
caliza, en presencia de CO2. Rara vez es necesario el ablandamiento para
aguas superficiales (donde una dureza mayor de 200 mg/L es poco comn),
pero en ocasiones es deseable para aguas subterrneas (donde se observan
durezas superiores a los 1500 mg/L). El agua dura es aceptable para
consumo humano, pero puede no ser aceptada para uso industrial en razn
de los problemas de formacin de incrustaciones que causa en las calderas y
tuberas. (Glynn y Gary, 1999)
Entre los mtodos disponibles para ablandar el agua dura estn:
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Ablandamiento con cal: Consiste en aadir cal (CaO) al agua, para
que esta se hidrate y se convierta en hidrxido de calcio (Ca (OH)2),
est a su vez elimina la dureza carbnica convirtiendo el bicarbonato
de calcio CaHCO3 soluble, en carbonato de calcio (CaCO3) insoluble,
y el bicarbonato de magnesio (MgHCO3) soluble en carbonato de
magnesio MgCO3 insoluble. Este carbonato de magnesio (MgCO3)
soluble precipita despus como hidrxido de magnesio (Mg(OH)2) y
carbonato de calcio (CaCO3) con la adicin de mas cal.
De acuerdo con CEPIS (2004), existe una gran variedad de tecnologas que
utilizan el cal para la eliminacin de dureza estas son:
Ablandamiento con exceso de cal: Este tratamiento se utiliza para
realizar un reblandecimiento parcial unido a una disminucin
sustancial del nmero de bacterias, por ejemplo, hay aguas crudas de
una dureza de alrededor de 45 partes/100000 y que contienen bacillus
coli detectables en un centmetro cbico de agua. Primero se
almacena 8 o 9 das el agua y luego se trata con hidrxido de calcio y
sulfato alumnico (la dosificacin se hace con un exceso de cal que
asciende a partes de hidrxido de calcio en 100000 partes). Una vez
que se ha depositado el sedimento, el exceso de hidrxido de calcio
se elimina tratndolo con dixido de carbono con lo que se forma el
carbonato de calcio que precipita y se elimina por medio de filtracin
rpida. Se representa mediante la ecuacin qumica:
Ca (OH)2 + CO2 --------> CaCO3 + H2O
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Como resultado de este tratamiento la dureza del agua se reduce a 10
partes/100000 y no se ha encontrado en muestras de 100 centmetros
cbicos de agua al Bacillus coli.
Ablandamiento con cal sodada (hidrxido de calcio + carbonato de
sodio); este es el mtodo qumico ms importante para el
ablandamiento del agua. En este proceso las sales solubles se
transforman qumicamente en compuestos insolubles, que son en
parte precipitados y en parte filtrados. Generalmente es necesario
agregar los reactivos, uno para eliminar la dureza temporal provocada
por el carbonato cido de calcio y a las sales de magnesio, y el otro
reactivo, para eliminar la dureza permanente originada por el sulfato
de calcio. En el proceso de la cal sodada se agrega al agua una
suspensin lechosa de cal (hidrxido de calcio) en cantidad necesaria
junto con una cantidad de solucin de carbonato sdico y se precipita
el carbonato de calcio formado, de acuerdo a la ecuacin qumica:
2Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2 2 CaCO3 + Mg (OH)2 + 2 H2O
La reaccin entre el hidrxido de calcio y el bicarbonato de magnesio
produce el carbonato de magnesio que precipita y se representa
mediante la ecuacin qumica:
Ca (OH)2(aq)+ Mg(HCO3)2(aq) 2MgCO3(S) + CaCO3 + 2 H2O(L)
La reaccin entre el sulfato de magnesio y el hidrxido de calcio
produce el sulfato de calcio que precipita y el hidrxido de magnesio
que genera dureza permanente, se representa mediante la ecuacin
qumica:
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MgSO4 + Ca (OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4
A pequea escala, los bicarbonatos solubles pueden eliminarse
agregando amonaco o hidrxido de sodio, de acuerdo a las
ecuaciones qumicas:
Ca(HCO3)2(aq)+2NH4OH(aq) CaCO3(S)+(NH4)2CO3(aq) +2 H2O(L)
Ca(HCO3)2(aq)+2NaOH(aq)CaCO3(S) + Na2CO3(aq) + 2 H2O(L)
Puede observarse que el hidrxido de calcio elimina los bicarbonatos
solubles de calcio y de magnesio completamente, pero la dureza
originada por el bicarbonato de magnesio produce un equivalente de
sulfato de calcio. La dureza permanente del agua debida a la
presencia del sulfato de calcio se elimina con la adicin de carbonato
de sodio y la reaccin que ocurre entre el sulfato de sodio y el
carbonato de sodio produce el carbonato de calcio que precipita y el
sulfato de sodio. Agregando un exceso de carbonato de sodio del
necesario tericamente, se logra la eliminacin ms rpida y de
manera ms completa la dureza permanente del agua. Se representa
mediante la ecuacin qumica:
CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4
La dureza generada por el carbonato de magnesio no puede
eliminarse por calentamiento debido a que no precipita completamente
porque es ligeramente soluble-
Ablandamiento del agua con carbonato brico y cal: Esta modificacin
al proceso de la cal sodada se utiliza tanto para ablandar el agua
como para reducir la cantidad de slidos disueltos. En este proceso la
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dureza temporal y las sales de magnesio se eliminan por la accin de
la cal. La reaccin entre el carbonato de bario y el sulfato de calcio
produce el carbonato de calcio y el sulfato de bario los cuales son
insolubles y precipitan, segn la ecuacin qumica:
BaCO3 + CaSO4 -------> CaCO3 + BaSO4
Cuando se utiliza el carbonato de sodio pasa a la solucin un
equivalente sulfato de sodio correspondiente al sulfato de calcio
eliminado.
Ablandamiento del agua por zeolitas: Este mtodo sirve para eliminar
dureza del agua y los constituyentes formadores de incrustaciones
pero no reduce la cantidad total de slidos disueltos, puesto que se
forman carbonato y sulfato de sodio equivalentes a las sales
productoras de dureza eliminadas. La palabra zeolita se aplica a un
grupo de minerales que son esencialmente silicatos hidratados de
aluminio, calcio, sodio, potasio o hierro. Las zeolitas que se utilizan
para el ablandamiento de aguas son las de silicatos de aluminio y
sodio, tanto naturales (natrolita y analcina) como sintticas que tienen
la propiedad de poder cambiar sus bases. Los iones aluminio y
potasio sustituyen al ion silicio. El in aluminio toma el lugar del in
silicio en el centro de un tetraedro del in silicato y el in potasio (que
es monovalente) se coloca en algn lugar cercano en un orificio de la
estructura cristalina. La natrolita, Na2(Al2Si3O10)2.H2O, y las zeolitas
sintticas se caracterizan por tener una estructura porosa a travs de
la cual puede pasar la molcula de agua con relativa facilidad. La
zeolita natural se obtiene a partir de la glauconita que es un silicato
amorfo hidratado de hierro y potasio que casi siempre contiene calcio
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y magnesio. Las zeolitas naturales no son muy reactivas comnmente
pero son ms estables que las sintticas.
Intercambio de iones o intercambio inico: Consiste en un intercambio
de iones entre la sustancia que desea remover y un medio slido a
travs del cual se hace pasar el flujo de agua. Este es el caso del
ablandamiento del agua mediante resinas, en el cual se realiza un
intercambio de iones de cal y magnesio por iones de sodio, al pasar el
agua a travs de un medio poroso constituido por zeolitas de sodio.
Cuando la resina se satura de iones de calcio y magnesio, se
regenera introducindola en un recipiente con una solucin saturada
de sal. El Intercambio inico convencional, es un proceso rpido y
reversible, la resina que debe ser regenerada peridicamente para
restaurarla a su forma inica original. (Un in es un tomo o grupo de
tomos con una carga elctrica. Los iones con carga positiva se
llaman cationes y son generalmente metales, los iones con carga
negativa se llaman aniones y son generalmente no metales). Existen
tres maneras en la cual la tecnologa de intercambio de iones puede
ser usada en el tratamiento de agua:
1. Resinas de intercambio de catin solas: Empleadas para
suavizar el agua por intercambio base.
2. Resinas de intercambio aniones solos: Utilizadas para escarbar
o eliminar nitrato.
3. Combinaciones de resinas de intercambios de cationes y
aniones: Utilizadas para eliminar virtualmente todas las
impurezas inicas presentes en el feedwater, un proceso
conocido como desionizacin. (CEPIS, 2004).
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Aireacin
Se utiliza para eliminar las cantidades excesivas de hierro y manganeso de
las aguas subterrneas. Estas sustancias causan problemas de sabor y
color, interfieren en el lavado de la ropa, manchan los accesorios de plomera
y favorecen el crecimiento de bacterias en tuberas. Al burbujear aire en el
agua, o al crear contacto entre el aire y el agua por aspersin, el hierro o
manganeso disuelto (Fe+2,Mn+2) se oxida a una forma menos solubles ( Fe+3,
Mn+4) que se precipita y se puede separar en un tanque de sedimentacin o
un filtro. La aireacin elimina tambin los olores que cusa el sulfuro de
hidrogeno (H2S). (Glynn y Gary, 1999).
Carbn Activado
Es un material muy absorbente que se utiliza en el tratamiento de agua para
extraer contaminantes orgnicos. La absorcin de gases, lquidos y slidos
por el carbn activado est influida por la temperatura y el H del agua. El
carbn activado en polvo se puede agregar al agua inmediatamente despus
de las bombas de cargas baja o en cualquier punto delante de los filtros. Este
material se ha utilizado principalmente para extraer sustancias orgnicas que
causan sabores y olores, sin embargo, a medida que crece la preocupacin
por la presencia de compuestos orgnicos txicos en el suministro de agua,
el papel de carbn activado granulado (fabricado a partir de antracita) habr
de adquirir mayor importancia. (Glynn y Gary, 1999).
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Osmosis inversa
Consiste en hacer pasar el agua dulce a travs de una membrana
semipermeable en sentido opuesto al que se presencia en la smosis
natural. Puesto que la membrana quita las sales disueltas, la aplicacin
principal de la smosis inversa se ha dado en la desalinizacin, sin embargo,
el proceso tambin elimina materiales orgnicos, bacterias y virus. (Glynn y
Gary, 1999).
2.2.8 Tecnologas o tratamientos recomendados para la eliminacin de
la contaminacin fecal.
Segn el manual CEPIS (2004), se recomienda los siguientes tratamientos
de aguas, para la eliminacin de la contaminacin fecal.
Tabla N II-5. Tratamientos recomendados segn el nivel de
contaminacion fecal.
Fuente [7]
Tipo de fuente de
agua Escherichia coli/100mL
Tratamiento
recomendado
Cuencas protegidas y libres
de contaminacin fecal
20 2.000 Filtracin y desinfeccin
Alta contaminacin fecal >2.000 20.000
Filtracin, desinfeccin mas
la adicin de un tercer
proceso
Muy alta contaminacin fecal >20.000 No recomendada como
fuente de agua
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2.2.9 Criterios de seleccin de las tecnologas
Los criterios de seleccin de tecnologas, son los requisitos exigidos
necesarios para llegar a la mxima optimizacin de los recursos productivos
y de servicios, trata de seleccionar las herramientas tecnolgicas de forma
racional y que se encuentre en armona con las necesidades ambientales y
humanas de la sociedad. A continuacin se presenta una lista de criterios, a
fin de que sirva como base de anlisis para la seleccin de la tecnologa ms
adecuada al sistema de potabilizacin. (CEPIS, 2004).
Grado de complejidad: La tecnologa seleccionada debe ser de simple
construccin, operacin, mantenimiento y reparacin.
Confiabilidad. El sistema debe tener un grado de confiabilidad
adecuado para cada componente del sistema. Si se establece un alto
grado de confiabilidad con recursos limitados, se obtendrn soluciones
muy costosas que solo pocos usuarios podrn afrontar.
Flexibilidad: La propuesta tecnolgica debe producir agua de calidad
ptima en forma continua, con un mnimo de operacin y de fcil
mantenimiento.
Tiempo y plazo: El proceso de construccin debe ser simple y
efectuarse en un plazo corto.
Disponibilidad de mano de obra: La construccin, operacin y
mantenimiento deben considerar la capacidad local existente para
ejecutar y dirigir las obras.
Costo: La tecnologa seleccionada debe garantizar un agua potable
ptima al menor costo posible.
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Accesibilidad: El grado de accesibilidad al servicio de agua potable
est directamente relacionado con la eficiencia de la seleccin
tecnolgica.
Uso de materiales locales: Siempre que sea posible, deben utilizarse
materiales locales, de tal manera que se logren soluciones de alta
tecnologa a bajo costo.
Exactitud de las estimaciones: Debe tenerse especial cuidado en la
elaboracin del presupuesto, sobre todo cuando la solucin
tecnolgica seleccionada necesita equipos y materiales de importacin
que elevan los costos.
Consideraciones polticas: Debe considerarse la conveniencia de
integrar el proyecto a los programas polticos existentes y su impacto
en las acciones gubernamentales y en la comunidad.
2.2.10 Mtodos analticos ms frecuentes para determinar las
necesidades de oxigeno de las aguas.
De acuerdo con Cern, Moreno y Olias (2005). Los mtodos ms importantes
son:
Oxgeno Disuelto (OD)
Es la cantidad de oxgeno disuelto en las aguas, expresada en mg/L. Los
anlisis de oxgeno disuelto deben efectuarse inmediatamente despus de
tomada la muestra y en el mismo lugar donde se recogi, pues de lo
contrario, pueden verse afectados los resultados.