¿Cómo se potabiliza el agua?

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Potabilización del agua

El tratamiento físico corrector consiste en eliminación de turbiedad y el color, es decir, la eliminación de materias en suspensión, finamente divididas, que no asientan fácilmente, acompañadas muchas veces de materias orgánicas coloidales y disueltas, que no son retenidas por la simple filtración. Para ello es necesario un tratamiento previo con coagulante químico, seguido de decantación o clarificación y luego filtración, a través de un manto de arena u otro material inerte y finalmente un tratamiento de desinfección, más o menos intenso, según el grado de contaminación. Eliminar o reducir la intensidad de los gustos y olores para lo cual se recomienda distintos procedimientos, que dependen de la naturaleza del problema, como ser aireación, carbón activado, uso de cloro u otros oxidantes, como el ozono, etc., y algunas veces combinando con tratamiento del agua natural con algún alguicida. El tratamiento corrector químico se refiere a la corrección del pH del agua, a la reducción de la dureza, a la eliminación de los elementos nocivos o el agregado de ciertos productos químicos, buscando siempre mejorar la calidad del agua.

La corrección del pH puede hacerse agregando cal o carbonato de sodio, antes o después de la filtración. La reducción de la dureza, puede hacerse por métodos simples (cal, soda, zeolita o resinas) o métodos compuestos (cal-soda, cal-zeolita, cal-resinas). La eliminación de elementos nocivos puede referirse a bajas los contenidos de hierro, manganeso, flúor, arsénico o vanadio. Por último con respecto al agregado de productos químicos, decimos que se refiere al agregado de flúor para prevenir caries.

El tratamiento bacteriológico se refiere casi exclusivamente a la desinfección con cloro, pudiéndose utilizar cloro puro, sales clorógenas o hipocloritos. Las dosis a utilizar se fijan en base al cloro residual cuyo valor debe estar entre 0,05 mg/L y 0,1 mg/L para quedar a cubierto de cualquier contaminación.

Proceso detallado de potabilización del agua

Los procedimientos necesarios para potabilizar un agua proveniente de una fuente superficial:

Captación: en esta etapa el agua se extrae desde las fuentes de agua naturales, que generalmente son los ríos, donde la misma se encuentra en estado crudo o natural.
Desarenador: al estudiarse una toma de agua debe evitarse al máximo el arrastre de arena. Si la condición local de la toma no lo permite, será necesario prever un desarenador. El desarenado tiene por objeto extraer del agua natural, la grava, arena, partículas minerales, más o menos finas, con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones y proteger las bombas contra la abrasión. El desarenado se refiere normalmente a la remoción de las partículas de 0.2 mm o más, una granulometría menor corresponde a los procesos de sedimentación simple.
Canalización: una vez que el agua haya sido captada, debe ser conducida hacia la planta potabilizadora. Para ello pueden utilizarse dos tipos de sistemas: aducción o impulsión. Aducción: el agua se transporta por gravedad (por su propio peso) ya que la fuente abastecedora está a un nivel más elevado que la planta potabilizadora. Impulsión: el transporte del agua se realiza mediante bombas, ya que la fuente está más baja que la planta.
Coagulación: cuando el agua a tratar contiene partículas muy finas o en estado coloidal, el empleo de la sedimentación simple resulta antieconómico o imposible porque permanencias elevadas no son económicas. Como ejemplo podemos mencionar que una partícula de arcilla de diámetro de 0,0001 m sedimenta con una velocidad de 0,000154 mm/seg y tardaría dos años en sedimentar 1 m. En estos casos, para la eliminación de la turbiedad se recurre al agregado de un producto químico, dando lugar a un proceso que se llama coagulación-floculación por el cual las partículas coloidales se aglutinan en flocs, de mayor peso que pueden sedimentar con facilidad. Este proceso se usa para: remoción de turbiedad orgánica o inorgánica que no puede sedimentar con rapidez, remoción de color, eliminación de bacterias, virus y organismos patógenos susceptibles de ser separados por coagulación, eliminación de sustancias productoras de sabor y olor. Los términos floculación y coagulación son frecuentemente usados como sinónimo, significando ambos el proceso de aglomeración de partículas. En realidad, ambos términos tienen distintos significados. Se denomina coagulación al proceso de adicionar productos químicos al (coagulantes) para reducir o anular las fuerzas que tienden a mantener separadas las partículas de suspensión. En cambio, floculación es la aglomeración de las partículas por un movimiento lento del agua, de forma de formar partículas de mayor tamaño (flocs) que puedan sedimentar por gravedad. El proceso de coagulación-floculación se realiza en la planta potabilizadora entre procesos separados:

Adición de coagulantes: donde los coagulantes metálicos sulfato de aluminio o sulfato ferroso deben aplicarse en solución. La solución puede prepararse de dos formas: a) Dosificando el polvo de manera continua en una tanque de hidratación desde donde la solución se lleva al punto de aplicación, se denomina dosificación en seco. b) Preparando la solución previamente y dosificándola por gravedad o por bombeo en su punto de aplicación, lo que se suele llamar dosificación húmeda. Para la determinación de la dosis óptima de coagulante a utilizar en la planta de potabilización, se puede utilizar 2 tipos de ensayos diferentes. El objetivo de estos ensayos es poder determinar la dosis que produce más rápida desestabilización de partículas coloidales y la que hace que se forme un floc pesado y compacto que sedimente más fácilmente: electroforesis y ensayo de coagulación-floculación (JARTEST). La electroforesis consiste en determinar la carga de las partículas coloidales. El aparato utilizado se llama zetámetro. Se determina en primer lugar el potencial z sobre el agua bruta, sin la adición de coagulantes. Luego se va midiendo con dosis crecientes hasta anular la diferencia de potencial lo que nos da la dosis de coagulante necesaria. El ensayo de coagulación y floculación (JARTEST) se realiza a una temperatura próxima a la que tendrá el agua realmente durante el tratamiento en la planta. Se utiliza un aparato que permite agitar simúltaneamente a una determinada velocidad el agua contenida en una serie de vasos. En cada vaso de un litro se pone el agua bruta a ensayar y una dosis de coagulante diferente. Primeramente, se agita a una velocidad de 100 rpm durante 20 a 30 segundos y luego 40 rpm durante 20 minutos. Luego se deja decantar y se observa cual es el vaso que mejor resultado tiene, es decir, que contenga el agua más clara. La dosis utilizada en ese vaso es la que debe usarse en la planta.
Dispersión del coagulante: como hemos visto, existen básicamente dos tipos de coagulación, la de absorción-neutralización, en la cual los imanes de Al+++ neutralizan las cargas de partículas (reducción del potencial z) y la de barrido, que se produce cuando hay precipitación de los hidróxidos de aluminio por sobresaturación del coagulante que atrapa e incorpora a los coloides en esta precipitación. La primera dura como máximo 1 segundo y la segunda se completa de 1 a 10 segundos. Vemos que para estos tiempos resulta necesario dispersar el coagulante en la masa de agua en el menor tiempo posible, para lo cual es necesario efectuar una agitación violenta. Los dispersores se clasifican en dos grupos: de acción hidráulica y de acción mecánica.
Aglomeración de partículas-Floculación: una vez dispersados los coagulantes hay que producir una lenta agitación en el agua para permitir el crecimiento del floc. Este crecimiento es producido por el contacto entre partículas debido al gradiente de velocidad. Tres características esenciales definen la floculación: la forma de producir la agitación, el gradiente de velocidad, el tiempo de retención o permanencia «P». Los objetivos que se persiguen con estas características son: reunir los microflóculos para formar las partículas mayores con peso específico superior al agua; compactar el floc, disminuyendo su grado de hidratación para aumentar su peso y facilitar su sedimentación.
Sedimentación: una vez floculada el agua el problema radica en separar los sólidos del líquido o sea las partículas coaguladas del medio en el que están suspendidas. Esto se puede conseguir dejando sedimentar el agua, filtrándola o ejecutando ambos procesos a la vez. La sedimentación o filtración deben considerarse como procesos complementarios. La sedimentación realiza la separación de los sólidos más densos que el agua y que tienen una velocidad de caída tal que puedan llegar al fondo del tanque sedimentador en un tiempo económicamente aceptable. La filtración en cambio separa aquellos sólidos que tienen una densidad muy cercana a la del agua, o que han sido resuspendidos por cualquier causa y que por lo tanto no quedan removidos en el proceso anterior.

Zona de sedimentación: factores que deben considerarse:
- Carga superficial: es la velocidad mínima de sedimentación que se espera que en promedio tenga un porcentaje de 70-98% de partículas en suspensión. La determinación de la carga superficial puede hacerse experimentalmente efectuando un ensayo de sedimentación.
- Período de detención y profundidad: el período de detención o permanencia es el tiempo máximo que la partícula con la mínima velocidad de sedimentación elegida, tarda en llegar al fondo. Por lo tanto, cuanto menor sea la profundidad, menor será el tiempo de detención. Este concepto es aplicable a los sedimentadores de alta velocidad (régimen laminar). Los sedimentadores horizontales no pueden construirse con profundidades pequeñas debido a que la velocidad horizontal no puede hacerse muy alta. Las profundidades varían entre 3 y 4,5 m. Tiempo de retención: t(hs)=V(m³)/Q(m³/hs)
- Forma de los sedimentadores: los más comunes son los rectangulares. La relación largo-ancho varía entre 4 y 5.
- Velocidad horizontal y relación largo profundidad: en los sedimentadores horizontales es conveniente que la velocidad sea la más alta posible para estimular la floculación, pero sin que perjudique la eficiencia. Si Q es el caudal, Vsc es la velocidad de sedimentación crítica (superficial) y Vh es la velocidad horizontal, será: Q=Vsc.Ah; Q=Vh.Av como Ah=L.A y Av=A.h resulta que L/h=Vh/Vsc
- Eficiencia: queda determinada por el grado de turbidez a la entrada y a la salida.

Filtración: es el proceso mediante el cual el agua es separada de materia en suspensión haciéndola pasar a través de un elemento poroso, generalmente arena. En síntesis, en la filtración se hace pasar agua a través de filtros de arena, en donde se eliminan los pocos flóculos o grumos que hayan quedado. Hay dos clases de filtros de arena: los de acción lenta y los de acción rápida, y estos últimos se dividen en filtros de superficie libre y filtros de presión. En los filtro de acción lenta, el agua pasa por gravedad a través de arena a baja velocidad. La separación de los materiales sólidos se efectúa al pasar el agua por los poros del material filtrante y al adherirse las partículas a los granos de arena. En los filtros de acción rápida con superficie libre, el agua desciende por gravedad a través de arena a una velocidad mayor. Es imprescindible el tratamiento previo con coagulante para sacar la mayor cantidad de sólidos en suspensión. El filtro se lava con una corriente de agua en sentido contrario al de filtrado, que expande el lecho y lleva al desagüe los sólidos acumulados. El resultado final de la filtración será un agua más clara, eliminando hasta un 95% de todos los microorganismos presentes.
Alcalinización: proceso químico para corregir el pH del agua mediante el agregado de álcali. El agregado de un producto químico coagulante genera acidificación del agua, por lo tanto resulta necesario añadir cal para convertir ese recurso natural en apto para el consumo humano. Tales efectos positivos para el consumo humano durante la potabilización, son producidos durante la alcalinización del agua, procedimiento físico químico que permite la neutralización de ácidos. Alcalinizantes: carbonato de sodio, hidróxido de sodio, hidróxido de calcio. Las dosis dependen del pHs (saturación) del agua y se determina experimentalmente. El pHs de saturación del agua es el pH en el cual el agua no actúa como corrosivo o incrustante.
Cloración o desinfección: es el proceso en el que destruyen los agentes microbianos que pudiesen estar presentes en el agua. Para ello pueden utilizarse diferentes productos químicos como: hipoclorito de sodio, hipoclorito de calcio, dióxido de cloro, ozono, etc. Este es el último paso en la potabilización del agua superficial. Cuando la fuente de agua es subterránea y proviene de pozos, el único tratamiento que requiere, generalmente, es la cloración. Esto se debe a que el agua suele ser más pura a grandes profundidades. La dosis del agente desinfectante debe ser la necesaria para realizar la desinfección y dejar disponible un efecto residual. El agua potable destinada al abastecimiento para el consumo debe tener una concentración de cloro residual libre en cualquier punto de la red de distribución de agua que se utilice de 0,3 y 0,5 mg/L con el fin de optimizar su productividad y efectividad, entendiendo que el cloro residual libre no es más que la cantidad de cloro que queda en el agua después de que el compuesto haya erradicado todas las bacterias, microorganismos patógenos en solución o suspendidos. Es decir, que la efectividad de la cloración es medida por la cantidad de cloro residual libre que queda en los tanques o redes de depuración. El cloro residual total es de suma importancia ya que va eliminando las bacterias o microorganismos que hay en las tuberías o redes de agua.
Almacenamiento y distribución: El agua tratada en las plantas potabilizadoras se almacena en cisternas y/o tanques elevados de la empresa, desde donde es distribuida por red a los domicilios.

Fuente: Wikipedia