PDF (I. Calidad del agua)
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• TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. 1 ------CAL 1DAD DEL AGUA ------- --- ---1 INTRODUCCION El término "calidad del agua" es una expresión de empleo muy generalizado cuyo espectro es de significado muy amplio. Cada uno de nosotros está interesado en el agua desde su especial punto de vista que puede implicar sus aplicaciones comerciales, industriales, recreativas, etc. Como las características deseables de un agua cualquiera varían según la utilización a la que quiera destinársela, frecuentemente existe una comunicación muy poco satisfactoria entre los usuarios del agua en todo lo que respecta a la calidad de la misma. Por ejemplo, puede ser que un ama de casa opine que el agua del abastecimiento público es de buena calidad, mientras que la industria cervecera sostenga exactamente lo contrario. Todos los empleos del agua deben subordinarse a la necesidad del hombre de disponer de un fluido sano para su consumo. El agua destinada a la bebO a y a la preparación de alimentos debe estar exenta de organismos capaces de producir en fermedades y de cualquier mineral y sustancias orgánicas que puedan producir efectos fisiológicos perjudiciales. Para fomentar el consumo de este líquido, el agua debe ser aceptable desde el punto de vista estético; por ejemplo, deberá estar exenta de turbiedad, color y olor perceptibles, as; como de cualquier sabor desagradable. El agua de bebida debe tener también una temperatura razonable. Este agua recibe la denominación de "agua potab1e", 10 que significa que puede consumirse en cualquier cantidad sin provocar efectos perjudiciales sobre la salud. 2 - CALIDAD DEL AGUA EN FUNCION DE SU UTILIZACION Desde el punto de vista del usuario, el concepto "calidad del agua" sirve para definir aquellas características químicas, físicas, biológicas o radiológicas que emplea como patrón para calibrar la aceptabilidad de un agua cualquiera. El usuario puede o no aceptar la calidad de un agua cruda (agua sin tratar) y, en el caso de que ésta no sea satisfactoria, puede diseñarse una planta de tratamiento que produzca un agua de calidad aceptable. Por consiguiente, el término "calidad" debe considerarse con relación al empleo a que el agua se destina. Se \ 1 UNlvtK~lUAU NACIONAL - FACULTAD DE Ingo. Jorge Arturo Pérez P. ~INAS TRATAMIENTO DE AGUAS puede hablar de un agua de calidad mala, mediana o excelente desde un punto de vista puramente personal. Se debe dar preferencia al agua destinada al consumo humano, al que seguirán todas las demás aplicaciones, cuando se trata de diseñar una planta de potabilización municipal. 3 - PARAMETROS DE CALIDAD DEL AGUA El factor que más importancia tiene en la selección de los procesos que deben ser utilizados en la potabilización del agua es s~ calidad, tanto del agua cruda, esto es, el agua que llega a la planta como del producto final, agua tratada. 3.1. Calidad Del Agua Cruda: El a9ua absolutamente pura no se encuentra en est! do natural, conteniendo sustancias tanto en solución como en suspensión, dependiendo de sus orígenes así como de las cara~ terísticas del medio en que se encuentra. Las características de las aguas superficiales difieren de cuenca en cuenca y son totalmente diferentes de las características de las aguas subterráneas. Para obviar este problema se señalan calidades de agua cruda con límites de contaminantes o constituyentes, de acuerdo a sus facilidades de remoci6n con tratamiento muy simple, normal o especial. La calidad del agua cruda está definida con base en las siguientes características: 3.1.1 Características Físicas 3.1.2 Características Químicas 3.1 . 3 Características Bacterio16gicas 3.1.1 Características Físicas: a b c d Turbiedad Color Olor y sabor Temperatura 2 TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVeRSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. a Turbiedad: Definición: Característica que hace aparecer el agua como turbia o barrosa. Resistencia a que la luz pase. Origen: Partículas suspendidas que van desde el tamaño coloidal hasta arena gruesa, cuya presencia depende del grado de turbulencia del agua: En un lago: la turbiedad es debida a partículas colidales (tamaño < lO-3mm) En un río: la turbiedad es debida a arena principalmente. Mineral: Li~os, arcillas, etc. La naturalefa de dichas partículas \Orgánico: residuos vegetales, microorganismos, etc. Causas: Son muy variadas: - Erosión causada por las corrientes. Desechos domésticos. Desechos industriales. Crecimiento de microorganismos, que se alimentan de la materia . organlca. - Otras causas menores. ~ Debido a la naturaleza tan variada de las partículas que producen turbiedad, es difícil establecer una regla fija para removerla. Significado Sanitario: La turbiedad es importante considerarla en aguas de abastecimiento público por las siguientes razones: - Estética: No hay correlación entre la turbiedad y el grado de contamina ción, pero el consumidor rechazará un agua que tenga mal aspecto, o sea que es necesario que el agua sea estéticamente atractiva. - Filtrabllidad: La filtración del agua es más difícil de ejecutar y más co~ tosa cuanao la turbiedad aumenta. El grado de turbiedad, entre otras cosas, determina el uso de filtros lentos de arena o filtros rápidos cuya efectividad depende de la remoción de turbiedad por medio de la coagulación química, antes de pasar el agua a los filtros. 3 TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVtKSIDAD NACIONAL - FACULTDA DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. - Desinfección: La desinfección del agua es efectuada, para abastecimiento público, por medio de cloro u ozono. La efectividad de estos depende del tiempo de contacto con los microorganismos. En las partí cu1as de turbiedad los microorganismos encuentran refugio contra los agentes desinfectantes, 10 que incide en los costos de tratamiento. Unidad standar de turbiedad La unidad de turbiedad es la turbiedad producida por un miligramo de Si02 (Sílice) en un litro de agua destilada. La turbiedad se expresa en unidades de turbiedad [U.T] Métodos de Determinación Para medir la turbiedad se emplean aparatos llamados turbidímetros o por comparación visual. Los turbidímetros son aparatos de patente siendo los más utilizados el Jackson, el Hel1ige y el Bay1is, los cuales miden indir~ctamente la turbiedad con ayuda de una curva de calibración típica. Por comparación visual la turbiedad es determinada preparando patrones de con tenido de turbiedad conocido los cuales se comparan con la muestra. Aplicación de los Datos de Turbiedad Son de especial importancia en el campo del abastecimiento de agua. Son moderadamente importantes en el tr.atamiento de desechos industriales y domésticos. Básicamente su importancia es la siguiente: - El rango de variación de la turbiedad del agua cruda, conjuntamente con otras propiedades, determina el tipo de tratamiento que es necesario hacer al agua antes de darla al consumo público. - Sirve además para determinar la eficiencia del proceso de f1ocu1ación, se 4 ,- TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. • gún el coagulante empleado . • - Sirve para controlar el proceso de filtración. - En tratamiento de desechos domésticos e industriales, la determinación de la turbiedad antes y después del tratamiento, da el grado de eficien cia del proceso empleado. Límite de Turbiedad para Agua Potable Consultar la Tabla NO.2. b Color Gran parte de las aguas superficiales, particularmente las que provienen de zonas pantanosas, son coloreadas en grado tal que no son aceptables para uso doméstico e industrial, sin un previo tratamiento para remover el color. De fin i ción: Característica que nace aparecer el agua coloreada. Origen: Por el contacto del agua con desechos orgánicos tales como hojas, m~ dera, etc., en varios estados de descomposición. El hierro presente en muchos compuestos produce un color muy resistente. Se puede deber además a desechos industriales que llegan a las corrientes o lagos. Clasificación: Orgánico: Color debido a materia orgánica. Clases Inorgánico: Color debido a materia inorgánica. Tipos Verdadero: Color de la muestra después de que se asientan las partículas en suspensión. (debido a materia coloidal prov~ niente de extractos vegetales y orgánicos). Aparente: Color de la muestra antes que se asienten las partículas en suspensión.(co1or debido a Mat. suspendidoJ. 5 TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. Significado Sanitario: No existe correlación entre el color y el grado de contaminación. pero el usuario asocia el color (que si es de origen natural es amarillo-café, pareci do a la orina) con la contaminación. En todo caso el agua debe estar libre de color para que sea agradable a la vista. Para ciertas industrias el color es objetable. Unidad Standar de Color: La unidad de color es la que se obtiene agregando un mg rlP platino como cloro platino de potasio (C16 Pt K2) a un litro de agua destilada. El color se expresa en unidades de color [U.C]. Métodos de Determinación: Se han desarrollado instrumentos de medida que eliminan la preparación de patrones, reemplazándolos por vidrios coloreados. Los aparatos en cuentión son llamados colorímetros, siendo los más utilizados: - Agua testar Hellige: disco comparador de color (aparato de patente). - Espectronic 20: aparato de patente que mide la luz transmitida. - Fotocolorímetro Hach: aparato de patente que mide la luz transmitida. En ausencia de estos aparatos, se emplean soluciones patrones: Se hace compara~ do patrones prefabricados de contenido de color conocid0 7 con la muestra de agua. Aplicación de los datos de Color Además de los conceptos anteriormente mencionados que se referan más que todo alagua para consumo doméstico, hay que tener en cuenta que muchas industrias (caso textilerías) requieren un agua libre de color. Cuando se quiere seleccionar una fuente es necesario determinar el color 6 pue~ TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. to que aquel puede llegar a hacerla inexplotable por lo costoso que resultaría el proceso de remoción del mismo. El rango de variación del color del agua cruda, conjuntamente con otras propiedades, define el tipo de tratamiento que es necesario efectuar . • El color, como se explicará más adelante, es removido por coagulación y por filtración (el color natural es causado, en agua cruda, por partículas coloidales cargadas negativamente). El control del color en el agua cruda y posteriormente coagu1ada,optimiza el tipo y la cantidad de coagulante utilizado. Límite de Color para Agua Potable: Consultar la tabla NO.2. c Olor y Sabor • La dificultad de diferenciar entre el olor y el sabor por estar éstos sentidos intimamente 1igadosy además por seguridad, han hecho que 10 que se determine comunmente sea el olor. Origen: Los materiales contaminantes pueden ser: - Descargas de desechos domésticos. Descargas de desechos industriales. Organismos microscópicos vivos. Algas, hongos. Vegetación y materia orgánica en descomposición. Significado Sanitario: Las aguas con sabores y olores desagradables son inapropiadas para efecto de: 7 TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. - Uso doméstico en general. - Procesos Industriales • Cervecerías Embotelladoras Lecherías, etc. UnidadEstandar de Olor y Sabor: Se utiliza la unidad de "010r Incipiente", que se consigue calibrado la sensibilidad de diferentes individuos. La unidad de olor incipiente es 1/8 mg/1itro de alcohol n-butílico. Métodos de Determinación: Lo realiza un individuo experimentado~que con la ayuda de una tabla relaciona las unidades de olor incipiente~con una concentración en miligramos por litro de una determinada sustancia. Aplicación de los Datos de Olor y Sabor: Las siguientes son las principales aplicaciones: - Son útiles como una comprobación de la calidad del agua cruda y del agua tratada. - Para el control de olor en las diferentes unidades de una planta potabili zadora. - Determinación de la dosis óptima de químicos conveniente. - Determinación de la efectividad de los diferentes tratamientos. - Medio para definir la fuente de contaminación. Límites de Sabor y Olor para Agua Potable: Consultar la tabla NO.2. d Temperatura Aplicación de los Datos de TemE~r~tur~: 8 UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS 1ngo. Jorge Arturo Pérez P. TRATAMIENTO DE AGUAS En aplicaciones industriales es importante para calcular la transmisión calorífica ( enfriamiento o calefacción) 1 o para definir su aplicabilidad en los diferentes procesos. En términos generales, a mayor temperatura, mayor actividad de los microorganismos aeróbicos con la consiguiente disminución de la cantidad de oxígeno di suelto en el agua. Además, a mayor temperatura, menor es la cantidad de oxíg~ no disuelto en el agua, para presión constante. Lo anterior hace que se presenten condiciones anaeróbicas, o sea condiciones sépticas que conllevan malos olores y sabores. Una temperatura alta produce además: - Mal gusto al agua. - Aumenta la corrosión de tuberías. - Influye los procesos de tratamiento. 3.1.2 Características Químicas: a Potencial Hidrógeno Definición: Es un término usado universalmente para expresar la intensidad de las condiciones ácidas o básicas de una solución cualquiera, en nuestro caso del agua. Es la forma de expresar la concentración del ión hidrógeno: El agua se compone de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno pero tiene la propiedad de ionizarse así: H20 4--~ H+ + OHDe acuerdo con la ley de la acción de las masas, la concentración de iones [OH-J y [ H+ ] con respecto a la concentración de [H 20] es igual a una constante para cada temperatura, de acuerdo a la expresión: [OH-] [H+J = K (1) [H20] [ ] concentración en moles/ litro 9 • TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS lngo. Jorge ARturo Pérez P. Como la concentración de [H 20] es sumamente grande en comparación con la con centración de [OH-J o [H+J, se puede considerar como constante y la ecuación (1) puede se escr ita: Kw = constante de ionización del agua. o Para agua pura a 25C se encontró, por medio del electrodo de hidrógeno, que 7 el agua al ionizarse produce 10- moles/litro de [OH-J y de [H+J .: [H+] [OH-] - 10- 7 X 10- 7 = 10- 11¡ Si un ácido es agregado al agua, este se ioniza y la concentración de la espe cie [H+] aumenta y por tanto la concentración de [OH-J disminuye. Por ejemplo, si el ácido agregado hace que la concentración de iones [H+] aumente a 10- 3 , la concentración de [OW] disminuye a 10- 1 ~ Es importante anotar que ni la concentración de [H+] ni la de [OW] puede 11~ gar a ser igual a cero. La expresión de la concentración del ión [H+J en términos de la concentración molar es escasamente utilizado. Para obviar este problema se recurrió a la utilización de logaritmos (Sorenson 1909), quien propuso expresar tal valor en términos del logaritmo negativo y designar tal valor como pH, esto es: pH = - log [H+] Se constituyó entonces la escala de pH con un rango de O a 14, con pH=7 representando la neutrali.dad absoluta ( [OH-]=[H+J ). 1< I O ~ rango ácido ",1<; rango básico mas ácido mas básico 7 , ~ ~ Escala de pH 10 >1 ~ I 14 • TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS In90. Jorge Arturo Pérez P. Método de Determinación: - Método co10rimétrico: Basado en el uso de indicadores como la feno1fta1eína, rojo de metilo, anaranjado de metilo, e c. - Método electrométrico: Basado en mediciones de corriente y potencial mediante aparatos como el "pHchímetro", Potenciómetro, el Espectronic 20, etc. ~ortancia Sanitaria: Los datos de pH dan el valor de la concentración del ión [H+] y por consiguie~ te el grado de acidez o de alcalinidad que pueda tener el agua. Es importante aclarar que el pH no mide ni la acidez total ni la alcalinidad total y que, solamente, sirve para saber si un agua definitivamente no ti~ ne acidez o no tiene alcalinidad o si coexisten ambas y, además, como se aclara posteriormente, qué tipo de acidez o de alcalinidad predomina y cuáles son los compuestos a utilizar (titu1adores) para determinar cuantitativamente el grado de acidez o alcalinidad. Por otra parte, el pH es importante porque influencia los procesos de tratamiento, tanto los de agua potable como los de agua residual. En la potabiliz~ ción del agua, interviene en la coagulación-f1ocu1ación, la desinfección, el ablandamiento y el control de corrosión. En aguas naturales el pH está entre 6.5 y 9, generalmente. b AciElez • Definición: Capacidad de neutralizar iones[OW] y/o la presencia de iones [H+]. Origen: La mayoría de las aguas naturales están acidificadas principalmente debido a la presencia de ~02 (Dioxido de Carbono). C02 + H20 > H C0 2 3 ~ H+ + HC0 3t. . ._ _ __ comunica acidez. 11 TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. No obstante no se descarta la posibilidad de acidez debido a ácidos minerales como el A. sulfúrico, A. nítrico, A. Fosfórico, etc., sobre todo en aguas co~ taminadas. Por ejemplo, A .Sulfúrico: H2S04 >H+ + S04 = t comunica acidez. El C02 está presente en la atmósfera y puede entrar en el agua por absorción cuando la presión parcial del CO 2 en el agua es menor que la presión parcial del C02 en la atmósfera o puede salir del agua en caso contrario, de acuerdo a la ley de Henry. El C02 también puede ser producido en las aguas por oxida ción biológica de materia orgánica, particularmente en agua poluída. Las aguas subterráneas contienen C02 en mayor proporción que las superficiales y es común encontrar valores de 30 a 50 mg/l de CO 2. Acidez y relación con el pH: Supongamos se toma agua destilada, pH 7 Y se i~ yecta C02 el pH baja, pero llega un punto en que el pH no baja más por C02 adicional que se inyecte. Esto es, el agua se satura de C02' Esto ocurre cua~ do pH = 4,5. Supongamos ahora que se-toma una muestra que contiene un ácido mineral, pH < 4,5, y se titula con una base; dicha neutralización se consigue cuando la cantidad de base es igual a la cantidad de ácido. Lo que ocurre cua~ do el pH de la muestra ha subido por los lados de 4,3 a 4,5. Supongamos por último que se toma una muestra que contenga ' acidez tanto debida al C02 como a un ácido mineral. Al agregarse una base se consigue la neutralización total cuando el pH de la muestra se encuentra por los lados de 8,3 a 8,5. Todo lo anterior ha sido hallado experimentalmente. Dicho en otras palabras, si una muestra tiene en pH > 8,5 no tiene acidez; si tiene un pH < 8,5 tiene acidez. Si 4,5 < pA < 8)5 tiene acidez debido a C02 solamente. Si el pH < 4,5 tiene a cidez mineral y de C02 o acidez mineral solamente. ----------r-------------------~-----------7 Escala de pH 4,3 a 4,5 8,3 a 8,5 ~~----~~~~<--------~~~--~~~~----~~7 Acidez mineral y de C02 Acidez solaAcidez cero mente de o Acidez mineral solamente 12 TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. Es acostumbrado considerar que todas las aguas que tengan un pH < 8.5 contie nen acidez. Importancia Sanitaria de la Acidez: La acidez CO 2 tiene poca importancia desde el punto de vista de la salud pública. El C02 que contiene una bebida carbonatada es, por volumen, mucho mayor que el que contiene cualquier agua natural, sin que esto presente problemas a la salud. La acidez mineral en altas concentraciones destruye la flora acuática. La acidez comunica al agua un alto poder corrosivo que destruye equipos de la planta, tuberías en general, aparatos sanitarios, grifería, etc. Cuando se van a utilizar procesos de tratamiento biológicos, el pH debe ser mantenido entre 6 y 9~5. El cálculo de la cantidad de químicos necesarios p~ ra lograr este ajuste de pH, está basado en los valores de la acidez. Método de Determinación: Por titulación con una base (NaOH: hidróxido de sodio) Para determinar la acidez total se emplea como indi cador la fenolftaleina. Para determinar la acidez mineral se emplea como indicador el anaranjado de metilo. La acidez debida a C02 se encuentra por di como CaC03' ferencia. Se expresa en mg/l Aplicación de los Datos de Acidez: Cuando se busca una fuente de suministro, es necesario considerar la cantidad de acidez para considerar los costos de remoción, ya sea por aireación o neutral i zación. Los desechos industriales que contienen acidez mineral deben de botarse a una corriente. t~atarse antes e Alcalinidad Definición: Capacidad del agua para neutralizar ácidos y/o la presencia de iones [OH-J , [C0 3=J o [HC03-J Origen: La alcalinidad de las aguas naturales es debida principalmente a las 13 • TRATAMIENTO DE AGUAS UNiVtRSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. sales de ácidos débiles, aunque también contribuyen baees débiles y fuertes. El bicarbonato representa la mayor forma de alcalinidad puesto que éste se forma de la acción del bióxido de carbono (C02) sobre los componentes básicos del suelo, como por ejemplo, con el carbonato de calcio: - 2Hf03 ión bicarbonato, comunica alcalinidad Al disolverse el bióxido de carbono, C02, en el agua, se origina ácido car bónico, H2C03, el cual al disociarse, produce ión bicarbonato e ión carbonato, de acuerdo a las siguientes reacciones: H2C03 -~> H+ + HC0 3(12 disociación) ió~ bicarbonato, comunica alcalinidad HC03 --~> H-t. + CO 3 = (2 2 disociación) \ón carbonato, comunica alcalinidad Se dice entonces que el agua tiene lIalcalinidad bicarbonato o lIalcalinidad carbonato según el caso. ll ll , Hay otros tipos de sales de ácidos débiles que comunican alcalinidad al agua como por ejemplo los fosfatos, silicatos, boratos, etc. los cuales exi~ ten en cantidades tan pequeoas que no tienen significado y pueden ser ;gn~ radas. La alcalinidad también se debe a bases fuertes que llegan a las aguas naturales por múltiples motivos, como por ejemplo contaminación por desechos i~ dustriales, y en este caso, se denomina lIa1calinidad hidróxido o IIA1ca1ini dad [OH J Por ej emp lo: ll 11 • Na OH-~> Na + + lon Soda cáustica ,~rh ,'d rOXl ~ 'd o, 14 comunica alcalinidad _. UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. TRATAMIENTO DE AGUAS Importancia Sanitaria: - El agua presenta sabor muy desagradable con alcalinidad muy alta. - Hay precipitación de sales de calcio en tuberías, lo cual reduce su capacidad hidráulica con el tiempo. - Puede producir un pH inadecuado para ciertos tratamientos biológicos. ' (En tratamiento de aguas residuales un pH > 9~5 es inadecuado para las bacterias que realizan el proceso). Método de Determinación: la alcalinidad es medida volumétricamente mediante titulación con ácido sulfúrico, H2S04, utilizando como indicador la fenolftaleina o el anaranjado de metilo. la concentración de alcalinidad se expresa en mg/l como CaC03' (carbonato de calcio ó cali za) . En el tema siguiente, dureza, se aclarará b expresión de la concentración co mo carbonato de calcio. Alcalinidad y Relación con el pH: Experimentalmente se ha encontrado, por ti tulación, que toda la alcalinidad hidróxido se neutraliza cuando el pH desciende hasta 10, y que el carbonato se co~ vierte en bicarbonato cuando el pH desciende hasta 8,3 y además que toda la alcalinidad es neutralizada cuando el pH desciende a 4,5. La cantidad de ácido requerida para reaccionar con toda la alcalinidad es, estequiométricamente, la "alcalinidad total". En un análisis completo de aguas es deseable determinar, además de la alcalinidad total, las clases y cantidades de alcalinidad presentes, dato importante sobre todo para ablandamiento yagua de calderas. Cinco situaciones de tipos de alcalinidad pueden presentarse: - Alcalinidad hidróxido solamente: Una muestra que contenga unicamente alcalinidad hidróxido tiene un pH > 10 usualmente. la titulación se realiza con indicador fenolftaleina. En este caso: A.H - F; A.e = O; A.B = O 15 UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. TRATAMIENTO DE AGUAS - Alcalinidad Carbonato solamente: Una muestra que contenga alcalinidad carbonato unicamente tiene un pH de 8,5 6 mayor. La titulaci6n con fenolftaleina es exactamente igual a la mitad de la titulación total. En este caso: AC = 2F; AH = O; AB = O. - Alcalinidad Hidróxido - Carbonato: Una muestra que contenga alcalinidad hidróxido y carbonato, tiene un pH » 10. La titulación desde el punto final de la fenolftaleina hasta el punto final del anaranjado de metilo representa la mitad de la alcalinidad carbonato. En este caso: 1/2 AC + AH = F; T = AH + AC ; 2F - T > O - Alcalinidad carbonato y bicarbonato: Una muestra q~e contenga alcalinidad carbonato y bicarbonato tiene un pH > 8,3 Y usualmente pH < 11. La titulación al punto final de la fenolftaleina representa la mitad de la alcalinidad carbonato. En este caso: AC = 2F; (T - F) = 1/2 AC + AB T - 2F = AB; T- 2F > O - Alcalinidad bicarbonato solamente: Una muestra que contenga alcalinidad bicarbonato solamente tiene usualmente un pH < 8,3. En este caso: AB = T; AC = O; A.H = O. TABLA DE RELACION DE ALCALINIDAD (como Ca C0 3 ) Resultado de la titulación Alcalinidad Hidróxido A.H. F=O F < 1/2 T F = 1/2 T F > 1/2 T F=T O O O 2F - T T Alcalinidad Carbonato A.C. O 2 F 2 F 2( T-F ) O Alcalinidad Bicarbonato A.B. T T- 2 F O O O F = Alcalinidad Fenolftaleina T = Alcal in idad total (Fenolftaleina + Anaranjado de Metilo) • 16 UNIVtKSIUAU NACIONAL - FACULTAD DE MINAS TRATAMIENTO DE AGUAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. Aplicación de los Datos de Alcalinidad: Cuando son utilizados productos quí micos (p.e Alumbre) para la coagul~ ción del agua, la alcalinidad actúa como un estabilizador produciendo un pH donde el coagulante puede ser efectivo debido a que para ese valor de pH la alcalinidad junto con el coagulante forma un producto estable que favore ce la coagulación: Ca 1 : Ca ( OH) 2 -70> Ca ++ + 2( OH f < A. H. La aguas de residuos industriales que contengan alcalinidad cáustica no deben botarse a las corrientes sin previo tratamiento. (Produce alcalinidad hidróxido, tipo sumamente peligroso en altas concentraciones). En control de corrosión: Los ácidos en el agua liberan H+ y el agua se torna agresiva. Para controlar 10 anterior se agrega alcalinidad, por ejemplo agregando car bonato de sodio: CO 3tcontrarresta los iones H+ Además cuando la alcalinidad pasa de cierto límite se precipitan carbonatos, formándose una película que protege la tubería. En tratamientos biológicos: Para que no se produzcan descensos en el pH para la supervivencia de los microorganismos. En ablandamiento de Aguas: Para conocer la dureza total y las clases de dureza,se debenhacer análisis de alcalinidad conjuntamente con otros análisis, con el objeto de buscar el mejor tratamiento de ablandamiento del agua. Límites de Alcalinidad: - A.H = O en aguas domésticas, por su carácter extremadamente corrosivo. El problema se trata agregando CO 2 : A.H + CO 2 -~>HC03- (bicarbonato) 17 . - TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. • - A.C < 120 mg/l como Ca C0 3 - A.S < 250 mg/1 como Ca C0 3 En aguas de consumo doméstico. Mayor concentración neutraliza los ácidos gástricos. d Dureza Definición: Un agua dura es aquella que consume una gran cantidad de jabón ante r de formar una espuma estable o produce incrustaciones cuan do se incrementa la temperatura del agua, por ejemplo en calderas. Origen: El jabón se precipita principalmente por los cationes de calcio y de magnesio que comunmente se presentan en las aguas naturales debido a las formaciones geológicas por las cuales transita el agua, pero igualme! te puede precipitarse por los iones de otros metales polivalentes como hierro, aluminio, magnesio, estroncio y zinc, pero por encontrarse estos en tan pequeñas cantidades, se considera que la dureza del agua se debe solamente a los cationes de calcio y de magnesio. Importancia Sanitaria de la Dureza: No se ha encontrado ninguna correlación entre las aguas con alto contenido de dureza y daños al organismo. Los problemas más bien son de tipo doméstico e industrial: La dureza impide la formación de espuma del jabón y causa gran desperdicio del mismo. Se precipita en las calderas,dañándo1as. Daños a la industria del tejido, teñido, embotelladoras, procesamiento de a 1imentos , fotografía, papel, etc. El problema es muy agudo en equipos metálicos en que se calienta el agua 10 que obliga a su tratamiento de remoción de dureza: El ablandamiento. Ordina riamente el agua producida por una planta potabilizadora normal no es ablan dada y este ~ltimo proceso debe hacerse en forma particular. 18 UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS 1ngo. Jorge ARturo Pérez P. TRATAMIENTO DE AGUAS . Clasificación del Agua por su Dureza: En términos generales las aguas se dasifican como: °- Aguas Blandas 75 Moderadamente duras 75 -150 Duras 150 -300 Muy Duras > 300 mg/l como CaC0 3 11 11 11 11 11 11 11 11 " Dureza total Tipos de Dureza: La dureza se clasifica de acuerdo al tipo de catión y de acuerdo al tipo de radical: De acuerdo al tipo de catión: 1- Dureza cálcica: debida al catión Ca++ 2- Dureza magnésica: debida al catión Mg++. De acuerdo al radical con que se combina: 1- Dureza carbonática: combinando los cationes con el bicarbonato. 2- Dureza no carbonática: No combinado los cationes con el bicarbonato. Ej emp los: Ca ++ + 2HC0 3>Ca(HC0 3 )2 (l)(bicarbonato de calcio) Ca( HC0 3)2 A> CaC03 ~ + C02t + H20 Mg ++ + 2HC03 - '> Mg ( HC03 ) 2 () 2 (1): Dureza cálcica carbonática. (2): Dureza magnésica carbonática. Ej emp los: CaS04 Mg S04 CaC12 MgC12 • • • • • • • • Sulfato Sulfato Cloruro Cloruro de de de de Calcio Magnesio Calcio Magnesio Dureza no Carbonática La suma se llama "Dureza Total" = D.Carbonática + D. No carbonática. Una forma como puede llegar dureza a un agua natural es la siguiente: ,H 20 + C02, + ,CaC03 -, )o Ca( HC0 3)2 caso común caliza Método de Determ~naci6n: Uno de los métodos más utilizados es el de titulación 19 - TRATAMIENTO DE AGUAS UI IVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. con un agente llamado "EDTA", que es un ácido orgánico. Se expresa como CaC0 3, carbonato de calcio en (mg/l ). Aplicación de los Datos de Dureza: La determinación de la dureza es importante para conocer la suavidad del agua para uso doméstico e industrial. El ingeniero la usa como base para recomendar el proceso de ablandamiento. La cantidad relativa de dureza carbonática y no carbonática determina el ti po de tratamiento más económico para removerla. La determinación de la dureza sirve como control del proceso de ablandamiento. e Hierro y Manganeso Consideraciones Generales: Tanto el hierro como el manganeso crean serios problemas en aguas de servicio público, siendo mayores los problemas cuando se trata de aguas subterráneas. El hierro y el . ++ ++ . manganeso entran en solución generalmente en forma blvalente (Fe ,Mn J Ambos, el hierro y el manganeso, están presentes en forma insoluble en la mayoría de los suelos y de allí pueden pasar al agua por conversión a una forma soluble, cosa que se logra con ayuda del C02 de las aguas: H20 + C02 + FeC03 > Fe ++ + 2HC03- t Insoluble(carbonato ferroso) De igual manera ocurre con el manganeso. Importancia Sanitaria del Hierro y Manganeso: - Cuando un agua que contenga hierro se expone al aire y el oxígeno entra en ella, se torna turbia e inaceptable desde el punto de vista estético. 20 . . TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. El Manganeso sufre ona oxidación similar pero más lenta: Fe++ + 02~> Fe(OH)3 Mn ++ + 02 - -» Mn02 Rojo Café Turbiedad y color El hierro y el Manganeso interfieren las operaciones de lavado y causan problemas de manchas en los aparatos sanitarios y en la industria textil, - Comunican mal sabor al agua, aunque no producen daño a la salud. -Contribuyen a la proliferación de las baEterias del hierro con lo cual! celeran la corrosión de las tuberías. Límites de Hierro y Manganeso: Por las razones arriba mencionadas el U.S. Public Health Service Standards recomienda que para aguas de servicio público la concentración no debe ser mayor de 0,3 mg/l de hierro y 0,05 mg/l de manganeso. Método de Determinación del Hierro y Manganeso: Existen varios métodos para determinar el hierro y el manganeso, siendo el método calorimétrico ampliamente utilizado: Se agrega un reactivo específico para cada uno de ellos formando en cada €aso un com puesto de un color determinado el cual puede medirse por comparación visual o por medio de aparatos como el Espectronic 20(método fotométrico). La intensead del color formado es directamente proporcional a la concentraci6n presente. Aplicación de los Datos de Hierro y Manganeso: En exploraciones de nuevas fuentes, las determinaciones de hierro y manganeso son de considerable importancia, las fuentes pueden ser desechadas solamente sobre ~ ~ta base. Cuando las fuentes contienen cantidades de hierro y manganeso por encima de los límites mencionados, se debe estudiar si el tratamiento se justifica y 21 TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. en este caso 1 qué t~atamiento • es aconsejable. Los posibles tratamientos para eliminarlos son: a - Aireación b - Floculaci6n - Coagulación c - Filtración La corrosión de tuberías de hierro y acero producen frecuentemente agua roja en las redes de distribución. Las determinaciones de hierro son de gran valor para tratar de suprimir la corrosión y otros problemas. f Cloro - Cloro Residual El cloro se utiliza como práctica difundida para desinfectar el agua. Al agregar cloro al agua se produce la siguiente reacción: C12 + HOCl H2G-~ ... HOCl >OC1- + H* + HCl (ácidO hipocloroso + ácido clorhídrico) (ión hipoclorito) En cuanto al poder desinfectante el C12 > HOC1 > OC1-. El grado de ionización depende del pH del agua: A menor pH, mayor concentración de [H+ J, mayor concentración de C12 A mayor pH, mayor concentración de [OH- J, mayor concentración de OC1 HOCl <: C12 pH 4 6 Toda la materia orgánica y las bacterias reaccionan con el cloro. La cantidad necesaria que hay que agregar para garantizar la eliminación de los microorganismos patógenos hay que determinarla en el laboratorio. El cloro que 22 UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. TRATAMIENTO DE AGUAS después de reaccionar con la materia orgánica y las bacterias ) queda en el aguaJ es 10 que se denomina "Cloro Residual ll • Método de Determinación: Se determina por comparación visual. Existen otros métodos. 9 Cloruros Consideraciones Generales: No hay que confundir el cloro con los cloruros. El ión cloro formando cloruros actúa con valencia-1 (Cl- 1 ),en cambioelión cloro formando compuestos de clor0 7 con valencia cero (C12) o con valencia +1 (HOCl ). Eventualmente los cloruros son utilizados como desinfectantes, caso del hipoc10rito de sodio (NaOC1). Origen: El origen son sales del suelo que se disuelven en el agua. En zonas costeras por comunicación freática con el agua del mar. Contaminación por el hombre y animales: origen fecal y orina. (El hombre consume cloruros a razón de 6 g Id x persona, los cuales son casi completamente eliminados). Por desechos industriales. Importancia Sanitaria: - En agua potable, los cloruros en baja concentración no son problema. Una concentración mayor de 250 mgll de cloruros le comunican un gusto sal~ bre, no obstante, es posible aceptar aguas hasta con concentraciones de 2.000 mg/l de cloruros (por escasa) sin problemas para la salud. - Antes de aparecer las pruebas bacteriológicas se utilizaron los cloruros como indicadores de contaminación fecal. - Los cloruros se utilizan además como trazadores. Métodos de Determinación: Los cloruros pueden medirse por medio de procedi= mientas volumétricos utilizando indicadores inter nos, esto es, por titulación. 23 TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge ARturo Pérez P. Aplicación de los Datos de Cloruros: • El nivel de cloruros existentes en un agua natural tiene mucha lmpor cia en la selección de una fuente de abastecimiento público. ~ - Cuando se utiliza en agua de mar como fuente, la cantidad de cloruro es factor importante para la selección del equipo desalinizador apropiado. - La determinación de cloruros se usa para el control del bombeo de agua superficial en sitios donde la intrusión del agua de mar acarrea probl! mas. - Las descargas de agua salada o aguas industriales con un alto contenido de cloruros deben ser controladas para proteger la corriente receptora. - Los cloruros interfieren la determinación de nitratos y la DBO. En el primer caso se deben precipitar, en el segundo caso hacer una corrección. h Nitrógeno Consideraciones Generales: Los compuestos de nitrógeno son de gran importa~ cia en Ingeniería Sanitaria debido a su influencia en el proceso biológico de plantas y animales. El nitrógeno está ligado a los procesos de transformación de materia orgánica. La relación que existe entre las varias formas de los compuestos de nitrógeno y los cambios que ocurren en la naturaleza se ilustran en un diagrama conocido como "Cic10 del Nitrógeno", En palabras sencillas, la materia orgánica que llega a una co rriente, por la misma capacidad de autodeparación que ella tiene, va transformándose paulatinamente por la acción de ciertas bacterias hasta compue~ tos minerales estables. Los estados intermedios de dicho proceso están asociados a diferentes furmas de nitrógeno así: Materia orgánica = Nitrógeno Amoniacal; estado intermedio = Nitritos; materia mineral = Nitratos. Por ésto, la presencia de nitrógeno amoniacal, nitritos o nitratos,guarda relación directa con el grado de mineralización de la materia orgánica . . 24 UNIVERSIDAD NACIOÑAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge ARturo Pérez P. TRATAMIENTO DE AGUAS Supongamos una corriente de agua: :::::::::¡;;~a::u::t::od;e pu ra ció n ( ) ~ ::::::::::::::::::::::--(3 desca rgas de contaminación fecal muestreo / En (2), la contaminación es reciente. Si se toma una muestra en dicho punto, casi todo el nitfógeno estará como nitr6geno amoniacal: gran peligro potencial. En (3), se toma otra muestra: si el nitrógeno está en forma de nitritos, la contaminación no es reciente, pero tampoco es remota. El agua es dudosa, es peligrosa. En (4), se toma otra muestra: si el nitrógeno está en forma de nitratos, la contaminación es remota. Como el grupo co1iforme es poco resistente en el agua, pero más que los patógenos, cuando la contaminación es remota, el agua ya no es peligrosa. Es por esto que el nitrógeno es un indicador de la calidad sanitaria del agua. Un problema que causa la presencia de nitrógeno en grandes concentraciones es que siendo un nutriente, hace proliferar las bacterias nitrificadoras las cuales son aerobias, 10 que acaba con el oxígeno disuelto del agua y puede crear condiciones anaeróbicas o sépticas lo que comunica malos olores y sabores al agua. Significado Sanitario del Nitrógeno: - Sirve como indicador de contaminación. - Su presencia puede causar dificultad de absorción,por parte de la remog1obina de la sangre, del oxígeno contenido en la atmósfera. '25 v .. .&. ... Lo. , '\..J .4 ..,,, L;' t1 n \.1 .1. VI 1n L ~ r n,vOUOt:"LTII1'"11\O ;r-tOn:C:-T" , rrITl'J\", 1~ '" -----------~i¡""".,,"';'I"!¡i!"l!2~¡¡"'1"eIOlllllljl!Jl'b2"2""11"1'116"'0"';'l'!!i3""-~ Ingo. Jorge Arturo Pérez P. • - La cantidad de nitrógeno amoniacal presente en el agua en el momento de la desinfección determina, en cierto grado, la dosis de cloro necesaria para obtener cloro residual l ibre. - Es información valiosa en los programas destinados al control de la polución de las corrientes. Método de Determinación: Por colorimetría con el Espectronic 20. i F1 uor Se ha demostrado que el f1uor previene las caries denta1e~ siempre que su concentración en el agua no exceda de un mg/1 . Si la concentración es mayor, el f1 uor produce una enfermedad en los dientes 11 amada "F1 Doros; s" , manchas murrones que una vez se presenten son definitivas. Es por esto que es práctica normal controlar estrictamente la cantidad de f1uor en el agua. Si hay que agregar f1uor, el proceso se llama f1uoración; si hay que e1imi nar f1uor, el proceso se llama def1uoración. Método de Determinación: Por colorimetría con el Espectronic 20. Se encuentran frecuentemente en las aguas naturales. En aguas de desecho de industrias son altas las concentraciones, en forma de H2S04. Significado Sanitario: - Combinados con el calcio (Ca++) y el magnesio (Mg++) forman incrustacio nes duras en tuberías y artefactos donde se conduce, calienta o evapora ++ agua: Ca + S04 > CaS04~(insoluble y muy duro) - En combinación con la materia orgánica y las bacterias su1forreductoras causan problemas de corrosión en la corona de las tuberías de concreto de alcantarillado. El ácido sulfúrico producido ataca el concreto. - Es laxante si la concentración es mayor de 500 mg/1 . Se recomienda un 26 . • VI' .a. y L. l\v J,. un u 1" n v .1 V IlML.. - r M \" U L IMU U c:. 1'11 n f\~ _.~---------""""II~\RII(""II""IIR'""I'" 11""['""""1"O-D~[I""""'IR"I'I'aTl'O""R!"'!j~~ Ingo. Jorge ARturo Pérez P. límite su perior de 250 mg/l para agua tratada. -Es tóxico para plantas y animales si la concentración es mayor de 200 mg/l - Problemas de malos olores porque es reducido por bacterias dando origen al ácido sulfhídrico. - Disminución del pH aumentando el poder corrosivo del agua. Método de Determinación: Hay varios métodos oomo el gravimétrico, el turbidimétrico y el volumétrico. k Otras Impurezas Existen además otras impurezas como el cobre el calcio y el zinc. 1 Sustancias Tóxicas Ocasionalmente el agua puede contener sustancias t6xicas. Las más comunes son: plomo, selenio, arsénico, cromo, cianuro, cadmio, plata, bario, etc. Origen: - Naturales, como el contacto del agua con el suelo, etc. - ArtifidBles, como desechos industriales, tuberías de plomo, etc. 3.1.3 Características Bacteriológicas El agua, como posible portador de microorganismos patógenos, puede poner en peligro la salud y la vida. Los gérmenes patógenos que se propagan con más frecuencia por este conducto son los que causan infecciones intestinales: fiebre tifoidea y paratifoidea, disentería, cólera, etc. Estos microorgan4~ mos se encuentran en las heces y en la orina de las personas infectadas, y cuando se eliminan, pueden causar contaminación del agua que se emplea como fuente de abastecimiento. • UN1Vt~~lURU NR~lUNAL - ~ACULIAU U~ TRATAMIENTo DE AGUAS ~NAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. • Por este motivo, se hace necesario determinar la calidad sanitaria de las aguas para lo cual se emplean técnicas especiales. Los microorganismos patógenos llegan al agua a través de las deyecciones intestinales. Pero, de otra parte, los microorganismos del grupo coliforme, y en especial La Escherichia Coli, son huéspedes habituales o normales del intestino humano y animal y se encuentran por consiguiente en las heces. Su pr~ sencia en el agua revela contaminación fecal de procedencia humana o animal y es señal de que existe una vía de acceso que pueden seguir también los gérmenes intestinales patógenos que se eliminan en las deyecciones de enfermos infecciosos. Dichos co1iformes tienen las siguientes ventajas desde el punto de vista de su determinación con respeeto a los patógenos, motivo por el cual son los que se detectan: - La Esoherichia Coli, siempre existe en el intestino humano y animal en grandes cantidades. Un hombre normal elimina varios miles de millones diariamente. En cambio los patógenos, si existen, son generalmente pocos y pueden escapar de la técnica de determinación en el laboratorio. - Los co1iformes viven durante más tiempo en el agua que los gérmenes pat~ genos los cuales, es posible, no sobrevivan hasta el momento en que llega la muestra al laboratorio. - Es menos peligroso para el laboratorista trabajar con co1iformes que con patógenos puesto que podría infectarse; además, las técnicas para determinar coliformes son más sencillas. Para comprobar la presencia de bacterias coliformes hay dos técnicas: • - La prueba tradicional consistente en prueba conjetural, prueba confirmativa y prueba complementaria. - El filtro membrana: Se obtienen resultados en 20 horas. En una planta de tratamiento los patógenos, junto con otros microorganismos, son eliminados en parte por el proceso de sedimentación. El agua pasa a co~ tinuación por los filtros, en cuyo proceso se elimina el 99% de las bacterias 28 , TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. que todavía contiene. Finalmente se realiza el proceso de desinfección con cl~ ro para garantizar que no hay patógenos. Los índices de coliformes permisibles se aclaran en el cuadro NO.l. 3.2 Variación de la Calidad del Agua Cruda , Es muy importante recalcar que las características o impurezas que contiene el agua son sumamente cambiantes con el tiempo. Las causas de esto son las siguientes: - Condiciones naturales: Producen mayor o menor concentración, por ejemplo lluvias, sequías, etc. - Alteraciones producidas por el hombre: Descargas de desechos domésticos e industriales las cuales no son constantes en el tiempo. - Proliferación de microorganismos como algas, hongos, etc. Lo anterior es muy importante tenerlo en cuenta para realizar un buen diseño. La tabla N2 1 muestra la clasificación de las fuentes, según ciertas características más comunes, en Excelente, Buena y Deficiente. 3.3 Calidad del Agua Tratada Un agua tratada de buena calidad solo puede definirse en función de su utilización. Por ejemplo: un agua que contenga microorganismos pat6genos puede ser utilizada en el proceso de enfriamento en una fábrica pero no es apta para el consumo humano. En general se acepta que el agua producida por una planta de tratamiento para abastecimiento doméstico e industrial es de buena calidad cuando: es clara, agradable al gusto, de temperatura razonable, no corrosiva ni formadora de incrustaciones, exenta de sustancias minerales de efectos tóxicos o patológicos y de microorganismos que puedan producir enfermedades intestinales. • La calidad del agua tratada está definida en función de las mismas caracterís ticas físicas, químicas y bacteriológicas anteriormente referidas . UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. TRATAMIENTO DE AGUAS La calidad del agua está controlada por normas locales o de entidades como la Organización Mundial de la Salud, O.M.S.; El Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos, U.S.P.H.S.; La Agencia de Estados Unidos para la Protección del Ambiente, EPA: "National Interim Primar y Drinking Water Standards", las cuales se muestra en la tabla NO.2 y en el cuadro NO.1. TABLA N2 1 CLASIFICACION DE AGUAS CRUDAS PARA POTABILIZACION ( O.M.S.) Contaminante o Característica Unidad Excelente Buena Deficiente U.T U.C 0-10 0-20 6)0-8\5 <50 < 1,5 10-250 20-150 50-250 1.5-3)0 >250 >150 3.8-10,5 >250 >3,0 100-5.000 >5.000 • Turbiedad Color pH promedio Cloruros Fluoruros mg/l mg/l 5~0-9JO • Coliformes:prom~ dio mensual máx.día NMP /100ml 50-100 CUADRO N2 1 NORMAS DE CALIDAD DEL AGUA DE USO DOMESTICO ESTANDAR BACTERIOLOGICOS - Organización Mundial de la Salud: Los coliformes deben estar ausentes en el agua procesada por una planta y que entra a la red de distribución. - U.S.A. Primary Drinking Water Standards (EPA): - Filtro Membrana: 30 UIUVL.".:JIUMU 1~f\\..lUNR[ - iRA iAMIEN IO bE AGUAS FACOCIAD DE 19fIN AS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. <"1 por 100 ml promedi o Ele todas 1as muestras por mes. No. de Coliformes <4 por 100 ml en más de una muestra cuando son exami nadas. menos de 20 por mes. <4 por 100 ml en más del 5% de las muestras cuando se toman más de 20 muestras por mes. - Fermentación en tubos standar de 100 ml : Más del 60% de los tubos en 1 mes. 5 tubos en mas de una muestra cuando se toman menos de 5 mues tras por mes. 5 Tubos en mas del 20% de las muestras cuando se toman 5 muestras Ó mas por mes. ~ Ausencia de Coliformes en: ~ ~ 4 PROCESOS DE TRATAMIENTO DEL AGUA 4.1 Tratamiento del Agua Son los diferentes procesos que se efectúan al agua para acondicionarla al consumo humano. Los procesos de tratamiento pueden dividirse en cuatro grupos: 1 2 3 4 - Procesos de Clarificación. Procesos de Desinfección. Acondicionamiento Químico. Acondicionamiento Organoléptico. El esquema No.1 presenta dichos procesos. El tema del presente curso está dedicado solamente a explicar los procesos de clarificación y desinfección que son básicamente: coagulación, floculación, separación de partículas y c1oración, como se aclara en el esquema No.2. La coagulación y la f10cu1ación son procesos preparatorios para la separación de partículas, la cual puede hacerse por sedimentación y/o filtración. 31 . TRATAMIENTO DE AGUAS UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. 4.2 Selección de Procesos según la Calidad del Agua Cruda En el cuadro No.2 se detallan las características generales del agua y el grado de afectación por medio de los procesos unitarios más usuales. Los procesos unitarios son agrupados en diferentes combinaciones y secuencias, con el objeto de convertir agua cruda de calidad objetable en agua tratada de calidad acorde a las normas establecidas. La selección de los pr~ cesas a ser utilizados, sus parámetros, y las características de los reactores, constituyen el proceso de diseño de una planta de agua. El siguiente es un esquema de los procesos de tratamiento que se realizan en una planta: ~ ..~~~ ~&.Q... + lb.'4l1. 00 t)l;.\. '\=, \.: ~C.lA ~E.'l..c. U.. ~~?\~~ L~\l"T'b. o o c.o",E:ou\.AO\)~ <"6~ t>\ tJl:,\Ji&.l\ "-1 t ~\)e I-===:::J "B;)~lI.w~i\.1 e. t>e. 1'b.~G)U ~Loc.ulAC.\OIll b.W"~ C.L IZA';;, 32 • • UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS Ingo. Jorge Arturo Pérez P. TRATAMIENTO DE AGU~S • NORMAS DE CALIDAD FISICO - QUIMICO DEL AGUA PARA USO DOMESTICO NORMAS OMS (1971) SUSTANCIA NORMAS USPHS (1962) Máxima Máxima Máxima Recomendable Permisible Recomendable CARACTERISTICAS FISICAS Turbiedad [U.T ] Color [ U. c J Olor y Sabor [U. i nci pi ente] CARACTERISTICAS QUIMICAS Rango de pH Dureza Total [mg/l ] Zinc " Hierro Manganeso " Magnesio " Calcio " Cloruros (como C1) " Flaaruros(como F) " Nitratos (como N) Sulfatos Arsénico Bario 11 Cadmio Cromo Cianuro Plata " Plomo " Mercurio " Selenio Cobre 11 11 5 5 25 50 Ninguno Ninguno 7,0-8,5 100 5 O 0,1 0,05 30 75 200 0,6-1,7 6,5-9,0 500 - 11 200 11 - 11 11 11 11 11 15~0 - - - 0,05 5,0 0,3 0,05 1.0 0,5 150 200 600 45 400 0,05 250 0,8-1,7 45 250 0,01 - - 0,01 0,01 0,05 0,1 0,001 0,01 1,5 33 5 15 3 - Máxima Permisible (1975) NORMAS EPl Máxima Permisibl~ - 10 - - - - - - - 1,4-2,4 - - 0,05 1,0 0,01 0,05 0,2 0,05 0,05 0,01 1, O - - 1,4-2,4 10 0,05 1, O 0,010 0,05 0,05 0,05 0,002 0,01 - Tratamiento de Aguas ....... e ............ \O <: o ,..,., :J • I c.... o I I I I Clarificación Acondicionamiento Acondicionamiento Químico Organoleptico I I Desinfección I I 1 1 J Estabil ización (Control de pH) I I I I T~atamiento ...... o o ;x:. ;x:. :z ;x:. ""1 c-+ ("") e ....... o :z ;x:. -o r (1)\ Remoción de Metales Tóxicos Ab 1andami ento Control de A1sas Control de Olor y Sabor ""1 (1) N -o • -n ;x:. ("") e r -i ;x:. I I o o ,..,., Fluoración Defluoración Remoción de Fe y Mn 1 ~ (1) ""1 I " te o I I ""1 ;o U'l 3: ...... Desalación :z ;x:. U'l ~ Tratamiento Adicional Básico ESQUEMA NO.1 Clarificación -i ;o ;x:. Coagulación Floculac;ón Separación de Partículas i! 3: ....... ,..,., :z -i o o ,..,., Sedimentaci6n Fil trac;ón ;x:. en e;x:. V'l • ESQUEMA No.2 CUADRO NO.2 ....... tO e ..... • rr =' o EFICIENCIA REMOCIONAL DE LOS PROCESOS UNITARIOS c.... o ""1 tO . Contaminante o Característica Bacterias w (J1 Aireación (a) Coagulación y ~b1andamiento y Sedimentación Sedimentación (b) (c) 2 e ""1 o -o , , ++ Color O +++ O Turbiedad O +++ Olor y Sabor ++ Dureza Corrosividad +++ ++++ ++++ ++++ ++ ++++ O ++ ++++ ++++ O + ++ ++ ++ ++++ + O ++++ O O O O O O O O O +++ + ++ ++++ con (a) O ++++ con (a) En el cuadro se detallan las características generales del agua y el grado de afectación por medio de los pro cesos unitarios convencionales. El grado relativo de eficiencia de cada proceso unitario, está indicado por el signo (+), repetido ee una a cuatro veces. u ..... e ): ~ ""1 Desinfección ;1; c ro, ""1 ro N O Hierro y Manganeso (b) Filtración Rápida con (b) < ro c-t Filtración Lenta sin. :;;: -o •
