Manual
Ingeniería Sanitaria
Emilio Ignacio Amaya Gómez
Universidad de El Salvador
Facultad Multidisciplinaria
Oriental
MANUAL DE
INGENIERÍA SANITARIA
Universidad de El Salvador
Facultad Multidisciplinaria Oriental
Proyecto de Horas Sociales
Autor: Emilio Ignacio Amaya Gómez
Asesor: Ing. Luis Clayton Martínez
Siempre el inicio de toda tarea se torna
dificultosa, pero luego de comenzado ella,
el camino no parece tan tortuoso.
E.I. A.G.
Dedico este manual a todos mis
amigos/as que siempre han
creído, en mi capacidad y
talento. Pero sobre todo, quiero
hacer esta dedicatoria en
especial a mi familia gracias por
estar día con día contribuyendo
con todo su amor y cariño y
nunca dejarme doblegar a ellos
con mucho cariño, gracias por ser
ese pilar fundamental en mi vida
y estar siempre con migo.
Agradecimientos Especiales:
Esta publicación es el resultado
del esfuerzo, empeño y
dedicación para su elaboración.
Gracias a la colaboración del
Ing. Luis Clayton Martínez, sus
acertados comentarios y críticas
fundamentos en su amplia
experiencia han contribuido a
que esta publicación sea una
herramienta fundamental para
las generaciones de estudiantes
de Ingeniería y Arquitectura en
el área de Ingeniería Sanitaria y
saneamiento ambiental.
Así mismo quiero manifestar mi
agradecimiento a las empresas:
A.G. & P. Constructora SA. de
CV.
Hidro Estudios Consultores de
CV.
Computer Express en especial a
Arturo Márquez
Por haber brindado su apoyo
económico y técnico.
PROLOGO
En la actualidad, la enseñanza de la Ingeniería Sanitaria ha comenzado a ser imprescindible,
ya que la formación de nuevas generaciones conscientes del grave deterioro que sufre
nuestro país, será de vital importancia para que en un futuro exista una sociedad más
participativa en la prevención de la contaminación ambiental. Es por ello que la mayoría de
las universidades e instituciones de educación superior a nivel internacional han incluido en
su oferta educativa Ingenierías, técnicos y posgrados relacionados con esta área.
En el caso de las ramas de la ingeniería, se ha comenzado desde hace algunos años a impartir
la disciplinas que se conoce como ingeniería sanitaria y ambiental, la cual se encarga del
diseño de tecnologías encaminadas a evitar y controlar la contaminación, así como revertir
sus efectos.
La ingeniería sanitaria y ambiental puede ser también un complemento para la formación de
profesionistas de diferentes áreas tecnológicas, pues la mayoría de los estudiantes al ejercer
su profesión serán responsables del diseño de máquinas, equipos o procesos industriales que
pueden tener repercusión en el medio ambiente. Por tal razón es necesario incluir en sus
programas académicos diversos temas sobre estas disciplinas para que contribuyan con su
labor cotidiana a prevenir la contaminación ambiental, y en forma gradual a revertir sus
efectos.
El presente texto se desarrolló con la finalidad de brindar al estudiante que recién comienza
el estudio de estas áreas, un panorama general y sencillo de lo que es la ingeniería sanitaria,
por lo que comenzamos con el estudio de los conceptos básicos y tópicos relacionados con la
salud y el medio ambiente que serán de gran utilidad para entender aspectos más profundos
de esta rama de la ingeniería. Después, se analizan los aspectos concernientes a la
contaminación del agua, los métodos de control y los tratamientos primario, secundario y
terciario de las aguas residuales; de estos últimos mencionamos los más avanzados como son
los tratamientos biológicos y la osmosis inversa. Posteriormente veremos los aspectos del
suelo, en lo referente a su composición fisicoquímica; los métodos para su análisis, y una
amplia clasificación de los diferentes contaminantes sólidos para poder definir y estudiar lo
que es un relleno sanitario, los métodos de tratamiento de los residuos sólidos, así como las
alternativas de reciclaje de basura y el composteo de desechos orgánicos, el manejo adecuado
de los residuos especiales (bioinfecciosos), los componentes del saneamiento rural y
ambiental y para finalizar la supervisión de obras sanitarias.
Para nosotros es importante que todo ingeniero civil y arquitecto conozca los aspectos
relacionados con los contaminantes más nocivos para la salud humana, como lo son, los
residuos sólido y los líquidos (aguas grises y negras). Además de las fuentes que lo generan,
los efectos que tiene sobre la salud humana y sus métodos de control. Por lo que se incluyen
apartados sobre estos temas para que el estudiante obtenga un panorama general sobre el
mismo.
Un aspecto que no debe pasar inadvertido y que se debe considerar como parte de la
ingeniería sanitaria, es el desarrollo de procesos y métodos adecuados para el manejo de los
residuos sólidos y líquidos contaminantes, ya que no sólo se debe evitar que estos
contaminen y deterioren la salud de la población.
Sin lugar a dudas una situación muy importante en el campo sanitario, es la relación que hay
entre la contaminación y el deterioro del ambiente con los aspectos sociales, económicos,
demográficos y políticos. Un ejemplo representativo es el crecimiento desproporcionado de
la población que acarrea una serie de problemas que finalmente repercuten en la
contaminación de mantos de agua y cuerpos de agua superficiales para adaptarlos como
destino final de aguas servidas, y Finalmente es primordial que el estudiante conozca el
marco legal que regula la protección al medio ambiente en nuestro país para que pueda
abordar de manera integral (tanto técnica como legalmente) los problemas que puedan
presentarse durante el ejercicio de su profesión como ingeniero civil y arquitecto.
CONTENIDO
Índice de Figuras
Índice de Tablas
Introducción
I
VII
XII
Capitulo 1. Introducción a la ingeniería sanitaria
1. Definición y objetivos de la ingeniería sanitaria
2. Historia y evolución de la ingeniería sanitaria
3. Ecología
4. Antecedentes nacionales y legislación sanitaria
5. Epidemiologia
6. Higiene pública
3
4
6
10
17
31
37
Capitulo 2. Característica de las aguas naturales
1. Aprovechamiento de las aguas naturales
2. Características físicas, químicas, microbiológicas de las aguas
3. Principales enfermedades hídricas
4. Parámetros utilizados en los diseños de sistemas de provisión
5.Obras de aprovechamiento de agua
43
44
49
64
85
97
Capitulo 3. Abastecimiento de agua
1. Fuentes de abastecimiento de agua
2. Recursos hídricos
3. Agua poco profundas, pozos, galerías filtrantes
4. Aguas profundas, sistemas de extracción percusión y rotación
123
124
133
172
201
Capitulo 4. Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas
abastecedores de aguas
1. Potabilización de las aguas
2. Procesos naturales y artificiales
3. Plantas potabilizadoras
4. Procesos de coagulación, floculación, sedimentación y filtración
5. Desinfección, distintos elementos y sistemas que se utilizan
6. Practicas más comunes que se emplean
7. Desinfección de emergencias de pozos redes de distribución y de
tanques
3
233
234
239
263
290
342
353
358
Capitulo 5. Composición y característica de las aguas residuales
1. Generalidades
2. Procedencia de las aguas residuales
3. Sustancias orgánicas e inorgánicas
4. Parámetros del estado de los líquidos residuales
5. Autodepuración de las aguas residuales
6. Disposición de los líquidos residuales
7. Normas de calidad de descarga según su destino final
364
365
369
380
392
416
428
438
Capitulo 6. Tratamientos de las aguas Residuales
452
453
1. Distintos tipos de tratamiento.
458
2. Su necesidad de acuerdo al destino final.
466
3. Grados de tratamiento, Cámaras o tanques sépticos.
479
4. Cámara de sedimentación, tanques Imhoff.
488
5. Pretratamiento, Tamices, Rejas, Tipos desarenadores.
506
6. Separadores de grasas y aceite.
511
7. Tratamiento primario.
537
8. Espesadores de lodos.
551
9. Tratamiento secundario.
576
10. Lechos percoladores.
587
11. Sistemas de barros activados.
600
12. Tratamientos de barros.
607
13. Digestores anaerobios.
661
14. Digestores aerobios.
669
15. Playas de secado.
16. Otros procedimientos: filtros de arena, lechos de contacto.
674
Tratamiento terciario.
Capitulo 7. Desechos sólidos
1. Clasificación y características de los desechos sólidos
2. Impacto en la salud pública y el medio ambienté
3. Etapas del servicio de aseo
4. Métodos de tratamiento y disposición final
5. Reciclaje
694
695
700
708
722
741
Capitulo 8. Manejo de desechos bioinfecciosos o especiales
1. Desechos hospitalarios e infecciosos
2. Todos los desechos generados por hospitales
3. Gestión operativa interna de desechos hospitalarios
4. Tratamiento de desechos hospitalarios
752
753
763
772
789
4
Capitulo 9. Saneamiento Rural
1. Saneamiento rural, introducción.
2. Tecnología y nivel de servicio de saneamiento rural.
3. Pozos Y Zanjas de absorción, pruebas de infiltración.
4. Diseño, Construcción y Materiales para Letrinas
5. Manejo de desechos sólidos
796
797
804
818
826
850
Capitulo 10. Saneamiento Ambiental
Objetivos del Saneamiento Ambiental
Control de Vectores
Influencia de las obras de Salubridad
Protección Sanitaria
Desarrollo de Sistemas Locales de Saneamiento
862
863
873
886
890
892
Capitulo 11. Supervisión de Obras sanitarias
Tipo de obras Sanitarias
Supervisión de elementos y estructuras sanitarias
Control de Calidad de obras Sanitarias
902
903
907
934
Referencias Bibliográficas
Anexos Revisar Cd de Anexos.
951
5
Índice de figuras
Figura 1.1
Los principales componentes y subcomponentes del medio natural.
11
Figura 1.2
16
Figura 2.4
La naturaleza dinámica del ecosistema debido a las interacciones entre y la
interdependencia de los diversos componentes.
Clasificación de los sólidos que se encuentran en el agua y en el agua
residual.
Clasificación del tamaño de partículas de los sólidos en agua y agua
residual.
Cono Imhoff para determinar la fracción de sedimentación del agua, el
cual consiste en un diámetro de 105 mm y 450 mm de altura.
Principales vías de contagio de entero patógeno de transmisión hídrica.
Figura 2.5
Esquema del ciclo de replicaciones de bacteriófagos
81
Figura 2.6
Protozoarios frecuentes en las heces
81
Figura 2.7
Ciclo del Ascaris Lumbricoides
82
Figura 2.8.
Ciclo de Schistosoma mansoni.
83
Figura 2.9
Ciclo de Taenia saginata
83
Figura 2.10
Ciclo de contaminación del agua producido por el hombre
84
Figura 2.11
Aprovechamiento del agua
98
Figura 2.12
Figura 2.13
Figura 2.14
Figura 2.15
Figura 2.16
Figura 3.2
Figura 3.3
Sección esquemática de una presa de tipo gravedad
Sección esquemática de una presa en arco
Dique de Piedra
Partes de un Dique de Piedra
Partes que conforman un estanque en tierra
Consumo continuo de agua procedente de lagos y grandes corrientes.
Presa y torre de la toma para un abastecimiento por almacenamiento de
aguas superficiales.
El ciclo hidrológico clásico
Perfil de Infiltración del Agua (CPRM 1997, modificado de Bear y
Verruijit 1987)
Tipos de acuíferos
Combinaciones posibles entre homogeneidad y anisotropía (Freeze y
Cherry, 1979)
Situaciones típicas de las líneas de flujo y equipotenciales (Bear, 1979).
Importancia del agua subterránea para el abastecimiento de agua potable
en la Región Latinoamericana y Caribeña (Foster, Ventura y Hirata, 1987)
Sistema GOD para la evaluación del índice de vulnerabilidad del acuífero
104
105
107
109
122
129
130
Figura 2.1
Figura 2.2
Figura 2.3
Figura 3.4
Figura 3.5
Figura 3.6
Figura 3.7.
Figura 3.8.
Figura 3.9
Figura 3.10
I
61
62
63
66
138
149
150
159
159
163
165
Figura 3.11
Figura 3.12.
Figura 3.13.
Figura 3.14.
Figura 3.15.
Figura 3.16.
Figura 3.17.
Figura 3.18.
Figura 3.19.
Figura 3.20.
Figura 3.21.
Figura 3.22.
Figura 3.23.
Figura 3.24.
Figura 3.25.
Figura. 3.26
Figura. 3.27
Figura 3.28
Figura 3.29.
Figura 3.30.
Figura 3.31.
Figura 3.32.
Figura 3.33
Figura 3.34
Figura 3.35
Figura 3.36
Figura 3.37
Figura 3.38
Figura 3.39
(compilado por Foster, 1987
Esquema conceptual del riesgo de contaminación de aguas subterráneas
(modificada de Foster 1987, en Foster y Hirata 1991).
Aljibe Veneciano
Aljibe de filtro superior.
Aljibe Americano
Toma fluvial de fondo
Toma fluvial de fondo con rejilla
Toma de fondo, en un río no navegable y con peligro de sedimentación
Toma directa sencilla de un río normal
Toma con galerías
Toma flotante en planchón
Toma lacustre con tubo
Toma con rejilla sumergida
Toma adosada al trasdós de una presa.
Torre de toma
Galería filtrante.
Esquema de funcionamiento de las galerías filtrantes (Delgado, 2003)
Red de flujo alrededor de una galería filtrante
Galería de Cantayoc Acceso
Tipos de acuíferos
Captación de manantial con salida horizontal
Toma de un manantial de salida vertical
Pozo de drenes horizontales
Bombeo de acuíferos: a) Efecto del bombeo en el cono de depresión; b)
Efecto del material del acuífero en el cono de depresión, y c) Efecto de la
solapamiento del área de influencia entre pozos en bombeo.
Pozo excavado con la instalación de un motor de bombeo de dos tuberías.
Nota: La rejilla de la bomba debe situarse debajo del nivel de depresión
máximo.
Tipos diferentes de puntas para pozos de conducción: a) tipo de hendidura
continúa b) tipo de cubierta de latón, y c) tipo de tubo de latón.
Pozo excavado a mano y perforación con pica de hinca y bomba de inyección
Pozo de sondeo con bomba sumergible
Los cuatro elementos que componen una sarta de herramientas para
perforar por el método de percusión. Máquina de perforar por percusión
de mediana capacidad, trabajando en su sitio.
Los fragmentos y cortaduras extraídos por una cuchara con válvula de dardo
son expulsados conforme la válvula es asentada en un bloque de madera.
Completando un pozo de 10 cm. para una casa en Wisconsin. (Cortesía de
II
166
173
176
176
178
178
179
180
181
182
184
184
186
187
188
189
189
190
193
195
196
200
213
217
218
220
221
224
225
Figura 3.40
Figura 3.41
Figura 4.1
Figura 4.2
Figura 4.3
Figura 4.4
Figura 4.5
Figura 4.6
Figura 4.7
Figura 4.8
Figura 4.9
Figura 4.10
Figura 4.12
Figura 4.13
Figura 4.14
Figura 4.15
Figura 4.16
Figura 4.17
Figura 4.18
Figura 4.20
Figura 4.21
Figura 4.22
Figura 4.23
Figura 4.24
Figura 4.25
Figura 4.26
Figura 4.27
Figura 4.28
Figura 4.29
Figura 4.30
Chester Kempf)
Se utiliza un cabrestante para arrastrar tubería hacía la sarta. Bombas de
arena y cuchara corriente, mostrando los detalles de las válvulas de fondo
plano
Maquinas de perforación, dotada de un compresor de alta capacidad, para
perforar con aire a baja o alta presión del tipo de trepano o herramientas
que se use. La maquina tiene también una bomba de lodo, para utilizar,
cuando se necesite, la circulación de fluido.
Esquema de las distintas secuencias y alternativas del proceso de
potabilización del agua
Filtro de tela o un filtro de carbón
Hervir, Desinfección solar, Agregar cloro, Agregar jugo de lima o limón
Vasijas utilizadas en este método
Semillas utilizadas en la purificación de agua
Filtro artesanal de área, piedras y carbón
Utilizando los métodos de SODIS y el jugo de limón
Agregue estas cantidades de la solución madre al agua clara y espere por lo
menos 30 minutos antes de beberla. Si el agua está turbia, necesitará el
doble de la solución de blanqueador.
Filtros para el hogar y la comunidad
Filtro de cerámica dentro de una cubeta de plástico
Esquema de un Clorador de vacio
Construcción de piletones de hormigón armado "in situ" aptos para
procesos de floculación, sedimentación, clarificación, etc, según las
alternativas de potabilización indicada.
Esquema del proceso de potabilización del agua para consumo humano
Piletones utilizados en el proceso de floculación
Unidades utilizadas para la decantación en el proceso de potabilización
Unidades usadas para la prefiltracion y filtración
Esquemas de un filtro lento utilizado en el proceso de potabilización
Esquema de desinfección del agua
Medición de la altura de lodos
Determinación de la altura mínima de sedimentación
Rumas de material embolsado
Carritos basculares y carretillas
Sistema neumático de transferencia
Sistema de transferencia mecánica mediante rodillos
Sistema de transferencia mecánica de tornillo
Cintas transportadoras
Aparato de Prueba de Jarras
Deflectores a. Deflector y b. Jarra con deflector
III
226
232
235
246
246
247
248
249
251
252
253
255
262
263
264
265
266
266
268
271
273
273
276
277
278
278
278
279
279
280
Figura 4.31
Figura 4.32
Figura 4.33
Figura 4.34
Figura 4.35
Figura 4.36
Figura 4.37
Figura 4.38
Figura 4.39
Figura 4.40
Figura 4.50
Figura 4.51
Figura 4.52
Figura 4.53
Figura 4.54
Figura 4.55
Figura 5.1
Figura 5.2.
Figura 5.3
Figura 5.4
Figura 5.6
Figura 6.1
Figura 6.2.
Figura 6.3.
Figura 6.4
Figura 6.5
Figura 6.6
Figura 6.7
Figura 6.8
Figura 6.9
Figura 6.10
Figura 6.11
Figura 6.12
Figura 6.13
a) Tomador de muestras y b) Jarra con deflector y tomador de muestras
Graduando la abertura en el mínimo del dosificador y tomando una
muestra
Curva de calibración
Dosificador en solución
Modelo coloidal Guoy Stern
Región de estabilidad de sulfato de aluminio3. (Reimpreso del Journal of
American Water Works Association, 62, bajo autorización de la
Association. Derecho de autor, 1976. de la American Water Works
Association, Inc., 666bW. Quincy Avenue Den ver, CO 80235).
Tanques de floculación. (a) Paletas horizontales (b) hélices verticales
Clarificador de contacto de sólidos suspendidos (Cortesía de Permitía Co..
Inc.)
Clarificador de contacto de sólidos suspendidos (Cortesía de Infiko
Pegremont Inc.).
Fuerzas actuantes en una partícula
Filtro rápido
Diferentes tipos de lechos filtrantes
Filtro lento de arena
Filtro lento de arena en una zona rural
Mecanismos de transporte
Filtro lento modificado rectangular de hormigón
Curvas generales de la DBO
Tiempo de Incubación (día)
Efecto del pH en los resultados DBO
Relación entre DBO y la DQO
Efecto de concentración de sales en reacciones biológicas
Proceso de tratamiento de las aguas residuales
Descomposición microbial de la materia orgánica
Simbiosis microbial en una laguna de estabilización
Esquema de Tanque Séptico
Detalles de la norma aplicados en el tanque séptico
Tanque imhoff
Trampa de grasa convencional
Trampa de grasa simple
Trampa de grasa con depósito de acumulación de grasa
Sedimentación de partículas discretas
Velocidad de Sedimentación, Curva para análisis de velocidades de
sedimentación de partículas discretas
Columna de Sedimentación
Porcentajes
de remoción
en
varios intervalos
de tiempo y
IV
280
284
286
287
300
302
306
307
307
309
328
330
331
332
334
338
396
397
398
404
410
461
465
465
476
478
485
508
510
511
517
518
520
521
Figura 6.14
Figura 6.15
Figura 6.16
Figura 6.17
Figura 6.18
Figura 6.19
Figura 6.20
Figura 6.21
Figura 6.22
Figura 6.23
Figura 6.24
Figura 6.25
Figura 6.26
Figura 6.27
Figura 6.28
Figura 6.29
Figura 6.30
Figura 6.31
Figura 6.32.
Figura 6.33
Figura 6.34
Figura 6.35
Figura 6.36
Figura 6.37
Figura 6.38
Figura 6.39
Figura 6.40
Figura 6.41
Figura 6.42
Figura 6.43
Figura 6.45
Figura 6.46
profundidades para una solución floculada
a, b, c. Gráficas para análisis de la información dé la columna de
sedimentación
Solubilidad del aire en el agua
Espesador con barras verticales
Proceso convencional de tratamiento segundario de aguas residuales
Reactor Discontinuo
Utilización de energía en síntesis biológicas
Metabolismo aeróbico de la materia orgánica
Efecto de la concentración de sustrato en la Tasa de crecimiento de la
biomasa
Curva típica de crecimiento para microorganismos
Tanques de sedimentación secundaria circulares para la extracción rápida
del lodo: (a) lodo extraído con tubos de succión, y (b) lodo extraído por
tubería colectora múltiple (Metcalf & Eddy. 1996)
Métodos para la partición de caudales: (a) simetría hidráulica,(b) medición
del caudal y control de la alimentación, (c) por vertedero, y (d) control de
la compuerta de alimentación. (Metcalf & Eddy, 1996)
Representación esquemática de la biopelícula
EDAR de filtros percoladores en construcción
Tipos de rellenos normalmente utilizados en los filtros percoladores
Esquema de una planta depuradora de filtración sobre lechos de turba
(Cortesía de EGEVASA)
Diagrama del proceso de lodos activados
Diagrama de Flujo Convencional
Esquema de un lecho percolador
Lecho percolador
Descripción del proceso de digestión anaeróbica
Tiempo requerido para digestión a varias temperaturas
Digestión anaerobio a relación entre carga, porcentaje de sólidos
en el lodo y periodo de retención
Variación en la producción máxima de lodo en ciudades grandes
Sistemas de digestión
Sistema de manejo y disposición de gas
Sello de agua en digestor anaeróbico
Caja y tubo del sobrenadante
Presentación esquemática del tratamiento biológico aeróbico
Efecto del tiempo de detención en la reducción de los SVV
Utilización de oxigeno durante la digestión aérobica
Asimilación de oxigeno para estabilización de lodos
Lecho de secado
V
522
527
543
552
554
556
557
566
567
573
575
578
579
582
586
589
593
599
599
612
613
616
625
626
643
644
647
663
665
667
669
671
Figura 6.47
Figura 6.48
Figura 7.1
Figura 7.3
Figura 7.5
Figura 7.6
Figura 7.7
Figura 7. 8
Figura 7.9
Figura 7.10
Figura 7.11
Figura 7.12
Figura 7.13
Figura 7.14
Figura 8.1
Figura 8.2
Figura 8.3
Figura 8.4
Figura 8.5
Figura 8.6
Figura 8.7
Figura 8.8
Figura 8.9
Figura 8.10
Figura 8.11
Figura 8.12
Figura 8.13
Figura 8.14
Figura 8.15
Figura 8.16
Figura 8.17.
Figura 8.18
Figura 8.19
Figura 8.20
Figura 8.21
Figura 8.22
Figura 9.1
Figura 9.2
Esquema de filtro lento
Principio de osmosis
El ciclo vital de la mosca y su importancia en la transmisión de
enfermedades
Gestión integral de los RSM
Incinerador
Abandono de la basura en un botadero a cielo abierto
Relleno sanitario operado con equipo pesado
Método de trinchera para construir un relleno sanitario
Método de área para construir un relleno sanitario
Método de área para rellenar depresiones
Combinación de ambos métodos para construir un relleno sanitario
Procesamiento manual de la materia orgánica en pilas para la producción
de compost
Símbolo internacional del reciclaje
Ciclo de proceso de tratamiento de residuos sólidos
Símbolo Internacional de desechos bioinfecciosos
Clasificación Internacional de los residuos hospitalarios
Recipientes para Residuos no Peligrosos
Residuos biodegradables
Desechos reciclables
Residuos de riesgo biológico
Residuos Biosanitarios
Residuos Anatomopatológicos
Residuos Cortopunzantes
Residuos de laboratorio
Fármacos usados
Identificación de Riesgo de Materiales
Gestión Integral de Residuos Hospitalarios y Similares
Depósitos para la recolección de los desechos hospitalarios
Traslado interno de desechos hospitalarios
Ruta Sanitaria
Símbolos de Riesgo Radiactivo y Riesgo Biológico
Acondicionamiento de residuos en Bolsas plásticas de color Recipientes
para residuos punzocortantes
Características de los vehículos de transporte
Tratamiento por autoclave
Tratamiento por microondas y Equipo móvil de tratamiento
Fosa para eliminar cantidades pequeñas de desechos
Letrina de hoyo seco
Letrina de pozo seco ventilada
VI
675
690
703
708
724
727
728
731
732
733
733
740
750
751
762
763
764
764
765
766
766
767
767
768
768
770
772
783
784
785
787
790
791
792
793
807
808
Figura 9.3
Figura 9.4
Figura 9.5
Figura 9.6
Figura 9.7
Figura 9.8
Figura 9.9
Figura 9.10
Figura 9.12
Figura 10.1
Figura 10.2
Figura 10.3
Letrina compostera en lotes
Letrina de pozo anegado
Letrina de cierre hidráulico
Tanque séptico
Alcantarillado convencional
Tanque interceptor del sistema de pequeño diámetro
Tipos de alcantarillado condominial
Alcantarillado condominial
Detalle del pozo de infiltración
Componentes del ciclo de transmisión de un antroponosis como la malaria
o el tifus de origen
Componentes del ciclo de transmisión
Influencia de las obras sanitarias en la salubridad
VII
809
810
811
812
813
815
816
816
825
875
876
889
Índice de Tablas
Tabla 1.1
Cronología de la Revolución Industrial y la Salud Publica
8
Tabla 1.2
23
Tabla 2.1
Cronología de sucesos en la Historia Nacional Referente a la Salud
Pública y el Medio Ambiente.
Captación de agua y consumo, en función de su uso final
Tabla 2.2
Niveles máximos de contaminantes
55
Tabla 2.3
Concentraciones máximas de fluoruros (5)
56
Tabla 2.4
Enfermedades infecciosas relacionadas con aguas contaminadas
72
Tabla 2.5
Clasificación ambiental de las enfermedades relacionadas con las excretas.
80
Tabla 3.1
Flujos de agua por regiones climáticas (Km²/año)
136
Tabla 3.2
Uso del agua por actividades humanas en el mundo
144
Tabla 3.3.
Escorrentía anual y consumo de agua por continentes y por regiones
fisiográficas económicas del mundo
Disponibilidad de agua en las diferentes regiones del Mundo (Gleick,
1993).
Extracción Anual per cápita y Disponibilidad per cápita de los Recursos
Hídricos en América Latina (UNESCO, 2000).
Valores de Almacenamientos Específicos para algunos tipos de materiales
(Fetter, 1994).
Variación de la permeabilidad intrínseca y conductividad hidráulica para
sedimentos no consolidados (Fetter, 1994)
Conveniencia de los métodos de construcción de pozos con diferentes
condiciones geológicas
Proceso de potabilización del agua
Contaminantes Biológicos más comunes en el agua
Los requisitos de calidad química
Dosis de sulfato de aluminio
Dosis óptima de sulfato de aluminio
Dosis de lechada de cal
Dosis óptima de lechada de cal
Calibración del dosificador en seco
Sustancias Químicas que Influyen sobre la Potabilidad del Agua
Normas de Calidad Físico Química del Agua para Uso Doméstico
Valores de coeficientes de arrastre
Detalles del diseño típico de clarificadores de tratamiento de agua
Clasificación de los filtros
Comparación entre diferentes tipos de filtros
Materiales filtrantes
145
Tabla 3.4
Tabla 3.5
Tabla 3.6
Tabla 3.7
Tabla 3.8
Tabla 4.1
Tabla 4.2
Tabla 4.3
Tabla 4.4
Tabla 4.5
Tabla 4.6
Tabla 4.7
Tabla 4.8
Tabla 4.9
Tabla 4.11
Tabla 4.12
Tabla 4.13
Tabla 4.14
Tabla 4.15
Tabla 4.16
VIII
46
146
147
154
156
214
238
269
269
281
282
283
283
285
294
296
312
318
325
326
329
Tabla 4.17
Tabla 4.18
Tabla 4.19
Tabla 4.20
Tabla 5.1
Tabla 5.2
Tabla 5.3.
Tabla 5.4.
Tabla. 5.5
Tabla 5.6
Tabla 5.7
Tabla 5.8
Tabla 5.9
Tabla 5.10
Tabla 5.11
Tabla 5.12
Tabla 5.13
Tabla 5.14
Tabla 5.15
Tabla 5.16
Tabla 5.17
Tabla 5.18
Tabla 6.1
Tabla 6.2
Tabla 6.3
Tabla 6.4
Tabla 6.5
Tabla 6.6
Tabla 6.7
Tabla 6.8
Material Necesario para Formar 1 m³ de Solución de Cloro
Cantidades Necesarias de Blanqueador para Formar 1 m³ de Solución
Esterilizadora
Desinfección
Resumen de los problemas de calidad del agua asociados con acabados
instalaciones de almacenamiento de agua
Equivalentes de población (contaminantes expresados en DBO o similar)
Vertidos industriales producidos por los diferentes tipos de industria
Efectos indeseables de las aguas residuales
Contaminantes de importancia en aguas residuales
Eficiencia de las reacciones de oxidación de algunos elementos e iones en
el analizador de oxigeno
Evaluación del rendimiento de la DQO y de la DBO con relación a la
demanda teórica para algunos compuestos orgánicos
Relaciones teórico y experimentales entre la DQO y el COT
Valores de la DBO, la DQO y el COT para algunas aguas residuales
industriales
Requerimientos para tratamiento primario o para pretratamiento
Características principales de los lodos
Referencias
Comparación de características de diseño para procesos de tratamiento en
el terreno
Comparación de características del sitio para procesos de tratamiento en el
terreno
Valores máximos de parámetros de aguas residuales de tipo ordinario, para
descargar a un cuerpo receptor.
Valores máximos permisibles de parámetros para verter aguas residuales de
tipo especial al cuerpo receptor por tipo de actividad.
Parámetros Complementarios sobre Valores Permisibles para Aguas
Residuales Descargadas a un Cuerpo Receptor
Requerimiento para toma de muestras Recipientes para Muestreo y
Preservantes de Componentes en Agua.
Métodos de Análisis para la Determinación de los Parámetros
Contemplados en la Norma
Composición típica de tres clases de aguas residuales domesticas
Criterios para efluentes secundarios
Según el artículo 72 del decreto 1594 de 1984, todo vertimiento a un cuerpo de agua deberá cumplir, por lo menos, con las siguientes normas
Criterios de calidad para aguas superficiales
Sumario de procesos convencionales más comunes de tratamiento de aguas
residuales
Características de desechos domésticos después de varios grados de
tratamiento
Contenido de coliformes esperado en varios efluentes
Similitudes y diferencias entre los procesos de lodos activados y filtros
IX
345
345
358
362
372
373
380
381
403
406
407
408
412
413
427
436
437
444
445
447
449
450
460
461
463
464
466
469
470
471
Tabla 6.9
Tabla 6.10
Tabla 6.11
Tabla 6.12
Tabla 6.13
Tabla 6.14
Tabla 6.15
Tabla 6.16
Tabla 6.17
Tabla 6.18
Tabla 6.19
Tabla 6.20
Tabla 6.21
Tabla 6.22
Tabla 6.23
Tabla 6.24
Tabla 6.25
Tabla 6.26
Tabla 6.27
Tabla 6.28
Tabla 6.29
Tabla 6.30
Tabla 6.31
Tabla 6.32
Tabla 6.33
Tabla 6.34
Tabla 6.35
Tabla 6.36
Tabla 6.37
Tabla 6.38
Tabla 6.39
Tabla 6.40
Tabla 6.41
biológicos
Comparación de lodos activados y filtros biológicos en términos de
conceptos de ingeniería
Problemas operacionales comunes en lodos activados y filtros biológicos
Ventajas y Desventajas de los tanques sépticos
Ventajas y Desventajas de los tanques imhoff
Referencia
Tabla de ejemplo de diseño
Son comunes las siguientes asociaciones de vertedero y canal del
desarenador
Unidades de gasto de los aparatos sanitarios que descargan a la trampa de
grasa
Parámetros de diseño típicos para sedimentadores secundarios.
Valores típicos de parámetros de diseño de tanques de flotación
Eckenfelder cita los siguientes valores de n para su modelo
Algunos coeficientes de producción de masa celular con compuestos puros
Algunos valores del coeficiente de autooxidacíón b
Valores típicos de a y a" para aguas residuales provenientes de distintos
procesos
Valores típicos de los coeficientes cinéticos para el proceso de lodos
activados. (Metcalf & Eddy, 1991)
Información para el diseño de sedimentadores secundarios (Metcalf &
Eddy, 1996)
Valores típicos de diseño para filtros percoladores
Características de los medios filtrantes
Cargas típicas para los procesos de crecimiento en cultivo fijo para lograr la
nitrificación
Criterios de diseño de los lechos de turbas
Comparación con Sistemas de Tratamiento Tradicionales
reducción de volátiles
Cantidad de Ca(OH)2 necesaria para mantener el pH por encima de 12
durante 30 minutos
Efectos de cambio de varios factores en el ph del lodo
Relación entre carga orgánica y otros parámetros
Criterio de diseño de digestores en términos de litros por cápita
Relación entre capacidad por cápita y carga orgánica en digestión
anaeróbica
Contenido de sólidos en lodo de varios procesos
Coeficientes laminares para varias condiciones
Coeficientes de conductividad termal para varios materiales
Calidad esperada en lodo de digestores no calentados
Calidad esperada en lodo de digestores calentados
Parámetros para el diseño de digestores aerobios
X
471
471
474
484
487
499
503
509
526
529
545
560
561
563
571
575
580
581
585
587
595
603
605
614
623
623
624
625
632
632
658
658
669
Tabla 6.42
Tabla 7.1
Tabla 7.2
Tabla 7.3
Tabla 7.4
Tabla 7.5
Tabla 7.6
Tabla 7.7
Tabla 7.8
Tabla 7.9
Tabla 7.10
Tabla 8.1
Tabla 8.2
Tabla 8.3
Tabla 8.4
Tabla 9.1
Tabla 9.2.
Tabla 10.1
Tabla 10.2
Tabla 10.3
Tabla 10.4
Tabla 10.5
Tabla 10.6
Tabla 11.1
Tabla 11.2
Tabla 11.3
Tabla 11.4
Tabla 11.5
Tabla 11.6
Tabla 11.7
Tabla 11.8
Granulometría de la capa soporte
Actividades generadoras de residuos sólidos en la Región de América
Latina y el Caribe
Índices de producción de residuos sólidos e ingresos
Composición de los RSMa
Enfermedades relacionadas con RSM transmitidas por vectores
Características principales del servicio de aseo urbano
Impacto acumulado de los componentes de saneamiento básico
Tendencias en la gestión integral de los RSM
Ventajas y limitaciones del relleno sanitario
Principales tipos de termoplásticos que se pueden reciclar
Principales productos metálicos que se reciclan
Residuos no peligrosos
Residuos peligrosos
Servicios de un centro de atención de salud y los tipos de residuos que
pueden generar.
Ventajas y desventajas de las tecnologías de tratamiento más usadas
Criterios de selección
Principales problemas durante el proceso de compostaje y alternativas de
solución
Formas de transmisión de vectores
Enfermedades transmitidas por vectores
Suministros y equipo utilizables para vigilancia de vectores y de roedores
Matriz de los objetivos y acciones del saneamiento básico y la influencia en
las comunidades
Tecnología Costo
Modelos de Gestión de Programas de Saneamiento
Supervisión y control para los requisitos de ubicación de un relleno
sanitario
Supervisión y control de la barrera de impermeabilización de un relleno
sanitario
Supervisión y control de los sistemas de captación y control de biogás de un
relleno sanitario
Supervisión y control de los sistemas de captación y control de biogás de un
relleno sanitario.
Supervisión y control del drenaje pluvial de un relleno sanitario
Supervisión y control del área de emergencia de un relleno sanitario
Supervisión y control del área de emergencia de un relleno sanitario
Supervisión del control de entrada de residuos al relleno sanitario
XI
676
698
699
700
702
711
712
714
734
747
748
770
771
779
795
799
855
876
878
879
887
897
901
944
945
945
946
946
946
947
INTRODUCCIÓN
Desde que el hombre existe en la tierra, sus actividades han dejado huella en el medio que lo
rodea. Entre los seres vivos es el único capaz de modificar su entorno natural para adaptarlo
a sus necesidades debido a su capacidad de raciocinio y a medida que ha crecido la
población humana también ha ido creciendo esta capacidad de adopción que se consolida
con el desarrollo de nuevas tecnologías.
Esta modificación del entorno ha traído consigo daños y alteraciones a la naturaleza desde
épocas muy antiguas pero se han vuelto más severos y en algunas circunstancias hasta
irreversibles a medida que se desarrollan los procesos industriales, que se concentra la
población en las ciudades, que la agricultura se tecnifica y se introducen gran cantidad de
sustancias químicas en el ambiente como consecuencia del desarrollo urbano, agrícola e
industrial.
Actualmente se vive en la era de los productos petroquímicos como los plásticos, pesticidas,
aditivos para alimentos, detergentes, solventes y combustibles, los cuales al final de su ciclo
de vida (elaboración, utilización y disposición final) generan una serie de problemas que
tienen un impacto significativo en los recursos naturales y el ambiente.
Muchos de los problemas que por contaminación padecemos son resultado de acciones que
eran aceptadas en el pasado por el poco conocimiento que se tenía entonces de sus efectos
en el ambiente. El DDT se aplicaba indiscriminadamente en áreas de cultivo y residenciales
para controlar mosquitos y otros insectos. Los compuestos utilizados como refrigerantes
conocidos con el nombre de clorofluorocarbonos (CFC) se consideraban casi mágicos
debido a que no eran ni tóxicos ni combustibles. Sin embargo,, en la década de los setenta se
descubrió que la destrucción de la capa de ozono que protege nuestro planeta de la radiación
ultravioleta se debía precisamente esta clase de compuestos.
Sin embargo, para evitar que este tipo de problemas se sigan presentando v que en un futuro
se tornen incontrolables, en diversos países desde hace ya algunos años se han comenzado a
aplicar políticas que tienen como finalidad la protección del entorno natural. Paralelamente
se han desarrollado tecnologías encaminadas a prevenir, controlar y evitar la generación y
emisión de sustancias nocivas en el ambiente y éste es el campo que compete a la ingeniería
sanitaria.
XII
Capitulo 1
Introducción a la
Ingeniería Sanitaria
1
2
3
4
5
6
Definición y objetivos de la ingeniería sanitaria
Historia y evolución de la ingeniería sanitaria
Ecología
Antecedentes nacionales y legislación sanitaria
Epidemiologia
Higiene pública.
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
1. Definición y objetivos de la ingeniería sanitaria
Definición de Ingeniería Sanitaria
Es la rama de ingeniería dedicada básicamente al saneamiento de los ámbitos en que se
desarrolla la actividad, se vale para ello de los conocimientos que se imparten en las
disciplinas como: Hidráulica, Química, Biología, Física, Matemática, Hidrología, Mecánica y
otras.
Su campo se complementa y se comparte en los últimos años con las tareas que afrontan, la
Ingeniería Ambiental, que extiende sus actividades a los ambientes aéreos y edáficos.
Posiblemente el mayor logro de la Ingeniería Sanitaría fue la drástica disminución de las
enfermedades de origen hídrico.
Los Objetivos de la Ingeniería Sanitaria
Formar los criterios profesionales con un amplio conocimiento del desarrollo actual de la
sociedad y de los problemas ambientales relacionados con el manejo de los recursos
naturales, agua, aire y suelo, con entendimientos de su compromiso profesional y ético en su
solución, tomando parte de los conocimientos matemáticos, sociales, naturales e ingenieriles
que se orientan a desarrollar gestión tales como:
Conocer y entender, principios y teorías esenciales relacionadas con las ciencias
básicas y sus aplicaciones a situaciones relacionadas con el medio ambiente y la salud
humana.
Formular y desarrollar planes, programas y proyectos, de evaluación, prevención y
control de los factores de riesgo que influyen en la salud de las personas.
La planeación, diseño, construcción, operación, mantenimiento, administración y
gestión de sistemas para la prevención y el control de la contaminación, de los
recursos naturales agua, aire y suelo.
Buscar acciones comunitarias que busquen la sostenibilidad de planes, programas y
proyectos, en base a la realidad social, cultural y política del país, todo ello
encaminado al bien común.
Además la ingeniería sanitaria centraliza sus objetivos en 5 grandes aéreas a las cuales están
divididas en:
1. Saneamiento Ambiental
2. Agua potable y Alcantarillado
2-4
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
3. Disposición de Desechos Sólidos
4. Instalaciones Sanitarias Interiores
5. Contaminación Ambiental
1. Saneamiento Ambiental
Operación de servicio de salud pública; de las municipalidades (abarcando sus áreas urbanas
y rurales), de las firmas constructoras y consultoras que dan servicio a este sector.
2. Agua potable y Alcantarillado
Organización, normalización, tarifación, diseño, construcción, operación y control de
servicios de empresas de agua potable y desagüe, sea directamente o por intermedio de las
firmas consultoras o constructoras que corresponden a este sector.
3. Disposición de Desechos Sólidos
Normalización, diseño, operación y control de los servicios del sector recolección de
desechos sólidos y de disposición final.
4. Instalaciones Sanitarias Interiores
Diseño, normalización, control y eventual operación de las instalaciones en las edificaciones,
principalmente servicios de los entes públicos y de las personas jurídicas o naturales del
sector privado que tengan a su cargo tales edificaciones sus etapas de diseño, construcción y
operación.
5. Contaminación Ambiental
Desarrolla actividades en otros sectores, en el control de cuencas hidrográficas,
contaminación ambiental, residuos radiactivos, higiene de los alimentos, planeamiento
ambiental regional, urbano, auditorías ambientales, estudios de impacto ambiental, energías
renovables y la concepción ambiental de los productos.
Las actividades de la ingeniería sanitaria tendiente a sanear el medio tienen cortar el eslabón
de la cadena de transmisión de muchas enfermedades y preservar el medio para agrado y
bienestar de la sociedad. Esta acción está ligada de modo íntimo a otras disciplinas de la
salubridad como:
2-5
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Epidemiologia
Parasitología
Microbiología Estadística
Administración Sanitaria
Higiene Industrial
Otras
En resumen estas son varias de las actividades en las que participa la Ingeniería Sanitaria:
Abastecimiento, tratamiento y distribución de aguas
Sistemas de alcantarillado, tratamiento y control de las aguas negras (o cloacales) y
de los desechos industriales
Control de la contaminación del agua
Servicios municipales y rurales de eliminación de basura
Control de roedores e insectos
Higiene de los alimentos
Saneamiento de las escuelas, lugares públicos, lugares de veraneo, piscinas, etc.
Construcción de viviendas higiénicas
Control de las emanaciones, polvos, gases
Higiene y saneamiento industrial
2. Historia y evolución de la ingeniería sanitaria
Desde la existencia del hombre los asentamientos humanos toda comunidad, ha
generado residuos sólidos como líquidos, a lo largo de toda la historia de la humanidad.
La disposición final de los desechos sólidos y líquidos, así como el aprovisionamiento de
agua, para el consumo tienen una relación ancestral que data desde la misma creación del
hombre.
Para su mejor compresión, se pueden distinguir dos grandes etapas en la evolución del
conjunto de teorías y practicas sobre la promoción y conservación de las condiciones
sanitarias:
1. La etapa de la higiene individual
2. La etapa de la higiene Publica
Que se dan antes y después del siglo final VXIII y comienzos del XIX1
A lo largo de la primera etapa no existe disciplina científica que contemple los diferentes
componentes que afectan la salud colectiva, peros se dan prácticas sociales encaminadas a
combatir el máximo peligro sanitario público, (Las epidemias).
6
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
La segunda se da en la Baja Edad Media de las ciudades, y en la constitución de las
naciones modernas en el Renacimiento, aparecen medidas de carácter público dirigidas a
evitar a luchar contra epidemias.
Las condiciones sociales, económicas, políticas y científicas del siglo XVII favorecen la
creación de la sanidad pública como practica de intervención del Estado para lograr el
bienestar de la población 1
Evolución de los conceptos sanitarios
Sociedades Primitivas
La estructura de la sociedad paleolítica, basada en la actividad de grupos de cazadores y
recolectores de menos de un centenar de miembros, con una movilidad de un centenar
de miembros, con una movilidad estacional en un nicho ecológico estable, adaptados a
los recursos disponibles de cada zona, da lugar a un perfil epidemiológico caracterizado
por la ausencia de epidemias, una esperanza de vida relativamente elevada, y la existencia
de enfermedades derivadas de la exposición a las inclemencias atmosféricas y del
desarrollo de una actividad física.
Sociedad Neolítica
El desarrollo de la sociedad neolítica, con la configuración de una estructura social
dependiente del cultivo y de la propiedad de la tierra, sedentaria, jerarquizada
socialmente y organizada en primitivas ciudades, producirá un cambio profundo en el
perfil epidemiológico.
Factores como el contacto con el agua y el ganado, el aumento de la densidad
demográfica, la dependencia de las cosechas, las deficiencias nutritivas del estamento
social. El desarrollo del comercio entre los diferentes pueblos y la adopción de hábitos
higiénicos no adecuados dan lugar a la aparición de nuevas enfermedades, este nuevo
perfil epidemiológico estuvo caracterizado por la recurrencia de epidemias, epizootias y
plagas, así como la aparición a gran escala de la violencia.
El auge de las ciudades en la Baja Edad Media y en el Renacimiento, y su influencia en
los sistemas de Sanidad.
A lo largo de la Edad Baja Media gracias a las transformaciones de la estructura
socioeconómica que favorecen la consolidación de las ciudades. En el ámbito de la
práctica social surge las primeras medidas publicas relacionadas con las recientes
epidemias de peste aparecidas. Esta evolución culmina en el Renacimiento, gracias al
desarrollo del mercantilismo. Este, recordémoslo, no solamente supone cambios
económicos sino fundamentalmente sociopolíticos e ideológicos.
La aparición de epidemias de pestes en estas ciudades da lugar a las primeras
organizaciones públicas sanitarias, así como a las primeras medidas públicas para intentar
1
De la obra de Johamn Peter Frank
7
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
atajarlas, las cuarentenas y los lazaretos, el que está en la base de la creación, a lo largo de
los siglos XII, XIV y XV.
El siglo XVIII y el nacimiento de la Ingeniería Sanitaria
El siglo XVIII es crucial en la historia de la humanidad ya que con la confluencia de tres
factores:
a. El auge económico
b. La casi desaparición de las epidemias de peste, que permite centrar la atención en
el fenómeno de las endemias y de las tercianas propias del paludismo.
c. La configuración de una mentalidad sensible a los problemas humanos que se ven
agravados con la supervivencia.
En este contexto de estrecha relación entre actividad económica, vida urbana y
mentalidad, destacan las prácticas sanitaria de la administración pública, encaminadas a
sanear y limpiar los entornos aparece el florecimiento de las medidas de prevención y
erradicación de la emanación de las aguas estancadas con la producción de vapores
pestilentes que derivaban en enfermedades.
Pero no fue hasta el siglo XIX donde en Inglaterra con el auge de la revolución industrial
donde una sociedad rural pasa a convertirse en una sociedad urbana, asimismo en
Inglaterra con la constitución del Sanitary Movement , como actividad a favor del
saneamiento de la población. Y es así que en los años de 1,832 hasta 1,885 comienza un
eficaz limpieza de las ciudades, construcción de conducciones de agua y alcantarillados,
eliminación de basuras y excrementos, aporte alimenticio básico y una adecuada
inversión del estado. 2
Tabla 1.1 Cronología de la Revolución Industrial y la Salud Publica.
Fecha Ciencia
Tecnología
y Grupo ciudadanos
Y opinión publica
1842
1847
1848-49
William Budd (Inglaterra)
relaciona las fiebres tifoideas con agua contaminada
del saneamiento. Nueva
epidemia de cólera.
Comienza a aparecer los
humos y ruidos en los
ferrocarriles de cercanías
de
los
suburbios
Americanos.
Se funda la Asociación
Médica Americana con
intención de raizar encuestas
sobre saneamiento.
El monumental informe
Chadwich pide soluciones
de ingeniería para la
miasma ambiental.
El estudio sobre Nueva
York de Griscon llega
A conclusiones similares.
Se aprueba la ley de Salud
Publica Nacional (Inglaterra).
La cuestión sanitaria gana
intensidad en Inglaterra. La
teoría del miasma guía a la
opinión pública.
1850
2
Actividad de la
Administración
Durante dos generaciones,
los comisionados reales
recomiendan purificar el
agua residual extendiéndola
sobre el terreno.
Fuente : Obra Consecuencias de la Revolución Industrial de Inglaterra
8
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Fecha Ciencia y Tecnología
1860
1880
Grupo ciudadanos
Y opinión publica
Pasteur experimenta con
microbios y vacunas.
Estados Unidos presume de
598
sistemas
de
infraestructura hidráulica. La
mayoría
de
los
saneamientos vierten agua
residual no tratada a ríos,
causes, lagos, estuarios.
Actividad de la
Administración
La ley inglesa de Contaminacion de ríos de 1876 declara
delito descargar residuales a
los causes.
La revista de ingeniería
discuten sobre la tubería
única vs. El saneamiento
separado diseñado por
Waring.
1884
Se funda la asociación de
Protección
1890
Los baños obsequian a los
Ingenieros con problemas
de rebose, captación y
evacuación. Aparecen series
de epidemias de tifus.
Se introduce el color para
purificar los suministros de
agua.
1900
1905-7
La comunidad médica se
opuso a las asociaciones de
ingeniería acerca de quién
debería decidir los temas de
salud pública.
Los ingenieros prefieren la
dilución y los métodos de
filtración/purificación
por
razones económicas. Los
médicos discuten a favor del
tratamiento
del
agua
residual.
Las comisiones Británicas
renuncian a la aplicación al
terreno de agua residual por
impracticable; comienza a
abordar por métodos de
tratamiento y dilución.
El ingeniero Waring
nombrado primer comisario
de limpieza de calle en
Nueva York-
Se funda la asociación
internacional
para
la
prevención del humo.
Pennsylvania aprueba una
ley que prohíbe a las
ciudades verter agua
residual no tratada.
3.5 millones de caballos en
las ciudades americanas
representan problemas de
contaminación de aire y
agua.
1910
1914
1946
El informe de Hazn y
Whipple concluyo que una
nueva planta de tratamiento
de aguas residuales en
Pittsburg no tenía ventaja
desde el punto de vista
económico y sanitario.
Arden y Lockett descubren
los fangos activados.
Produjo vertidos generalizados
de aguas residuales a los
ríos y Pittsburg no dispuso
de una planta de tratamiento
hasta 1959.
Se funda la Organización
Mundial de la Salud.
9
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Aunque la captación y drenaje de aguas servidas o residuales datan de tiempos antiguos la
recogida de aguas residuales no aparece hasta principios del siglo XIX mientras que el
tratamiento sistemático de las aguas residuales data de finales del siglo pasado y principios
del presente. El desarrollo de la teoría del germen a cargo de Koch y Pasteur en la
segunda mitad del siglo XIX marco el inicio de una nueva era en el campo del
saneamiento. Hasta ese momento se había profundizado poco en la relación entre
contaminación y enfermedades, y no se había aplicado el tratamiento de aguas residuales
la bacteriología, disciplinas entonces en sus inicios.
En EE.UU. el tratamiento y eliminación de las aguas residuales y los sólidos no recibió
demasiada atención a finales del siglo XIX porque los daños causados por el vertido de
estos no tratados en las relativas grandes masas de aguas y suelo receptoras no eran
graves, y por qué se disponía de grandes extensiones de terreno para su evacuación. Sin
embargo Europa era todo el caso contrario, pero a principios de este siglo, los daños
causados y las condiciones sanitarias impulsaron una creciente demanda de mayor
eficiencia en el tratamiento y gestión de los residuos sólidos y líquidos.3
Porque antes de estos, las guas de la mayoría de las comunidades se vertían directamente
a ríos y corrientes mediantes alcantarillados. Y la acumulación de estos fangos y el
desarrollo de olores y condiciones desagradables surgieron como consecuencias de esta
práctica. Así como el depósito de la basura en campos a cielo abierto fueron la cuna de
proliferaciones de ambientes idóneos para vectores como moscas, ratas, aves de rapiñas
total mete masivas para la saudí de las comunidades aledañas a estos botaderos, para
solventar estos problemas se introdujo la evacuación separada de las guas residuales y la
disposición final de los desechos sólidos en sitios adecuados (se implementaron los
rellenos sanitarios), como método de tratamiento de la basura técnica que se fue
perfeccionado con el paso de los años.
3. Ecología
INTRODUCCIÓN A PERSPECTIVA ECOLÓGICA
El papel multidisciplinar de los ingenieros de hoy en día le exige un mayor conocimiento
del funcionamiento de los seres vivos y de interacción con el entorno en el que se basa su
trabajo. Esta es la función de este como puesta en escena el fundamento básico de los
conceptos ecológicos y los recursos naturales, con énfasis cualitativos.
Los ingenieros utilizan y manipulan recursos físicos como la energía natural (oleaje,
viento, hidroelectricidad) y agua (para suministros domésticos y transporte de residuos).
Estos alteran la topografía de los sistemas terrestres y acuáticos a través de la construcción
de carreteras y estructuras para alivio de inundaciones, protección de la erosión , etc.,
Extraído del Estudio realizado de THE CLEAN WATER, atreves de la U. S. Enviromental
Protecction Agency.
3
10
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
creando nuevos escenarios físicos en los cuales tienen que existir y funcionar los seres
vivos. Sin embargo, como se muestra en la figura 1.1, los componentes físicos y químicos
(abióticos) son solo una parte del medio natural y, como mucho podrían argumentar hoy
en día no son tan importantes como el componente biótico de los organismos vivos para
el bienestar de la especie humana y de la tierra en su conjunto.
Abiótico
Biotíoco
Atmosfera
(aire)
Hidrosfera
(océanos, lagos,
ríos, aguas
subterráneas
poco profundas
Organismos vivos
(virus, bacterias,
hongo, plantas y
animales)
Y
Materia orgánica
muerta (organismos
muertos y productos
residuales)
Litosfera
(tierra
solida,
suelos
Figura 1.1 Los principales componentes y subcomponentes del medio natural.
Los sistemas vivos naturales proporcionan a la humanidad un conjunto de servicios
indispensables e irremplazables que mantienen la vida en la tierra. Incluyen recursos
directos como materiales de construcción madera, alimentos, medicinas, materiales de
vestir, etc. Los sistemas vivos también proporcionan servicios funcionales como el
mantenimiento de la mezcla apropiada de gases, generación y preservación de suelos,
evacuación de residuos, restauración de sistemas después de las alteraciones, control de
pestes, ciclos de nutrientes y polinización de las cosechas. De esta forma, no solo la
humanidad es totalmente dependiente del mantenimiento del medio natural y de la
interacción entre los organismos vivos y los componentes físicos/químicos de la tierra.
Para comprender mejor definamos lo que es la ecología como ciencia.
LA ECOLOGÍA
La ecología es la ciencia que estudia los seres vivos, su ambiente, la distribución y
abundancia, cómo esas propiedades son afectadas por la interacción entre los organismos
y su ambiente. El ambiente incluye las propiedades físicas que pueden ser descritas como
11
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
la suma de factores abióticos locales, como el clima y la geología, y los demás organismos
que comparten ese hábitat (factores bióticos).
La visión integradora de la ecología plantea que es el estudio científico de los procesos
que influencian la distribución y abundancia de los organismos, las interacciones entre los
organismos, así como las interacciones entre los organismos y la transformación de los
flujos de energía y materia.
La ecología se ocupa del estudio científico de las interrelaciones entre los organismos y
sus ambientes, y por tanto de los factores físicos y biológicos que influyen en estas
relaciones y son influidos por ellas. Pero las relaciones entre los organismos y sus
ambientes no son sino el resultado de la selección natural, de lo cual se desprende que
todos los fenómenos ecológicos tienen una explicación evolutiva.
La Ecología tiene de objeto de estudio
La ecología es la rama de la Biología que estudia los seres vivos, su medio y las relaciones
que establecen entre ellos. Éstos pueden ser estudiados a muchos niveles diferentes,
desde las proteínas y ácidos nucleídos (en la bioquímica y la biología molecular), a las
células (biología celular), tejidos (histología), individuos (botánica, zoología, fisiología,
bacteriología, virología, micología y otras) y, finalmente, al nivel de las poblaciones,
comunidades, ecosistemas y la biosfera. Éstos últimos son los sujetos de estudio de la
ecología.
Dado que se concentra en los más altos niveles de organización de la vida en la Tierra y
en la interacción entre los individuos y su ambiente, la ecología es una ciencia
multidisciplinaria que utiliza herramientas de otras ramas de la ciencia, especialmente
Geología, Meteorología, Geografía, Física, Química y Matemática.
Los trabajos de investigación en esta disciplina se diferencian con respecto de la mayoría
de los trabajos en las demás ramas de la Biología por su mayor uso de herramientas
matemáticas, como la estadística y los modelos matemáticos
Disciplinas de la Ecología
Como disciplina científica en donde intervienen diferentes caracteres la ecología no
puede dictar qué es "bueno" o "malo". Aun así, se puede considerar que el mantenimiento
de la biodiversidad y sus objetivos relacionados han provisto la base científica para
expresar los objetivos del ecologismo y, así mismo, le ha provisto la metodología y
terminología para expresar los problemas ambientales.
Las economías y la ecología comparten formalismo en muchas de sus áreas; algunas
herramientas utilizadas en esta disciplina, como tablas de vida y teoría de juegos, tuvieron
su origen en la economía. La disciplina que integra ambas ciencias es la economía
ecológica.
12
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
La ecología microbiana es la rama de la ecología que estudia a los
microorganismos en su ambiente natural, los cuales mantienen una actividad
continua imprescindible para la vida en la Tierra. En los últimos años se han
logrado numerosos avances en esta disciplina con las técnicas disponibles de
biología molecular.
Los mecanismos que mantienen la diversidad microbiana de la biosfera son la base de la
dinámica de los ecosistemas terrestres, acuáticos y aéreos. Es decir, la base de la
existencia de las selvas y de los sistemas agrícolas, entre otros. Por otra parte, la diversidad
microbiana del suelo es la causa de la fertilidad del mismo.
Biogeografía: es la ciencia que estudia la distribución de los seres vivos sobre la
Tierra, así como los procesos que la han originado, que la modifican y que la
pueden hacer desaparecer. Es una ciencia interdisciplinaria, de manera que
aunque formalmente es una rama de la Geografía, recibiendo parte de sus
fundamentos de especialidades como la Climatología y otras Ciencias de la
Tierra, es a la vez parte de la Biología. La superficie de la Tierra no es uniforme,
ni en toda ella existen las mismas características. El espacio isotrópico que
utilizan, o suponen, los esquemas teóricos de localización es tan solo una
construcción matemática del espacio.
La ecología matemática se dedica a la aplicación de los teoremas y métodos
matemáticos a los problemas de la relación de los seres vivos con su medio y es,
por tanto, una rama de la biología. Esta disciplina provee de la base formal para la
enunciación de gran parte de la ecología teórica
La Ecología urbana es una disciplina cuyo objeto de estudio son las
interrelaciones entre los habitantes de una aglomeración urbana y sus múltiples
interacciones con el ambiente.
La ecología de la recreación es el estudio científico de las relaciones ecológicas
entre el ser humano y la naturaleza dentro de un contexto recreativo. Los estudios
preliminares se centraron principalmente en los impactos de los visitantes en
áreas naturales. Mientras que los primeros estudios sobre impactos humanos
datan de finales de la década de los 20, no fue sino hasta los 70s que se reunió
una importante cantidad de material documental sobre ecología de la recreación,
época en la cual algunos países sufrieron un exceso de visitantes en áreas
naturales, lo que ocasionó desequilibrios dentro de procesos ecológicos en dichas
zonas. A pesar de su importancia para el turismo sostenible y para el manejo de
áreas protegidas, la investigación en este campo ha sido escasa, dispersa y
relativamente desarticulada, especialmente en países biodiversos.
La ecología del paisaje es una disciplina a caballo entre la geografía física
orientada regionalmente y la biología. Estudia los paisajes naturales prestando
especial atención a los grupos humanos como agentes transformadores de la
13
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
dinámica físico-ecológica de éstos. Ha recibido aportes tanto de la geografía física
como de la biología, ya que si bien la geografía aporta las visiones estructurales del
paisaje (el estudio de la estructura horizontal o del mosaico de subecosistemas
que conforman el paisaje), la biología nos aportará la visión funcional del paisaje
(las relaciones verticales de materia y energía). Este concepto comienza en 1898,
con el geógrafo, padre de la pedología rusa, Vasily Vasilievich Dokuchaev y fue
más tarde continuado por el geógrafo alemán Carl Troll. Es una disciplina muy
relacionada con otras áreas como la Geoquímica, la Geobotánica, las Ciencias
Forestales o la Pedología.
La Ecología Regional es una disciplina que estudia los procesos ecosistémicos
como el flujo de energía, el ciclo de la materia o la producción de gases de
invernadero a escala de paisaje regional o bioma. Considera que existen grandes
regiones que funcionan como un único ecosistema.
La Agronomía, Pesquería y, en general, toda disciplina que tenga relación con la
explotación o conservación de recursos naturales, en especial seres vivos, tienen la
misma relación con la ecología que gran parte de las ingenierías con la
matemática, física o química.
Factores abióticos (factores físicos):
El sol reactor termonuclear. Luz y calor.
La tierra se calienta y envía calor hacia el aire. La inclinación y cantidad de los
rayos solares influyen en la temperatura de una zona geográfica determinada. La
rotación y la forma de la superficie terrestre determinan la fuerza y dirección de
los vientos y en consecuencia la cantidad de lluvias. En el ecuador el aire se
calienta y asciende; en los polos se enfría y desciende y al rotar la tierra mueve
estas masas de aire frío o caliente.
La temperatura en la tierra disminuye al aumentar la latitud y la altitud. Zona
tropical caliente, zonas templadas menos calientes porque los rayos solares llegan
inclinados y polos fríos.
El aire tiene nitrógeno (N) asimilado por las plantas, oxígeno (O) utilizado por
todas las células en la respiración y dióxido de carbono (CO) utilizado por las
plantas en la fotosíntesis.
El agua es el 73% de la superficie de la tierra. Es utilizada por todos los
organismos porque se necesita en las células para que allí ocurran las reacciones
químicas. Además, sirve para que en la orina se expulsen los desechos celulares.
El suelo es de donde las plantas toman los minerales. Las plantas son comidas
por los animales para que lleguen los mismos minerales a sus células. Los
minerales más importantes son: fósforo (P), nitrógeno (N), calcio (Ca), hierro (Fe)
y magnesio (Mg)
14
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Factores bióticos (seres vivos)
Son todas las poblaciones del Ecosistema y, por tanto, todos los seres vivos del
Ecosistema.
En un ecosistema se distinguen un componente autótrofo y uno heterótrofo: en el
primero tienen lugar la fijación de la energía luminosa, el consumo de sustancias
inorgánicas de estructura simple y la constitución de moléculas cada vez más complejas;
en el segundo prevalecen la utilización, la reestructuración y el consumo de materiales
complejos.
Los factores BIÓTICOS y ABIÓTICOS funcionan juntos. Por ejemplo el agua (factor
abiótico) es succionada por la raíz de las plantas (factor biótico) para luego subir por el
tallo a las ramas y finalmente llegar a las células de las hojas, donde se necesita para que el
cloroplasto pueda utilizarla en la fabricación del azúcar glucosa.
Hábitat y nicho ecológico
Para escribir las relaciones ecológicas de los organismos resulta útil distinguir entre dónde
vive un organismo y lo que hace como parte de su ecosistema. Dos conceptos
fundamentales útiles para describir las relaciones ecológicas de los organismos son el
hábitat y el nicho ecológico. El hábitat de un organismo es el lugar donde vive, su área
física, alguna parte específica de la superficie de la tierra, aire, suelo y agua. Puede ser
vastísimo, como el océano, o las grandes zonas continentales, o muy pequeño, y limitado
por ejemplo la parte inferior de un leño podrido, pero siempre es una región bien
delimitada físicamente. En un hábitat particular pueden vivir varios animales o plantas.
En cambio, el nicho ecológico es el estado o el papel de un organismo en la comunidad o
el ecosistema. Depende de las adaptaciones estructurales del organismo, de sus
respuestas fisiológicas y su conducta. Puede ser útil considerar al hábitat como la
dirección de un organismo (donde vive) y al nicho ecológico como su profesión (lo que
hace biológicamente). El nicho ecológico no es un espacio demarcado físicamente, sino
una abstracción que comprende todos los factores físicos, químicos, fisiológicos y bióticos
que necesita un organismo para vivir.
Para describir el nicho ecológico de un organismo es preciso saber qué come y qué lo
come a él, cuáles son sus límites de movimiento y sus efectos sobre otros organismos y
sobre partes no vivientes del ambiente. Una de las generalizaciones importantes de la
ecología es que dos especies no pueden ocupar el mismo nicho ecológico.
Productividad de los ecosistemas
La productividad es una característica de las poblaciones que sirve también como índice
importante para definir el funcionamiento de cualquier ecosistema. Su estudio puede
hacerse a nivel de las especies, cuando interesa su aprovechamiento económico, o de un
medio en general.
15
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Las plantas, como organismos autótrofos, tienen la capacidad de sintetizar su propia masa
corporal a partir de los elementos y compuestos inorgánicos del medio, en presencia de
agua como vehículo de las reacciones y con la intervención de la luz solar como aporte
energético para éstas. El resultado de esta actividad, es decir los tejidos vegetales,
constituyen la producción primaria. Más tarde, los animales comen las plantas y
aprovechan esos compuestos orgánicos para crear su propia estructura corporal, que en
algunas circunstancias servirá también de alimento a otros animales. Eso es la producción
secundaria.
En ambos casos, la proporción entre la cantidad de nutrientes ingresados y la biomasa
producida nos dará la llamada productividad, que mide la eficacia con la que un
organismo puede aprovechar sus recursos tróficos. Pero el conjunto de organismos y el
medio físico en el que viven forman el ecosistema, por lo que la productividad aplicada al
conjunto de todos ellos nos servirá para obtener un parámetro con el que medir el
funcionamiento de dicho ecosistema y conocer el modo en que la energía fluye por los
distintos niveles de su organización.
La productividad es uno de los parámetros más utilizados para medir la eficacia de un
ecosistema, calculándose ésta en general como el cociente entre una variable de salida y
otra de entrada.
La productividad se desarrolla en dos medios principales, las comunidades acuáticas y las
terrestres.
BIOTICO
Biótico
Comunidad de organismos
Hidrosfera (Agua)
vivos
Litosfera (tierra solida,
suelo)
Atmosfera (aire)
ABIÓTICO
Figura 1.2 La naturaleza dinámica del ecosistema debido a las interacciones entre y la
interdependencia de los diversos componentes.
16
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
4. Antecedentes Nacionales y Legislación Sanitaria
Antecedentes Nacionales
El hablar de los antecedentes nacionales con respecto a la Ingeniería Sanitaria y el
Saneamiento Ambiental en el país.
Seleccionar los periodos o épocas de la historia nacional en las que ocurrieron hechos
significativos para el desarrollo, de la salud pública y el medio ambiente se ha focalizado
en tres periodos importantes, que son:
La Época Precolombina que finaliza en 1492, años que se descubrió nuestro continente.
La Época de la Conquista y la Colonia, desde 1492 hasta 1821, cuando El Salvador junto
a toda Centro América se independizo de España.
La Época de la Independencia dividida en dos partes:
De 1821 – 1899
De 1900 – 1979
El periodo de 1980 a 2000, se vio opacado por 12 años de guerra civil interna y marcada
por desastres naturales que marcaron otra perspectiva de vista en el país, como los fueron
el terremoto de 10 de Octubre de 1,986, el huracán Mich en Octubre de 1998, los
terremotos del 13 de Enero y 13 de Febrero de 2001, pese a ellos, se han logrado
grandes avances en lo concerniente al medio Ambiente.
Época Precolombina
Durante la época precolombina dada la limitada población del país, su ruralidad, su
respeto y apego a la tierra y a las plantas y en general a toda la naturaleza, no existía casi
ninguna contaminación del agua, suelo y del aire.
Los pueblos Mayas se consideraban que la enfermedad y la contaminación eran causadas
por espíritus y hombres nefastos, que hacían daño a los pequeños poblados. El jefe o
cacique tenían un respeto por los sacerdotes, que eran los encargados de rezar a los
dioses, que eran ellos lo que velaban por la salud de la tribu, el cual tenía conocimientos
en las hierbas curativas que se utilizaban en esa época. La limpieza de los desperdicios de
las actividades que se realizaban eran hecha por los hombres y mujeres de las tribus, el
aprovisionamiento de agua era de los manantiales, arroyos y los ríos, el tratamiento de las
excretas era totalmente rudimentario, consistía en agujeros que se cavaban los cuales eran
de 80 cms aproximadamente, los cuales se cubrían con ramas y cenizas.
17
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Época Colonial
Aunque en general el agua, el aire y la tierra aun no estaban seriamente contaminados, ya
se observaban algunos problemas emergentes como son la descarga directa en cuerpos de
agua de los productos del procesamiento del cacao y el añil.
Se carecía de los sistemas para la disposición final de las excretas y basura, no había
servicios de agua potable y se practicaba la quema de bosques para disponer de terrenos
para cultivos. Las tierras ya en cultivos se preparaban para la siembran mediante la quema
de rastrojos.
Es probable que la población rural dispersa viviera en un ambiente más limpio del que
existía en las haciendas y en pequeños pueblos y villas.
EPOCA INDEPENDENCIA
De 1821-1899
La introducción del cultivo del -café. Aunque inicialmente produjo la destrucción de
bosques para ampliar el área de cultivo, gracias al sistema de cultivo "bajo sombra"
utilizado en el país más bien ayudó a conserven árboles y otro vegetación en las tierras
altas y laderas. De igual manera. LA práctica de limpiar, terracear y abonar
sistemáticamente los cafetales, contribuyó significativamente a evitar la erosión y a
conservar la fertilidad del suelo. El factor más dañino para el medio ambiente fue la
instalación de los beneficios de café que comenzaron a arrojar las aguas mieles resultantes
del procesamiento en el curso de agua más cercano contaminando seriamente las aguas
que también
eran utilizadas para consumo humano río abajo y contribuyendo a la
destrucción de la fauna y vegetación acuática.
Los cultivos de añil y cereales fueron responsables en gran parte del inicio de la
deforestación del país ya que requieren de la tala de todos los árboles, la quema de
rastrojos y vegetación deben recordarse que estos cultivos ocupaban la mayor parte del
valle central y extensas porciones de los valles de la zona norte.
La ganadería tal como se practicaba en esa época, es decir dejando al ganado sin control
en tierras no cercadas, constituía amenaza para los cultivos de los indígenas y ladinos, y
su movimiento contribuía a disminuir el flujo de manantiales y arroyos según delegados
de gobierno e inspectores de policía de la época.
El crecimiento de pueblos villas y ciudades así como el establecimiento de núcleos de
población en las fincas de café comenzó a generar problemas de eliminación de las aguas
lluvias, excretas y basura a finales del siglo XIX con lo cual se comenzó a abonar el
terreno para la transmisión de diversas enfermedades.
En resumen a finales de los años 1800 aun existían extensos s bosques sobre todo en la
llanura costera, en las montanas de la zona norte del país y en las cuencas de algunos ríos
como el Lempa, el Sumpul, el Grande de san Miguel y el Jiboa se había iniciado la
18
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
destrucción de los bosques y la contaminación de las aguas. La contaminación del airé y
del suelo era mínima. Además la población aunque había aumentado significativamente
era de un tamaño relativamente pequeño y de carácter eminentemente rural.
De 1899-1980
A principios del siglo XIX el país contaba con abundantes bosques naturales y los
plantados para la protección del café. La mayor parte de los ríos no estaban
contaminados y existían numerosos arroyos y matinales que garantizaban la
disponibilidad de agua de buena calidad.
En esa época San Salvador, Santa Ana y San Miguel solamente disponían de servicio de
agua por conexión domiciliar en unas pocas manzanas del centro original de la ciudad.
En realidad la casi totalidad de la población debía obtener agua de pozo, pilas públicas,
manantiales y ríos. El Ministerio de Obras Publicas en coordinación con los Gobiernos
Municipales asumió la responsabilidad de construir sistemas de agua potable en ciudades,
villas y pueblos, dejando su administración mantenimiento a las Alcaldías Municipales.
Estas ánimas enfrentaban serias dificultades poro el cobro del servicio prestado y para el
mantenimiento de la red. Sin embargo pare 1950 alrededor del 50% de la población
urbana contaba con sistema público de agua, ya seo con conexión intradomiciliar o uso
de pila pública,
En 1961 se fundó la Administración Nacional de Acueductos y Alcantarillados (ANDA)
con la responsabilidad de enfrentar la provisión de servicio de agua potable y
alcantarillado en todo el país. Esta institución se abocó principalmente a resolver los
problemas en las áreas urbanos.
Más adelante El Ministerio de Salud Pública y Asistencia Social (MSPAS) inicio un Plan
Nacional do Saneamiento Básica Rural. Como resultado de las acciones emprendidas, o
finales de la década de 1980 el 55% de la población total contaba con servicio público de
agua. Sin embargo, esta cobertura variaba de un 85% en áreas urbanas o satamente el 6%
en áreas rurales.
A principios del siglo XX no existió sistema de alcantarillado. Las casas de las ciudades,
vinas y pueblos contaban, por lo general, con letrinas de foso profundo. En las áreas
marginales y rurales, la población utilizaba paro su evacuación cañales, cafetales y solares
al descubierto. A dé la década de 1910 se inició (a construcción del sistema de
alcantarillado en las principales ciudades del país llegando en 1950 a una cobertura de un
poco menos del 40% de lo población urbana. El crecimiento de las ciudades, sin
embargo, era más rápido que el de construcción de alcantarillado y muchas de las nuevas
colonias utilizaban fosa séptica cada unidad de vivienda. Para finales de las años 80, la
cobertura con alcantarillado y letrinas alcanzaba el 69% de lo población del país. La
cobertura con alcantarillado era del 33%. Cerca del 60% de la población urbana y
periurbana cuenta con conexión al alcantarillado y un 24% cuenta con letrinas, para una
cobertura total del 84%. La cobertura del servicio en las áreas rurales es de más o menos
50% exclusivamente por medio de letrinas.
19
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
En 1900 solo las ciudades y villas más importantes contaban con los servicios de
recolección de basura rudimentaria por medio de carretas y carretones y su acumulación
en simples botaderos de basura. Estas actividades, que se han considerado
tradicionalmente como de la competencia de los Gobiernos Municipales, han tenido un
lento desarrollo y han sido renuentes a la introducción de nueva tecnología. Así, a finales
de los años 80 de las 262 alcaldías del país cuentan con sistema formal de recolección de
residuos sólidos y se estima que casi un 50% de los residuos sólidos generados dentro de
las ciudades queda sin recolectar. Cabe destacar que las zonas urbanas- marginales son las
que más carecen de servicio de recolección de basura.
En 1900 el principal contaminante do los recursos hídricos eran los beneficios de café
que arrojaban sus aguas miles a ríos, arroyos y quebradas. Como resultado de los
procesos de urbanización desarrollo agrícola e industrial los problemas de contaminación
de los recursos hídricos aumentaron dramáticamente. A finales de los años 30 se
consideraba que muchos ríos estaban siendo contaminados por los beneficios de café
ingenios azucareros, fábricas y por los sistemas de alcantarillados y para finales de la
década de 1980 se señalo que ríos, manantiales, lagos, lagunas y aun las capas freáticas
estaban siendo seriamente contaminadas. Se decía que las aguas residuales de los sistemas
de alcantarillados y los afluentes provenientes de los beneficios café, ingenios de azúcar,
plantas de alcohol, plantas manufactureras de todo tipo no reciben tratamiento alguno
antes de ser depositadas a cuerpos de agua A esto debe agradecerse el drenaje de
campos de cultivo que utilizan grandes concentraciones de insecticidas y pesticidas de
diversos tipos. Se considera que en esa época que el 95% del agua superficial del país
estaba siendo afectada por la contaminación limitando su utilización para el consumo
humano.
A principios de siglo existían pocas fuentes de contaminación del aire producidas por el
hombre, el humo proveniente de las quemas de bosques y restrojos para ampliar el área
de cultivos y prepara la tierra para la siembra. A estos hay que agregar el humo
preveniente de la leña, el combustible utilizado en esa época en ciudades, villas, pueblos y
aéreas rurales para cocinar, pará funcionamiento de la maquinaria de beneficios de café e
ingenios azucareros, para locomotoras de los ferrocarriles y en fin para la producción de
energía en general. Aparte del humo no existió ningún otro contaminante del aire que
revistiera importancia
Para la década de 1950 aunque yo existía un elevado número de automotores y afilas
fábricas y ferrocarriles la leño había sido sustituida por derivados del petróleo como
combustible, no se consideró que hubiera contaminación significativa del aire. E1
incremento del parque automotor, de plantas industriales, de la urbanización y de la
extensión dedicada a la agricultura comercial motivó que en 1980 se detectara que el
contenido de anhídrido sulfuroso del ató de los ciudades más importantes mostraba una
tendencia ascendente y se acercara pero sin alcanzarlo, al límite permisible. Las partículas
sediméntales (polen, metálicos y minerales) que constituyen un factor coadyuvante para
las infecciones y alergias respiratorias también mostraban tendencia al aumento. La
emisión de humo negro proveniente de vehículos diesel aumentó notoriamente hasta
20
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
llegar a niveles peligrosos en el en el Área Metropolitana de San Salvador y otras ciudades
importantes. La posibilidad, no probada, de que el aire se contamina por el humo de
leña es considerable en las aéreas rurales donde existen altas tosas de IRA,
particularmente entre los niños.
En lo década de los años 40 con el Inicio del cultivo del algodón y la construcción de la
carretera Panamericana, y en los años 50 y 60 con la construcción del sistema de
carreteras del Litoral se propició la expansión del cultivo del algodón en escala comercial;
así corno de cultivos de subsistencia en áreas previamente cubiertos de bosques, con lo
cual se inicio la deforestación sistemática de la zona costera, lo desaparición de la
cubierto vegetal del suelo, el agotamiento del mismo y lo erosión. A finales de 1980 se
consideró que de no detenerse la deforestación. El Salvador podrió entrar a un proceso
que lo convertirá eventualmente en un semi-desierto.
Tal como ya se indico anteriormente, la situación del medio ambiente a principios del
siglo XIX tenía aspectos desforéstales, como la ausencia de un sistema de abastecimiento
de agua en ciudades, villas y pueblos; la falta de un sistema de alcantarillado, lo primitivo
y limitado de la disposición final de desechos sólidos, la falta de protección de fuentes de
agua, lo incipiente de la higiene de alimentos y en fin la práctica ausencia de medidas
para la protección del medio ambiente.
Sin embargo la situación ambiental tenía una contra parte de aspectos positivas como son
la, abundancia de aguas superficiales no contaminadas, el tamaño relativamente pequeño
de la población que hacía que los residuos arrojados a los ríos o arroyos fueran limitados,
la ausencia de contaminantes industriales, el limitado empleo de fertilizantes químicos y
otros aspectos ya señalados que hacían que la contaminación del agua, suelo y aire no
fuera de mayor importancia.
Al crearse en 1900 el Consejo Superior de Salubridad, se le asignara algunos pocos
funciones de saneamiento como son la introducción de tapones inodoros en los
respiraderos de los pocas cloacas que entonces existían y la toma de medidas para
disminuir el riesgo de propagación de enfermedades en lugares como iglesias, teatros y
otros donde las condiciones de hacinamiento favorecían la transmisión de algunos
enfermedades.
El abastecimiento de agua y el desarrollo del alcantarillado continuaron bajo la
responsabilidad de Obras Públicas y lo relativo a higiene de alimentos, control de fábricas
y eliminación de desechos sólidos continuaron como una función de las Alcaldías
Municipales.
El 1920 el Gobierno Nacional, transformó el Consejo Superior de Salubridad en la
Dirección General de Sanidad {DGS). El decreto de creación de la DGS publicado en el
Diario Oficial del 9 de agosto de 1920 organiza dicho institución en seis secciones, de las
cuales la cuarta corresponde a la Función de saneamiento y literalmente se le asignan
21
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
funciones de Inspección de Productos Alimenticios. Servicios higiénicos Municipales
Cementerios, Inhumaciones, Cremación, higiene Rural. Sin embargo otras funciones de
saneamiento fueron asignadas a otras secciones de la DGS, asa la primera sección la
corresponde la función de INGENIERIA SANITARIA. La DGS continúo la práctica
iniciada por el CSS de eliminar criaderos de mosquitos y más tarde el drenaje de aguas
estancadas.
A medida que se introducía, desarrollaban y ampliaban acciones fue necesario adecuar la
organización de la DGS, a las nuevas situaciones. Para finales de la década de 1940, la
DGS estaba integrada por siete divisiones técnicas, una era la de Ingeniería Sanitaria,
cuyo director. Ingeniero con Post-Grado en Ingeniería Sanitaria, era el Ing. José Alfonso
Valdivieso, quien permaneció en este cargo hasta 1962, cuando asumió la presidencia de
la recién creada Administración Nacional de Acueductos y Alcantarillados. Disponía la
división siguiente del personal:
Director, Ingeniero sartorio a tiempo integral
Ingeniero de proyectos.
Ingeniero de malariologia,
Ingeniera de zona
Supervisores de inspectores sanitarios
90 Inspectores sanitarios.
20 Mozos de saneamiento.
6 Cargos de labores de oficina
Las funciones asignadas a la división incluían una amplia gama de aspectos de
saneamiento:
El control
alimentos.
sanitario de la fabricación, producción artesanal
expendio de
Asesoramiento a las Alcaldías Municipales sobre la utilización del fondo de
higienización y saneamiento, incluyendo la aprobación de los correspondientes
proyectos.
Fomentar y asesorar a otras unidades de organización del gobierno en la
ejecución de obras de saneamiento como ser con Obras Públicas, lo referente al
abastecimiento
potable y alcantarillado, con el Ministerio de Agricultura, lo
relacionado con el saneamiento de los zonas incluidas proyectos de irrigación y
con el Ministerio del Interior , la cooperación con las alcaldías
para el
saneamiento de sus jurisdicciones.
22
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Control sanitario de barrancas, canales de drenaje, pantanos-, etc. de los
alrededores de Son Salvador, La libertad. Acajutla, La Libertad, La Unión,
Nahuilingo, Santa Ana, Atíquizaya e Ilopango.
Perforación de pozos y protección de fuentes de, superficiales y reparación de los
mismos en pueblos, villas e áreas rurales.
Operación de un taller para lo producción de letrinas para uso en pequeñas
poblaciones y áreas rurales, de bajo costo eran vendidos o usuarios de dichas
áreas.
Construcción de adiciones y reparación del edificio de la Dirección General de
Sanidad
Durante el quinquenio 1955-1959 la División continuó desarrollando las acciones arriba
mencionadas dando énfasis a la dotación de aguas, baños y lavaderos para la población
rural. Durante dicho periodo se construyeron 174 servicios de esa naturaleza
beneficiando a 100,000 personas, Se continuó colaborando con las Alcaldías de 13
municipales, en cloración del agua potable, proporcionándoles apoyo para la adquisición
del cloro, mantenimiento de los equipos de cloración y control de la calidad del agua. Se
continuo la construcción de letrinas y se vendieron más de 5000 de ellas y se donaron
muchas a escuelas, municipales y proyectos gubernamentales. Se dio énfasis a la limpieza
de playas antes de los periodos de mayor afluencia de vacacionistas. Se intensifico el
control de alimentos.
Tabla 1.2 Cronología de sucesos en la Historia Nacional Referente a la Salud Pública y
el Medio Ambiente.
Año
1825
1832
1840
1841
1842
Suceso
Se publica una cartilla de vacunación (antivariólica) para vacunadores
Se funda por iniciativa privada. El Hospital San Juan de Dios de San Miguel.
Se inicia la construcción de un nuevo edificio para El Hospital San Juan de Dios de Sonsonate.
Se crea la Universidad de El salvador y se establece por decreto ―las juntas de caridad‖ para administrar los
hospitales.
Se establece por iniciativa privada El Hospital San Juan de Dios de Santa Ana, que se oficializo en 1848 y
concedieron renta del estado.
1844
Se estable en La Universidad de El Salvador, la Facultad de Medicina
1847
1861
Se crea el protomedicato en El Salvador, aunque este no comenzó a funcionar hasta en 1849.
Se prohíbe por decreto practicar la -alta cirugía" a los barberos y se les autoriza a extraer muelas y dientes y
abrí, pequeños abscesos.
1864
1868
1870
Un benefactor privado abre en Santa Tecla la "Casa de la Misericordia‖ que mas tarde pasaría a ser el
Hospital San Rafael de Sata Tecla
Se establece en La Universidad de E1 Salvador La Cátedra de farmacia dentro de la Facultad de Medicina
Se establece "La Lotería" como fuente de ingreso para el sostenimiento del Hospital General de San
Salvador
23
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
1880
1881
1885
Año
1892
1894
1899
1900
1902
1906
1913
1916
1926
1930
1931
1932
1933
1934
Se cambia el grado de licenciado en Medicina a Doctor en Medicina.
El Protomedicato es sustituido por La Junta Directiva de la Facultad de Medicina.
Inicia operaciones Hospital San Juan de Dios de Ahuachapán que había sido fundado en 1875 por un
donante privado.
Se crea la Cruz Roja Salvadoreña.
Suceso
Se establece la primera óptica en EL Salvador
Se creó el "Hospital da Dementes" o "Manicomio Central‖ que comenzó a funcionar en 1896 con
670 camas.
Se inicia lo carrera de dentista anexa a la facultad de Medicina y cirugía.
El país contaba con 8 hospitales generales, se constituyo el desarrollo de la infraestructura de salud y se
ampliaron las acciones de medicina preventiva ambiental de la población.
Creación del ―Consejo Superior de Salubridad‖ que formo el primer grupo de inspectores sanitarios a
quienes encomendó, entre otras actividades, la misión de atacar a los anofelinos en su fase larvaria.
Se completo la construcción de Hospital Rosales y comienza a funcionar.
Se implemento el primer plan de saneamiento rural en las comunidades aledañas a San Salvador y
Zacatecoluca.
La Oficina de Vacunación declara que el único foco existente radica en San Vicente y sugiere la
descentralización de la oficina central mediante la creación de oficinas departamentales a cargo de
médicos.
No se registro un solo caso de viruela en el país, dando la impresión de que la enfermedad había sido
controlada. Ese año fueron vacunados 104.232 personas, A partir de ese año se pierde el rastro de la
viruela.
Se incremento el cuerpo de Inspectores sanitarios ampliándose su radio de acción. Se inicia obras de
drenajes en criaderos ubicados en la periferia de algunas poblaciones.
Se aprueba el nuevo código sanitario que muestra innovaciones en la organización y normas de trabajo para
la Dirección General de Sanidad.
Se inaugura la planta bija del Hospital Militar Central sobre la alameda Roosevelt próximo al Hospital
Rosales. Desafortunadamente, este nosocomio, no fue utilizado como tal sino hasta 1949
Se instalo en el edificio de lo Dirección General de sanidad al primer consultorio de Puericultura.
Se informa de 22 casos de viruela con un caso fatal en el segundo trimestre del mismo año.
El departamento de ingeniería sanitaria, con la colaboración de la fundación Rockefeller inicio los trabajos
de drenajes y pavimentación de desagües de criaderos en la periferia de San Miguel y Usulután.
La medicina privada dio uno de sus mas grades pasos, cuando un grupo de médicos decide fundar un
hospital privado que se bautizo como Policlínica Salvadoreña. Su primer director fue el Dr. Juan C. Segovia,
estando ubicado sobre la 13 calle poniente, entre la Avenida España y la primera avenida Norte.
En este año el fisiólogo Dr.- Andrés Goens describe "La Caquexia Hídrica tropical en el niño, aceptada en
Paris como enfermedad de Goens. Posteriormente este cuadro clínico fue identificado como manifestación
de la desnutrición proteínico calórica infantil.
El Hospitales Rosales, acuerda establecer anexo al servicio de cáncer y radio, un consultorio externo. Para
el diagnostico precoz del cáncer que fuera atendido por el Dr. Arturo Ramón Reyes. Los servicios de
atención incluyendo exámenes compleméntanos. Fueron gratuitos para los pacientes, de cualquier
condición económica.
24
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Año
Suceso
1935 Se reporta el último brote epidémico de viruela en el país, fecha en d cual viruela puede
considerarse como erradicada.
Ingresan a formar parte del personal de la Dirección General de Sanidad, las primeras fres
enfermeras graduadas.
1936 Se emite decreto por el cual las municipalidades deberán asignar en sus presupuestos un cinco
por ciento para campaña do higienización y saneamiento. Poco después se inicia una lucha
antipalúdica, con el patrocinio de la Fundación Rockefeller.
Se aprueba el Decreto Legislativo que dispone que toda Municipal debe consignar en su
presupuesto un mínimo del 5% destinado; a campañas de Higienización y saneamiento; gracias a
estos recuso, se realizan trabajos antilarvarios en: San Salvador. San Miguel, Santo Ano Usulután
y Atiquízaya.
Del 17 al 20 de noviembre se celebró en la ciudad de Guatemala el primer Congreso Sanitario de
1937 Centro América y Panamá, habiendo asistido uno buena delegación de nuestro país, que fue la
que mayor número de trabajos presentó en el Congreso. Así país se fe encomendó lo elaboración
de un proyecto de Código de Sanidad Centroamericano, a presentarse el año siguiente, en el 2o
Congreso, en San José, Costa Rica.
1938
A su regreso de Estadas Unidos, después de su postgrado en Obstetricia y ginecología, Dr.
Roberto Orellana V. inicia el control prenatal en el país en uno de los Consultorios del Botón Azul
para dicha atención.
Se crea el "Servicio de Malariologia y lucha antipalúdica' como dependencia directa de la
Dirección General de Sanidad.
Se efectuó una encuesto Malariométrica en localidades representativas de los diferentes
áreas geográficas del país que permitió clasificar en 1940 el territorio en zonas de endemicidad. El
estudio comprendió el examen de 23.614 escolares para investigo índices esplénicos y
parasitarios. Se observó que el factor determinante más importante del grado de endemicidad fue
la altitud de lo localidades, clasificándolas en cuatro grupos: a) Menor de 300 metros b) de 301 a
600 metros: c) de 601 a 900 metros y de más de 900 mts.
1945 Se inicia la aplicación intradomiciliarios de en las localidades de Ilopango, Colombia, Asino y en
los alrededores de la Ciudad Capital, protegiéndose directamente
1060 habitantes.
Expandiéndose al Puerto de Acajutla en 1946 y al Puerto de La Libertad en 1947 El año
siguiente se incluyen: La Unión Metapan. Texistepeque y Jiquilisco, protegiéndose una
población adicional de 16,800 personas.
1949 Se realizo la segunda encuesta malariométrica a nivel nacional que incluyo los 261 municipios de
la República. El estudio comprendió el levantamiento de índices esplénicos y parasitarios en
muestras representativas de escolares, estudio de morbilidad y mortalidad y levantamiento
entomológico del área de influenza. Esta encuesta, más amplia que la anterior, confirmo, en
términos generales la delimitación de las diferentes zonas endémicas, excepción hecho de las
aéreas sometidas a rociamiento intradomiciliar con DDT y a obras de ingeniería antimalarica en la
que se observo un apreciable descenso de la incidencia malarica. Estudios horizontales
confirmaron estas apreciaciones.
1950 Se celebro el II Congreso Sanitario Nacional dedicado a estudiar la grave repercusión de la
Malaria sobre el desarrollo económico-social del país, se decide que la campaña de erradicación.
En este mismo año se incrementara la Campaña de Erradicación progresivamente los
rociamientos intradomiciliarios con DDT hasta alcanzar 133,735 viviendas (1955) ubicadas en
zonas de alta endemicidad malárica.
25
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Año
Suceso
1955 Se firma el Plan Tripartito de operaciones para un programa de erradicación de la malaria.
Gobierno – UNICEF-OPS/OMS.
Se crea el servicio nacional de erradicación de la malaria, dependencia de la Dirección General de
Sanidad. En enero se aprueba la Ley de Defensa contra el Paludismo- que establece las bases
legales para el mejor desarrollo de las actividades antimalaricas. Se inicia el Programa de
Erradicación de la Malaría realizándose el primer ciclo de cobertura integral que incluyó el
rodamiento con DDT de 260,000 viviendas del área malárica. Se estructura la Red de
Colaboradores Voluntarios.
1957 Se continúa el rociamiento con DDT en ciclos semestrales en las áreas de alto endemicidad y se
inicia la aplicación de Dieldrin en el resto del país en ciclos anuales.
1956
Se descubre la resistencia del A. albimanus al DDT y Dieldrin, siendo más marcados a este
1958 último, por lo que se decide suspender el uso de este ultimo insecticida.
1959 Se inicia la aplicación del DDT en ciclos semestrales en toda el área malarica.
1960 En Octubre se realiza una evaluación del programa con la participación de funcionarios de la
OPS/OMS quienes recomiendan: a) suspender el rociado de DDT en localidades de 700 metros a
excepción de aquellas donde exista evidencia de transmisión de malarica, b) la búsqueda de
casos, c) estudiar la posibilidad de aplicar medidas adicionales en áreas limitadas.
1962 En 1961 se comienza el tratamiento colectivo con drogas antimalaricas en la población de
Jiquilisco, medida que se aplica por tres años sucesivos.
1965 Como consecuencia de la irregularidad en la aplicación de las medidas de ataque el programa se
deteriora, restableciéndose la transmisión malárico en áreas anteriormente limpias. Se inició en
1970 los rociamientos con propoxur que se suspende al año siguiente al descubrirse la
resistencia del A. Albimanus a dicho insecticida.
1973 La Campaña Nacional contra el Paludismo, División primaria dirección General de Salud, pasa a
depender de la Dirección servicios Técnicos Normativos y su presupuesto a ser manejado por la
administración Central del Ministerio
1975
Se informa que el número de inspecciones de todo tipo aumento a 252,615 y el de exámenes de
bromatología a 18,228. Se mejoraron 1,500 expedientes de alimentos. Se construyen casi 8,500
letrinas y se conectaron unas 64 comunidades a sistemas de alcantarillado. Además se
mantuvieron bajo observación 8,199 perros sospechosos de rabia y se eliminaron casi 46,00
perros callejeros. Curiosamente la memoria del MSPAS. Para este año no reporta construcción
de acueductos.
1977 Se publicó el Diagnostico Técnico Administrativo de la Situación del Sector Saneamiento
Ambiental. Este plan de carácter intersectorial sectorial buscaba establecer coordinación entre
instituciones como el MSPAS, las Alcaldías Municipales. ANDA, el Instituto de Vivienda Urbana
(IVU) y otras para el mejoramiento del saneamiento ambiental. Como resudado de ello se logró
fortalecer en algunas medida el control de la contaminación de los recursos hídricos, el control
del expendio de alimentos, el de los desechos industriales, la rabia canina y el de algunos
aspectos de la contaminación suelo. Además se pusieron en funcionamiento dos estacione para
el monitoreo de la contaminación del aire.
Año
Suceso
1980 Las inspecciones sanitarias se incrementaron a 308,00 la construcción de letrinas a 19,000 y las
conexiones a sistema alcantarillado a casi 1,300, beneficiando a unas 116,000 personas además
26
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
se mejoraron 1,100 establecimientos de expendido de alimentos. Nuevamente la memoria del
MSPAS no reporta el número de acueductos construidos, ni la eliminación de criaderos de
moscas y zancudos, ni la lectura de cloro residual, ni los exámenes bromatología, ni eliminación
de perros.
Se realizó cambio en la estrategia del Programa en base a estudió estratificación epidemiológica.
El salvador se enfrasca en una Guerra Civil interna, se focalizan la atención a los heridos por el
conflicto y se descuida el saneamiento ambiental.
Desde 1980 hasta la fecha el país sufrió 12 años de guerra civil, después de firmados los
acuerdos de paz, el país ha avanzado grandemente el conservación y prevención de la
contaminación aunque existen grandes vacios que poco a poco se irán llenando.
LEGISLACIÓN SANITARIA
El hablar de la legislación sanitaria en el país nos lleva primero a definir lo que es la
legislación sanitaria, y esta no es más que: “Se denomina legislación sanitaria al cuerpo
de leyes que regulan, el accionar de las personas, tanto natural como jurídica, en lo
referente a las medidas de higiene y salud tanto pública y privada, a travé s de los
códigos y reglamentos, los cuales ordenan, la conservación, prevención y cuidado del
medio ambiente en un país, es decir, lo que popularmente se llama ordenamiento
jurídico y que establece aquellas conductas y acciones aceptables o rechazables de un
individuo, institución, empresa, entre otras‖. Y por medio de las cuales se garantiza la
integridad de salud de la población, así como su derecho a un medio ambiente sano.
Los objetivos de la legislación sanitaria buscan como prioridad lo siguiente:
Establecer los conocimientos de la legislación sanitaria, académica, administrativa
y labora, de los profesionales que son regidos por esta.
Analizar el concepto de normopraxis asistencial e identificar los principales
parámetros que lo conforman, con especial atención a los relacionados con la
preservación y conservación de los derechos a la salud y el medio ambiente.
Analizar el concepto de responsabilidad profesional e identificar los diferentes
deberes y obligaciones que la determinan.
Adquirir capacidad de análisis crítico frente situaciones asistenciales concretas y
habilidad para la toma de decisiones, y una previa valoración de las consecuencias
de las acciones o comportamientos, e identificar los criterios y requisitos que
determinan su correcta utilización, confección y gestión de los servicios sanitarios.
En una todo país, estado , región o comunidad en la cual no existe este conjunto de
normas que nos dirán como actuar, responder ante determinadas situaciones y que
27
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
básicamente ordenarán la vida en ella, entonces, es casi seguro que el descontrol
mandaría, ya que no todas las personas suelen respetar el derecho de los otros ni
tampoco desplegar sus obligaciones por eso y atendiendo a esta cuestión es que una
legislación es la mejor manera que existe para que una comunidad subsista, se desarrolle
y crezca, ya que en el medio del caos sería imposible que esto así se suceda.
Es por eso que nuestro país existe una seria de leyes, normas, códigos y reglamento
concernientes a la legislación sanitaria, ya que dentro de esta se incluye la conservación de
nuestro medio ambiente, el acceso a la salud pública y el saneamiento ambiental
adecuado (acceso al agua potable). Entre las cuales están la constitución de la república la
cual en su sección cuarto que corresponde a: SALUD PUBLICA Y ASISTENCIA
SOCIAL.
En el artículo 65 de esta versa: la salud de los habitantes de la República, constituye un
bien público y que el Estado y las personas están obligadas a velar por su conservación y
restablecimiento. Que el Estado determinará la política nacional de salud, controlará y
supervisará su aplicación.
Es tan importante para la sociedad que los habitantes gocen de buena salud, pero así
como gocen de buena salud es obligación del estado preservar el medio ambiente sano y
el acceso al agua potable, así como la calidad de esta y de los adecuados sistemas de
alcantarillado, como también la adecuada disposición final de los desechos solido, para
ello existe las siguientes leyes y normas con sus respectivos reglamentos.
Ley Agraria (D.L. No. 60,22 de agosto de 1941, D.O.No.66. Tono 132, 21 de marzo de
1941, ha sido reformada trece veces).
Medidas para la protección de los terrenos adyacentes a lagos y lagunas (D.L. No.50, 27
de abril de 1300, D.O. No. 100, Tomo 120, 4 de mayo de 1940)
Ley Forestal (D.L Ho.268, 8de febrero de 1973. D.O. No.50. Tomo 238, 13 de marzo
de 1973; reformada por D.L. No.418, 24 de julio de 1986 D.O.No.142, Tomo 292, 3l de
Julio de 1996. Interpretada auténticamente por D.L. No. 458, 23 de octubre de 1973);
D.O. No.204, Tono 241, de noviembre de 1973).
Decreto por el que se prohíbe colocar rótulos o avisos de cualquier
tipo en Arboles (D.O. No. 272, 13 de febrero de 1969; D.O. No..49. Tono 22),
12 de marzo de 1969).
Acuerdo
de
creación
del
A.E.No.322, 18 de mayo de 1989;
de 1990).
Plan
Nacional
de Reforestación
D.O. No. 68, Tomo 306, 19 de marzo
28
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Decreto que establece la "Segunda Zona Protectora del Suelo. Chalatenango"
(D.E.No.47, 23 de mayo de 1974; D.O. No. 102 Tomo 243, 4 de junio de
1974).
Decreto que establece como Zona Protectora del Suelo y Zona de Reserva Forestal a
una porción del inmueble denominado "El Espino" (U.L.No.432, 14 de enero
de 1993; D.O.No.22, Tomo 318, 2 de febrero de 1993).
Decreto por el que se declare Zona de Reserva Ecológica el terreno
denominado .Tinca La Dalia", en jurisdicción de Santa Ana, D.L.No.297, 16 de marzo
de 1995, D.O. No. 79, Tomo 327, 2 de mayo de 1995).
Decreto que establece el parque Regional ―Bosque de los Pericos‖ (D.E. No.
124, 22 de mayo de 1984; D.O. No. 102, Tono 263, 1 de junio de 1984).
Decreto que estable veda forestal en la región del "Bosque El Imposible" (D.E. No59, 22
de agosto de 1986-, D.O. No l54, Tono 292, 22 de agosto de 1986).
Decreto que establece el Parque Nacional "El Imposible " (D.O. No. 20, 17 de
noviembre de 1989; D.O. No. 103, Tomo 3034,6 de Junio de 1989)
Decreto
que
establece
el
Parque
Nacional "Montecristo* (D.E
No 53. 17 de noviembre de 1997; D.O. No. 212, Tomo 297,18 de noviembre
de 1987).
Decreto por el que se declara área natural protegida la laguna *El Jocotal*,
situada en, jurisdicción de E1 Tránsito, departamento de San Miguel (D.L. No.
669, 18 de abril de 1996, D.O. No. 101, tono 331, 3 de Junio de 1996).
Decreto por el que se declara área de Recreación Ecológica
y
de
Reserva
forestal
el
terreno denominado finca San Lorenzo* en la
Jurisdicción de la ciudad de Santa Ana (D.L. No.1104, 10 de abril de
1997; D. O. NO. 77 Tomo 335, 30 de abril do 1997).
Decreto por el que se declara de utilidad pública la construcción de un parque
nacional en los alrededores| del balneario Atecozol, Jurisdicción de Izalco
(D.L. No. 454, 22 de octubre de 1951; D.O. No. 201, Tomo 153,30 de
octubre de 1951)
Decreto que
autoriza
la
habilitación
del
parque nacional contiguo el
balneario Atecozol (D.E. No.12, 20 de 1953; D.O. No. 42, tomo 158, 3 de marzo de
1953).
29
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Decreto que declara de orden público el embellecimiento de los alrededores de la
laguna de Apastepeque (D.L. No 1963, 20 de octubre de 1955; D.O. No 206. Tomo
169, 11 de noviembre de 1955).
Decreto que declara a de utilidad pública la construcción de un balneario v parque
nacional en "Los Chorros", jurisdicción de Colón, departamento de La Libertad (D.L.
No.2543. 5 de diciembre de 1957; D.O. No. 240, Tomo 177, 19 de diciembre de
1957).
Ley de Conservación de Vida Silvestre (D.L. No 864 .14 de abril de 1994: D.O.
No 96, Tomo 323. 25 de mayo de 1994).
Reglamento para el establecimiento y manejo de zoo criadero de especies de vida
silvestre (D.E. No. 13, 27 de febrero de 1996; D.O. No.50. Tomo 330. 12 de marzo de
1996)
Decreto de creación del premio "La Madre Tierra Salvadoreña" (D.L No. 163, 17 de
octubre de 1985. D.O. No 219, Tomo 289, 20 de noviembre de 1985).
Decreto que declara ".Mes del Medio Ambiente" el mes de Junio de cada año
(D.L. No. 9, 23 de mayo de 1993; D.O. No. 117, Tomo 311, 26 de junio de
1991),
Reglamento para el establecimiento de salineras y explotaciones con fines
de acuicultura marina (D.E. No. 14, 1 de abril de 1986; D.O. No.56,
Tomo 291, 1 de abril de 1986).
Ley de Medio Ambiente D. O. No. 339, NUMERO 79, Lunes 4 de Mayo de 1998
Ley de áreas naturales protegidas diario oficial decreto legislativo nº 579 D.O. nº 32
tomos nº 36615 de febrero de 2005
LEY DE RIEGO Y AVENAMIENTO DECRETO No 153. D.L. N° 385, del 30 de
noviembre de 1989, publicado en el D.O. N° 227, Tomo 305, del 7 de diciembre de
1989.
Código de salud publica
Se declara de interés social la protección, restauración, desarrollo y aprovechamiento de
los recursos naturales el estado creara los incentivos económico* y proporcionara
la asistencia técnica necesaria pera e1 desarrollo del programa adecuados.
La
asamblea
legislativa
de
la
República
de E1
Salvador considera:
1. Que de conformidad con
la constitución de la República la
protección* conservación y mejor amiento de los recursos naturales y el
medio ambiente deben ser objeto de la legislación especial.
30
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
2. Que
el
deterioro
acelerado
del
ambiente
está ocasionando
graves problemas económicos y sociales, amenazando con daños
irreversibles para el bienestar de la presente y futuras generaciones
lo que hace necesario
compatibilizar
las
necesidades
de
desarrollo económico y social con el aprovechamiento sostenible de
los recursos naturales y proteger el medio ambiente.
3. Que para enfrentar con éxito y de forma integral lo problemas
ambiénteles
tomando
en
cuenta
que
el ambiente
está
compuesto
por
varios
elementos interrelacionados en constante
cambio ye
sea por causas naturales o provocadas por los seres
humanos que se requieren dotar al país de une legislación ambiental
moderna
que
sea
coherente
con
los principios de sostenibilidad
de desarrollo y social.
4. Que el Salvador ha firmado y ratificado acuerdos internacionales
que lo obligan a cumplir con los compromisos adquiridos según el
caso adoptan medidas apropiadas o de otro carácter incluso legislativo par
operatividad internamente la normativa internacional.
Los servicios sanitarios se concentran, pues, bajo, la responsabilidad de las
municipalidades y bajo los poderes de dirección, en lo básico, y la coordinación del
Estado. La creación de los respectivos Servicios de Salud de las Comunidades es, sin
embargo, paulatina. Se evitan en la Ley saltos en el vacío, se procura la adopción
progresiva de las estructuras y se acomoda, en fin, el ritmo de aplicación de sus
previsiones a la marcha de los procesos de transferencias de servicios a las Comunidades.
5. Epidemiologia
La epidemiología es la disciplina científica que estudia la distribución, frecuencia,
determinantes, relaciones, predicciones y control de los factores relacionados con la salud
y enfermedad en poblaciones humanas. La epidemiología en sentido estricto, que podría
denominarse humana, ocupa un lugar especial en la intersección entre las ciencias
biomédicas y las ciencias sociales y aplica los métodos y principios de estas ciencias al
estudio de la salud y la enfermedad en poblaciones humanas determinadas. Pero existe
también una epidemiología veterinaria y también podría hablarse de una epidemiología
zoológica y botánica, íntimamente relacionada con la ecología.
La epidemiología se considera una ciencia básica de la medicina preventiva y una fuente
de información para la formulación de políticas de salud pública. La epidemiología
31
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
estudia, sobre todo, la relación causa-efecto entre exposición y enfermedad. Las
enfermedades no se producen de forma aleatoria; tienen causas, muchas de ellas sociales,
que pueden evitarse. Por tanto, muchas enfermedades podrían prevenirse si se
conocieran sus causas. Los métodos epidemiológicos han sido cruciales para identificar
numerosos factores etiológicos que, a su vez, han justificado la formulación de políticas
sanitarias encaminadas a la prevención de enfermedades, lesiones y muertes prematuras.
La epidemiología surgió del estudio de las epidemias de enfermedades infecciosas; de ahí
su nombre. Ya en el siglo XX los estudios epidemiológicos se extendieron a las
enfermedades y problemas de salud en general, analizados mediante diversos métodos,
entre los cuales los de la demografía y la estadística son especialmente importantes
Funciones de la epidemiología
La epidemiología es parte importante de la salud pública y contribuye a:
1. Definir los problemas de salud importantes de una comunidad.
2. Describir la historia natural de una enfermedad.
3. Descubrir los factores que aumentan el riesgo de contraer una enfermedad (su
etiología).
4. Aclarar los posibles mecanismos y formas de transmisión de una enfermedad.
5. Predecir las tendencias de una enfermedad.
6. Determinar si la enfermedad o problema de salud es prevenible o controlable.
7. Determinar la estrategia de intervención (prevención o control) más adecuada.
8. Probar la eficacia de las estrategias de intervención.
9. Cuantificar el beneficio conseguido al aplicar las estrategias de intervención sobre
la población.
10. Evaluar los programas de intervención.
11. La medicina moderna, especialmente la mal llamada medicina basada en la
evidencia (medicina factual o medicina basada en estudios científicos), está basada
en los métodos de la epidemiología.
Ramas de la epidemiología
Epidemiología descriptiva: describe el fenómeno epidemiológico en tiempo, lugar
y persona, cuantificando la frecuencia y distribución del fenómeno mediante
medidas de incidencia, prevalencia y mortalidad, con la posterior formulación de
hipótesis.
Epidemiología analítica: busca, mediante la observación o la experimentación,
establecer posibles relaciones causales entre "factores" a los que se exponen
personas y poblaciones y las enfermedades que presentan.
Epidemiología experimental: busca, mediante el control de las condiciones del
grupo a estudiar, sacar conclusiones más complejas que con la mera observación
no son deducibles. Se basa en el control de los sujetos a estudiar y en la
aleatorización de la distribución de los individuos en dos grupos, un grupo
32
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
experimental y un grupo control. Se ocupa de realizar estudios en animales de
laboratorio y estudios experimentales con poblaciones humanas
Ecoepidemiología: busca, mediante herramientas ecológicas, estudiar
integralmente como interaccionan los factores ambientales con las personas y
poblaciones en los medios que los rodean y como ello puede influir en la
evolución de enfermedades que se producen como consecuencia de dicha
interacción.
Metodología en epidemiología
Epidemiología se basa en el método científico para la obtención de conocimientos, a
través de los estudios epidemiológicos. Ante un problema de salud, y dados los datos
disponibles sobre el mismo, formularemos una hipótesis, la cual se traduce en una serie
de consecuencias contrastables mediante experimentación. Se realiza entonces un
proyecto de investigación que comienza con la recogida de datos y su posterior análisis
estadístico, que permite obtener medidas de asociación (Odds Ratio, Riesgo Relativo,
Razón de tasas), medidas de efecto (Riesgo atribuible) y medidas de impacto (fracción
etiológica o riesgo atribuible proporcional), tanto a nivel de los expuestos como a nivel
poblacional. De los resultados de esta investigación podemos obtener conocimientos que
servirán para realizar recomendaciones de salud pública, pero también para generar
nuevas hipótesis de investigación.
Etiología de las enfermedades
El triángulo epidemiológico causal de las enfermedades está formado por el medio
ambiente, los agentes y el huésped. Un cambio en cualquiera de estos tres componentes
alterará el equilibrio existente para aumentar o disminuir la frecuencia de la enfermedad,
por lo tanto se pueden llamar factores causales o determinantes de la enfermedad.
Las bases de la epidemiología moderna fueron sentadas por Girolamo Fracastoro
(Verona, 1487-1573) en sus obras De sympathia et antipathia rerum ("Sobre la simpatía y
la antipatía de las cosas") y De contagione et contagiosis morbis, et eorum curatione
("Sobre el contagio y las enfermedades contagiosas y su curación"), ambas publicadas en
Venecia en 1546, donde Fracastoro expone sucintamente sus ideas sobre el contagio y las
enfermedades transmisibles
John Snow, considerado el precursor de la epidemiología contemporánea, formuló la
hipótesis de la transmisión del cólera por el agua y lo demostró confeccionando un mapa
de Londres, en donde un reciente brote epidémico había matado más de 500 personas
en un período de 10 días. Snow marcó en el mapa los hogares de los que habían muerto.
La distribución mostraba que todas las muertes habían ocurrido en el área de Golden
Square. La diferencia clave entre este distrito y el resto de Londres era el origen del agua
potable. La compañía de agua privada que suministraba al vecindario de Golden Square
extraía el agua de una sección del Támesis especialmente contaminado. Cuando se
33
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
cambió el agua comenzo a extraerse rio arriba, de una zona menos contaminada, cedió la
epidemia de cólera.
Un progreso muy importante en el siglo XX, publicado en 1956 con los resultados del
estudio de médicos británicos, fue la demostración de la relación causal entre fumar
tabaquismo y el cáncer de pulmón.
John Snow
John Snow (York, 15 de marzo de 1813 – † Londres,16 de junio de 1858) fue un médico
inglés precursor de la epidemiología, hasta el punto de ser considerado padre de la
epidemiología moderna.
Demostró que el cólera era causado por el consumo de aguas contaminadas con materias
fecales, al comprobar que los casos de esta enfermedad se agrupaban en las zonas donde
el agua consumida estaba contaminada con heces, en la ciudad de
Londres en el año de 1854. Ese año cartografió en un plano del distrito de Soho los
pozos de agua, localizando como culpable el existente en Broad Street, en pleno corazón
de la epidemia. Snow recomendó a la comunidad clausurar la Bomba de Agua, con lo
que fueron disminuyendo los casos de la enfermedad. Este episodio está considerado
como uno de los de los ejemplos más tempranos en el uso del método geográfico para la
descripción de casos de una epidemia.
La importancia del trabajo realizado por John Snow en Inglaterra radicó en romper con
los paradigmas existentes para la época, en pleno siglo XIX, en la cual aún predominaba
la fuerte creencia en la teoría miasmática de la enfermedad, también denominada «teoría
anticontagionista». Más aún, Snow sentó las bases teórico-metodológicas de la
epidemiología.
Esta metodología científica ha sido llamada «método epidemiológico», el cual ha sido
utilizado a través de la historia tanto para la investigación de las causas, como para la
solución de los brotes de todas las enfermedades transmisibles; más recientemente se usa
el método para la investigación de todos los problemas de salud y enfermedad que
afecten a las comunidades humanas.
34
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Transición epidemiológica
Constituye un proceso de cambio dinámico a largo plazo en la frecuencia, magnitud y
distribución de la morbilidad y mortalidad de la población. La transición epidemiológica,
que va acompañada por la transición demográfica, presenta cuatro aspectos a destacar:
1. Desplazamiento en la prevalencia de las enfermedades trasmisibles por las no
trasmisibles.
2. Desplazamiento en la morbilidad y mortalidad de los grupos jóvenes a los grupos
de edad avanzada.
3. Desplazamiento de la mortalidad como fuerza predominante por la morbilidad,
sus secuelas e invalideces.
4. Polarización epidemiológica. La polarización epidemiológica sucede cuando en
distintas zonas de un país o en distintos barrios de una misma ciudad
encontramos diferencias en la morbilidad y mortalidad de la población.
Para solucionar estos problemas ser requieren grandes acciones políticas para legislar y
aprobar un mayor presupuesto a los servicios básicos de salud, así como a las campañas
de vacunación y crear campañas de concienciación para que la gente de escasos recursos
tenga el conocimiento de una educación para la salud que le permita prevenir muchas de
las enfermedades que día a día los aquejan.
Cabe destacar el hecho que no solo existe una cultura higiénica deficiente en
comunidades rurales sino que también en las grandes ciudades existe una gran parte de la
población que no tiene una educación para la salud lo suficientemente adecuada como
para prevenir enfermedades.
35
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Ha habido un número importante de pandemias en la historia humana, todas ellas
generalmente zoonosis que han llegado con la domesticación de animales — tales como la
viruela, difteria, gripe y tuberculosis. Ha habido un número de epidemias particularmente
importantes que merecen una mención por encima de la «mera» destrucción de
ciudades:
PANDEMIAS HISTÓRICAS
Guerra del Peloponeso, 430 a. C. Un agente desconocido mató a la cuarta parte de las tropas
atenienses y a una cuarta parte de la población a lo largo de cuatro años. Esto debilitó
fatalmente la preeminencia de Atenas, pero la virulencia absoluta de la enfermedad evitó una
mayor expansión.
Peste antonina, 165–180. Posiblemente viruela traída del Oriente próximo; mató a una cuarta
parte de los infectados y hasta cinco millones en total. En el momento más activo de un segundo
brote (251–266) se dijo que morían 5.000 personas por día en Roma.
PANDEMIAS HISTÓRICAS
Peste de Justiniano, comenzó en 541. El primer brote registrado de la peste bubónica. Empezó en
Egipto y alcanzó Constantinopla en la siguiente primavera, matando (de acuerdo al cronista bizantino
Procopio) 10.000 personas por día en su momento más activo y quizá un 40% de los habitantes de la
ciudad. Continuó hasta destruir hasta la cuarta parte de los habitantes del Mediterráneo oriental.
La peste negra, comenzó en el siglo XIV. Ochocientos años tras el último brote, la peste bubónica
volvía a Europa. Comenzando en Asia, la enfermedad alcanzó el Mediterráneo y Europa occidental en
1348 (posiblemente por mercaderes italianos que huían de la guerra en Crimea), y mató a veinte millones
de europeos en seis años, una cuarta parte de la población total y hasta la mitad en las zonas urbanas
más afectadas.
Cólera
Primera pandemia (1816–1826). Previamente restringida al subcontinente indio, la pandemia
comenzó en Bengala y se expandió a través de la India hacia 1820. Se extendió hasta la China
y el Mar Caspio antes de disminuir.
La segunda pandemia (1829–1851) alcanzó Europa, Londres en 1832, Nueva York en el
mismo año, y la costa del Pacífico en Norteamérica por 1834.
La tercera pandemia (1852–1860) principalmente afectó a Rusia, con más de un millón de
muertos.
La cuarta pandemia (1863–1875) se extendió en su mayor parte por Europa y África.
La quinta pandemia (1899–1923) tuvo pocos efectos en Europa gracias a los progresos en
salud pública, pero Rusia fue gravemente afectada de nuevo.
La sexta pandemia, llamada «El Tor» por la cepa, comenzó en Indonesia en 1961 y alcanzó
Bangladesh en 1963, India en 1964, y la URSS en 1966.
La «gripe española» (1918–1919). Comenzó en agosto de 1918 en tres lugares alejados unos de otros:
Brest, Boston y Freetown. Una grave y mortífera cepa de gripe se expandió por el mundo. La
enfermedad mató a 25 millones de personas en el curso de seis meses; algunos estiman poner el total de
los muertos por todo el mundo en más del doble de ese número. Unos 17 millones se estima que murieron
en la India, 500.000 en los EE.UU. y 200.000 en Inglaterra. Se desvaneció en 18 meses y la cepa concreta
nunca fue determinada.
La gripe asiática de 1957.
La gripe de Hong Kong de 1968.
La gripe rusa de 1977.
VIH Es la enfermedad que consiste en la incapacidad del sistema inmunologico para hacer frente a las
infecciones y otros procesos patológicos, es considerada pandemia debido a su rápida propagación, sus
36
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
víctimas se estiman entre los 20 y 25 millones, sobre todo en Africa.
El tifus es la enfermedad epidémica de tiempo de guerra, y ha sido llamada algunas veces «fiebre de los
campamentos» debido a su patrón de estallar en tiempos de penalidades. Emergiendo durante las
Cruzadas, tuvo su primer impacto en Europa en 1489, en España. Durante la lucha entre los españoles
cristianos y los musulmanes en Granada, los españoles perdieron 3.000 efectivos por bajas de guerra y
20.000 por tifus. En 1528 los franceses perdieron 18.000 efectivos de sus tropas en Italia y perdieron la
supremacía en Italia en favor de los españoles. En 1542, 30.000 personas murieron de tifus mientras
combatían a los otomanos en los Balcanes. La enfermedad también jugó un papel de importancia en la
destrucción de la Grande Armée de Napoleón en Rusia en 1811.
Otras epidemias se produjeron en los encuentros entre los exploradores europeos y las poblaciones del
resto del mundo, produciéndose frecuentemente epidemias locales de extraordinaria virulencia. La
enfermedad mató a gran parte de la población nativa ( guanche) de las Islas Canarias en el siglo XVI.
La mitad de la población nativa de la isla Española en 1518 murió por la viruela. La viruela también
destrozó México en la década de 1520, matando a 150.000 personas sólo en Tenochtitlan, incluyendo el
emperador, y Perú en la década de 1530, ayudando a los conquistadores españoles. El sarampión mató
a dos millones más de nativos mexicanos en la década de 1600. Y aún en 1848–49, tanto como 40.000 de
150.000 nativos hawaianos se estima que murieron de sarampión, tos ferina y gripe.
El síndrome respiratorio agudo severo de 2002.
La gripe aviaria de 2003, en su cepa H5N1, se convirtió en amenaza de pandemia en 2005, cuando se
produjeron los primeros contagios en seres humanos
6. Higiene Publica
7.
La higiene pública es hablar los referente a salud pública es una ciencia de objeto
multidisciplinario y sin lugar a dudas el objeto primordial y pilar central de estudio para la
formación actualizada de todo profesional de la salud, que obtiene, depende y colabora
con los conocimientos a partir de todas las ciencias (Sociales, Biológicas y Conductuales),
y sus diferentes protocolos de investigación, siendo su actividad eminentemente social,
cuyo objetivo es ejercer y mantener la salud de la población, así como de control o
erradicación de la enfermedad.
Funciones de la salud pública
Las funciones esenciales de la salud pública son el conjunto de actuaciones que deben ser
realizadas con fines concretos, necesarios para la obtención del objetivo central, que es
asimismo la finalidad de la salud pública, es decir, mejorar la salud de las poblaciones.
Las funciones esenciales de la salud pública son:
1. Seguimiento, evaluación y análisis de la situación de salud.
2. Vigilancia de la salud pública, investigación y control de riesgos y daños en salud
pública.
3. Promoción de la salud.
4. Participación de los ciudadanos en la salud.
37
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
5. Desarrollo de políticas y capacidad institucional de planificación, y gestión en materia
de salud pública.
6. Fortalecimiento de la capacidad institucional de regulación, y fiscalización en materia
de salud pública.
7. Evaluación y promoción del acceso equitativo a los servicios de salud necesarios.
8. Desarrollo de recursos humanos y capacitación en salud pública.
9. Garantía y mejoramiento de la calidad de los servicios de salud individuales y
colectivos.
10. Investigación en salud pública.
11. Reducción del impacto de las emergencias y desastres en la salud.
Protección sanitaria
Son actividades de salud pública dirigidas al control sanitario del medio ambiente en su
sentido más amplio, con el control de la contaminación del suelo, agua, aire y de los
alimentos y recursos. Además se incluye la seguridad social que detectan factores de
riesgo para la población y elaborar programas de salud para la sociedad. Dar alternativas
de solución a enfermedades que implican a cualquier población.
Promoción sanitaria
Son actividades que intentan fomentar la salud de los individuos y colectividades,
promoviendo la adopción de estilos de vida saludables, mediante intervenciones de
educación sanitaria a través de medios de comunicación de masas, en las escuelas y en
atención primaria. Así para toda la comunidad que no tienen los recursos necesarios para
la salud. La educación sanitaria debe ser complementada con los cambios necesarios en
el medio ambiente y en las condiciones sociales y económicas que permitan a los
ciudadanos el ejercicio efectivo de los estilos de vida saludables y la participación en la
toma de decisiones que afecten a su salud.
Prevención epidemiopatológica
Se basa en intervenciones de prevención primaria (vacunaciones), prevención secundaria
o detección precoz de enfermedades y de prevención terciaria o de contención y/o
rehabilitación de la secuelas dejadas por el o los daños de las funciones físicas, psíquicas
y/o sociales. que debe ser así para todos
Restauración sanitaria
Consiste en todas las actividades que se realizan para recuperar la salud en caso de su
pérdida, que son responsabilidad de los servicios de asistencia sanitaria que despliegan
sus actividades en dos niveles: atención primaria y atención hospitalaria.
38
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Existen actividades organizadas por la comunidad que influyen sobre la salud como son:
1. La educación sanitaria:
La enseñanza general básica debe ser gratuita a toda la población.(defensa de la
educación pública)
2. Política Microeconómica y Macroeconómica:
Producción agrícola y ganadera (de alimentos), de bienes y servicios, de empleo y
de salarios.
3. Política de Vivienda Urbana-Rural y Obras Públicas.
4. Justicia Social:
De impuestos, de Seguridad Social y de servicios de bienestar y recreativos o de
ocio.
Historia de la salud pública
El acceso o accesibilidad a los servicios de salud se define como el proceso mediante el
cual se logra satisfacer una necesidad relacionada con la salud de un individuo o una
comunidad. Este proceso involucra el deseo de buscar atención en salud, la iniciativa por
buscarla, por tenerla y por continuar con esa atención, bien sea en términos del
diagnóstico, el tratamiento, la rehabilitación, la prevención o la promoción de la salud.
La salud pública como ciencia apenas tiene poco más de un siglo de existencia, pero
manifestaciones del instinto de conservación de la salud de los pueblos existe desde los
comienzos de la historia de la humanidad. Sin embargo la inclusión de la restauración de
la salud es una adquisición relativamente reciente.
• Los egipcios, según Heródoto, eran el más higiénico de los pueblos. Practicaban la
higiene personal, conocían gran número de fórmulas farmacéuticas, construían depósitos
de arcilla para las aguas de bebida y canales de desagüe para las aguas residuales.
• Los indostaníes, según Charaka y Shusruta, padres de la medicina ayurveda, eran los
pioneros de la cirugía estética, y de programas de salud pública que se basaban en
conformar patrones de alimentación, sexualidad, de descanso, y de trabajo.
• Los hebreos llevaron todavía más lejos las prácticas higiénicas, al incluir en la ley
mosaica, considerada como el primer código de higiene escrito, el Levítico datada en
1500 años antes de JC. En este código se describe como debe ser el aseo personal, las
letrinas, la higiene de la maternidad, la higiene de los alimentos, la protección del agua...
• La civilización griega presta más atención a la limpieza personal, al ejercicio físico y a
las dietas alimenticias que a los problemas del saneamiento del medio.
39
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
• El imperio romano es famoso por sus actividades en los campos de la higiene personal
con la construcción de baños públicos y de la ingeniería sanitaria con la construcción de
acueductos.
• En América Prehispánica, la civilización Tehotihuacana contó con grandes obras que
le permitían llevar agua limpia a la ciudad, así como de deshacerse de agua sucia, Lo
mismo sucede en la cultura Azteca. Esta última se crea en islotes dentro de un gran lago,
por lo cual desarrolla diversas medidas para evitar su contaminación. Se dice que los
Aztecas aprendieron a vivir con el lago, mientras que los conquistadores españoles,
quisieron vivir contra el lago teniendo que sufrir constantes inundaciones (algunas que
duraron años) e hicieron del viejo y limpio Tenochtitlan una de las ciudades más sucias
del mundo.
• En la Edad Media, presidida por el cristianismo, se produjo una reacción contraria a
todo lo que recordaba al imperio romano y al paganismo. El desprecio de lo mundano y
la "mortificación de la carne" pasaron a ser las normas preferidas de conducta, por lo que
el descuido de la higiene personal y del saneamiento público llegó hasta tal punto que
junto con los movimientos migratorios bélicos y los bajos niveles socioeconómicos, se
produjeron las grandes epidemias de la humanidad. La lepra se consiguió erradicar de
Europa con la marginación y el exterminio de los leprosos. Con respecto a la peste
bubónica se establecieron medidas de cuarentena en los puertos marítimos y cordones
sanitarios en tierra.
• En el siglo XIX hubo un desarrollo considerable de la Salud Pública en Europa y en
los Estados Unidos. En Inglaterra Edwin Chadwick impulsó las Leyes de Salud Pública
que contemplaban un conjunto de medidas para la sanidad, sobre todo en las ciudades
industriales. Con esas medidas se logró reducir la mortandad por algunas de las
enfermedades infecciosas que azotaban a la población trabajadora que vivía en pésimas
condiciones y de insalubridad. Resaltan también los trabajos de W. Farr, quien en
polémica con Chadwick señalaba que las condiciones de salud de los trabajadores se
debían al exceso de trabajo que los mataba de inanición. En Alemania Rudolf Virchow,
un gran patólogo de la época, al calor de las revoluciones de 1848 señalaba que "la
política es medicina en gran escala", mostrando con ello que las transformaciones socio
políticas podían generar mejores condiciones para los trabajadores y con ello se lograría
mejorar la situación de salud. A mediados del siglo XIX casi todos los médicos sostenían
que las enfermedades se producían por suciedades de las cuales emanaban miasmas que
llevaban la enfermedad a las personas. Otro grupo de médicos, los contagiacionistas
sostenían que la enfermedad pasaba de unas personas enfermas a otras sanas por
contagio de posibles microorganismos. Los trabajos de Koch terminaron dando la razón
a los segundos y se abrió una época de "cazadores de microbios". Temporalmente la
atención se centró en microorganismos específicos y la salud Pública dirigida a combatir
las suciedades (agua potable, drenajes, reglamentación de entierros y rastros, etc.) pasó a
segundo plano, para resurgir de forma más madura (considerando ya a los
microorganismos) en el siglo XX.
40
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
Organismos, Entidades e Instituciones Globales
• La
OMS, instituto internacional centralizado a emprender y desarrollar esfuerzos a nivel
mundial sobre salud pública, y quien tiene una mayor organización e infraestructura para
la demanda creciente de investigaciones en epidemiología, y otras ciencias de carácter
médico que son mediadores específicos para el buen ejercicio de la salud pública.
• La FAO, organismo internacional que conduce las actividades internacionales
encaminadas a erradicar el hambre. Brinda sus servicios a países desarrollados, como a
países en transición a modernizar y mejorar sus actividades agrícolas, forestales y
pesqueras, con el fin de asegurar una buena nutrición para todos.
• La UNICEF, o Fondo de Naciones Unidas para la Infancia, las áreas de acción de
UNICEF incluyen el desarrollo de la niñez, de la adolescencia, y la participación en los
patrones de vida basándose en la educación. Se centra en atender problemas de salud
pública principalmente en zonas de extrema pobreza, en África y otras latitudes del
mundo. Está enfocada principalmente en 5 prioridades:
1.
2.
3.
4.
5.
Supervivencia y desarrollo de la infancia.
Educación básica e igualdad de género (incluyendo la educación a las niñas).
Protección a niños contra la violencia, explotación y abuso.
El SIDA y los niños.
Políticas de vigilancia de los derechos de los niños.
La ONU, asociación de gobiernos global que facilita la cooperación en asuntos como el
Derecho internacional, la paz y seguridad internacional, el desarrollo económico y social,
los asuntos humanitarios y los derechos humanos.
La UNODC, agencia de las Naciones Unidas que tiene por objetivo asistir a la salud
pública por medio de la seguridad pública internacional, luchar contra las drogas y el
crimen organizado transnacional. Este objetivo se lleva a cabo a través de tres funciones
primarias: investigación, persuasión a los gobiernos para que adopten leyes contra el
crimen y las drogas así como los tratados y la asistencia técnica a dichos gobiernos.
La PNUMA, organismo que interviene con la salud pública siendo programa de las
Naciones Unidas que coordina las actividades relacionadas con el medio ambiente,
asistiendo a los países en la implementación de políticas medioambientales adecuadas así
como a fomentar el desarrollo sostenible.
La PNUAH, aisiste a la salud pública como agencia de las Naciones Unidas, con sede en
Nairobi, con el objetivo de promover ciudades y pueblos social y ecológicamente
sostenibles.
41
Introducción a la Ingeniería Sanitaria
La ONUSIDA, es el Programa Conjunto de las Naciones Unidas sobre el VIH/SIDA
(más conocido por el acrónimo ONUSIDA) es un programa de las Naciones Unidas
destinado a coordinar las actividades de los distintos organismos especializados de la
ONU en su lucha contra el SIDA.
La INTERPOL, organismo internacional de cooperativa policiaca y militar con 186
países miembros, por lo cual es la tercera organización internacional más grande del
mundo, tan sólo por detrás de la ONU. Creada en 1923, apoya y ayuda a todas las
organizaciones, autoridades y servicios de Seguridad Pública y de Seguridad Nacional
cuya misión es prevenir y combatir la delincuencia internacional, el tráfico de órganos
humanos, la explotación laboral y sexo-servicial infantil y de la mujer, el narcotráfico, y el
crimen organizado.
En el país, corresponde al estado velar por la salud pública, atreves del Ministerio de
Salud Pública y Asistencia Social, (MSPAS), el cual se encarga de esta, así como de la
vigilancia epidemiológica y control de vectores a través de la unidad de ingeniería
sanitaria.
42
Capitulo 2
Característica de las
aguas naturales
1.
2.
3.
4.
5.
Aprovechamiento de las aguas naturales
Características físicas, químicas, microbiológicas de las aguas
Principales enfermedades hídricas
Paramentos utilizados en los diseños de sistemas de provisión
Obras de aprovechamiento de agua
Característica de las aguas naturales
1. Aprovechamiento de las aguas naturales
El aprovechamiento del agua debe utilizarse como instrumento económico para la regulación
del aprovechamiento y administración del agua, que permita la disponibilidad hídrica para el
abastecimiento confiable en el consumo humano y el desarrollo socio económico de los
países y además la generación de recursos económicos para financiar a largo plazo una
gestión sostenible del recurso hídrico.
Existen diferentes tipos de agua, de acuerdo a su procedencia y uso:
Agua potable. Es agua que puede ser consumida por personas y animales sin riesgo de
contraer enfermedades.
Agua dulce. Agua natural con una baja concentración de sales, generalmente considerada
adecuada, previo tratamiento, para producir agua potable.
Agua capilar. Agua que se mantiene en el suelo por encima del nivel freático debido a la
capilaridad.
Agua freática. Agua subterránea que se presenta en la zona de saturación y que tiene una
superficie libre.
Agua superficial. Toda agua natural abierta a la atmósfera, como la de ríos, lagos, reservorios,
charcas, corrientes, océanos, mares, estuarios y humedales.
Agua subterránea. Agua que puede ser encontrada en la zona saturada del suelo, zona
formada principalmente por agua. Se mueve lentamente desde lugares con alta elevación y
presión hacia lugares de baja elevación y presión, como los ríos y lagos.
De los diferentes tipos de agua el hombre la aprovecha y usa para:
Consumo Humano: Agua en concesión o inscrita, destinada a satisfacer las necesidades
básicas de consumo, limpieza y saneamiento, sean estas suministradas por medio de un
servicio público o autoabastecidas por un acueducto propio. Es el suministro de agua para
satisfacer las necesidades de los habitantes, y el suministro de aguas para surtir bocas contra
incendios o hidrantes.
Industrial: Agua utilizada en los procesos de producción de actividades industriales tales
como metalúrgica; química; farmacéutica; pinturas; alimentaria; textilera, minería; entre otras.
44
Característica de las aguas naturales
Comercial: Agua de insumo de un producto final tales como bebidas alcohólicas o no;
embotellado de agua; o bien en actividades de lavandería, lavado de autos; entre otras.
Agroindustrial: Agua utilizada por las empresas agrícolas en procesos de arrastre, limpieza de
productos, enfriamiento o generación de vacíos en actividades tales como ingenio;
beneficiado; concentrado, lavado y empaque de frutas y/o verduras frescas o preparadas;
entre otros.
Turístico: Aprovechamiento del agua por empresas que ofrecen un servicio de hotelería;
recreación; restaurante; bar; piscinas; entre otros.
Agropecuario: Aprovechamiento del agua en la reproducción, crianza y aprovechamiento de
fauna y en la agricultura en actividades de riego y fumigación.
Acuicultura: Aprovechamiento del agua en la reproducción, crianza y aprovechamiento de
fauna de agua dulce y marina.
Fuerza Hidráulica: Aprovechamiento del agua en la generación de electricidad o desarrollo
fuerza mecánica
DEMANDA DE AGUA
Los recursos de agua se han desarrollado ampliamente para satisfacer una gran variedad de
usos. Los proyectos sobre el agua generalmente se encaminan hacia un solo propósito
dominante, por ejemplo, el suministro de agua urbana, la irrigación, el control de
desbordamientos o la navegación.
El agua sustraída de los cauces para el uso puede dividirse en dos:
1) la parte devuelta a las fuentes de suministro tanto superficiales como
subterráneas después de haber sido usada y
2) la parte usada que no es devuelta a las fuentes después de su uso. Un ejemplo
típico de consumo es la transpiración vegetal.
Mucha del agua usada para irrigación, particularmente el riego por aspersión, también es
transpirada por las plantas o se evapora desde el suelo. La captación de agua puede incluir el
agua salada, pero nos va a preocupar en mayor medida la de agua dulce y el consumo para
cada uso.
45
Característica de las aguas naturales
La Tabla 2.5 resume el uso dado al agua para cada una de las principales categorías de
consumo. Como puede verse, la mayor parte del agua captada va destinada a la irrigación, en
segundo lugar se encontraría el agua de refrigeración para la generación de energía eléctrica
con vapor.
TABLA 2.1. Captación de agua y consumo, en función de
su uso final
Captación total,
galones/ día
Uso final
6meses
12meses 18meses
Agua dulce:
Doméstico:
Urbano (municipal)
No urbano (rural)
Comercial
Fabricación
Agricultura:
Irrigación
Ganadería
Vapor para generación
eléctrica
Industria minera
Uso público y otros*
Total agua dulce
Total agua salada**
Total captado
27.918
2.400
6.732
19.669
Consumo total
galones / dia
6meses 12meses 18meses
21.164
2.092
5.530
51.222
23.983
2.320
6.048
23.687
158.743
1.912
88.916
166.252 153.846
2.233
2.551
94.858 79.492
86.391 92.820
1.912 2.233
1.419 4.062
7.055
1.866
338.500
59.737
398.237
8.832
2.162
330.375
91.236
421.611
2.196 2.777
3.609
1.236 1.462
1.731
106.590 120.545 135.08
11.328
2.461
306.397
118.815
425.212
4.976
1.292
1.109
6.059
5.665
1.408
1.216
8.903
6.638
1.436
1.369
14.699
92.506
2.551
10.541
*Incluye riegos para piscifactorías y usos diversos.
**Se usa agua salada como refrigerante principalmente en la fabricación de vapor en centrales
térmicas. NOTA: ―Esta tendencia se incrementa cada año‖
Para evaluar los sistemas de aprovechamiento de agua de manera apropiada es conveniente
poder estimar las demandas de cada uso específico. Varias actividades tanto domésticas, como
comerciales, industriales y agrícolas. Cada una de estas actividades se trata separadamente en las
secciones siguientes:
USO DOMÉSTICO
El promedio de consumo doméstico diario per cápita (urbano) es de 118 galones (0.43 m³);
una familia típica compuesta por cuatro miembros usaba aproximadamente 87 galones (0.33
m³) por persona y día para beber, cocinar, lavar y satisfacer las necesidades sanitarias. Los 31
galones (0.10 m³) por persona y día restantes se explican por pérdidas en el abastecimiento,
protección contra el fuego, limpieza de calles y ciudades, mantenimiento de parques y otros
similares. La mayoría de los sistemas centrales de abastecimiento tienen la capacidad de
entregar 150 galones (0.57 m³) por persona y día, pero esta cantidad incluye una parte para
uso fabril, la cual se considera en el apartado de agua para uso industrial. En una casa rural
46
Característica de las aguas naturales
típica (no urbana) los promedios de uso doméstico están aproximadamente en torno a 44
galones (0.25 m³).
Estudios recientes han refinado las estimaciones para el consumo doméstico de agua. efectuó
estimaciones sobre el uso de agua residencial, en donde se midió el agua usada
individualmente por los distintos aparatos domésticos cada vez es mayor. En estudios más
recientes aún, se ajustaron los medidores de agua de los residentes con registros individuales
de datos para la medida y análisis del consumo de agua interno, siguen en aumento. Los
porcentajes estimados de uso de agua residencial con respecto a los distintos servicios se
muestran cada vez en tendencias aumentativas Las secciones siguientes tratan la variación de
la demanda máxima y los usos especiales, como riego de céspedes y protección contra
incendios.
Demanda máxima. La tasa de uso de agua para un sistema individual variará directamente
con la actividad doméstica en la casa o con el programa de operaciones de una granja. Los
consumos de uso son generalmente más altos en los hogares en torno a las horas de las
comidas, durante el periodo de lavado de la casa a media mañana, y brevemente antes de la
hora de acostarse. Durante las horas intermedias del día y por la noche, el uso de agua puede
ser casi nulo. Así, la cantidad total de agua usada por una casa puede distribuirse durante
sólo unas cuantas horas del día, en las cuales el uso real es muy superior al estimado.
El funcionamiento simultáneo de varias instalaciones de la casa determinará el máximo pico
de consumo de agua para el conjunto. Por ejemplo, una ducha, un lavavajillas automático, un
aspersor del césped y un retrete con válvula de control de flujo de agua operando al mismo
tiempo producirían probablemente un pico de consumo crítico. Es verdad que no todos
estos servicios domésticos operan juntos normalmente; pero si existen en el mismo sistema,
siempre hay la posibilidad de que esa combinación crítica pueda suceder.
Riego del césped. La cantidad de agua requerida para el riego del césped depende de la
extensión de césped a regar, del tipo de equipo de aspersión, de la climatología, del terreno y
del control del agua. En áreas áridas o secas, la cantidad de agua puede igualar o exceder el
total utilizado para uso doméstico o para las necesidades de la granja.
Protección contra incendios. En áreas aisladas con sistemas de suministro de agua
individuales, la protección eficaz contra el fuego depende de los medios proporcionados por
el dueño de la propiedad. El uso de sistemas de agua por gravedad para la lucha contra
incendios presenta ciertos problemas básicos. Estos incluyen la construcción de un dique, o
un estanque.
47
Característica de las aguas naturales
USO INDUSTRIAL
En la industrias se captan aproximadamente 32.400 millones de galones por día de
recursos de agua dulce y salada de fuentes tanto superficiales como subterráneas y reciclaron
esta agua en sus respectivas plantas aproximadamente 1.8 veces antes de devolver la cantidad
combinada de agua captada aumentó a 60.9 % anual, los cuales se reciclaron
aproximadamente 2.2 % veces antes de que el 90.5 % por 100 fuera devuelto a fuentes
superficiales de agua, esta tendencia se mantiene constante en toda América Latina.
USO AGRÍCOLA
El agua destinada a la agricultura se emplea para el riego y el ganado. La parte para ganado
representa sólo el 1 % por 100% del total de agua extraída para el uso agrícola. De todos los
usos que se le pueden dar al agua, el riego es el que más cantidad necesita de la destinada a la
agricultura. Hay aproximadamente unos 145 millones de acres de tierras de regadío en toda
América Latina1. Esto ofrece la mejor oportunidad para el ahorro de agua que podría haber
sido desviada para producción agrícola adicional u otros usos. Los aportes de agua para riego
y el uso para el consumo). Se proyectan reducciones en esta cifra en el futuro.
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
La generación de electricidad por condensación de vapor contó con el 95% por 100 %, del
consumo total de agua dulce para toda la producción de energía. Como resultado de los
avances en la tecnología de refrigeración, para el siglo XXI, las necesidades de agua dulce
para la generación de electricidad por vapor se estima que disminuyan en un 11% por 100 a,
pero seguirá constituyendo el 94 % por 100 del consumo de agua dulce para la producción
de energía. Aunque la generación de electricidad por vapor requiere grandes cantidades de
agua, la pérdida en su uso era sólo del 2 % por 100 del total del consumo de agua dulce para
la generación de energía eléctrica por vapor. Sin embargo, junto con la disminución prevista
en el consumo, debido a las mejoras en tecnología refrigerante, se prevé un aumento de la
pérdida en su uso de un 13 % por 100 del total de agua dulce empleada para la generación
eléctrica por vapor. Este aumento significativo es debido en gran manera a la mayor
evaporación producida por las más altas temperaturas del proceso de reciclaje.
INDUSTRIA MINERA
En la industria minera, se utiliza el agua para extraer metales, no metales y combustibles. Los
metales incluyen plomo, cinc, manganeso, oro, plata, cobre y molibdeno. Los no metales son
1
Según la FAHO
48
Característica de las aguas naturales
la cal, arcilla, barita, fosfato, sal común, arcilla, arena, grava y otros. El 95% por el 100 usada en
esta actividad resulta con grado de contaminación muy alto.
VÍA DE COMUNICACIÓN
Desde muy antiguo, el hombre aprendió a construir embarcaciones que le permitieron
navegar por las aguas de mares, ríos y lagos. En nuestro tiempo, utilizamos enormes barcos
para transportar las cargas más pesadas que no pueden ser transportadas por otros medios.
DEPORTE Y OCIO
En los ríos, en el mar, en las piscinas y lagos, en la montaña… practicamos un gran número
de deportes: vela, submarinismo, winsurf, natación, esquí acuático, waterpolo, piragüismo,
ráfting,
esquí,
patinaje
sobre
hielo,
jockey…
Además pasamos parte de nuestro tiempo libre disfrutando del agua en las piscinas, en la
playa, en los parques acuáticos… o, simplemente, contemplando y sintiendo la belleza del
agua en los ríos, las cascadas, los arroyos, las olas del mar, las montañas nevadas.
2. Características físicas, químicas, microbiológicas de las aguas
GENERALIDADES
El agua es uno de los compuestos más abundantes en la naturaleza ya que cubre
aproximadamente tres cuartas partes de la superficie total de la tierra. Sin embargo, a pesar
de esta aparente abundancia, existen diferentes factores que limitan la cantidad de agua
disponible para el consumo humano.
Como se puede observar, cerca de 97% del total de agua disponible se encuentra en los
océanos y otros cuerpos de agua salinas no se puede utilizar para diversos propósitos. Del
restante 3%, casi 2% se encuentra distribuida en los témpanos de hielo, glaciares, en la
atmósfera o mezclada con el suelo, por lo que no es accesible. De tal forma que para el
desarrollo y sostenimiento de la vida humana con sus diversas actividades industriales y
49
Característica de las aguas naturales
agrícolas, se dispone aproximadamente de 0.62% del agua restante, que se encuentra en lagos
de agua fresca, ríos y mantos freáticos.
Nombre común que se aplica al estado líquido del compuesto de hidrógeno y oxígeno
H2O. Los antiguos filósofos consideraban el agua como un elemento básico que
representaba a todas las sustancias líquidas. Los científicos no descartaron esta idea hasta la
última mitad del siglo XVIII. En 1781 el químico británico Henry Cavendish sintetizó agua
detonando una mezcla de hidrógeno y aire. Sin embargo, los resultados de este
experimento no fueron interpretados claramente hasta dos años más tarde, cuando el
químico francés Antoine Laurent de Lavoisier propuso que el agua no era un elemento
sino un compuesto de oxígeno e hidrógeno. En un documento científico presentado en
1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista alemán Alexander von
Humboldt demostraron conjuntamente que el agua consistía en dos volúmenes de
hidrógeno y uno de oxígeno, tal como se expresa en la fórmula actual H2O.
Para poder definir la contaminación del agua, es necesario conocer primero cuáles son los
parámetros fisicoquímicos que la definen para su uso y cuales para los procesos de
tratamiento de aguas y aguas residuales, lo que resulta de gran importancia para su estudio en
la ingeniería ambiental.
EL AGUA
Es una sustancia abiótica la más importante de la tierra y uno de los más principales
constituyentes del medio en que vivimos y de la materia viva. En estado liquido
aproximadamente un gran porcentaje de la superficie terrestre está cubierta por agua que se
distribuye por cuencas saladas y dulces, las primeras forman los océanos y mares; lago y
lagunas, etc.; como gas constituyente La humedad atmosférica y en forma sólida la nieve o el
hielo.
El agua constituye lo que llamamos hidrosfera y no tiene límites precisos con la Atmósfera y
la litosfera porque se compenetran entre ella.
En definitiva, el agua es el principal fundamento de la vida vegetal y animal y por tanto, es el
medio ideal para la vida, es por eso que las diversas formas de vida prosperan allí donde hay
agua.
El agua químicamente pura es un líquido inodoro e insípido; incoloro y transparente en
capas de poco espesor, toma color azul cuando se mira a través de espesores de seis y ocho
metros, porque absorbe las radiaciones rojas. Sus constantes físicas sirvieron para marcar los
puntos de referencia de la escala termométrica Centígrada. A la presión atmosférica de 760
milímetros el agua hierve a temperatura de 100°C y el punto de ebullición se eleva a 374°,
50
Característica de las aguas naturales
que es la temperatura critica a que corresponde la presión de 217,5 atmósferas; en todo caso
el calor de vaporización del agua asciende a 539 calorías/gramo a 100°.
Mientras que el hielo funde en cuanto se calienta por encima de su punto de fusión, el agua
líquida se mantiene sin solidificarse algunos grados por debajo de la temperatura de
cristalización (agua subenfriada) y puede conservarse liquida a –20° en tubos capilares o en
condiciones extraordinarias de reposo. La solidificación del agua va acompañada de
desprendimiento de 79.4 calorías por cada gramo de agua que se solidifica. Cristaliza en el
sistema hexagonal y adopta formas diferentes, según las condiciones de cristalización.
A consecuencia de su elevado calor especifico y de la gran cantidad de calor que pone en
juego cuando cambia su estado, el agua obra de excelente regulador de temperatura en la
superficie de la Tierra y más en las regiones marinas.
El agua se comporta anormalmente; su presión de vapor crece con rapidez a medida que la
temperatura se eleva y su volumen ofrece la particularidad de ser mínimo a la de 4°. A dicha
temperatura la densidad del agua es máxima, y se ha tomado por unidad. A partir de 4° no
sólo se dilata cuando la temperatura se eleva,. sino también cuando se enfría hasta 0°: a esta
temperatura su densidad es 0.99980 y al congelarse desciende bruscamente hacia 0.9168,
que es la densidad del hielo a 0°, lo que significa que en la cristalización su volumen aumenta
en un 9 por 100.
Las propiedades físicas del agua se atribuyen principalmente a los enlaces por puente de
hidrógeno, los cuales se presentan en mayor número en el agua sólida, en la red cristalina
cada átomo de la molécula de agua está rodeado tetraédricamente por cuatro átomos de
hidrógeno de otras tantas moléculas de agua y así sucesivamente es como se conforma su
estructura. Cuando el agua sólida (hielo) se funde la estructura tetraédrica se destruye y la
densidad del agua líquida es mayor que la del agua sólida debido a que sus moléculas quedan
más cerca entre sí, pero sigue habiendo enlaces por puente de hidrógeno entre las moléculas
del agua líquida. Cuando se calienta agua sólida, que se encuentra por debajo de la
temperatura de fusión, a medida que se incrementa la temperatura por encima de la
temperatura de fusión se debilita el enlace por puente de hidrógeno y la densidad aumenta
más hasta llegar a un valor máximo a la temperatura de 3.98°C y una presión de una
atmósfera. A temperaturas mayores de 3.98 °C la densidad del agua líquida disminuye con el
aumento de la temperatura de la misma manera que ocurre con los otros líquidos.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
El agua, como quiera que sea usada, debería estar libre de todas las impurezas que son
perjudiciales para los sentidos de la vista, el gusto o el olfato. Las características físicas del
agua incluyen la turbidez, el color, el sabor y el olor, la temperatura y la formación de
espuma.
51
Característica de las aguas naturales
Turbidez.
La presencia de material suspendido, como arcilla, sedimentos, material orgánico finamente
dividido, plancton y otros materiales inorgánicos en agua, es conocida como turbidez.
Turbiedades que excedan las 5 unidades son fácilmente detectables en un vaso de agua y
esto, normalmente, es inaceptable, aunque sólo sea por razones estéticas. La arcilla u otras
partículas inertes suspendidas en el agua potable «o suelen tener consecuencias adversas en la
salud, aunque el agua que las contenga debería tratarse convenientemente para su consumo.
Después de un aguacero, la variación de la turbidez del agua del subsuelo se debe considerar
como una indicación de posible contaminación superficial u otra similar.
La turbidez es una medida de la difusión de la luz producida por las partículas en suspensión
y se estandariza usando una suspensión de formalina como norma de la calibración. Todos
los turbidímetros se diseñan bajo criterios de estandarización específicos (136-138). Los
contadores ópticos de partículas son más sensibles a los pequeños cambios que se producen
en las concentraciones del material suspendido y se utilizan para evaluar la operación de las
plantas de tratamiento. Las «Normas de mejora del tratamiento de aguas superficiales
americanas» (Enhanced Surface Water Treatment Rule) proponen una cuantificación de la
eliminación de agentes patógenos. El desarrollo de métodos analíticos más rápidos para la
detección y caracterización de tales agentes, utilizando contadores de partículas y citometría,
está actualmente en investigación.
Color.
El material orgánico disuelto proveniente de la vegetación en descomposición y ciertas
sustancias inorgánicas son los responsables de que el agua tenga color. En algunas ocasiones,
un número excesivo de algas o el crecimiento de microorganismos acuáticos, también
pueden aportar color. Aunque la existencia de color, propiamente dicho, no sea inadmisible
desde el punto de vista de salud, su presencia sí que es estéticamente inaceptable y sugiere
que el agua necesita un tratamiento apropiado.
Sabor y olor.
El sabor y el olor del agua pueden estar causados por materia ajena a la propia agua, como
compuestos orgánicos, sales inorgánicas o gases disueltos. Estos materiales pueden venir de
fuentes domésticas, agrícolas o naturales. Algunas sustancias que habitualmente se
encuentran en las aguas subterráneas, y que no son necesariamente dañinas, puede aportar
un sabor desagradable o peculiaridades indeseables al agua. El sulfato del magnesio (sal de
Epsom), el sulfato de sodio (la sal de Glauber) y el cloruro de sodio (sal de mesa común) son
algunos de los ejemplos que se podrían citar.
52
Característica de las aguas naturales
A la hora de ser utilizadas, las aguas que se suponen aceptables deben estar libres de
cualquier sabor u olor indeseables. Es importante conocer la calidad química de una fuente
de suministro de agua para determinar el tratamiento, si fuera-necesario alguno, con el fin de
obtener agua aceptable para uso doméstico.
Temperatura.
Lo más deseable para el agua potable es que permanezca fresca casi constantemente y no
tenga fluctuaciones de temperatura de más de unos pocos grados. El agua subterránea y
superficial de las regiones montañosas, generalmente cumple lo mencionado anteriormente.
De hecho, la mayoría de los individuos encuentran muy agradable el agua de bebida con una
temperatura entre 10 y 15 °C (50 y 60 °F). La temperatura del agua subterránea permanece
prácticamente constante a lo largo del año. La de los yacimientos muy poco profundos
(menos de 50 pies de profundidad) varía un poco de una estación a otra, pero el de zonas
más profundas permanece bastante constante, siendo su temperatura próxima a la media
anual en la superficie. Esta es la explicación de por qué el agua procedente de un pozo
puede parecer cálida en invierno o fría durante el verano.
Contrariamente a la opinión popular, el agua más fría no se obtiene sondeando a mayor
profundidad. Más allá de aproximadamente 100 pies (30 m) de profundidad, la temperatura
del agua subterránea aumenta de manera constante a razón de aproximadamente 0.6 °C (1
°F) por cada 75 a 150 pies (25 a 50 m) de profundidad. En regiones volcánicas, esta tasa de
aumento puede ser incluso mucho mayor.
Formación de espuma.
Desde 1965, las fórmulas de los detergentes se han cambiado para eliminar el sulfonato de
alquil benceno (ABS), el cual se degradaba muy lentamente en la naturaleza. Éste ha sido
sustituido en la mayoría de los detergentes por el sulfonato de alquilo lineal (LAS) que tiene
una biodegradación más rápida. Por el contrario, el LAS no tiene una degradación muy
rápida en ausencia de oxígeno, condición que se da en pozos negros y algunas fosas sépticas.
La espuma en el agua se produce, normalmente, por concentraciones de detergentes
superiores a 1 mg/L. Mientras que la espuma propiamente dicha no conlleva un riesgo, el
usuario debe ser consciente de que si una cantidad importante de detergente llega a su
suministro de agua, de tal forma que se produzca una cantidad considerable de espuma en
un vaso de agua, es probable que otros materiales que conllevan más riesgo, posiblemente
procedentes del alcantarillado, también estén presentes.
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS
La naturaleza de las rocas que forman la corteza terrestre no sólo afecta a la cantidad de
agua que puede recuperarse, sino también a sus características. Cuando el agua de la
53
Característica de las aguas naturales
superficie se filtra hacia el interior hasta la capa freática, disuelve parte de los minerales
presentes en la tierra y las rocas. Por consiguiente, el agua subterránea contiene normalmente
más minerales disueltos que el agua de la superficie.
Algunas veces pueden predecirse las características químicas del agua presente en una
localidad determinada de los análisis de fuentes de agua adyacentes. Estos datos están a
menudo disponibles en informes publicados por el Servicio Geológico de los Estados
Unidos (U.S. Geological Survey) o por agencias de aguas federales, estatales, de salud local y
geológica. En el supuesto de que la información no esté disponible, debe hacerse un análisis
químico de la fuente de agua. Algunos departamentos estatales de la salud y geológicos, así
como las universidades estatales y muchos laboratorios comerciales, tienen los medios
necesarios para ello y pueden proporcionar este servicio.
La información que puede obtenerse de un análisis químico es:
• La posible presencia de substancias perjudiciales o desagradables.
• El potencial del agua para corroer partes de la instalación de abastecimiento de aguas.
• La tendencia del agua a manchar objetos y ropa.
A continuación se presenta una discusión sobre las características químicas del agua. Algunos
parámetros están basados en los límites recomendados por las «Normas del Servicio de
Salud Pública» sobre agua potable de 1962 (5).
Sustancias tóxicas.
El agua puede contener sustancias tóxicas en solución. Si el análisis del suministro de agua
muestra que estas sustancias exceden las concentraciones indicadas, el suministro no debe
utilizarse (véase Tabla 2.1).
Cloruros
La mayoría de las aguas contienen cloruros en solución. La cantidad presente puede ser
debida a la extracción de depósitos sedimentarios marinos, a la intrusión salina del agua de
mar, por contaminación con salmuera, o de residuos industriales y domésticos.
Concentraciones de cloruros que excedan unos 250 mg/L tienen como resultado un sabor
apreciable en el agua. En áreas donde el contenido en cloruros es superior a los 250 mg/L y
el resto de normas se cumplen, puede que sea necesario usar una fuente de agua que exceda
este límite.
Un aumento del contenido de cloruros en aguas subterráneas o superficiales puede
indicarnos una posible contaminación con aportes del alcantarillado, particularmente si la
cantidad normal de cloruros se sabe que es baja.
54
Característica de las aguas naturales
Cobre
El cobre se encuentra en muchas aguas naturales, particularmente en áreas donde existen
depósitos mineros. Puede haber cantidades excesivas de cobre en aguas corrosivas
conducidas por tuberías de cobre. El cobre en cantidades pequeñas no se considera
perjudicial para la salud, pero proporcionará un sabor desagradable al agua potable. Por esta
razón, el límite recomendado para el cobre es de 1.0 mg/L.
Fluoruros
En algunas zonas, las fuentes de agua contienen fluoruros naturales. Se han observado
efectos beneficiosos para la salud cuando las concentraciones se acercan a niveles óptimos.
En tales áreas se ha encontrado que la incidencia de caries dental está por debajo de la tasa
perteneciente a áreas sin fluoruros naturales. El nivel óptimo de fluoruros para una zona
dada depende de la temperatura del aire, puesto que es lo que primero influye en la cantidad
de agua que beben las personas. Se recomiendan concentraciones de entre 0.7 a 1.2 mg/L.
Demasiados fluoruros en los suministros de agua potable pueden producir fluorosis
(moteado de los dientes), que aumenta con la cantidad excedida sobre el nivel óptimo.
Deben consultarse las recomendaciones de los departamentos de la salud estatal o local. (Las
concentraciones máximas permitidas se presentan en la Tabla 2.2.)
Hierro
De forma frecuente, están presentes en el agua pequeñas cantidades de hierro debido a la
gran cantidad del mismo que hay en el suelo y porque el agua corrosiva disuelve hierro de las
cañerías. La presencia de hierro en el agua no se considera aceptable porque proporciona un
color parduzco a las prendas lavadas y afecta el sabor de las infusiones, como el té y el café.
Estudios recientes indican que los huevos se estropean más rápidamente cuando se lavan con
agua que contiene hierro en exceso de 10 mg/L. El límite recomendado para el hierro es de
0.3 mg/L.
TABLA 2.2. Niveles máximos de contaminantes
Sustancia
Niveles, mg/L
Arsénico (As)
0.05
Bario (Ba)
1.00
Cadmio (Cd)
0.01
6
Cromo (Cr )
0.05
Cianuros (CN-)
0.2
55
Sustancia
Fluoruro (F )
Plomo (Pb)
Selenio (Se)
Plata (Ag)
Niveles, mg/L
2
0.05
0.01
0.05
Característica de las aguas naturales
TABLA 2.3. Concentraciones máximas de fluoruros (5)
Promedio anual de máximas
Máximas concentraciones
Temperaturas diarias del aire, °F
permitidas de fluoruros, mg/L
50.0-53.7
2.4
53.8-58.3
2.2
58.4-63.8
2.0
63.9-70.6
1.8
70.7-79.2
1.6
79.3-90.5
1.4
Nota: °C = 5/9 (°F - 32)
Plomo
Una exposición breve o prolongada del cuerpo al plomo puede ser tremendamente
perjudicial para la salud. Una exposición prolongada a cantidades relativamente pequeñas
puede producir enfermedades serias o incluso la muerte. El plomo retenido en el cuerpo en
cantidades superiores a un cierto límite «normal» relativamente bajo, es un veneno
acumulativo. Una concentración máxima de 0.05 mg/L de plomo en agua no debe excederse
en ningún caso. Un exceso de plomo puede darse en el suministro del agua, pero la causa
principal del exceso de plomo es el agua corrosiva en contacto con tejados pintados con
pintura que contenga plomo o el uso de tuberías de plomo. Estas circunstancias deben
corregirse para proporcionar un suministro de agua seguro.
Manganeso.
Hay dos razones para limitar la concentración de manganeso en el agua potable:
1) para prevenir el daño estético y económico y
2) para evitar cualquier posible efecto fisiológico por la ingestión excesiva.
El usuario doméstico encuentra que el manganeso produce un color parduzco en las prendas
lavadas y afectas al sabor de las bebidas, incluidas el café y el té. El límite recomendado para
el manganeso es de 0.05 mg/L.
Nitratos.
El nitrato (N03) causa metahemoglobinemia (cianosis infantil o «enfermedad del bebé azul»)
en niños que beben agua o se han alimentado con preparados fabricados con agua con un
alto contenido en nitratos. Un suministro de agua doméstico no debe contener
concentraciones en nitratos superiores a 45 mg/L (10 mg/L expresado como nitrógeno).
Concentraciones de nitratos superiores a lo normal, a menudo en pozos poco profundos,
puede ser una indicación de filtración de los depósitos de estiércol del ganado. En algunos
pozos contaminados, el nitrato está presente en concentraciones superiores a 100 mg/L y es
aún más peligroso para los niños. Cuando existe la sospecha de una concentración alta de
56
Característica de las aguas naturales
nitrato, ese agua no debe utilizarse para la alimentación infantil. Dicha concentración debe
determinarse y, si es excesiva, obtenerse consejo de las autoridades de la salud sobre la
conveniencia de utilizar esa agua para consumo generalizado.
Pesticidas
El uso descuidado de pesticidas puede contaminar las fuentes del agua y hacer ese agua no
apta para la bebida. Se ha informado de numerosos casos en los cuales se han contaminado
pozos particulares al ser tratada la casa para el control de las termitas. Así que el uso de
pesticidas cerca de pozos no es recomendable.
Sodio
Cuando se necesita saber la cantidad precisa de sodio presente en un suministro de agua,
debe hacerse un análisis de laboratorio. La cantidad de sodio aumentará cuando se utilizan
descalcificadoras domésticos por el método del intercambio iónico.
Por esta razón, debe analizarse el agua que ha sido ablandada cuando se requiere un control
individual sobre la ingesta de sodio.
Para las personas con buena salud, el contenido en sodio del agua es insignificante porque la
cantidad de sal ingerida de otras fuentes es mucho mayor; pero aquellas personas que siguen
una dieta baja en sodio debido a problemas del corazón, riñón, afecciones circulatorias o
complicaciones del embarazo deben controlar la cantidad de sodio presente en el agua que
consumen. Estas dietas bajas en sodio permiten alrededor de 20 mg/L en el agua ingerida.
Cuando se supera este límite dichas personas deben acudir a un médico especialista en dietas
e ingestión de sodio.
Sulfatos
Las aguas que contienen altas concentraciones de sulfato debido a la filtración a través de
depósitos naturales de sulfato de magnesio (sal de Epsom) o de sulfato de sodio (sal de
Glauber) no son muy deseables debido a sus efectos laxantes. El contenido en sulfato no
debería exceder los 250 mg/L.
Cinc
El cinc suele encontrarse en las aguas naturales, especialmente en áreas de depósitos
mineros de mineral de cinc. No es considerado perjudicial para la salud, pero proporciona
un sabor desagradable al agua potable. Por esta razón, el límite recomendado para el cinc es
de 5.0 mg/L.
57
Característica de las aguas naturales
Se han desarrollado serios problemas de contaminación, tanto en aguas superficiales como
en las subterráneas, debido a la actividad minera aún existente y a la ya desaparecida. Entre
los peores problemas se encuentran aquellos asociados con las actividades de las minas de
carbón, donde se generan importantes concentraciones de hierro, manganeso, sulfatos y
ácidos como resultado del tratamiento y lixiviado de minerales.
Alcalinidad
La producen en el agua el bicarbonato, el carbonato o los hidróxidos. La presencia de estos
compuestos se determina por métodos estándar que incluyen valoración con varias
soluciones indicadoras. El conocimiento de la alcalinidad es útil en el tratamiento del agua.
Dureza
Agua dura y agua blanda son términos relativos. Las aguas duras retardan la acción
limpiadora de jabones y detergentes, causando un gasto extraordinario de agentes de
limpieza. Además, cuando se calientan depositan una dura incrustación (en ollas, resistencias
calefactoras o en utensilios de cocina) lo que supone un gasto extra de combustible.
El contenido mineral del agua subterránea refleja su movimiento a través de los minerales
que constituyen la corteza de la tierra. Generalmente, estas aguas son más duras y
mineralizadas en regiones áridas que las de regiones en las que la tasa de lluvia anual es alta.
También, los acuíferos más profundos son más propensos a contener concentraciones altas
de minerales en solución, porque el agua tiene más tiempo (quizás millones de años) para
disolver las rocas.
Las sales de calcio y magnesio, responsables de la dureza en los suministros de agua se
dividen en dos clasificaciones generales: las aguas carbonatadas, o de dureza temporal, y las
no carbonatadas, o de dureza permanente.
Las aguas carbonatadas o con dureza temporal se llaman así porque calentando el agua que
las contiene, ésta perderá su dureza en gran medida. Al calentarse los bicarbonatos se
disocian en carbonatos insolubles que precipitan como partículas sólidas adhiriéndose a la
superficie calentada y en el interior de las tuberías.
Las aguas no carbonatadas o con dureza permanente reciben este nombre porque al calentar
el agua no pierde su dureza. Ésta se debe en gran medida principalmente a la presencia de
sulfatos y cloruros de calcio y magnesio.
pH
Es una medida de la concentración del ion hidrógeno en el agua. También es una medida
del contenido ácido o alcalino. El rango de los distintos valores del pH va de 0 a 14, donde 7
indica agua neutra; los valores inferiores a 7 indican acidez creciente; y valores superiores a 7,
58
Característica de las aguas naturales
alcalinidad creciente. El pH del agua en su estado natural varía a menudo de 5.5 a 9.0. La
determinación del valor del pH ayuda en el control de la corrosión, la determinación de
dosificaciones químicas apropiadas y el control adecuado de la desinfección.
CARACTERÍSTICAS MICROBIOLÓGICAS
Desde el punto de vista microbiológico, la condición esencial que debe reunir el agua
destinada al consumo humano es que este exenta de parásitos y patógenos con el objeto que
no constituya un vehículo de infección.
El agua para beber y cocinar debe estar libre de organismos patógenos. Estos organismos
incluyen bacterias, protozoos, virus y helmintos (gusanos).
Algunos organismos que causan enfermedades en los seres humanos se desarrollan con las
descargas fecales de individuos infectados. No suele ser práctico controlar las actividades de
los individuos portadores de la enfermedad. Por esta razón, se hace necesario tomar
precauciones contra la contaminación de una fuente de agua normalmente segura o poner en
práctica métodos de tratamiento que produzcan un agua segura desde el punto de vista
biológico.
Cuando el agua se infiltra en el suelo hasta la capa freática, pueden eliminarse partículas en
suspensión, e incluso microorganismos. La magnitud de la eliminación depende del espesor
y características del material atravesado por el agua. La arcilla proporciona la protección
natural más eficaz a las aguas subterráneas. Sílice y arena proporcionan también una buena
filtración si son suficientemente finos y están en capas suficientemente espesas.
La calidad bacteriana del agua también mejora durante su almacenamiento en el acuífero,
porque las condiciones son normalmente desfavorables para la supervivencia de las bacterias.
El hecho de que unas aguas subterráneas sean claras no garantiza que puedan ser ingeridas;
esto sólo puede determinarse mediante análisis de laboratorio.
Por medio de factores físicos, químicos o biológicos pueden estimularse o retardarse los
ciclos de crecimiento de ciertas formas de vida acuática, tanto vegetales como animales
microscópicos, que se encuentran en el agua natural. Por ejemplo, el crecimiento de algas,
plantas verdes diminutas que normalmente se encuentran flotando en las agua de superficie,
se estimula por la luz, el calor, nutrientes como nitrógeno y fósforo y la presencia de dióxido
de carbono como producto de la descomposición orgánica. Su crecimiento puede, a su vez,
retardarse por cambios en el pH, la presencia de las impurezas inorgánicas, nubosidad
excesiva u oscuridad, temperatura, y la presencia de ciertas especies bacterianas.
Los continuos ciclos de crecimiento y muerte de material celular de algas pueden
desembocar en la producción de subproductos nocivos que pueden afectar adversamente la
calidad de un abastecimiento de agua. Las mismas consideraciones generales pueden hacerse
con respecto a los ciclos de crecimiento de ciertas bacterias no patógenas y micro crustáceos
que habitan las aguas naturales.
La contaminación del agua por agentes biológicos puede minimizarse:
59
Característica de las aguas naturales
1.
2.
3.
4.
Seleccionando suministros de agua que normalmente no contengan muchas plantas
o vida animal.
Protegiendo el suministro contra una subsiguiente contaminación por agentes
biológicos.
Minimizando la entrada de materiales fertilizantes, como sustancias orgánicas y
nutrientes minerales.
Proporcionando tratamientos para la destrucción de vida biológica o sus subproductos.
Medición de los Sólidos en el agua
El contenido de los sólidos del agua es uno de los parámetros más significativos. La cantidad,
el tamaño y el tipo de los sólidos dependen del agua específica. Por ejemplo, un agua
residual fecal no tratada puede tener materia de partículas orgánicas, incluyendo trozos de
comida en el rango de milímetros, mientras que un agua purificada de bebida puede tener
partículas en el rango de 10-6 mm. Un lago limpio, puede tener partículas solidad en el
rango de 10-3 mm mientras que un deposito eutrófico tiene materia articulada en el Arango
de milímetros. Hay algunas clasificaciones de los sólidos en el agua y en el agua residual
como las resumidas en las figuras.
Los sólidos se denominan de la siguiente forma
Sólidos totales. ST
Sólidos en suspensión, SS
Sólidos totales disueltos, STD= ST-SS
Sólidos totales volátiles, STV
Sólidos volátiles en suspensión, SVS
60
Característica de las aguas naturales
En suspensión
Coloidales
Disueltos
Filtrables
No – filtrantes
Volátiles
No – volátiles (fijos)
Sólidos
Orgánicos
Inorgánicos
Sediméntales
No sediméntales
Figura 2.1 clasificación de los sólidos que se encuentran en el agua y en el agua residual.
Los sólidos totales (ST) de una muestra de agua/agua residual es todo el residuo que queda
después de la evaporación a 105 C. La clasificación de la figura 2.1 que de elegirse depende
de la aplicación. Las investigaciones para el diseño de sedimentación para el tratamiento de
agua o agua residual, sería deseable conocer la fracción de sedimentación. La clasificación a
emplear es: sedimentable/no sedimentable. Esto se determina en un ensayo de laboratorio
usando un cono Imhoff, en el que se vierte la muestra de agua y se deja sedimentar durante
un periodo de 1 h. la extensión o grado de sedimentación se expresa entonces en mg/l.
En las muestras de agua potable o agua de rio a veces se desea conocer las fracciones de los
sólidos que están es suspensión y también aquellos que están disueltos. A veces la fracción
coloidal en general se incluye con la fracción disuelta de los sólidos en suspensión es aquella
retenida en un filtro de fibra de vidrio Whatman de tamaño de poro alrededor de 1.2 µm.
61
Característica de las aguas naturales
Microscopio de
barrido de efecto
tunel
Microscopio electronico
Microscopio optico
Atomos
Aminoacidos
Virus
Bacterias
Mundo molecular
-9
10
-8
10
-7
10
Algas
Hongos
Protozoos
Mundo biologico
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
10
milimetros
Tamaño de la particula (mm)
Solidos
disueltos
Solidos
coloidales
No sedimentables
Solidos en
suspension
o no fitrables
Sedimentales
Figura 2.2 Clasificación del tamaño de partículas de los sólidos en agua y agua residual.
Sólidos filtrantes es el termino dado a la combinación de los sólidos colídales y disueltos. Las
partículas coloidales son de origen arcilloso y de un tamaño que oscila entre 10-3 hasta 1 µm.
Los coloides no se disuelven, sino que permanecen como una fase solida en suspensión.
Generalmente los coloides permanecen en suspensión por que su velocidad de
sedimentación la menor que 0.1mm/s. el proceso por el cual una suspensión coloidal llega a
ser inestable y experimenta una sedimentación gravitatoria se denomina coagulación. Las
partículas disueltas pueden ser de origen orgánico e inorgánico, en las plantas de aguas o
agua residual, estas fracciones son eliminadas mediante coagulación química o bien
oxidación biológica.
62
Característica de las aguas naturales
Figura 2.3 Cono Imhoff para determinar las fracción de sedimentación del agua , el cual
consiste en un diámetro de 105 mm y 450 mm de altura.
63
Característica de las aguas naturales
3. Principales enfermedades hídricas
INTRODUCCIÓN
El aumento de la población mundial y la constante intervención del hombre en el medio
ambiente están alterando la calidad de las aguas superficiales y subterráneas, con descargas
de contaminantes, y volviendo cada vez más escaso los recursos hídricos naturales, las
reservas disponibles son impactadas cada vez más, afectando su capacidad de auto
purificación12
Las descargas de guas residuales municipales contaminan los cuerpos acuáticos con a
organismos patógenos y los transformas en vehículos de trasmisión de enfermedades
infecciosas.
Las enfermedades transmitidas por el agua son básicamente función de la calidad de la
misma. La calidad de las aguas de consumo humano son afectadas por la contaminación
orgánica, principalmente de desechos humanos, animales o químicos.
En el mundo, la falta de servicios de evacuación sanitaria de desechos y agua limpia para
beber, cocinar y lavar es la causa de más de 12 millones de defunciones por año. Las
enfermedades diarreicas son las principales enfermedades transmitidas por el agua,
prevalecen en países en los que el tratamiento de aguas es inadecuado. Todos los años se
registran alrededor de 4000 millones de casos de enfermedades diarreicas, que causan 3 a 4
millones de defunciones, principalmente entre los niños23 .
Sin lugar a dudas, la principal causa para que se presente un número elevado de casos de
enfermedades relacionadas con el agua es el hecho de que gran parte de la población
mundial vive con condiciones deficientes de infraestructura sanitaria, en otros casos ni
siquiera existe tal infraestructura. Por lo tanto, no es difícil imaginar el gran impacto que
tienen y tendrían epidemias, más aun si dichas enfermedades son transmitidas
fundamentalmente por el agua. Se estima que 3000 millones de personas carecen de
servicios higiénicos y más de 1200 millones de personas están en riesgo porque carecen de
acceso a agua dulce salubre.
Por otra parte, con el pasar del tiempo se han encontrado cada vez mayores cantidades de
sustancias toxicas, productos químicos para la agricultura, fertilizantes, plaguicidas y desechos
industriales en cuerpos de agua. Este grupo de productos químicos están formados por una
2
3
GELDRICH publicación de 1996
Publicación de la OMS, sobre el acceso al agua potable en latino América 1998
64
Característica de las aguas naturales
gran variedad de compuestos que pese a encontrarse en cantidades pequeñas se van
bioacumulando en los seres vivos y acomplejando en los lechos cuerpos de agua, pudiendo
causar enfermedades crónicas para animales y personas que hagan uso de estas aguas.
Cuando se hace uso intensivo de plaguicidas se produce inevitablemente un escurrimiento e
infiltración de los mismos. Las aguas ya contaminadas, por lo general, llegan a cuerpos de
agua destinados al consumo humano. Un ejemplo dramático de la acción de estos productos
es el DDT conocido por su toxicidad y elevada capacidad de bioacumulación.
Generalidades
En el intestino del hombre y de los animales homeotérmicos existen bacterias, virus,
protozoarios y helmintos patógenos (trasmisores de enfermedades). Muchos de ellos después
de excretados con la heces, pueden sobrevivir en el medio ambiente,(agua, lodo, aguas
negras, suelo) e incluso, multiplicarse.
Uno de los aspectos más importantes de la microbiología acuática es el estudio de la
contaminación de las guas superficiales, subterráneas y meteóricas, con microorganismos
patógenos que causas infecciones intestinales. El suministro de agua microbiológicamente
segura es uno de los principales propósitos de la ingeniería sanitaria y del saneamiento, así
como preservar de la contaminación y de la polución los manantiales y las aguas superficiales
en general. Para esto es necesario establecer barreras múltiples de protección.
En las enfermedades que siguen la ruta oral – fecal, el contagio ocurre desde el material fecal
contaminado hasta la boca de un persona san, que ser el nuevo huésped. Los principales
agentes etiológicos de estas enfermedades infectocontagiosas son transmitidos por dos
mecanismos básicos.
De forma directa, desde el orificio anal hasta la boca, a través de los dedos
contaminados.
De forma indirecta, a través de los alimentos, utensilios domésticos, agua
contaminada.
Algunos de estos microorganismos pueden penetrar también por el sistema respiratorio, por
la inhalación de polvo ambiental o de aerosoles contaminados. Esto ocurre de forma
frecuente con el virus, como de la gripe, con hongos que causan alergias o infecciones
pulmonares, y más raramente, con bacterias. Otros microorganismos pueden entrar a través
de escoriaciones de la piel, como es el caso de Letospira y Shistosma.
65
Característica de las aguas naturales
La figura 2.4 muestra un esquema de las rutas de contagio de los microorganismos patógenos
de transmisión hídrica.
Principales fuentes
Hombre enfermo o
Transportador sano
Animales homeotérmicos
Aguas superficiales
Aguas de
Balnearios
Aguas residuales
Pescados y
Crustáceos
Aguas de uso
Domestico
Suelo/campos
Aguas
subterráneas
Aerosoles
Aerosoles
Cultivos
Aguas de uso
Domestico
Hombre sano
Figura 2.4 Principales vías de contagio de entero patógenos de transmisión hídrica.
Datos actuales del Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente,
CEPIS, muestran que en América Latina y en el Caribe se recolectan diariamente 40
millones de metros cúbicos de guas servidas (correspondiente apenas a 49% de la población,
que es la parte privilegiada con la recolección de aguas residuales), que son descargadas
crudas en los ríos, lagos y mares.
66
Característica de las aguas naturales
Enfermedades hídricas
Enfermedades microbiológicas trasmitidas por el agua
Son las enfermedades causadas por organismos patógenos presentes en el agua y que
ingresan al organismo por la boca. Están relacionadas a la contaminación con excretas
humanas. Se caracteriza por ser fácilmente transmisibles por otros medios como ser las
manos o los alimentos. En esta categoría se encuentran:
La fiebre tifoidea: Es una enfermedad infecciosa aguda producida por el bacilo Salmonella
typhi. Se contagia por la leche, el agua o los alimentos contaminados por las heces de
enfermos o portadores. Los portadores son personas sanas que sufren una infección
asintomático y excretan periódicamente el bacilo. El esquema de transmisión epidemiológica
se puede simplificar con las siglas DAME (dedos, alimentos, moscas y excretas). Los
organismos llegan al intestino y salen de él para llegar a los ganglios linfáticos mesentéricos,
de ahí pueden desplazarse al estomago, al hígado, o bien, seguir por la sangre originando
graves daños en el bazo o cerebro. Los síntomas que posee esta enfermedad son: dolor de
cabeza, escalofrió, insomnio, decaimiento, aumento gradual de la temperatura.
Cólera: Es una grave enfermedad infecciosa endémica de India y en ciertos países tropicales,
aunque pueden aparecer brotes en países de clima templado. Los síntomas del cólera son la
diarrea y la pérdida de líquidos y sales minerales en las heces. En los casos graves hay una
diarrea muy importante, con heces características en "agua arroz", vomito, sed intensa,
calambres musculares y, en ocasiones, fallo circulatorio. En estos casos el paciente puede
fallecer a las pocas horas del comienzo de los síntomas. Dejada a su evolución natural, la
mortalidad es superior al 50%, pero no llega al 1% con el tratamiento adecuado.
El organismo responsable de la enfermedad es el Vibrio Cholerae, una bacteria descubierta
en 1883 por el médico y bacteriólogo alemán Robert Koch. La única forma de contagio es a
través del agua y los alimentos contaminados por heces (en las que se encuentra la bacteria)
de enfermos de cólera. Por tanto, las medidas de control sanitario son las únicas eficaces en
la prevención de la enfermedad. Durante el siglo XIX las epidemias de cólera se
diseminaron por Europa y EEUU, hasta que mejoraron los sistemas de distribución de agua
potable y alcantarillado.
En muchos países asiáticos, el control del cólera sigue siendo un importante problema
sanitario. La Organización Mundial de la Salud (OMS) calcula que le 78% de la población de
los países en vías de desarrollocarece de agua con suficientes garantías de potabilidad, y el
85% no dispone de un sistema de tratamiento de aguas residuales. Las epidemias más
recientes tuvieron lugar en Calcuta (India) en 1953; en Vietnam del sur entre 1964 y 1967;
67
Característica de las aguas naturales
entre los refugiados del Bangla Desh que emigraron a India en la guerra civil de 1971; y en
Perú en 1991. En la epidemia del 1971 fallecieron 6500 personas.
El tratamiento consiste en la reposición oral o intravenosa de líquidos y sales minerales
(rehidratación). Hay preparaos para diluir con la composición adecuada de sodio, potasio,
cloro, bicarbonato y glucosa, disponibles en muchos lugares del mundo gracias a la campaña
de difusión realizada por la OMS. Casi todos los pacientes se recuperaron entre los tres y los
seis días.
Algunos estudios experimentales han demostrado que la bacteria del cólera produce una
toxina que estimula la secreción de liquido por el intestino delgado. Esta toxina es la causa de
la gran pérdida de líquidos que se producen en el cólera. La búsqueda de una vacuna más
eficaz sigue dos líneas de investigación diferentes: utilizar una toxina inactivada, o utilizar una
vacuna de bacterias vivas atenuadas incapaces de producir toxina.
Disentería amebiana: Causada por el parásito (ameba) Entamoeba Histolytica es endémica
en muchos países tropicales, pero lo más debido a la falta de condiciones higiénicas que al
clima o al calor. Es el tipo de disentería más frecuente en Filipinas, Indonesia y el Caribe, y
se puede dar en algunos países de clima templado.
La disentería amebiana se trasmite por el agua, por los alimentos frescos contaminados y por
los portadores humanos sanos. Las moscas pueden trasportar los quistes de ameba desde las
heces de los enfermos hasta los alimentos. Cuando la enfermedad se hace crónica las amebas
traspasan la pared intestinal y colonizan el hígado, formando abscesos hepáticos. En raras
ocasiones se forman abscesos amebianos en otras localizaciones. Si se deja evolucionar,
puede llegar a producir la muerte.
Disentería bacilar: Esta producida por alguna especies no móviles de bacterias del genero
Shigella. Esta forma de disentería también es más frecuente en las regiones tropicales del
planeta con higiene deficiente, pero, como es más contagiosa, se producen brotes
epidémicos en todo el mundo. Se trata de una diarrea autolimitada que rara vez sobrepasa la
afectación ontestinal; no obstante, la enfermedad es grave, especialmente en niños y
ancianos. La disentería bacilar se propaga por la contaminación del aguay los alimentos. Las
heces de los enfermos y de los portadores sanos contienen grandes cantidades de bacterias.
Las moscas transportan las bacterias en sus patas, en sus salivas y en sus heces, y las
depositan en los alimentos; al parecer las hormigas también pueden trasmitir la enfermedad.
Para el tratamiento de la disentería bacilar es fundamental la correcta reposición del agua y
electrolitos. Como antibióticos se pueden utilizar las sulfoamidas, las tetraciclinas y la
estreptomicina.
68
Característica de las aguas naturales
Gastritis: Las causas de esta enfermedad son la ingestión de alimentos en malas condiciones
o contaminadas con sustancias toxicas o con organismos patógenos. Esta enfermedad lo que
produce es una inflamación de las mucosas gástricas. Los síntomas que posee son diarrea,
dolor estomacal, falta de apetito, nausea, vomito, agruras, pirosis (elevación de la
temperatura)
Gastroenteritis: Las causas de esta enfermedad son infecciones por ingerir alimentos
contaminados por bacterias, virus, hongos o sustancias toxicas, como plomo arsénico o
hierro. La gastroenteritis consiste en la inflamación de la mucosa intestinal (enteritis) o de
ésta y la del estomago (gastroenteritis).Los síntomas de esta enfermedad son decaimiento,
inapetencia, nausea, vomito, diarrea, dolores abdominales, fiebre y malestar general.
Enfermedades químicas trasmitidas por el agua
Son enfermedades asociadas a la ingestión de aguas que contienen sustancias toxicas en
concentraciones perjudiciales. Estas sustancia pueden ser de origen natural o artificial,
generalmente de localización especifica. Algunos ejemplos son:
Metahemoglobinemia infantil
Consiste en la presencia de metahemoglobina, que es el producto de la oxidación incompleta
de la hemoglobina, en la sangre. Esta ocasionada por el consumo de agua con un elevado
porcentaje de nitratos.
Fluorosis endémica crónica
Esta producida por una alto contenido de flúor en el agua y cuyos síntomas son la presencia
en los dientes permanentes de los niños de manchas de color amarillo parduzco o casi negro
y los efectos carcinogénicos, mutagénicos y teratogénicos producidos por altas
concentraciones de metales pesados, plaguicidas e hidrocarburos en el agua.
Gastroenteritis
Las causas de esta enfermedad son infecciones por ingerir alimentos contaminados por
bacterias, virus, hongos o sustancias toxicas, como plomo arsénico o hierro. La gastroenteritis
consiste en la inflamación de la mucosa intestinal (enteritis) o de ésta y la del estomago
(gastroenteritis).Los síntomas de esta enfermedad son decaimiento, inapetencia, nausea,
vomito, diarrea, dolores abdominales, fiebre y malestar general.
69
Característica de las aguas naturales
Enfermedades relacionadas con la higiene
Incluyen a muchas enfermedades trasmitidas por vía fecal-oral. Entre ellas se encuentran:
Tiña:
Está relacionada con la higiene de la piel, producida por diversos parásitos vegetales, que
producen escamas, costras o la caída del cabello.
Tracoma:
Es una especie de conjuntivitis granulosa y contagiosa producida por un micrococo.
Conjuntivitis:
Es una enfermedad que ocurre cuando la membrana que cubre el interior de los párpados, y
el blanco del ojo, la conjuntiva, se inflama. Es una enfermedad contagiosa. Para eliminarla
por lo general se utilizan los antibióticos como el colirio.
Sarna:
Es una enfermedad producida por sarcoptes scabei o arador de la sarna. Este acaro se aloja
en la piel y excava túneles en la capa de la cornea donde las hembras depositan los huevos.
Cuando estos son numerosos originan un purito intenso, sobre todo lesiones cutáneas que se
infectan al rascarse originando dermatitis muy complejas y variadas.
Ahora está volviendo a surgir con cierta virulencia, se puede reconocer por los surcos
grisáceos que las galerías forman en el vientre, axilas y los pliegues de los brazos y senos.
El tratamiento hay que hacerlo intensivo a su familia, desinfectando ropas y habitaciones.
Ascariasis:
Las causas que originan esta enfermedad es la ingestión de agua o alimentos contaminados
con huevecillos de lombrices intestinales; puede deberse a cultivos regados con aguas negras
o alimentos preparados sin higiene. Los síntomas que posee esta enfermedad son diarrea,
mala digestión, adelgazamiento y cuando la infección es masiva, puede haber obstrucciones
intestinales.
Amebiasis:
Esta enfermedad está causada por la ingestión de agua o alimentos contaminados por quistes
(especie de huevecillos) de amebas, por falta de higiene o cultivos regados con aguas negras.
70
Característica de las aguas naturales
Los síntomas de la amebiasis son diarreas ligeras o graves que originan deshidratación, fiebre,
malestar general, falta de apetito; también puede presentarse ulceraciones intestinales, y si se
alojan en el hígado, absceos o hepatitis crónica. Existen algunos casos en que invaden el
cerebro.
Teniasis:
Esta enfermedad se presenta por la ingestión de alimentos o agua contaminados con
huevecillos de Taenia. La tenia se aloja en el intestino y se alimenta de los nutrientes que
llegan a él. Los síntomas más característicos de esta enfermedad son diarrea, disminución de
peso y fiebre.
Uncinariasis:
Se presenta por la ingestión de alimentos o aguas contaminados con huevecillos de
uncinarias. Los parásitos muy pequeños pueden llegar a invadir el intestino. Se alimentan de
la sangre de la pared intestinal y llegan a causar hemorragias en el organismo.
Enfermedades trasmitidas por contacto con el agua
Son producidas por microorganismos patógenos que ingresan al humano través de la piel. El
ejemplo más conocido es el de la esquistosomiasis (bicharziasis). Se calcula que en el mundo
existen 200 millones de personas afectadas por esta enfermedad epidémica que quizás sea
una de las más antiguas del planea a juzgar por el hallazgo de huevos (o quistes) del agente
causal en las momias egipcias. Estos huevos eclosionan en el agua, produciendo larvas que
parasitan ciertas especies de caracoles. Los caracoles infectados liberan formas microscópicas
móviles que penetran en la piel humana y se desarrollan hasta llegar al estado de gusanos.
Estos pueden alcanzar unos 2.5 cm de longitud y se alojan en varios tejidos del cuerpo
humano ocasionando grandes daños cuando sus huevos se abren camino hacia el tracto
intestinal o urinario.
Una clasificación interesante de estas enfermedades para los ingenieros sanitarios es la
presentada por Feachen et al. (1,983), que considera cuatro categorías importantes, de
acuerdo con su relación con el agua. Se presenta, de forma simplificada la calificación citada.
71
Característica de las aguas naturales
Tabla 2.4 Enfermedades infecciosas relacionadas con aguas contaminadas
Fuente del microorganismo
Hombre
Animal
Medio ambiente
Enfermedad
Microorganismos
Cólera
Vidrio choleare
Encefalitis
Enterovirus
Amebiasis
Entamoeba histolytica
Gastroenteritis
Astrovirus, calicivirus
Diarreas
Coronavirus, hepatovirus
Hepatitis
Calivirus, hepatovirus
Meningitis
Enterovirus
Camplobacteriosis Campylobacter ssp.
Criptosporidiasis
Cryptosporidium
Giardiasis
Guardia lambia
Encefalitis
Naegleriam spp.
Cólera
Vidrio cholerae
Infecciones
Vidrio vulnificus
Legionelosis
Legionella spp.
Clasificación de las enfermedades relacionadas con el agua
Clase 1
Infecciones relacionadas con las aguas contaminadas, las personas se infectan durante el
contacto físico con el agua:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Natación,
Baño,
Usos diversos del agua,
Por la ingestión misma,
Con el hielo usado para enfriar una bebida
Al consumir alimentos contaminados.
72
Característica de las aguas naturales
La transmisión por esta vía depende de la concentración del patógeno en el agua y de su
tiempo de supervivencia en este ambiente, de la dosis infectiva y del contacto con el nuevo
huésped. Son ejemplos:
El cólera
Las salmonelosis
Las shigelosis
Entre otros.
Las aguas receptoras de material fecal o sea heces, aguas servidas son la principal fuente de
contaminación con los patógenos de este grupo. En los últimos años se registraron brotes de
criptosporidasis y de guardias asociados con aguas recreacionales.
Entre los patógenos emergentes están el Helicobacter pylori, algunas micobacterias,
aeremonas y cianobacterias productoras de toxinas.
Clase 2
Infecciones que tiene como base el agua, son causadas por microorganismos parásitos que
pasan parte de un ciclo de vida en al agua, en el interior de otros seres vivos, denominados
huéspedes intermediarios, donde el miracidio o parásitos liberan huevos maduros para
transformarse yes esa es la forma que infectan al hombre.
Las enfermedades de esta clase pueden subdividirse en dos grupos:
Aquellos que se adquieren por el contacto con el agua contaminada.
Por la ingestión de agua contaminada con estos patógenos.
Clase 3
Infecciones relacionadas con el agua por medio de insectos vectores que se reproducen allí o
que ponen sus huevos en al agua. Los insectos vectores más comunes son mosquitos de
diferentes generó, entre ellos, Anophele y Culex.
Clase 4
Infecciones asociadas por la falta de agua y por lo tanto con condiciones deficientes de
higiene personal. Se adquieren de insectos como las moscas, que actúan como vectores
mecánicos de patógenos, como el caso del tracmo, causado por la bacteria Chlamidia
tracomatisi.
73
Característica de las aguas naturales
También se incluyen en este grupo bacterias que se transmiten por el contacto o por la
ingestión de materiales contaminados. Esta trasmisión finalmente a través de las manos o
por alimentos contaminados con excretas humanas.
Este grupo de enfermedades puede controlarse fácilmente, con la provisión de abundante
agua de buena calidad y fácil acceso, de forma que se estimule su consumo. La
disponibilidad de agua debe estar acompañada por educación sanitaria.
Las enfermedades de trasmisión hídrica son responsables de tasa elevadas de mortalidad y
morbilidad, en especial en los países en desarrollo, son famosas las epidemias de cólera y de
fiebre amarilla que ocurrieron en Europa en el siglo XIX.
El control de la calidad bacteriología es actualmente una práctica constante en las plantas de
tratamiento de agua potable y de aguas resúdales y en los centros recreacionales.
EXCRETAS Y RIESGOS PARA LA SALUD
La materia fecal humana contaminada es el principal vehículo de transmisión de
enfermedades infecciosas que se propagan por el agua.
Las condiciones que favorecen en la transmisión de los microorganismos patógenos están
relacionadas con las deficiencias de saneamiento básico y con las precarias condiciones
socioecómicas:
2.
3.
4.
5.
6.
Suministro insuficiente de agua potable
Contaminación de pozos y manantiales
Insuficiente redes de repleción de aguas residuales
Destino inadecuado de las excretas
Acumulación de residuos sólidos en terrenos baldíos y riachuelos, con las
consecuentes proliferaciones de insectos y roedores que actúan como vectores de
microorganismos patógenos.
7. Animales infectados
8. Asistencia medico hospitalaria precaria
9. Deficiente educación sanitaria34.
Para superar estos inconvenientes se han definido indicadores de contaminación fecal. Un
indicador de contaminación fecal debe reunir un conjunto de características, según diversos
investigadores:
4
Estudio realizado por la Organización Mundial de la Salud, en 1989.
74
Característica de las aguas naturales
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Ser un constituyente normal de la flora intestinal de individuos sanos.
Estar presente, de forma exclusiva, en las heces de animales homeotérmicos.
Estar siempre seguro que los microorganismos patógenos intestinales está presente.
Presentarse en números elevados, facilitando su aislamiento e identificación.
Debe ser incapaz de reproducirse fuera del intestino de los animales homeotérmicos.
Su tiempo de supervivencia debe ser igual o un poco superior al de las bacterias
patógenas.
7. Deben ser fácil de aislar y cuantificar
8. No debe ser patógena.
Para evaluar la eficiencia de la eliminación de los microorganismos por medio de los
métodos de tratamiento, es necesario cuantificarlos usando técnicas simples y económicas.
Es necesario también utilizar microorganismos indicadores de contaminación fecal que
señalen con su presencia la contaminación por heces o por aguas residuales y, en
consecuencia, riesgos potenciales para la salud pública. Hoadley y Dutka (1977).
BACTERIAS INDICADORAS DE CONTAMINACIÓN FECAL GENERALIDADES
A principio del siglo XX y debido a las grandes epidemias del siglo anterior, la preocupación
principal de las autoridades sanitarias era reducir la incidencia de enfermedades de
trasmisión hídrica. Para eso era necesario distribuir agua sin microorganismos patógenos. La
atención se centró en la eliminación de las bacterias de origen fecal, sin hacer referencia a
virus y a helmintos.
En general, las aguas naturales contaminadas presentan microorganismos patógenos de
forma intermitente y en bajas cantidades. Su aislamiento e identificación exigen el análisis de
volúmenes grandes de agua por técnicos especializados, y su costo es elevado, y además es
muy demorado. En efecto, esta demora de aproximadamente seis días puede ser la causa de
que sean detectados después de que la población ha utilizado esas aguas -contaminadas.
Para superar estos inconvenientes se han definido bacterias indicadoras de contaminación
fecal. Una bacteria indicadora de contaminación fecal debe reunir un conjunto de
características, según diversos investigadores:
Ser un constituyente normal de la flora intestinal de individuos sanos.
Estar presente, de forma exclusiva, en las heces de animales homeotérmicos.
Estar siempre seguro que los microorganismos patógenos intestinales están presentes.
Presentarse en números elevados, facilitando su aislamiento e identificación.
Debe ser incapaz de reproducirse fuera del intestino de los animales homeotérmicos.
75
Característica de las aguas naturales
Su tiempo de supervivencia debe ser igual o un poco superior al de las bacterias
patógenas (su resistencia a los factores ambientales debe ser igual o superior a la de
los patógenos de origen fecal).
Deben ser fácil de aislar y cuantificar.
No debe ser patógena.
No existe ninguna bacteria u organismo que reúna todos los criterios de un indicador fecal
ideal y apenas algunos grupos satisfacen alguno de estos requisitos. Dentro de ellos, se
destacan:
1.
2.
3.
4.
E. coli.
Coliformes {totales y fecales).
Estreptococos fecales.
Clostridios sulfito reductores y Clostridium perfringens.
Fueron propuestos otros indicadores, como los anaerobios Bifidobacterium spp..
Fermentadores de sorbitol y Bacteroides fragilis, Pseudomonas aeruginosa y colífa-gos.
COLIFORMES
Las bacterias del grupo coliforme se utilizan desde el inicio del siglo XX como indicadoras
de contaminación fecal. Fueron definidas siempre como bastoncillos gram-negativos
(adquieren la coloración rosa después de coloreados por el gram), no formado-ras de
esporas, que pueden crecer en presencia de sales biliares o de otros agentes tensoactivos y
que fermentan la lactosa a 37 °C, con producción de ácido (ácidos orgánicos débiles y
aldehidos) y gas en 24 horas. Entre otras propiedades, debe destacarse la formación de la
enzima P-galactosidasa, que es propia de todos los coliformes.
En las heces, están en la concentración de 10s-lO10microorganismos por gramo.
Tradicionalmente los coliformes son clasificados en dos grupos:
Coliformes totales.
Coliformes fecales.
LOS COLIFORMES TOTALES
Son clasificados como bacilos gramnegativos aerobios y anaerobios facultativos no
esporulados que fermentan la lactosa con producción de ácido y gas después de incubación
durante 24-48 horas a 37 °C. En la superficie del medio de cultivo agar Endo Less estas
bacterias forman colonias vermelias con brillo verde metálico intenso, APHA
76
Característica de las aguas naturales
Hasta hace pocos años se consideraba que el grupo estaba formado por tres géneros y una
especie de bacterias comensales del intestino de animales homeotérmicos: Citrobac-ter spp.,
Klebsiella spp., Enterobacter spp., y Escherichia coli (E. coli).
Con métodos de la taxonomía moderna se observa que el grupo presenta gran
heterogeneidad: reúne bacterias fermentadoras de la lactosa presentes en las heces, y otras
que no se encuentran en éstas. Entre las primeras están E.coli, exclusiva de heces de
animales homeotérmicos, Enterobacter cloacae y Citrobacterfreundii, presentes tanto en las
heces de los animales homeotérmicos como en el medio ambiente (suelo, aguas naturales y
contaminadas, vegetales en descomposición) y en bebidas ricas en nutrientes. Entre las
segundas están Serrada fonticola, Rahnella aquatilis y Buttiauxella agrestis.
Esta rara vez se encuentran en las heces y pueden reproducirse en aguas de buena calidad.
Otras bacterias fermentadoras de lactosa de los géneros Serrana y Yersinia pueden aislarse
del suelo y de aguas no contaminadas. También se registraron bacterias no fermentadoras de
lactosa que, a pesar de producir la enzima P-galactosidasa, perdieron la permeasa de la
lactosa y no pueden metabolizarla.
La capacidad de reproducción de los coliformes totales fuera del intestino de los animales
homeotérmicos es favorecida por la existencia de condiciones adecuadas de materia
orgánica, pH, humedad, etc. Algunos géneros son autóctonos de aguas con residuos de
fábricas de celulosa y papel y de textiles (como es el caso de la Klebsiella), de vegetales, como
hojas en descomposición, y hasta de algas epilíticas de ambientes prístinos, Toranzos y
McFeters (1997). También pueden reproducirse en las biopelículas que se forman en las
tuberías de distribución de agua potable. Por estas razones y por la existencia de bacterias
que responden a la definición de coliformes que no son de origen fecal y que incluso pueden
ser lactosa-negativas (apareciendo como positivas si se aplica la prueba de p-galactosidasa), el
grupo de los coliformes totales tiene actualmente poca utilidad como indicador de
contaminación fecal.
Su uso se ha restringido para aguas tratadas y aguas minerales. Para aguas superficiales o para
evaluar la eficiencia de una planta de tratamiento de aguas residuales deben usarse los
coliformes fecales. Solamente deberá recurrirse a los coliformes totales si no hay condiciones
para cuantificar los coliformes fecales.
La presencia de coliformes totales debe interpretarse de acuerdo con el tipo de agua: deben
estar ausentes en 85% de las muestras de aguas potables tratadas. En caso de estar presentes,
su número no puede ser superior a 2-3 coliformes. Esa contaminación, a pesar de ser baja,
no puede ocurrir en tres muestras recolectadas en días consecutivos.
En aguas tratadas, los coliformes totales funcionan como una alerta de que ocurrió
contaminación, sin identificar el origen. Indican que hubo fallas en el tratamiento, en la
distribución o en las propias fuentes domiciliarias. Su presencia acciona los mecanismos de
77
Característica de las aguas naturales
control de calidad y de procesamiento dentro de la planta de tratamiento de agua, e
intensifica la vigilancia en la red de distribución.
La diferenciación entre los géneros y las especies se realiza mediante reacciones bioquímicas,
como la prueba de IMVIC (producción de indol a partir de triptofano, fermentación con
producción de ácido detectado por el indicador rojo de metilo, producción de acetoína
detectada por la prueba de Voges Proskauer y utilización de citrato como única fuente de
carbono). La tabla 3.3 presenta la identificación bioquímica de los coliformes.
Cuando se presentan dudas sobre los valores de los coliformes totales (muy altos, por
ejemplo), debe buscarse complementar la información con coliformes fecales o con £. coli.
Si éstos no se presentan, y hay informaciones de que está ocurriendo o de que ocurrió
contaminación fecal, debe identificarse otro indicador: estreptocos fecales o Clostri-dium
perfringens. Actualmente se acepta a E.coli como mejor indicador.
LOS COLIFORMES FECALES
Constituyen un subgrupo de los coliformes totales, y se diferencian de los anteriores por ser
tolerantes a temperaturas más altas, creciendo a 44,5 °C, APHA (1995). Se denominan
termotolerantes por su habilidad de soportar temperaturas más elevadas. Esta denominación
está ganando más adeptos actualmente, pues sería una forma más apropiada de definir este
subgrupo que se diferencia del anterior por la característica de crecer a una temperatura
superior. Por otro lado, se sabe que muchos coliformes, denominados fecales antiguamente,
son termotolerantes y se encuentran en el medio ambiente.
El subgrupo está formado principalmente por E. coli y, con menor representatividad, por las
otras enterobacterias que forman el grupo de los coliformes: Klebsiella, Citrobac Citrobacter
y Enterobacter (estos dos últimos, en menores concentraciones). La termotolerancia estaría
relacionada con la presencia de proteínas más resistentes al calor en la membrana celular y
en el citoplasma, que fueron sintetizadas por lo conformes del intestino de animales
homeoténnicos. Éstas les permiten estar mejor adaptados a las temperaturas más elevadas del
interior del animal, en particular si se comparan estas temperaturas con las de las aguas
superficiales y con las de las aguas residuales, Toranzos y McFeters (1997). Se observaron
buenas correlaciones entre conformes fecales (o termotolerantes) y ente-ropatógenos
humanos, lo que estimula su uso como indicadores de microorganismos entero patógenos.
En los países tropicales se detectaron coliformes termo tolerantes en aguas y en suelos sin
evidencias de contaminación fecal, en particular en aguas prístinas. Esto indica que su
presencia en aguas y en suelos tropicales, incluidas aguas ricas en carbohidratos, no estaría
significando de forma obligatoria contaminación fecal. Su presencia exagerada en estos
ambientes está obligando a detectar Ecoli con mayor exclusividad.
78
Característica de las aguas naturales
Es importante observar que la presencia de coliformes termotolerantes en cualquier tipo de
material no debe pasarse por alto, tomando como base que los organismos patógenos
pueden estar presentes. Es mejor pecar por exceso y tomar medidas preventivas, antes que
ser extremadamente liberales en relación con este grupo, en particular en países como los de
América Latina y el Caribe, con elevados índices de enfermedades de transmisión hídrica,
Craun y Castro.
A pesar de estos inconvenientes, en la actualidad los coliformes fecales o termotolerantes son
los indicadores por excelencia de la contaminación fecal. Los patrones bacteriológicos
internacionales de agua potable, de clasificación de las aguas según sus usos (aceptabilidad
del agua de balnearios, para riego sin restricciones, para piscicultura, etc.) y de las aguas
residuales tratadas que serán descargadas en el medio ambiente se basan en el índice de
coliformes fecales. Su presencia debe ser interpretada como indicadora de la probable
presencia de bacterias patógenas, y cuanto mayor es su número, mayor es la probabilidad de
encontrar patógenos en esa agua. Su correlación con E. coli es mayor que la de los
coliformes totales.
Por otro lado, a lo largo de todos estos años se fueron mejorando las técnicas de
cuantificación e identificación de estas bacterias en todo el mundo, de forma que se. dispone
hoy de métodos simples (en un único paso), rápidos (resultados en 7 a 24 horas) y bastante
económicos. Los laboratorios de investigación y de control de calidad, así como las empresas
de agua potable y las plantas de tratamiento de aguas residuales de todo el mundo usan las
mismas técnicas y han hecho inversiones relativamente grandes en instrumentos (filtros,
bombas, estufas, etc.) Una forma adecuada de confirmar las informaciones dadas por los
coliformes termotolerantes es identificar los Ecoli presentes. Una forma rápida, simple y
económica es la prueba de producción de indol a partir de tripto-fano o de agua peptonada,
incubados a 44.5 - 45 °C,. La identificación de Ecoli hecha de esta forma, a pesar de ser
presuntiva, es aceptada actualmente como evidencia suficiente de contaminación fecal.
La multiplicación de los coliformes termotolerantes en los sistemas de distribución de agua
es poco probable, excepto que exista bastante materia orgánica acumulada en las tuberías de
distribución (DBO. > 10 mg/1), y ausencia de cloro residual en el agua.
Ecoli es el único coliforme exclusivo de las heces de animales homeotérmicos (hombre,
animales salvajes, domésticos y de granja, mamíferos y aves). Su concentración es de 109
bacterias por gramo de heces. Se encuentra en todos los materiales con contaminación fecal
reciente (aguas residuales, aguas superficiales y subterráneas, suelos, lodos, alimentos,
superficies en general, etcétera.)
79
Característica de las aguas naturales
Son bastoncitos gramnegativos de 0.2 a 0.3 µm x 2 a 3 µm, aerobios o anaerobios facultativos
no esporulados que fermentan la lactosa en 24-48 horas a 35-37 °C. En el medio de cultivo
m-FC forman colonias azules, APHA.
Tabla 2.5 Clasificación ambiental de las enfermedades relacionadas con las excretas.
Categoría
y aspectos
epidemiológicos
Infección
Formas
principales
de trasmisión
• Amebiasis
• Enterobiasis
• Enterovirus
• Giardiasís
• Hepatitis infecciosa
• Infecciones por rotavirus
Personal
Doméstica
2.Sin latencia; DI media;
persistencia moderada3; con
capacidad de multiplicación en el
medio ambiente
• Campilobacteriosis
• Cólera
• Infecciones por Ecoli entero
patogénica
• Salmonelosis
• Shigelosis
• Fiebre tifoidea
Falta de higiene
personal
Falta de higiene
doméstica
Aguas
contaminadas
Cultivos
contaminados
3. Con latencia y persistencia, sin
huésped intermediario
• Ascaridiasis
• Ancilostomiasis
• Estrongiloidiasis
• Trichuriasis
Campos y
cultivos
contaminados
Teniasis
Campos y
forrajes
contaminados
Esquistosomiasis
Fasciolasis
Agua
Filariasis bancroftiana (trasmitida por
el mosquito Culex pipiens)
Todas las infecciones de las
categorías 1 a 5 que pueden ser
trasmitidas por vectores mecánicos,
como cucarachas y moscas
Lugares
contaminados
con materia fecal
1. Sin latencia; DI baja
4. Con latencia y persistencia; vacas
y cerdos como huéspedes
intermediarios
5. Con latencia y persistencia, con
huésped intermediario acuático
6.Diseminación por insectos
relacionados con excretas
80
Principal
medida
de control
Redes de distribución de agua
potable « Educación sanitaria
Construcción de baños en las
propias casas
Redes de distribución de agua
potable
Educación sanitaria
Construcción de baños en las
propias casas
Tratamiento de la materia fecal
antes de ser descargada en el
medio ambiente
Construcción de baños en las
propias casas
Tratamiento de la materia fecal
antes de ser descargada en el
medio ambiente
Construcción de baños en las
propias casas
Tratamiento de la materia fecal
antes de ser descargada en el
medio ambiente
•Buena cocción de la carne
antes de su ingestión
Construcción de baños en las
propias casas.
Tratamiento de la materia fecal
antes de ser descargada en el
medio ambiente Control de la
fuente animal
Control de los huéspedes
intermediarios
Buena cocción de los
pescados y frutos del mar en
general
Característica de las aguas naturales
Figura 2.5 Esquema del ciclo de replicaciones de bacteriófagos
Figura 2.6 Protozoarios frecuentes en las heces
81
Característica de las aguas naturales
CICLOS DE CONTAMINACIÓN EN LAS PERSONAS
Figura 2.7 Ciclo del Ascaris Lumbricoides
82
Característica de las aguas naturales
Figura 2.8. Ciclo de Schistosoma mansoni.
Figura 2.9 Ciclo de Taenia saginata
83
Característica de las aguas naturales
La calidad y seguridad microbiológica del agua y de los manantiales, puede traducirse en
preocupaciones para los países ya que, en la conservación del medio ambiente tiene que
verse como un todo, pues la contaminación de las agua superficiales y subterráneas afectan
todos los componentes del ecosistema tierras: suelo, aire y seres vivos.
La calidad de agua en América Latina y el Caribe, es que casi la mitad de la población de
estos países padece enfermedades infecciosas de trasmisión hídrica de forma repetitiva,
relacionada con la falta y/o calidad deficiente5.
ESQUEMA DE CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS SUPERFICIALES
Excretas Humanas
(Heces)
Desperdicios, residuos
peligros, basura etc.
Población
Consumo (uso domestico,
agrícola, ect.)
Descarga de aguas
residuales crudas, cuerpos
de aguas,
Botaderos a cielo abierto.
Red de distribución
Ineducado control de
calidad o ineficientes.
Falta de mantenimiento
Cuerpos de agua (ríos,
manantiales, lagunas,
lagos, mares)
Infiltración al manto
freático
Captación de agua, para
consumo humano, uso
agrícola (riego), consumo
de ganado.
Figura 2.10 Ciclo de contaminación del agua producido por el hombre
5
Encuentro Regional de la OPS/ Buenos Aires Argentina 1996
84
Característica de las aguas naturales
4. Parámetros utilizados en los diseños de sistemas de provisión
8.
Es difícil estimar la cantidad de agua que se necesita para mantener estándares de vida
aceptables o mínimos. Además, las diferentes fuentes de información emplean diferentes
cifras para el consumo total de agua y para el uso del agua por sector de la economía.
En general se considera que un volumen de 20 a 40 litros de agua dulce por persona por día
es el mínimo necesario para satisfacer las necesidades de beber y saneamiento solamente,
según Peter Gleick, presidente del Pacific Institute for Studies in Development, Environment
and Security. Si también se incluye el agua para bañarse y cocinar, esta cifra varía entre 27 y
200 litros per cápita por día.
Se han propuesto varias cantidades distintas como estándares mínimos. Gleick propone que
las organizaciones internacionales y los proveedores de agua adopten "un requerimiento
general básico de 50 litros por persona y día" como estándar mínimo para satisfacer cuatro
necesidades básicas: para beber, saneamiento, bañarse y cocinar.
La cantidad de agua que las personas realmente utilizan en un país depende no sólo de las
necesidades mínimas y de cuánta agua se dispone para el uso, sino también del nivel de
desarrollo económico y del grado de urbanización. Mundialmente, de las tres categorías
corrientes del uso de agua dulce —para la agricultura, la industria y el uso doméstico
(personal, familiar y municipal) — la agricultura es la que domina. En el plano mundial, la
agricultura representa un 69% de todas las extracciones anuales de agua; la industria, un 23%,
y el uso doméstico, un 8%.
A través de la historia, el hombre ha necesitado de un suministro adecuado de agua para su
alimentación, seguridad y bienestar. El agua es una necesidad universal y es el principal
factor limitante para la existencia de la vida humana. Los parámetros a utilizar para los
diseños en los sistemas de provisión son los siguientes:
PROVISIÓN DE AGUA:
a.
b.
c.
d.
Obras de captación
Planta de potabilización
Obras de conducción y almacenamiento o reserva.
Obras de distribución
La elaboración de un sistema de aprovisionamiento de agua, exige, como elemento teórico,
fijar o determinar la cantidad de agua a suministrar. Este valor nos permite determinar la
85
Característica de las aguas naturales
capacidad de las distintas partes del sistema. Por otra parte, conocido este valor, es posible
obtener las cantidades de agua y por supuesto, dimensionar las distintas partes del sistema.
Para llegar a este valor y poder ejecutar el sistema, es necesario reunir una serie de
información y antecedentes indispensables para el diseño, para la justificación de las
soluciones adoptadas y por último, para la preparación del presupuesto de las obras.
Normalmente la realización de un sistema o proyecto comprende 2 etapas, que las podemos
sintetizar de esta forma:
1ra Etapa:
a)
b)
c)
d)
Recopilación de antecedentes
Estudios previos
Estudios de alternativas
Elaboración del anteproyecto
2da Etapa:
a) Elaboración del proyecto definitivo
b) Factibilidad económica y evaluación ambiental
Haciendo une breve descripción de cada uno de las etapas y sus contenidos tenemos que,
los podemos describir de la siguiente manera:
a) Recopilación de datos (antecedentes)
Consiste en la recopilación de los datos disponibles, tanto en el ámbito local, como
provincial o nacional, en reparticiones públicas o privadas. Teniendo en cuenta que la
recopilación de antecedentes (o estudios preliminares) nos proveen de elementos teóricos
para las decisiones fundamentales del proyecto, debemos abarcar la mayor cantidad de
aspectos que tengan relación con el mismo, especialmente en los siguientes:
1- Aspectos físicos:
-Meteorológicos
Temperaturas (media, máxima, mínima)
Precipitaciones
Vientos (direcciones más frecuentes – velocidad media)
Tipo clima
86
Característica de las aguas naturales
-Topográficos:
Recopilación de mapas, planos de levantamientos altimétricos ya efectuados, planos
catastrales, etc.
-Geológicos:
Recopilación de estudios geológicos existentes
Datos de profundidad del suelo rocoso (si existe)
Características geológicas y geotécnicas del subsuelo
-Hidrológicos:
Recopilación de estudios hidrológicos existentes
Áreas de recarga
Antecedentes sobre el nivel del agua subterránea, fluctuaciones, profundidad media
de la capa freática. Perfiles de perforaciones. Ensayos de bombeo, características
hidrodinámicas. calidad de las aguas subterráneas.
-Geomorfológicos:
Tipos de suelos
Aptitud agrícola
Identificación de zonas singulares (áreas inundables, salinizadas)
Permeabilidad de los suelos
Red de drenaje natural y artificial
-Hidráulicos
Recopilación de mapas existentes de la cuenca hidrográfica.
Niveles y caudales de los cuerpos de agua
Aforos
Calidad de las aguas
2- Aspectos Sanitarios
Enfermedades de origen hídrico
Contaminación actual y potencial de los cursos de agua como posibles receptores
Exámenes físicos, bacteriológicos y análisis químicos de los cursos de agua a utilizar.
Calidad de los posibles cuerpos receptores (Demanda bioquímica de oxígeno,
concentración de bacterias coliformes, abundancia de plancton, etc.)
3- Aspectos socio-económicos y demográficos
Evolución de la ciudad
87
Característica de las aguas naturales
Población actual y evolución demográfica según censos
Distribución de la población según radios censales
Tipo de edificación
Principales industrias, comercios, oficinas públicas.
Información sobre la actividad económica
Nivel de vida de la población
4- Infraestructura urbana
Verificación de planes maestros de desarrollo urbano
Zonas hacia las cuales se desarrolla la ciudad
Programas de construcción de viviendas
Distribución espacial de viviendas y baldíos
Planos de pavimentos existentes y proyectos
Planos de distintos servicios públicos
Datos sobre el sistema actual de abastecimiento de agua, planos de red, estaciones de
bombeo, de planta de potabilización. Radio servido. Dotación actual y su evolución
histórica. Consumos comerciales e industriales.
Sistema actual de desagües cloacales
Frecuencia y costo de desagote de pozos absorbentes.
5- Aspectos legales
Normas con respecto a la restricción del derecho de propiedad – expropiaciones y
servidumbres.
Normas sobre impacto ambiental
Normas de calidad inherente al agua superficial y a vertidos líquidos.
6- Costo de mano de obra, materiales y energía
Costos y disponibilidad de materiales de la región que puedan ser empleados con
mayor economía.
Costo de mano de obra y equipos
Costo de la energía eléctrica para los servicios públicos
Costos de explotación de los actuales servicios (si existieran) de agua y cloaca.
La enumeración que hemos realizado trata de abarcar todos los aspectos más comunes de un
proyecto de saneamiento. En caso necesario se ampliará a fin de recoger aquella información
que resulte necesaria para el estudio.
b) Estudios Previos
88
Característica de las aguas naturales
Una vez concluida la etapa de recopilación de antecedentes es necesario proceder al análisis
y clasificación de toda la información recogida. Este análisis permitirá detectar eventuales
inconvenientes, falta de datos, errores, y por lo tanto la necesidad de completar los estudios
para la ejecución del proyecto. Estos estudios, que vamos a llamar previos, deberán ser
completados con investigaciones de detalle, a posteriori, una vez que el proyecto cuente con
mayor grado de definición.
Por lo tanto, los estudios previos comprenden todo lo necesario para completar los aspectos
que hemos enumerado en la etapa anterior. En especial los estudios topográficos, que
resultan imprescindibles para proveer la información plan altimétrica del área a servir con el
proyecto, para formular las distintas alternativas.
Igualmente, es sumamente importante completar los estudios geotécnicos de las zonas donde
se efectuaron las obras, con el fin de contar con la información del tipo de suelo donde se
emplazarán las conducciones, las estaciones de bombeo, los tanques elevados, plantas de
tratamiento, etc. La información del tipo de suelo nos permite determinar:
a- Facilidad o dificultad de excavación – perfil de zanjas.
b- Capacidad portante (x ej. para tanques elevados)
c- Nivel freático – Posibles sistemas de abatimiento
d- Permeabilidad
Estos estudios nos permiten:
a) Evaluar los costos de los movimientos de suelos.
b) Evaluar la capacidad portante de los suelos para definir tipos de cimentación
c) Estimar las necesidades de impermeabilización de fondos y taludes, por ej. Para lagunas de
estabilización.
Contando con toda la información proporcionada por los estudios topográficos y
geotécnicos, estamos en condiciones de proseguir con el proyecto, para lo cual debemos
realizar el estudio de fuentes, para el caso de un proyecto de abastecimiento de agua o el
estudio del cuerpo receptor, para el caso de un proyecto de alcantarillado. Estos estudios nos
permitirán definir la fuente a utilizar y el punto de vuelco en el cuerpo receptor,
respectivamente, con lo cual tendremos definida la configuración del proyecto.
Estudio de fuentes:
Debemos diferenciar 2 tipos de estudios: los correspondientes a la utilización de fuentes
subterráneas y los que corresponden a fuentes superficiales. La elección de la fuente de
provisión constituye un factor importante en el éxito del proyecto, ya que va a defender la
seguridad del servicio que se preste. Para la elección de la fuente deberán balancearse
89
Característica de las aguas naturales
cuidadosamente 2 aspectos, sanitario y económico, de manera de llegar a la elección de una
fuente que, además de asegurarnos la provisión de agua en cantidad y calidad necesarias, nos
permita la máxima economía de construcción y posterior mantenimiento del servicio. Bajo
estas condiciones, podemos plantear varias alternativas que más adelante serán estudiadas
cuidadosamente para seleccionar la más conveniente.
a) Fuentes subterráneas:
Con los datos hidrológicos recogidos durante la etapa de "recopilación de datos", y luego
ampliados, es posible determinar la ubicación de los pozos de estudio, necesarios para
determinar las características de la napa a explotar, perfiles geológicos, ensayos y aforos,
características físico-químicas del agua de la napa, etc.
b) Fuentes superficiales:
Si de los antecedentes recopilados resultara la posibilidad de explotar algún curso superficial,
se profundizarán los estudios en lo concerniente a : profundidad media del cauce; perfiles
longitudinales y transversales; pendiente; caudales máximos, medios y mínimos (para varios
años). Se deberá estudiar también los materiales en suspensión y arrastre del curso para cada
nivel del mismo, para determinar el tipo de toma y el nivel de la misma que mejor se adapte
a esas condiciones. Se estudiará las márgenes en los posibles puntos de ubicación de la toma.
Se tendrá en cuenta para esto el efecto de embanque o de erosión de la margen. Ubicación
de los posibles puntos de contaminación. Análisis del agua en diferentes épocas del año. Las
características del agua a tratar nos determinarán las variantes a tener en cuenta en el
proyecto de la planta de tratamiento.
Una vez concluidos estos estudios, es el momento de definir los parámetros de diseño, que
nos permitirán dimensionar las distintas partes del sistema.
Parámetros de diseño
I - Población:
Todo proyecto debe incluir un estudio demográfico a través del cual se defina la evolución
de la población a servir durante el período de diseño y la distribución espacial de la misma
dentro de la planta urbana de la localidad. El estudio demográfico y de distribución espacial
incluirá los siguientes aspectos:
Población de la localidad según los últimos censos.
90
Característica de las aguas naturales
Plano de la planta con zonificación según la densidad actual.
Proyección demográfica para cada año del período de diseño.
Distribución espacial de la población para el último año del período de diseño.
Planteo de la hipótesis de expansión geográfica adoptada.
La terminología que generalmente se adopta para aplicar los aspectos anteriores es la
siguiente:
PA =Población actual (A la fecha de iniciar la realización del proyecto)
P0 =Población inicial (Es la población prevista para el año de habilitación de las obras, n=0)
P20= Población final (Es la prevista para el último año del período de diseño, n=20)
La proyección demográfica se basará en la información obtenida de los censos nacionales de
población y vivienda. Los métodos más usuales para efectuar la proyección demográfica en
localidades de tamaño medio son dos:
El método por la fórmula de interés compuesto con tasas anuales decrecientes y
El método de la relación tendencia.
El primero es apto para localidades que han sufrido aporte inmigratorio o un incremento
poblacional significativo debido a factores que generan atracción demográfica tales como, la
instalación de parques industriales, mejores niveles de ingreso, nuevas vías de comunicación,
etc.
El segundo método se adopta para localidades más asentadas y cuyo crecimiento esté más
relacionado con el crecimiento de la provincia o el país.
Método Interés Compuesto:
La proyección se realiza dividiendo el período de diseño (20 años) en dos subperíodos n1 y n2
de 10 años cada uno y aplicando la fórmula:
Para aplicar el método primero deben calcularse las tasas medias anuales de variación de los
dos últimos períodos intercensales en base a los tres últimos censos de población.
Método de la relación tendencia
El método se basa en el análisis de las relaciones entre la población total del país, la total de
la provincia y la de la localidad, y en las tendencias de evolución que presentan las mismas.
Para aplicar el método, se deben obtener los valores de población resultantes de los últimos
3 censos nacionales para el total del país, de la provincia y de la localidad. Para el caso de la
población del país, se utilizarán las proyecciones efectuadas por el INDEC.
91
Característica de las aguas naturales
Pp1: Pob. del país según el antepenúltimo censo nacional
Pp2: Pob. del país según el penúltimo censo nacional
Pp3: Pob. del país según el último censo nacional
Pp0: Pob. del país proyectada al año inicial del período de diseño (n=0)
Ppn1: Pob. del país proyectada al año n1 del período de diseño
Ppn2: Pob. del país proyectada al año n2 del período de diseño
Igualmente tendremos para la provincia, los valores: Pcia1; Pcia2; Pcia3.
Para la localidad será: Ploc1; Ploc2; Ploc3.
Se relacionan los datos históricos de la provincia y del país para cada año, obteniéndose:
R1 = Pcia1/Pp1 ; R2 = Pcia2/Pp2 ; R3 = Pcia3/Pp3
Luego se extraen los logaritmos naturales de las relaciones R1, R2 y R3 y se determinan los
siguientes valores:
I1 = log R2 – log R1
I2 = log R3 – log R2
II- Períodos de diseño
Los períodos de diseño que se definen a continuación son los establecidos en las normas ,
concordantes con un criterio de economicidad de la inversión que demanda el proyecto.
Concuerdan además con las pautas que aconsejan los organismos de Crédito Internacionales.
a) Equipos e instalaciones mecánicas y electromecánicas:
El período de diseño de los equipos e instalaciones mecánicas y electromecánicas será de 10
años, contados a partir del año inicial de operación del sistema. Comprende los equipos de
bombeo, aereadores, reductores y motoreductores, motores eléctricos y de combustión
interna, y todo mecanismo que integrando el equipamiento de unidades principales, se vea
sometido a procesos diarios de funcionamiento y desgaste. Se excluye las instalaciones
mecánicas y electromecánicas de uso ocasional (grupos electrógenos, eléctricos, comando de
compuertas, etc.)
b) Equipos e instalaciones eléctricas:
Los equipos e instalaciones eléctricas a que se refiere este punto, incluyen los tableros
eléctricos, subestaciones transformadoras, instalaciones de iluminación, sistema de
telecomandos y comunicaciones. En principio, los equipos e instalaciones eléctricas
adecuarán su período de diseño al de los equipos mecánicos con los que se encuentran
92
Característica de las aguas naturales
vinculados, previéndose en todos los casos las reservas de espacio para las ampliaciones o
agregados que se efectúen para todo el período de diseño.
Las instalaciones de iluminación se proyectarán con el período de diseño de las obras civiles.
c) Obras civiles:
El período de diseño de la totalidad de las obras civiles que integran el sistema será de 20
años, contados a partir del año inicial de operación. No obstante, en general, si el proyecto lo
permite, deberá disponerse la construcción por etapas, a efectos de aprovechar de la mejor
manera el capital que se invierte en la obra.
III- Caudales
Todo proyecto de abastecimiento de agua requiere un cuidadoso estudio previo de las
cantidades a suministrar en el inicio del período de diseño y al final del mismo, puesto que
de esto depende el tamaño del proyecto. Tal estudio debe hacerse combinando todos los
factores que pueden afectar el consumo, incluso sus variaciones anuales, diarias y horarias. El
consumo de agua se expresa el litro por habitante y por día (lt./hab.día) y se obtiene
dividiendo el consumo total de agua en un año, por el número de días (365) y por los
habitantes servidos (este sería el caso de una localidad servida). Este consumo específico se
denomina dotación.
Para el caso de una localidad sin servicio, es decir, la localidad para la cual estamos
proyectando el sistema, el problema consiste en fijar la dotación inicial y la variación que a lo
largo del período de diseño sufrirá este valor, hasta llegar a determinar la dotación final. El
agua suministrada a una población puede clasificarse según sus usos en:
a) Uso doméstico (agua para bebida, para baños, lavado de ropa, etc.)
b) Uso industrial (fábricas, lavanderías, hoteles, comercios, etc.)
c) Uso público (plazas, fuentes públicas, escuelas, cáscales, etc.)
d) Pérdidas y derroches (pérdidas en cañería y artefactos y derroches)
En general, la distribución en porcentajes para los distintos usos, en nuestro país, son los
siguientes:
a) Uso doméstico: 40 a 60%
b) Uso industrial: 15 a 30%
c) Uso público: 10 a 25%
d) Pérdidas y derroches: 5 a 15% (para el caso de un sistema medido)
El consumo total está integrado por las cantidades requeridas para los 4 grupos.
El valor de la dotación a tomar para el proyecto se define en base al análisis de distintos
factores determinantes del consumo, como son:
93
Característica de las aguas naturales
a) De orden físico-geográfico: posición geográfica de la localidad, altitud, topografía,
clima, etc.
b) De orden económico: importancia de la ciudad, grado de adelanto urbanístico,
desarrollo comercial e industrial, posición económica y nivel cultural de la población,
etc.
c) Característica del servicio: si el sistema es medido o a canilla libre.
También es muy importante, para la fijación de la dotación, comparar la localidad en estudio
con la localidades similares que cuenten con servicio.
En toda población debe esperarse un aumento del consumo a través del tiempo. En nuestro
país, se toma un crecimiento de aproximadamente del 50% entre el valor de la dotación
inicial, al principio del período de diseño y el valor final, al término del período de diseño
(20 años) y los cuales están regidos por la norma técnica de ANDA.
Estudios de alternativas
Una vez completados todos los estudios que hemos detallado y haber terminado los
parámetros de diseño, estamos en condiciones de definir la configuración general del
proyecto y la formulación de las distintas alternativas. Para estas formulaciones se deben
contemplar los siguientes aspectos:
Definición de capacidad a satisfacer con la obra inicial y con las obras futuras.
Definición de la fuente a emplear
Evaluación de la necesidades de tratamiento y justificación del tipo adoptado para la
potabilización
Evaluación de las necesidades de tratamiento y justificación del tipo de tratamiento
seleccionado para el líquido residual.
Definición del cuerpo receptor (ríos o rehusó) y del sistema de disposición final.
Las variables que definen las distintas alternativas son: ubicación toma y planta de
potabilización, trazado de los distintos conductos, materiales y ubicación y altura del tanque
de distribución (para el sistema de provisión de agua potable)
Para cada alternativa se elaborará el ante-proyecto a un nivel tal que permita:
a) El computo por rubro y el presupuesto lo más ajustado posible.
b) Calcular los costos de operación y mantenimiento.
c) Continuar la segunda etapa o proyecto ejecutivo.
Análisis y selección de la alternativa más conveniente
Esta etapa del estudio comprende las tareas necesarias para el análisis comparativo de las
alternativas formuladas y la selección más conveniente.
Este análisis se realizará tomando en cuenta los resultados de las siguientes evaluaciones:
94
Característica de las aguas naturales
Evaluación técnica
Evaluación ambiental
Evaluación económica
Evaluación técnica: si bien todas las alternativas que se formulen serán técnicamente viables,
existirán ventajas comparativas entre unas y otras. Por ej:
Operación: sencillez de operación
Mantenimiento: requerimiento de mantenimiento preventivo. Riesgo de frecuentes
mantenimientos correctivos.
Evaluación Ambiental: se deben efectuar evaluación de impactos ambientales (EIAs)
equivalentes, a fin de facilitar la comparación para las distintas alternativas. Las evaluaciones
se hacen en las tres situaciones: actual (sin proyecto), futuro temporario (con proyecto en
ejecución) y futuro permanente (con proyecto en operación). Las valorizaciones de impactos
a estimar serán comparadas con los resultados obtenidos bajo la situación sin proyecto, a fin
de predecir los cambios significativos y comparar con los estándar de calidad ambiental
establecidos por los organismos públicos. Se deben evaluar impactos, por ejemplo, en los
siguientes procesos:
Cambio de riesgo para la salud pública
Cambio de riesgo para la salud de los operarios
Generación de olores ofensivos
Deterioro del patrimonio público
Deterioro del patrimonio edilicio
Alteración del paisaje
Deterioro de la calidad de agua
Modificación de la dinámica de recarga de aguas subterráneas
Alteración del equilibrio ecológico de la cuenca
Cambio de la productividad agropecuaria por rehusó de efluentes
cloacales
Pérdida de productividad de suelos
Incremento de la eutrofización
Con el objeto de ponderar comparativamente todos los impactos ambientales se realizarán
análisis causa-efecto producida por la obra, empleando modelos matriciales (tipo Leopold
modificado). Para esto se utilizan los siguientes indicadores:
Valor del impacto (negativo, neutro, positivo)
Grado de reversibilidad (impacto reversible o irreversible)
Magnitud espacial (impacto local, regional o estratégico)
Magnitud temporal (impacto permanente o temporario)
95
Característica de las aguas naturales
La previsión de los impactos ambientales deben ser discriminados de acuerdo a las 6 etapas
del proyecto.
1- Obras de captación de aguas crudas
2- Planta de potabilización
3- Distribución de agua potable
4- Red de colectoras de líquidos cloacales
5- Plantas de tratamiento de líquidos cloacales, estaciones de bombeo.
6- Vertimiento de líquidos cloacales tratados y sin tratar.
Como resultado de las evaluaciones de impacto ambiental se podrá identificar cuales
alternativas podrían causar mayor cantidad de impacto o representar mayor riesgo ambiental.
Evaluación económica:
En general se pueden presentar dos situaciones:
Que los beneficios del proyecto y
Su período de diseño sean iguales o bien que sean diferentes.
Para el análisis económico se considerará a los beneficios del proyecto expresados en
términos de población beneficiada, directa o indirectamente, como por ej. Población servida
y población beneficiada por mejoras ambientales y sanitarias y por los costos evitados, como
por ej. Limpieza y desagote de pozos. Las alternativas que cubran un mismo radio servido
futuro, pueden considerarse generadoras de iguales beneficios en términos de población
servida y costos evitados.
Como además los períodos de diseño son iguales para todas las alternativas, la comparación
puede efectuarse exclusivamente en base a los costos generados durante el período de
diseño, seleccionando a aquella que presente el menor Valor Presente Neto de costos
económicos anuales de inversión, operación y mantenimiento descontados a la tasa que se
fije.
Cuando las alternativas generen diferentes beneficios ( por ej. diferentes radios y poblaciones
servidas) no es suficiente la comparación de costos y la selección deberá efectuarse en base a
criterios de beneficio-costo.
De todas las evaluaciones efectuadas resultará la alternativa más conveniente
Elaboración del anteproyecto
La alternativa seleccionada se desarrollará hasta la etapa de anteproyecto.
Segunda Etapa – Proyecto Definitivo
96
Característica de las aguas naturales
Una vez desarrollado el anteproyecto, se está en condición de desarrollar el proyecto
ejecutivo. Para su realización, cuando sea necesario, se realizarán los estudios topográficos y
geotécnicos de detalle que permitan proyectar cada una de las partes del proyecto. En esta
etapa se ejecutan los cálculos de estructuras y se definen las instalaciones electromecánicas.
Se elaboran los planos ejecutivos y finalmente el computo métrico.
5. Obras de aprovechamiento de agua
6.
GENERALIDADES
9.
Los principales problemas de abastecimiento que afrontan los centros urbanos son el
agotamiento de las fuentes locales, la contaminación de las mismas, los altos costos de
captación y conducción del agua y los conflictos generados por los intereses de diferentes
usuarios sobre las fuentes. Paradójicamente, ante esta difícil situación, en las ciudades
ocurren grandes porcentajes de fugas, se utilizan tecnologías derrochadoras de agua, no se
rehúsa este recurso, los sistemas de facturación y cobranza son deficientes, las tarifas por el
servicio frecuentemente no cubren los costos del suministro y existe poca conciencia
ciudadana
Es por ellos que hay que desarrollar diseños de obras que permitan aprovechar al máximo el
recurso agua, ya que este es el líquido de la vida como lo llaman los filósofos, entre las obras
de aprovechamiento se puede describir las siguientes:
Aprovechamiento
del agua
Agua Municipal
no potable
Abrevadero
Agua Potable
Recreo
Pisicultura
Natacion
Navegacion
Deportiva
Pesca
Huertas y Viñas
Forrajes,cultivos para
producir fibras y simientes
Agricultural
Interior de la
Fabrica
Cultivos para
consumir despues
de su elaboracion
Figura 2.11 Aprovechamiento del agua
97
Industria
Usos Generales
Cultivos para
consumir crudos
Característica de las aguas naturales
LAS OBRAS HIDRÁULICAS Y EL DESARROLLO
El aire y el agua son sin duda, los elementos naturales más indispensables para el hombre. El
aire lo es de manera inmediata e inaplazable. El agua, también de forma imprescindible,
pero aplazable dentro de ciertos límites. El aire se obtiene sin esfuerzo, en todas partes y sin
restricción. El agua tan solo existe en ciertos sitios y en cantidad variable de unos momentos
a otros. Por ello se comprende que todas las civilizaciones, hayan dependido siempre de los
lugares donde había agua, y con tanta mayor sujeción a ella cuanto más desarrolladas.
El ingenio humano ha permitido que los hombres puedan vivir lejos de los cauces naturales
llevando el agua desde ellos a los centros de consumo. Esta independencia creciente del
lugar de consumo respecto a la fuente, conseguida gracias al avance técnico de las obras de
transporte del agua, es la que ha permitido la extensión geográfica y el desarrollo de la
humanidad.
Para el hombre de hoy el agua es todavía más indispensable porque a sus necesidades
naturales ha añadido un sin número de exigencias artificiales para su comodidad, placer y
trabajo, por lo que la civilización actual sería inconcebible sin las obras hidráulicas.
Lo que sí ha ocurrido, ocurre y ocurrirá es que las obras hidráulicas van transformándose
según las exigencias de la civilización, pues si el agua ha sido siempre elemento fundamental
para el hombre, la forma de su uso ha variado con el género de vida, pero siempre
permanecerá y se acrecentará su uso como tal elemento vital en sí mismo.
TIPOS DE OBRAS HIDRÁULICAS.
Bajo esta denominación se incluyen todas las construcciones que tienen por objeto
fundamental modificar de alguna forma el curso natural del agua para hacerla útil al hombre,
sea proporcionándosela o protegiéndole contra sus peligros.
De aquí se colige la gran variedad de este tipo de obras, que podemos agrupar según su
objetivo funcional en:
1. Obras para suministro de agua como tal elemento.
Abastecimientos a poblaciones e industrias.
Regadíos.
Mantenimiento de la capa freática.
El agua utilizada puede ser superficial o subterránea.
2. Obras que la utilizan como elemento pesante.
98
Característica de las aguas naturales
Saltos de agua, en todas sus variedades (uso energético)
Obras para navegación.
3. Obras de defensa.
Embalses amortiguadores de crecidas.
Corrección y protección de cauces naturales.
4. Obras de conservación o mejora de la naturaleza.
Saneamiento y depuración de aguas.
Embalses y cauces para pesca, recreo o paisaje.
Para lograr cualquiera de las finalidades citadas no suele bastar una sola obra, siendo
necesario un conjunto de ellas diferenciadas por la misión que han de cumplir y que son las
siguientes:
Una presa o dique que sirve para elevar el nivel natural del agua en el río al objeto de
poder desviarla hacia un cauce artificial. Esta presa suele servir también para crear un
embalse que retiene las aportaciones sobrantes en ciertas épocas, guardándolas para
las de escasez.
Una serie de conducciones que sirven para transportarla por estos cauces artificiales
hasta el lugar de su utilización.
Una instalación para su uso: red de abastecimiento, central hidroeléctrica, red de
riego, etc.; parte de esta instalación consistirá en obras y otra en maquinaria específica
para ese uso (bombas, turbinas, aparatos para riegos, depuración, etc.)
Las presas y conducciones pueden ser a su vez de distintos tipos según el terreno y otras
circunstancias. Pero son obras que se usan indistintamente para uno u otro uso e, incluso,
pueden tener un objetivo múltiple. La diferenciación debida al uso concreto a que se destine
el agua suele estar sólo en la instalación; esta difiere, incluso considerablemente, de unos
usos a otros. Por ejemplo, una red de abastecimiento a una población no se parece nada a
una central hidroeléctrica; en cambio las presas pueden ser muy parecidas, e incluso servir la
misma presa para alimentar una central hidroeléctrica después a una población.
USOS CONSUNTIVOS.
El agua se puede usar para muchos fines. Después de usada, no todos ellos la devuelven
íntegra ni con las condiciones originales. Según ello, los usos se clasifican como consuntivos y
no consuntivos.
99
Característica de las aguas naturales
El uso hidroeléctrico del agua es no consuntivo. El agua, después de pasar por las
conducciones y máquinas, se devuelve al cauce íntegra e invariable en cuanto a sus
condiciones físicas, químicas y biológicas. Este uso, lo único que consume es desnivel, pero
no agua.
La navegación es también un uso no consuntivo. El agua es solo un soporte para los barcos y
lo único que se exige es un calado mínimo y que no rebase una velocidad tope. Sin embargo,
la navegación con motor puede afectar a su calidad por lo que en algunos embalses y cauces
sólo se permite la vela o remo.
Los riegos consumen parte del agua; de la cantidad total regada solo retornan a los cauces del
0 al 50%. Además, el agua devuelta puede estar cargada de sales disueltas al filtrar.
Los abastecimientos son los grandes consumidores del agua, además, lo recuperado en
cantidad resulta totalmente consumido en calidad, pues son aguas fecales en su mayor parte,
con grave alteración de sus cualidades físicas, químicas y biológicas.
En cuanto a la industria, estas aguas son también consuntivas, bien en cantidad
(incorporación del agua al producto fabricado), como en calidad (por su utilización para
diluir o transportar residuos). El grado máximo lo constituyen algunas industrias químicas,
principalmente las papeleras; el mínimo, las actividades que usan el agua para refrigeración,
que la devuelven íntegra, aunque caliente lo que puede influir en las especies biológicas,
dificultar su uso posterior en riegos...
Los usos recreativos pueden ser más o menos consuntivos.
ETAPAS DE DESARROLLO HIDRÁULICO.
Teóricamente, cabe considerar tres fases en el desarrollo hidráulico de una región o país:
1. Desarrollo inconexo o ―de oportunidad‖. Es el período durante el cual se considera
hay agua sobrada para las necesidades y ello conduce a no cuidar su utilización: se
toma simplemente de donde más conviene, sin pensar si perjudicará o no a otros
posibles usos más adelante.
2. Desarrollo integral. El agua ya no es sobrada para las necesidades y ello obliga a
prever y ordenar su uso óptimo.
Las cuencas hidrográficas se usan como conjunto y se proyectan las obras de forma
que se obtengan usos variados y con la mejor utilización total.
3. Etapa de superaprovechamiento. Cuando se sobrepasa la utilización de alrededor del
80% de los recursos naturales, es preciso extremar aún más la ordenación del uso del
agua y la coordinación entre recursos y usos, porque nos aproximamos al límite de
posibilidades. Para ello se reforman las obras y se extrema el cuidado al usar el agua.
Por otra parte, como en ciertas cuencas se llega al límite de lo disponible, se vuelve a
considerar el problema hidráulico no sólo por cuencas hidrográficas, sino por la
100
Característica de las aguas naturales
totalidad del país, dando lugar al trasvase de unas cuencas a otras para equilibrarlas,
pues puede ser que unas tengan sobrantes mientras que otras tengan ya agotados sus
recursos naturales.
Por eso esta etapa se llama también de aprovechamiento integral-conjunto.
Otra característica de esta etapa es la de tratar de lograr la ampliación de los recursos
naturales. Por ello, al estar próxima la superación de las disponibilidades de agua
dulce, se empieza a pensar en obtener la del mar por procedimientos especiales
previendo ya el momento en que el consumo llegue o supere el 100% de los recursos
naturales.
Asimismo, en esta etapa de agotamiento, se reutiliza el agua después de sometida a
los oportunos tratamientos físicos, químicos y biológicos.
Es obvio que en un mismo país pueden darse distintos grados de desarrollo en las diversas
cuencas hidrográficas.
A las diversas etapas de desarrollo corresponden preocupaciones crecientes por la buena
administración de un bien, conforme va siendo más escaso.
Transporte y distribución
El agua, bien sea sacada de la superficie o de fuentes subterráneas, debe ser transportada a la
comunidad y distribuida a los usuarios. El transporte desde la fuente al punto de tratamiento
puede ser proveído por acueductos, tuberías o canales abiertos, pero una vez ha sido tratada,
el agua es distribuida mediante conductos cerrados presurizados. El bombeo puede ser
necesario para traer agua al punto de tratamiento y es casi siempre parte del sistema de
distribución. Este capítulo trata los tipos de conductos y de materiales usados en el transporte
y distribución del agua.
Acueductos
El término acueducto se refiere usualmente a conductos construidos de mampostería y
hechos con la pendiente hidráulica. Tales estructuras son operadas a presión atmosférica y, a
menos que la pendiente hidráulica disponible sea muy grande, tienden a ser mayores y más
costosas que las tuberías operadas bajo presión. Entre las ventajas de los acueductos están la
posibilidad de construcción con materiales locales disponibles, más duración que los
conductos de metal y menor pérdida de capacidad hidráulica con el tiempo. Entre sus
desventajas están la necesidad de proveer la máxima capacidad inicialmente y la probabilidad
de interferencia con el drenaje local.
101
Característica de las aguas naturales
Presa (hidráulica)
En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricado con piedra, hormigón o
materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río,
arroyo o canal con la finalidad de contener el agua en el cauce fluvial para su posterior
aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objetivo de
derivarla a canalizaciones de riego, o para la producción de energía mecánica al transformar
la energía potencial del almacenamiento en energía cinética, y ésta nuevamente en mecánica
al accionar la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharse
directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía
eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas. Otra función de algunas presas
El embalse: es el volumen de agua que queda retenido por la presa.
El vaso: es la parte del valle que, inundándose, contiene el agua embalsada.
La cerrada o boquilla: es el punto concreto del terreno donde se construye la presa.
La presa o cortina: propiamente dicha, cuyas funciones básicas son, por un lado
garantizar la estabilidad de toda la construcción, soportando un empuje hidrostático
del agua muy fuerte, y por otro no permitir la filtración del agua hacia abajo.
A su vez, en la presa se distingue:
Los paramentos, caras o taludes: son las dos superficies más o menos verticales
principales que limitan el cuerpo de la presa, el interior o de aguas arriba, que está en
contacto con el agua, y el exterior o de aguas abajo.
La coronación: es la superficie que delimita la presa superiormente.
Los estribos o empotramientos: los laterales del muro que están en contacto con la
cerrada contra la que se apoya.
La cimentación: la superficie inferior de la presa, a través de la cual descarga su peso
al terreno.
El aliviadero o vertedero: es la estructura hidráulica por la que rebosa el agua
excedentaria cuando la presa ya está llena.
Las compuertas: son los dispositivos mecánicos destinados a regular el caudal de agua
a través de la presa.
La descarga de fondo: permite mantener el denominado caudal ecológico aguas abajo
de la presa.
Las tomas son también estructuras hidráulicas, pero de menor entidad, y son
utilizadas para extraer agua de la presa para un cierto uso, como puede ser
abastecimiento a una central hidroeléctrica o a una ciudad.
102
Característica de las aguas naturales
Las esclusas: que permiten la navegación "a través" de la presa.
La escalera de peces: que permite la migración de los peces en sentido ascendente de
la corriente.
Tipos de presas
Los diferentes tipos de presas responden a las diversas posibilidades de cumplir la doble
exigencia de resistir el empuje del agua y evacuarla cuando sea preciso. En cada caso, las
características del terreno y los usos que se le quiera dar al agua, condicionan la elección del
tipo de presa más adecuado.
Existen numerosos tipos, comenzando con que puede hablarse de presas fijas o móviles,
pero primero debemos clasificarlas en dos grandes grupos según su estructura y según los
materiales empleados en su construcción.
Existen también presas hinchables, basculantes y pivotantes pero son de mucha menor
entidad o han caído en desuso, por lo que no se consideran aquí.
Según su estructura
Presas de gravedad: son todas aquellas en las que su propio peso es el encargado de resistir el
empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que éste debe
ser muy estable capaz de resistir, el peso de la presa y del embalse.
Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren.
Su estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va
estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el
lado que da al embalse es casi de posición vertical. La razón por la que existe una diferencia
notable en el grosor del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la
presión en el fondo del embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendrá
que soportar más fuerza en el lecho del cauce que en la superficie.
La inclinación sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente
su estabilidad.
103
Característica de las aguas naturales
Figura 2.12 Sección esquemática de una presa de tipo gravedad
Presas de bóveda o presas en arco: son todas aquellas en las que su propia forma es la
encargada de resistir el empuje del agua. Debido a que la presión se transfiere en forma muy
concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere que ésta sea de roca muy dura y
resistente. Constituyen las represas más innovadoras en cuanto al diseño y que menor
cantidad de hormigón se necesita para su construcción.
Cuando la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano horizontal, también se
denomina de bóveda. Para lograr sus complejas formas se construyen con hormigón y
requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores que deben recurrir a sistemas
constructivos poco comunes.
Figura 2.13 Sección esquemática de una presa en arco
104
Característica de las aguas naturales
Según su material
Presas de hormigón o concreto: son las más utilizadas en los países desarrollados ya que con
éste material se pueden elaborar construcciones más estables y duraderas. Normalmente,
todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte están hechas de este material. Algunas
presas pequeñas y las más antiguas son de ladrillo, de sillería y de mampostería.
Presas de materiales sueltos: son las más utilizadas en los países subdesarrollados ya que son
menos costosas y suponen el 77% de las que podemos encontrar en todo el planeta. Son
aquellas que consisten en un relleno de tierras, que aportan la resistencia necesaria para
contrarrestar el empuje de las aguas. Los materiales más utilizados en su construcción son
piedras, gravas, arenas, limos y arcillas aunque dentro de todos estos los que más destacan
son las piedras y las gravas.
Este tipo de presas tienen componentes muy permeables, por lo que es necesario añadirles
un elemento impermeabilizante. Además, estas estructuras resisten siempre por gravedad,
pues la débil cohesión de sus materiales no les permite transmitir los empujes del agua al
terreno. Este elemento puede ser arcilla (en cuyo caso siempre se ubica en el corazón del
relleno) o bien una pantalla de hormigón, la cual se puede construir también en el centro del
relleno o bien aguas arriba. Estas presas tienen el inconveniente de que si son rebasadas por
las aguas en una crecida, corren el peligro de desmoronarse y arruinarse.
Presas de Enrocamiento con Cara de Hormigón o Concreto:
Este tipo de cortinas en ocasiones es clasificado entre las de materiales sueltos; por su forma
de ejecución y su trabajo estructural son diferentes. El elemento de retención del agua es una
cortina formada con fragmentos de roca de varios tamaños, que soportan en el lado del
embalse una cara de hormigón la cual es el elemento impermeable. La pantalla o cara está
apoyada en el contacto con la cimentación por un elemento de transición llamado plinto, que
soporta a las losas de hormigón. Este tipo de estructura fue muy utilizado entre 1940 a 1950
en cortinas de alturas intermedias y cayó en desuso hasta finales del siglo XX en que fue
retomado por los diseñadores y constructores al disponer de mejores métodos de realización
y equipos de construcción eficientes.
Según su aplicación
Presas filtrantes o diques de retención: son aquellas que tienen la función de retener sólidos,
desde material fino, hasta rocas de gran tamaño, transportadas por torrentes en áreas
montañosas, permitiendo sin embargo el paso del agua.
105
Característica de las aguas naturales
Presas de control de avenidas: son aquellas cuya finalidad es la de laminar el caudal de las
avenidas torrenciales, con el fin de que no se cause daño a los terrenos situados aguas abajo
de la presa en casos de fuerte tormenta.
Presas de derivación: El objetivo principal de estas es elevar la cota del agua para hacer
factible su derivación, controlando la sedimentación del cauce de forma que no se obstruyan
las bocatomas de derivación. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya que el
almacenamiento del agua es un objetivo secundario.
Presas de Almacenamiento: El objetivo principal de éstas es retener el agua para su uso
regulado en irrigación, generación eléctrica, abastecimiento a poblaciones, recreación o
navegación, formando grandes vasos o lagunas artificiales. El mayor porcentaje de presas del
mundo, las de mayor capacidad de embalse y mayor altura de cortina corresponden a este
objetivo.
Presas de Relaves o Jales: Son estructuras de retención de sólidos sueltos y líquidos de
desecho, producto de la explotación minera, los cuales son almacenados en vasos para su
decantación. Por lo común son de menores dimensiones que las presas que retienen agua,
pero en algunos casos corresponden a estructuras que contienen enormes volúmenes de
estos materiales. Al igual que las presas hidráulicas tienen cortina (normalmente del mismo
tipo de material), vertedero, y en vez de tener una obra de toma o bocatoma poseen un
sistema para extraer los líquidos.
Dique
Un dique es un terraplén natural o artificial, por lo general de tierra, paralelo al curso de un
río o al borde del mar.
Figura 2.14 Dique de Piedra
106
Característica de las aguas naturales
Diques artificiales
Los diques artificiales pueden ser utilizados para:
Prevenir la inundación de los campos aledaños a los ríos; sin embargo también se
utilizan para encajonar el flujo de los ríos a fin de darle un flujo más rápido. Son
conocidos como diques de contención.
Proteger determinadas áreas contra el embate de las olas.
Diques de contención
Estos diques tradicionalmente son construidos, amontonando tierra a la vera del río. Amplio
en la base y afilados en la cumbre, donde se suelen poner bolsas de arena.
En el altiplano andino, particularmente en la región peruana, antiguamente se construían con
"champas", trozos cuadrados de tierra vegetal, de unos 30 x 30 cm, con un espesor variable
de unos 15 cm. Estas champas, sin eliminar la vegetación se colocaban invertidas, con la
intención de que la vegetación al crecer, sobre todo en los bordes libres, consolidaría la
estructura. Lamentablemente se ha verificado que el procedimiento no se ha demostrado
muy eficiente, y se están lentamente sustituyendo estas estructuras de tierra por estructuras
construidas técnicamente.
Modernamente los diques de defensas ribereñas son construidos siguiendo los criterios
técnicos modernos para estructuras de tierra, y en muchos casos su estructura es compleja,
comprendiendo una parte de soporte, un núcleo impermeable y drenes de pie para
minimizar el riesgo de rupturas.
Existen importantes sistemas modernos de diques a lo largo de los ríos Mississippi y
Sacramento en EE. UU.; el Po y el Danubio en Europa.
Partes de un dique de contención contra inundaciones
La sección transversal que se aprecia al lado es la sección de un dique de contención en
tierra, con núcleo impermeable. Sus partes son:
1. Coronamiento
2. Borde libre
3. Nivel de agua de proyecto
4. Talud de aguas arriba (en este caso, considerando que el agua tiende a
infiltrar a
5. Nivel del terreno aguas arriba
6. Corona
7. Cuerpo de apoyo, aguas arriba. El material utilizado en esta parte del dique
puede ser granular y poco permeable.
8. Núcleo impermeable
9. Cuerpo de apoyo, aguas abajo. El material debe ser permeable.
107
Característica de las aguas naturales
Figura 2.15 Partes de un Dique de Piedra
Diques rompeolas
Son estructuras artificiales creadas mediante superposición de capas de elementos de
diferentes granulometrías y materiales encaminada a reducir la cantidad de energía
proveniente del oleaje que entra en un lugar que se quiere abrigar, por ejemplo un puerto.
Contrariamente a los diques de contención, no tienen una función de impedir la filtración
del agua.
Existen diferentes tipologías de diques, también llamados espigones:
1. En talud
2. Vertical
3. Flotante
4. etc.
108
Característica de las aguas naturales
Los diques en talud tradicionalmente se han construido mediante un núcleo de todo uno,
encima del cual se superponen capas de elementos de tamaño creciente separados por capas
de filtro. Actualmente, los elementos mayores (que conforman los mantos exteriores) son
piezas de hormigón en masa de diferentes formas (cubos, dolos, tetrápodos, etc), que
sustituyen a la escollera. Los diques en talud resisten el oleaje provocando la rotura del
mismo.
Los diques verticales están formados por cajones de hormigón armado que se trasladan
flotando al lugar de fondeo y se hunden, para después rellenarlos con áridos, de forma que
constituyan una estructura rígida. Las ventajas de este tipo de diques son que para una misma
profundidad, requieren mucho menos material que los diques rompeolas, y que se pueden
prefabricar. Sin embargo, presentan algunas desventajas como son que concentran su peso
en una superficie menor, y por lo tanto requieren un suelo más resistente para su colocación;
y que reflejan gran parte del oleaje que incide sobre ellos, aumentando los esfuerzos sobre la
estructura y dificultando la navegación en las inmediaciones del dique vertical. Además, no
presentan una rotura gradual como sus homólogos diques en talud cosa que provoca que se
hayan de dimensionar para olas de más altura.
Diques naturales
Un dique natural resulta del depósito de material arrastrado por el río en el borde del
mismo, durante las inundaciones. Esto va causando, progresivamente, la elevación de la
ribera.
BOCATOMA
Una bocatoma, o captación, es una estructura hidráulica destinada a derivar desde unos
cursos de agua, río, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar, una parte del
agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin específico, como pueden ser
abastecimiento de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura,
enfriamiento de instalaciones industriales, etc.
Tradicionalmente las bocatomas se construían, y en muchos sitios se construyen aun,
amontonando tierra y piedra en el cauce de un río, para desviar una parte del flujo hacia el
canal de derivación. Normalmente estas rudimentarias construcciones debían ser
reconstruidas año a año, pues las avenidas las destruían sistemáticamente.
Las bocatomas construidas técnicamente constan en general de las siguientes partes:
• Compuerta de control y cierre de la compuerta;
• Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta de
control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con
109
Característica de las aguas naturales
medidores continuos de nivel y trasmisores de la información al centro de
operación, el que puede contar con mecanismos para operar a distancia la
compuerta;
Si se encuentran en ríos y arroyos, generalmente constan también de:
• Un vertedero para fijar la sección del curso de agua, tanto planimétricamente, como
en cota, evitando de esta forma la migración del curso de agua en ese punto y su
socavación, lo que podría dejar la bocatoma inoperante;
• Un canal de limpieza, provisto de compuertas, para permitir el desarenamiento de la
aproximación a la bocatoma.
• Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador, para evitar
que el transporte sólido sedimente en el canal dificultando los trabajos de
mantenimiento del mismo.
CANAL
En ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos
generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberías, es abierta a la atmósfera.
También se utilizan como vías artificiales de navegación. La descripción del comportamiento
hidráulico de los canales es una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al
campo de la ingeniería hidráulica, una de las especialidades de la ingeniería civil.
El conocimiento empírico del funcionamiento de los canales se remonta a varios milenios.
En la antigua Mesopotamia se usaban canales de riego, en la Roma Imperial se abastecían de
agua a través de canales construidos sobre inmensos acueductos, y los habitantes del antiguo
Perú construyeron en algunos lugares de los Andes canales que aun funcionan. El
conocimiento y estudio sistemático de los canales se remonta al siglo XVIII, con Chézy,
Bazin y otros.
Clasificación de canales
Canales naturales
Se denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre, algunos tienen
poca profundidad y otros son más profundos, según se encuentren en la montaña o en la
planicie. Algunos canales permiten la navegación, generalmente sin necesidad de dragado.
Canales de riego
Éstos son vías construidas para conducir el agua hacia las zonas que requieren complementar
el agua precipitada naturalmente sobre el terreno.
110
Característica de las aguas naturales
Canales de navegación
Un canal de navegación es una vía de agua hecha por el hombre que normalmente conecta
lagos, ríos u océanos.
Elementos geométricos de la sección del canal
Los elementos geométricos son propiedades de una sección del canal que puede ser definida
enteramente por la geometría de la sección y la profundidad del flujo. Estos elementos son
muy importantes para los cálculos del escurrimiento.
Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo (h) es la distancia
vertical del punto más bajo de la sección del canal a la superficie libre.
Ancho superior: el ancho superior (T) es el ancho de la sección del canal en la
superficie libre.
Área mojada: el área mojada (A) es el área de la sección transversal del flujo normal a
la dirección del flujo.
Perímetro mojado: el perímetro mojado (P) es la longitud de la línea de la
intersección de la superficie mojada del canal con la sección transversal normal a la
dirección del flujo.
Radio hidráulico: el radio hidráulico (R) es la relación entre el área mojada y el
perímetro mojado, se expresa como: R = A / P
Profundidad hidráulica: la profundidad hidráulica (D) es la relación del área mojada
con el ancho superior, se expresa como: D = A / T
Factor de la sección: el factor de la sección (Z), para cálculos de escurrimiento o flujo
crítico es el producto del área mojada con la raíz cuadrada de la profundidad
hidráulica, se expresa como: Z = A. SQRT (D)
El factor de la sección, para cálculos de escurrimiento uniforme es el producto del
área mojada con la potencia 2/3 del radio hidráulico, se expresa como: A. R^ (2/3)
Características geométricas e hidráulicas de un canal
111
Característica de las aguas naturales
Las características geométricas son la forma de la sección transversal, sus dimensiones y la
pendiente longitudinal del fondo del canal.
Las características hidráulicas son la profundidad del agua (h, en m), el perímetro mojado (P,
en m), el área mojada (A, en m 2) y el radio hidráulico (R, en m), todas función de la forma
del canal. También son relevantes la rugosidad de las paredes del canal, que es función del
material en que ha sido construido, del uso que se le ha dado y del mantenimiento, y la
pendiente de la línea de agua, que puede o no ser paralela a la pendiente del fondo del canal.
El radio hidráulico se define como:
Siendo A y P el área y el perímetro mojado.
Tipos de flujo en un canal
Flujo permanente
Un flujo permanente es aquel en el que las propiedades fluidas permanecen constantes en el
tiempo,
aunque
pueden
no
ser
constantes
en
el
espacio.
Las características del flujo, como son: Velocidad (V), Caudal (Q), y Calado (h), son
independientes del tiempo, si bien pueden variar a lo largo del canal, siendo x la abscisa de
una sección genérica, se tiene que:
V = fv(x)
Q = fq(x)
h = fh(x)
Flujo transitorio o No permanente
Un flujo transitorio presenta cambios en sus características a lo largo del tiempo para el cual
se analiza el comportamiento del canal. Las características del flujo son función del tiempo;
en este caso se tiene que:
V = fv(x, t)
Q = fq(x, t)
h = fh(x, t)
Las situaciones de transitoriedad se pueden dar tanto en el flujo subcrítico como en el
supercrítico.
112
Característica de las aguas naturales
Flujo uniforme
Es el flujo que se da en un canal recto, con sección y pendiente constante, a una distancia
considerable (20 a 30 veces la profundidad del agua en el canal) de un punto singular, es
decir un punto donde hay una mudanza de sección transversal ya sea de forma o de
rugosidad, un cambio de pendiente o una variación en el caudal. En el tramo considerado, se
las funciones arriba mencionadas asumen la forma:
V = fv(x) = Constante
Q = fq(x) = Constante
h = fh(x) = Constante
Flujo gradualmente variado
El flujo es variado: si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. El flujo variado
puede ser permanente o no permanente. Debido a que el flujo uniforme no permanente es
poco frecuente, el término ―flujo no permanente‖ se utilizará de aquí para adelante para
designar exclusivamente el flujo variado no permanente.
El flujo variado puede clasificarse además como rápidamente variado o gradualmente
variado. El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua cambia de manera
abrupta en distancias comparativamente cortas; de otro modo es gradualmente variado. Un
flujo rápidamente variado también se conoce como fenómeno local; algunos ejemplos son el
resalto hidráulico y la caída hidráulica.
Flujo subcrítico
En el caso de flujo subcrítico, también denominado flujo lento, el nivel efectivo del agua en
una sección determinada está condicionado a la condición de contorno situada aguas abajo.
Flujo supercrítico
En el caso de flujo supercrítico, también denominado flujo veloz, el nivel del agua efectivo en
una sección determinada está condicionado a la condición de contorno situada aguas arriba.
RIEGO
El riego consiste en aportar agua al suelo para que los vegetales tengan el suministro que
necesitan favoreciendo así su crecimiento. Se utiliza en la agricultura y en jardinería. Los
métodos más comunes de riego son:
Por arroyamiento o surcos.
113
Característica de las aguas naturales
Por inundación o sumersión, generalmente, en bancales o tablones aplanados entre
dos caballones.
Por aspersión. El riego por aspersión rocía el agua en gotas por la superficie de la
tierra, asemejándose al efecto de la lluvia
Por infiltración o canales.
Por goteo o riego localizado. El riego de goteo libera gotas o un chorro fino, a través
de los agujeros de una tubería plástica que se coloca sobre o debajo de la superficie
de la tierra.
Por drenaje.
El método principal de entrega de agua al campo (para cerca del 95 por ciento de los
proyectos en todo el mundo) es el riego por inundación o de surco. Otros sistemas emplean
aspersores y riego de goteo. Aunque sean técnicas relativamente nuevas, que requieren una
inversión inicial más grande y manejo más intensivo que el riego de superficie, el riego por
aspersión y el de goteo suponen una mejora importante en la eficiencia del uso del agua, y
reducen los problemas relacionados con el riego.
Sistemas
Imagen desde satélite de plantaciones de cereal en Kansas, Estados Unidos. La forma
circular de las mismas se debe al proceso de irrigación empleado. Los círculos tienen 800 y
1600 m de diámetro.
Los sistemas de riego pueden incluir los siguientes equipos e infraestructura:
embalses (con represa) o reservorios;
obras de toma o derivación (Azudes, etc.) ;
pozos, estaciones de bombeo, canales, acequias y paliduchos para transportar el agua
(incluyendo el drenaje);
sistemas de distribución para el riego por goteo y por aspersión.
Tradicional
Sistema de riego abandonado, con acequias y compuertas para la distribución. El agua venía
por tubería desde un motor que bombeaba el agua desde un pozo situado a un km de
distancia. Sustituido a fines del siglo XX por el bombeo a un embalse que distribuye el agua
con el sistema de riego por goteo, en Catadau y Carlet, Valencia
Los canales por los que se lleva el agua y canalillos que la distribuyen por las zonas agrícolas.
En sus puntos terminales, los canalillos llegan a las arquetas, que tienen un portillo, que al
estar abierto permite la salida del agua.
114
Característica de las aguas naturales
Este antiguo modo de regar, mediante canales por los que se lleva el agua y canalillos que la
distribuyen por las zonas agrícolas, va cayendo en desuso en el mundo desarrollado,
fomentándose por las administraciones públicas el cambio a otros sistemas.
Nuevos sistemas
Parcela de naranjos jóvenes que combina el sistema tradicional de riego con el sistema por
goteo, con el fin de optimizar los beneficios en cuanto al crecimiento de la plantación, y otros
Actualmente, se realiza el riego por aspersión o gota a gota, completados con sistemas
informatizados que regulan la cuantía, humedad ambiente y fertilización del suelo. El sistema
gota a gota es muy apropiado para los lugares donde hay escasez de agua.
Para implantar un sistema eficiente de riego deben ser consideradas cuidadosamente las
relaciones Agua-planta y Agua-suelo.
Fuentes del agua
El agua de riego se obtiene de: ríos, lagos, pozos o corrientes continuas de agua naturales, de
estaciones depuradoras de aguas residuales, por procesos de desalinización del agua del mar
y, en menor medida, de lagos salados, que poseen el riesgo de salinizar las tierras, estaciones
depuradoras y trasvases de agua procedentes de otras cuencas. Se distribuye por acequias o
por tuberías a presión.
También puede ser obtenida de embalses o balsas que acumulan las corrientes discontinuas
de agua procedentes de la lluvia (especialmente de las ramblas).
Técnicas de elevación
En los sistemas más tradicionales, desde las corrientes el agua se eleva hasta la altura de los
campos mediante una noria, rueda con unos recipientes colgados, denominados cangilones,
que vierte el agua en una acequia más elevada. También se hace así en los pozos, y la noria
se mueve por tracción animal, burro o mula.
Actualmente para los mecanismos de elevación del agua en las zonas desarrolladas se utilizan
otros sistemas de bombeo que consisten, en primer lugar, en perforar la tierra con sondeos
de pequeño diámetro, 60, 70 y hasta 80 cm, abiertos con medios mecánicos. Los pozos
tradicionales excavados a mano tienen diámetros mayores, desde 1,20 m hasta 5 ó 6 metros,
o, en casos excepcionales, aun mayores. Alcanzada el agua subterránea, se introduce por el
sondeo una tubería de diámetro algo menor en cuyo extremo inferior va una bomba que
115
Característica de las aguas naturales
queda sumergida en el agua. La bomba puede utilizar energía eólica o bien, energía eléctrica.
En este caso, unos cables alimentan a la bomba, que eleva el agua hasta la superficie.
Con las bombas eléctricas pueden alcanzarse acuíferos más profundos que con los pozos
tradicionales, en los que es difícil y peligroso pasar de los 20 m. Se ha perforado hasta más
de 1000 m para agricultura.
Saturación y salinización
La saturación y salinización de los suelos son problemas comunes con el riego superficial. A
nivel mundial, se ha estimado que, cada año, el riego saca de la producción una cantidad de
terreno que es igual a la porción que entra en servicio bajo riego, debido al deterioro del
suelo, principalmente, la salinización. La saturación es causada, principalmente, por el
drenaje inadecuado y el riego excesivo, y en un grado menor, por fugas de los canales y
acequias. El riego exacerba los problemas de la salinidad, que, naturalmente, son más agudos
en las áreas áridas y semiáridas, donde la evaporación superficial es más rápida y los suelos,
más salinos. La saturación concentra las sales absorbidas de los niveles más bajos del perfil
del suelo, en la zona de arraigamiento de las plantas. La alcalinización (acumulación de sodio
en los suelos) es una forma, especialmente perjudicial, de salinización que es difícil de
corregir. Aunque los suelos de las zonas áridas y semiáridas tienen una tendencia natural de
sufrir salinización, muchos de los problemas relacionados con el suelo podrían ser atenuados
si se instalan sistemas adecuados de drenaje. El drenaje es el elemento crítico para los
proyectos de riego y, muy a menudo, se lo planifica y se lo maneja mal. El uso del riego por
aspersión o por goteo, reduce el problema de la saturación porque el agua se aplica más
precisamente, y se puede limitar las cantidades.
Aumento de la eficiencia
El uso ineficaz del agua (es decir, el riego excesivo) no solamente desperdicia el recurso que
podría servir para otros usos y para ayudar a evitar los impactos ambientales, aguas abajo,
sino que también causa el deterioro, mediante saturación, salinización y lixiviación, y reduce
la productividad de los cultivos. La optimización del uso del agua, por tanto, debe ser la
preocupación principal de todo sistema de riego.
Hay grandes áreas de tierra bajo riego que han dejado de producir debido al deterioro del
suelo. Puede ser conveniente y, por supuesto, beneficioso para el medio ambiente, invertir
en la restauración de estas tierras, antes que aumentar el área de bajo riego.
116
Característica de las aguas naturales
VERTEDERO HIDRÁULICO
El vertedero o aliviadero es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase, libre o
controlado, del agua en los escurrimientos superficiales. Tiene varias finalidades entre las que
se destaca:
Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la elevación del
nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo (ver: Embalse)
Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba. Este tipo de
vertedero se llama "pico de pato" por su forma
Constituirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo
En una presa se denomina vertedero a la parte de la estructura que permite la evacuación de
las aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua.
Generalmente se descargan las aguas próximas a la superficie libre del embalse, en
contraposición de la descarga de fondo, la que permite la salida controlada de aguas de los
estratos profundos del embalse.
Clasificaciones
Los vertederos pueden ser clasificados de varias formas:
Por su localización en relación a la estructura principal:
Vertederos frontales
Vertederos laterales
Vertederos tulipa; este tipo de vertedero se sitúa fuera de la presa y la
descarga puede estar fuera del cauce aguas abajo
desde el punto de vista de los instrumentos para el control del caudal vertido:
Vertederos libres, sin control.
Vertederos controlados por compuertas.
desde el punto de vista de la pared donde se produce el vertimiento:
Vertedero de pared delgada
Vertedero de pared gruesa
Vertedero con perfil hidráulico
desde el punto de vista de la sección por la cual se da el vertimiento:
117
Característica de las aguas naturales
Rectangulares
Trapezoidales
Triangulares
Circulares
Lineales, en estos el caudal vertido es una función lineal del tirante de agua
sobre la cresta
desde el punto de vista de su funcionamiento, en relación al nivel aguas abajo:
Vertedero libre, no influenciado por el nivel aguas abajo
Vertedero ahogado
PISCICULTURA
CONCEPTOS GENERALES:
La Acuacultura es el cultivo controlado de animales y plantas acuáticas hasta su cosecha,
proceso, comercialización y consumo final. Estas técnicas se han venido desarrollando en
Colombia con relativo éxito durante las tres últimas décadas con el propósito de mejorar la
dieta de los campesinos y mercadear los excedentes, en el nivel tecnológico inferior, y
recientemente producir en forma industrial proteína de excelente calidad en los niveles
tecnológicos superiores.
¿Qué es Piscicultura?
Al cultivo de peces se le denomina ―Piscicultura‖ y a la especie que se cultiva se le da el
nombre de la actividad, por ejemplo: al cultivo de la trucha, truchicultura, al de la carpa,
carpicultura, en el caso de los camarones, a su cultivo se le denomina camaronicultura, etc.
Con la Piscicultura podemos utilizar sitios que no son aptos para la agricultura, permite hacer
un buen aprovechamiento del agua y la tierra que posee en la finca, además es una buena
forma de solucionar los problemas de alimentación y generación de empleo.
En ésta página se describen las técnicas de los cultivos de peces de aguas templadas y cálidas.
INFRAESTRUCTURA
Hay tres formas de producir peces de acuerdo con las instalaciones y son:
1. Estanque en tierra.
2. Estanque en cemento.
3. En jaulas flotantes.
Por el momento trataré sobre los estanques en tierra. (En la próxima actualización de ésta
página hablaremos sobre las otras dos formas de instalaciones).
118
Característica de las aguas naturales
1. Estanque en tierra:
Un estanque en tierra es un recinto artificial de agua de poca profundidad, excavado en tierra
de forma tal que pueda vaciarse totalmente.
Antes de construir los estanques debemos hacernos algunas preguntas:
¿Hay suficiente disponibilidad de agua y de buena calidad todo el tiempo?
¿El suelo para construir el estanque tiene suficiente arcilla?
¿Hay fácil acceso hacia el mercado?
Se debe seleccionar un buen lugar para ubicarlo, en lo posible que éste quede cerca de la
casa para facilitar su cuidado, el abastecimiento de agua debe estar lo más cerca posible y el
estanque debe ser ubicado en gran parte a pleno sol.
1. Fuente de Agua:
El agua, en lo posible, debe proceder de un lugar ubicado más alto que el estanque, de tal
forma que pueda llegar a él por gravedad.
El abastecimiento de agua debe estar ubicado lo más cercano posible, tener disponibilidad de
agua todo el tiempo y que no esté contaminada. Puede provenir de fuentes
como: manantiales, quebradas, ríos, nacimientos y reservorios.
El agua debe ser conducida por acequia, manguera o tubería plástica desde la fuente de agua
más próxima.
La cantidad de agua necesaria varía de acuerdo al número de peces por metro cuadrado que
se siembre en el estanque, a mayor densidad de siembra, mayor cantidad de agua o mayor
porcentaje de recambio de agua, con el fin de que se suplan las pérdidas de oxígeno disuelto
y se descontamine el sistema de productos de excreción como el amonio.
2. Calidad del suelo:
Los mejores suelos para la construcción de estanques son los franco-arcillosos, puesto que
retienen bien el agua y son fáciles de trabajar ya sea con maquinaria o mano de obra.
El suelo debe tener por lo menos un 20% de arcilla, lo que puede determinarse con un
examen de laboratorio.
Existe sin embargo un método muy sencillo para determinar si el sitio donde pensamos
construir nuestro estanque es adecuado:
a. Tome un puñado de tierra de la superficie y apriételo hasta formar una bola, tire hacia
arriba la bola y recójala al caer. Si la bola se deshace quiere decir que el suelo contiene
demasiada arena o grava y por esto no nos sirve. Si la bola no se rompe, aún no se puede
estar seguro si el suelo es apto para la construcción, así que es la hora de hacer una segunda
prueba.
119
Característica de las aguas naturales
b. Cabe un hoyo de unos 80 centímetros de profundidad y llénelo completamente de agua,
luego cúbralo con ramas frondosas o madera. A las 12 horas el agua se habrá filtrado,
entonces debe llenarlo y taparlo nuevamente. Si a las 12 horas de hacer esto la mayor parte
del agua está todavía en el hoyo, quiere decir que el suelo retiene el agua lo suficiente para
que se pueda construir un estanque en ese lugar.
3. Forma y tamaño del estanque:
La forma ideal de un estanque es rectangular, sin embargo, muchas veces la forma depende
del relieve y del tamaño del predio. Las ventajas del estanque rectangular son las siguientes:
es más fácil y rápida la cosecha, mejor aprovechamiento del agua de recambio, puesto que
recorre toda la totalidad del estanque.
El tamaño puede ser de varias hectáreas hasta unos cuantos metros cuadrados, dependiendo
del tipo de piscicultura, la especie a cultivar, la topografía de la finca, así como los siguientes
factores:
El mercadeo.
La capacidad económica del piscicultor.
El espacio que tenga en la finca para esta actividad.
La cantidad de agua que entre al estanque. (cantidad de peces por entrada de agua al
estanque).
4. Profundidad:
La profundidad ideal es de un metro promedio, es decir de 0.8 metros en la parte más panda
y 1.2 en la parte más profunda. Estanques con profundidad inferior a 0.5 metros son
propicios para el fácil calentamiento del agua y proliferación de plantas acuáticas. Estanques
con profundidades superiores a 2 metros son muy difíciles de manejar (pesca), son costosos y
se pierde el espacio de 1.5 hacia abajo, puesto que la luz solar no llega hasta allá y por
supuesto los peces tampoco.
5. Elementos que deben conformar un estanque:
a. Dique: es un terraplén compacto para retener el agua, su altura es igual a la profundidad
del agua más una porción de borde libre para evitar el desbordamiento. A la parte superior
del dique se le denomina Corona y el Talud es la parte lateral o parte inclinada de los
estanques. (Ver figura 15.2).
b. Entrada y salida de agua: deben ubicarse en extremos opuestos al estanque, esto permite
una mejor circulación y adecuado recambio de la misma. El tubo de la salida del agua debe
ser giratorio de tal manera que al querer desocupar el estanque tan solo se necesita acostarlo
sobre el fondo.
120
Característica de las aguas naturales
c. Rebosadero: para evitar que el agua sobrante de lluvias o de exceso de caudal cause
desbordamientos se construye un rebosadero unos 5 a 10 centímetros por encima del nivel
del agua.
d. Caja de pesca: es una estructura localizada en la parte profunda del estanque, cerca del
desagüe, generalmente 30 cm por debajo del fondo. Sirve para recoger la cosecha cuando se
desocupa un estanque.
e. Bocatoma: es la estructura que se localiza en la fuente de agua, su dimensión depende del
caudal a tomar.
f. Desarenador: en pisciculturas a gran escala, con altas densidades y fuentes de agua que se
enturbian en invierno, es indispensable construir el desarenador que consiste en un estanque
con diferentes barrenas para retener los sedimentos y partículas en suspensión.
g. Canal de conducción: es la estructura que conduce el agua desde la fuente hasta los
estanques. Puede ser canal abierto o por tubería.
Entrada
Salida
Nivel del agua
Rebosadero
Dique
Caja de pesca
Figura 2.15 Partes que conforman un estanque en tierra
121
Capitulo 3
Abastecimiento de
agua
1.
2.
3.
4.
Fuentes de abastecimiento de agua
Recursos hídricos
Agua poco profundas, pozos, galerías filtrantes
Aguas profundas, sistemas de extracción, percusión y
rotación
Abastecimiento de agua
1. Fuentes de abastecimiento de agua
10.
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Cada sección de este capítulo ofrece, en cierto sentido, una exposición previa de las materias
examinadas con amplitud en las partes subsecuentes de este tratado en donde se estudian
como tópicos aislados para aprenderse detalladamente.. En cambio, en esta sección, las
materias aparecen en secuencia como partes del todo, con objeto de que puedan aprenderse
su propósito y su significado en el esquema general y quede explicada la necesidad de un
estudio más profundo.
Los sistemas de agua comprenden generalmente
1. obras de captación
2. obras para purificación
3. obras de conducción
4. obras de distribución
Las funciones y posiciones relativas de estos componentes en un abastecimiento de agua
superficial se bosquejan en la fig. 2-1. Las obras de captación, o toman líquido de una fuente
cuyo volumen es siempre adecuado para las demandas presente y futura, o bien, convierten
una fuente intermitentemente insuficiente en un abastecimiento continuamente apropiado.
Para asegurar un suministro suficiente, tanto de estación como durante épocas de demanda
elevada, deben almacenarse basta los excedentes anuales, para usarlos en tiempos de escasez.
Cuando la calidad del agua captada no es satisfactoria, se introducen obras para purificación
que la adecúan a los fines requeridos: el agua contaminada se desinfecta, la desagradable se
hace atractiva y de buen sabor, a la que contiene hierro o rnanganeso se le suprimen estos
elementos; la corrosiva se desactiva y la dura se suaviza.
Los sistemas de conducción transportan el suministró captado y purificado a la comunidad,
donde la red de distribución la sirve a los consumidores en el volumen deseado y a la
presión apropiada, Ordinariamente, el agua suministrada se mide con objeto de que su
consumo se cobre equitativa y frecuentemente, por la forma en que se disponga de ella
después de emplearla.
124
Abastecimiento de agua
CAPACIDAD REQUERIDA
Los suministros de aguas se diseño para satisfacer las necesidades de la comunidad durante
un periodo razonable de tiempo. La relación de consumo se expresa normalmente como el
uso medio anual en galones por persona y día (gppd) o en litros por persona y día (lppd) y las
desviaciones de la relación por estación, mes, día y hora se dan como porcentajes de la
media. En Norteamérica el rango del consumo es grande: de 35 a 600 gppd (de 132.5 a
1,992.5 lppd), variando radicalmente con las demandas industriales de agua. Relaciones
promedio entre 100 y 200 gppd (387.5 y 775.0 Ippd), son comunes, siendo una guía útil
considerar, para los requerimientos normales, un promedio generalizado de 150 gppd (568.1
lppd).
La capacidad de los componentes individuales de los sistemas está determinada por su
rendimiento. Los sistemas de distribución, por ejemplo, deben ser suficientemente grandes
para combatir y controlar conflagraciones serias, sin que falte el abastecimiento de los
consumos coincidentes máximos domésticos e industriales. Las demandas por incendio
varían con el tamaño y valor de las propiedades que van a protegerse y son, normalmente,
una función del tamaño bruto de la comunidad. El sistema de distribución que abastece el
distrito de valor elevado de una ciudad promedio con 100,000 habitantes, por ejemplo, debe
tener un exceso en capacidad de reserva para incendio igual, por sí solo, a la relación del
consumo promedio. Para comunidades pequeñas o mayores. La capacidad de reserva
disminuye o aumenta, dentro de cienos límites, más o menos, en proporción a la raíz
cuadrada de la población.
FUENTES DE ABASTECIMIENTO
La fuente de agua se determina comúnmente la naturaleza de las obras de colección,
purificación, conducción y distribución, las fuentes comunes de aguas dulces y su desarrollo
son:
1. Aguas lluvias
a) De los techados almacenada en cisternas; para abastecimientos individuales
reducidos.
b) De cuencas mayores preparadas, o colectores, almacenada en depósitos, para
suministros comunales grandes.
2. Agua Superficiales
a) De corrientes, estanques naturales, y lagos de tamaño suficiente, mediante toma
continua.
125
Abastecimiento de agua
b) De corrientes con flujo adecuado ce crecientes, mediante toma intermitente,
temporal o selectiva ce las aguas de avenida limpias y su almacenamiento en
depósitos adyacentes a las corrientes o fácilmente accesibles a ellas.
c) De corrientes con flujos bajos en tiempo de sequía, pero con suficiente- descarga
anual, mediante toma continua del almacenamiento de los flujos excedentes al
consumo diario, hecho en uno o más. depósitos formados mediante presas
construidas, a lo largo de los valles de la corriente.
3. Agua Subterránea
a) De pozos.
b) De manantiales naturales
c) De galerías filtrantes, estanques o embalses.
d) De pozos, galerías y, posiblemente manantiales, con caudales-, aumentados con
aguas provenientes de otras fuentes: 1) esparcidas sobre la superficie del terreno
colector, 2} conducidas a depósitos o diques de carga, o 3) alimentadas a galerías o
pozos de difusión.
e) De pozos o galerías cuyo flujo se mantiene constante al retornar al suelo las aguas
previamente extraídas de la misma fuente y que han sido usadas para enfriamiento o
propósitos similares.
A bordo de los barcos y en las tierras áridas, en donde el agua dulce no se encuentra en
disponibilidad inmediata, el agua salada o salobre puede tener que ser suministrada para
todos los usos, excepto los culinarios y los potables. Los barcos normalmente llevan agua
potable en tanques, pero a menudo también producen agua dulce por evaporación del agua
de mar.
Cuando no hay agua dulce para abastecer a la comunidad, aquélla se transporta por
carretera, por ferrocarril o por vía pluvial, o se produce total o parcialmente por
desalinización de agua salada o salobre. Las aguas medianamente salinas se desalinizan más
económicamente por electrodiálisis; las fuertemente salinas por evaporación y condensación.
Los suministros municipales pueden provenir de más de una fuente, combinándose
ordinariamente los rendimientos de las fuentes disponibles antes de hacer su distribución.
Son poco comunes los suministros públicos duales de diferente calidad. Sin embargo,
existen; por ejemplo: un abastecimiento de alto grado, para usos municipales generales y un
suministro de calidad inferior para usos industriales específicos o para extinción de
126
Abastecimiento de agua
incendios. A menos que el abastecimiento de baja calidad "(no potable) sea rigurosamente
desinfectado, su existencia es vista con recelo por las autoridades sanitarias, porque puede ser
interconectado, con dolo o sin él, al suministro de alto grado (potable).
AGUA DE LLUVIA
La lluvia es raramente la fuente inmediata de abastecimientos locales de agua. En cambio el
acopio de agua de lluvia está confinado a granjas y establecimientos rurales, generalmente en
regiones semiáridas, carentes de aguas satisfactorias subterráneas o superficiales. En casas
habitación, el agua de lluvia que escurre de los tejados se conduce a través de canales y
ductos de bajada a barriles o cisternas de almacenamiento situados sobre el piso o hechos en
el suelo. El almacenamiento transforma la recepción intermitente del agua de lluvia en una
fuente de suministro continuo. Para servicio municipal, generalmente deberán agregarse
vertientes o colectores situados en suelo naturalmente impermeable o impermeabilizado con
recubrimiento, cementado, pavimentación u otros medios similares.
El rendimiento bruto de aguas pluviales es proporcional el área receptora y a la cantidad de
la precipitación. Sin embargo, parte del agua es arrastrada por el viento hacia fuera de los
tejados y alguna se evapora o se pierde humedeciendo las superficies y los ductos colectores,
así como en llenar depresiones y canales inclinados impropiamente. También, en ocasiones,
debe desperdiciarse la primera corriente de agua porque contiene polvo, desechos de pájaros
y otras sustancias indeseables.
La pérdida total puede ser alta. Una compuerta desviadora o deflectora colocada en el ducto
de bajada permite la diversión selectiva del agua no deseada en el sistema. Los filtros de
arena permiten limpiar el agua a su entrada a la cisterna y previenen su deterioración debida
a crecimiento de organismos ofensivos y a los cambios consecuentes en sabor, olor y a otras
alteraciones en su apariencia y buen gusto.
El almacenamiento proporcionado por las cisternas depende de la distribución de las lluvias,
varía con la duración de los períodos secos y se aproxima generalmente a un valor
comprendido entre un tercio y la mitad del consumo anual. Al captar lluvias de intensidad
elevada, deberá procurase capacidad suficiente de reserva anterior a la filtración. Los tejados
raramente suministran mucha agua, debido a que su área es pequeña. Se requiere, por lo
tanto, un análisis escrupuloso de las tormentas pluviales y de las variaciones de la
precipitación durante las estaciones.
AGUAS SUPERFICIALES
127
Abastecimiento de agua
Los volúmenes mayores de aguas locales, se obtienen de fuentes superficiales. Las
cantidades que pueden captarse varían directamente con el tamaño del área colectora o
cuenca hidrológica, así como con la diferencia entre las cantidades que caen sobre ella y las
que se pierden por evaporación y transpiración (evapotranspiración). El significado de estas
relaciones con respecto al suministro de agua se ilustra en la Fig. 3.1. Si las cuencas de aguas
superficiales y aguas subterráneas no coinciden, puede entrar algo de agua subterránea desde
áreas cercanas de captación o bien, escapar hacia ellas.
Figura 3.1 Relaciones entre precipitación pluvial, escurrimiento, almacenamiento demanda en el
desarrollo de abastecimiento superficiales.
CONSUMO CONTINUO.
Las comunidades situadas a los lados de corrientes, estanques o lagos o en sus cercanías,
pueden abastecerse de ellos mediante consumo continuo, siempre que el flujo de la corriente
o la capacidad del estanque o lago sean lo suficientemente grandes durante todas las
estaciones del año para suministrar los volúmenes requeridos. Las obras de captación
incluyen ordinariamente:
1) Una rejilla, casa de compuertas o torre de toma;
128
Abastecimiento de agua
2) Un ducto de toma; y
3) En muchos lugares, una estación de bombeo.
En comentes pequeñas que abastecen a comunidades de tamaño moderado, una presa de
toma o represa de desviación puede crear la profundidad suficiente de agua para sumergir el
tubo de toma y protegerlo contra la congelación. El agua, generalmente, elevarse desde las
tomas cercanas a la comunidad hasta las plantas de purificación, y de ahí al sistema de
distribución (Fig. 3.2).
Figura 3.2 Consumo continuo de agua procedente de lagos y grandes corrientes.
La mayoría de las comentes grandes sufren contaminación procedente de las ciudades e
industrias situadas aguas arriba. La purificación de sus aguas se convierte entonces en una
necesidad. Las ciudades a orillas de lagos grandes protegen normalmente sus abastecimientos
contra las aguas negras propias, las vecinales y las residuales procedentes de procesos industriales, alejando las bocatomas de la ribera y purificando tanto sus aguas de toma como las
residuales. La desviación de las aguas negras hacia fuera de los lagos retardará su
eutrofización.
CONSUMO SELECTIVO.
A menudo no se usan las corrientes de flujo pequeño. Estas pueden utilizarse en otros usos
en los valles, o están tan contaminadas que no tienen aprovechamiento normal. En estos
casos, solamente se desvían aguas limpias hacia los depósitos construidos sobre praderas
adyacentes a la corriente o convenientemente situadas. El agua así almacenada debe
abastecer las demandas durante las temporadas en las que no es posible obtener flujo de la
corriente. Si el consumo está restringido a un trimestre, por ejemplo, el depósito deberá
contener, como mínimo, tres cuartas partes del abastecimiento anual. Debido a su selección
y almacenamiento prolongado, el agua puede requerir purificación.
129
Abastecimiento de agua
ALMACENAMIENTO.
Los ingenieros, en la búsqueda de aguas limpias que puedan llevarse y distribuirse a la
comunidad por gravedad, han desarrollado abastecimientos procedentes de corrientes de las
tierras altas. La mayoría de ellas se captan cerca de sus fuentes, en regiones esparcidas y
elevadas. Para que sean útiles, su descarga anual debe ser igual o mayor que la demanda de
la comunidad que van a abastecer durante algunos años. Debido a que en tiempo de sequía
sus flujos son escasos en relación a los requerimientos municipales, sus crecientes deberán
almacenarse en cantidad que asegure un abastecimiento adecuado. Los depósitos necesarios
se logran construyendo presas a través del valle de la corriente (Fig. 3.3). En esta forma,
puede utilizarse una cantidad de agua equivalente al flujo medio anual. El área que drena
hacia los almacenamientos se conoce como área de captación o cuenca hidrológica. Su
desarrollo económico depende del valor del agua en la región, pero es también una función
del escurrimiento y de su variación, de la accesibilidad de la cuenca, de la interferencia con
derechos existentes sobre aguas y de los costos de construcción.
Figura 3.3 Presa y torre de la toma para un abastecimiento por almacenamiento de aguas
superficiales.
Deberán darse tolerancias para compensar la evaporación de las nuevas superficies de agua
creadas por el almacenamiento, y a menudo también para considerar la descarga de flujos en
el valle situado aguas abajo de la presa (agua de compensación). Deberá considerarse
también el aumento de depósitos de tierra en el suelo y la disminución gradual de los
volúmenes de los almacenamientos por azolvamiento.
Las construcciones para la toma se incorporan a las presas de almacenamiento o se
mantienen separadas. Otros componentes importantes de los depósitos de almacenamiento
son:
1) vertedores de seguridad que facilitan el paso de flujos en exceso a la capacidad del
depósito.
130
Abastecimiento de agua
2) ductos desviadores que permiten el paso seguro de la corriente fuera del sitio de la
construcción hasta que el depósito quede terminado y su vertedor entre en acción.
El análisis de los registros de crecientes forma parte del diseño de estas construcciones
auxiliares.
Algunos abastecimientos procedentes de depósitos tienen agua suficientemente segura,
atractiva y de buen gusto como para ser usada sin otro tratamiento que su desinfección
protectora. Sin embargo, en ciertos casos puede ser necesario eliminar el color oscuro del
agua almacenada y propio de la descomposición de la materia orgánica en los pantanos y en
el fondo del valle inundado, los olores y sabores generados por la putrefacción o crecimiento
de algas, especialmente durante los primeros años después del llenado y la turbidez (arcilla o
limo finamente divididos) arrastrada hacia.
Las corrientes o depósitos por deslave superficial, acción del oleaje o erosión de las
márgenes. El uso recreativo de las cuencas hidrológicas y depósitos puede hacer necesario el
tratamiento del agua extraída del almacenamiento. Gran parte del agua de corrientes,
estanques, lagos y depósitos en tiempos de sequía, o cuando la precipitación está congelada,
es transminación del suelo. Sin embargo, se le clasifica como escurrimiento superficial en
lugar de como agua subterránea.
El agua brota del suelo cuando las corrientes superficiales son reducidas y se infiltra en aquél
cuando dichas corrientes superficiales son elevadas. La salida de agua de almacenamientos
subterráneos o de acumulaciones de nieve en las montañas altas es un factor determinante en
el rendimiento de algunas áreas de captación. Aun cuando las aguas superficiales se derivan
de la precipitación, las relaciones entre precipitación, escurrimiento, filtración, evaporación y
transpiración son tan complejas que los ingenieros prefieren basar correctamente sus cálculos
de rendimiento sobre los aforos disponibles de las .corrientes. Para facilitar una información
adecuada, los aforos deben referirse a una serie de años.
MANANTIALES.
Los manantiales, normalmente se aprovechan para captar el flujo natural de un acuífero.
Bajo circunstancias favorables, su rendimiento puede aumentarse mediante la introducción
de tubos colectores o galerías, situadas más o menos horizontalmente, dentro de las
formaciones freáticas que los alimentan. La polución, generalmente, se origina cerca del
punto de captación.
Esta se previene:
131
Abastecimiento de agua
1. excluyendo la infiltración de aguas poco profundas, circundando el manantial
mediante una cámara hermética que penetre hasta una distancia segura dentro del
acuífero
2. desviando el escurrimiento superficial hacia fuera de la vecindad inmediata (Fig. 3.4).
Algunos manantiales rinden menos de 1 gpm (3.785 lpm) otros producen más de 50
mgd (189 mld). Unos son perennes; otros son periódicos o intermitentes durante las
estaciones.
POZOS.
Dependiendo de las formaciones geológicas a través de las que pasar y de su profundidad,
los pozos son excavados, clavados, perforados, o barrenados en el suelo. Los pozos
excavados y clavados están restringidos comúnmente a suelo suave, arena y grava, a
profundidades normalmente menores de 100 pies (30.48 m). Los suelos duros y la roca
requieren generalmente pozos perforados o barrenados hasta profundidades de cientos y aun
miles de pies. En regiones bien provistas de agua, los pozos que tienen éxito, de profundidad
y diámetro moderados, proporcionan de 1 a 50 gpm (3.78 a 189 lpm) en roca dura y de 50 a
500 gpm (189 a 1,890 lpm) en arena y arena gruesa, así como en arenisca gruesa. Los pozos
de acuíferos profundos pueden suministrar 100 gpm (378.5 lpm) o más.
Excepto en roca dura, particularmente piedra caliza, sin cubierta de arena o grava, los pozos,
generalmente, no sufren polución por infiltración lateral, sino por entrada vertical de los
poluyentes en la superficie del suelo o cerca de ella. La polución se excluye mediante
revestimientos herméticos o sellos que penetran en el acuífero por lo menos 10 pies (3.048
m) bajo la superficie del área del pozo y su protección contra inundación por corrientes
cercanas.
GALERÍAS FILTRANTES.
Las aguas subterráneas que se desplazan hacia las corrientes o lagos, procedentes de tierras
altas vecinas, pueden ser interceptadas mediante galerías filtrantes, tendidas, más o menos, a
ángulos rectos a la dirección de flujo, y que conducen el agua entrante a las estaciones de
bombeo. En el caso de corrientes, el agua se lleva a conductos más o menos horizontales,
situados a ambos lados; a veces se cierra el lado que da al río, para excluir el agua, que se
infiltra del río mismo y que resulta a menudo, menos satisfactoria. Los depósitos y zanjas
filtrantes son similares en su concepción. Estos son, en esencia, pozos abiertos, grandes o
largos y de poca profundidad. Las cribas filtrantes construidas dentro de los depósitos
aluviales de los ríos interceptan el flujo subterráneo. También puede captarse agua
subterránea de los túneles y escalonamientos de minas, galerías excavadas en las laderas de
algunas montañas específicamente para este propósito o de minas abandonadas. Algunas
galerías filtrantes producen hasta un millón de galones (3.78 millones de litros) de agua por
132
Abastecimiento de agua
día por mil pies (304.8 m) de galería. Son particularmente útiles para explotar acuíferos de
espesor reducido o donde deben excluirse aguas salinas profundas.
DISPOSITIVOS DE RECARGA.
Como se bosquejó, el rendimiento de las obras para aguas subterráneas puede aumentar o
mantenerse a un nivel elevado mediante el esparcimiento o difusión de agua. Las estructuras
necesarias se construyen cerca de las obras de captación dentro de la cuenca subterránea.
Los diques o estanques de carga se llenan con aguas de ríos o lagos, mediante gravedad o
bombeo.
En el método por inundación, el agua desviada de corrientes se conduce a un área adecuada
de suelos permeables mediante embalses interceptores. El agua aplicada se absorbe en el
suelo y aumenta sus flujos naturales. El incentivo es el aumento de un abastecimiento
decreciente o inadecuado, o el aprovechamiento de la filtración natural como un medio para
purificar el agua. Las aguas superficiales fuertemente poluidas pueden ser parcialmente
purificadas antes ce ser introducidas a la estructura de carga. Algunas galerías y pozos de
difusión retornan aguas extraídas previamente del suelo, para enfriamiento u otros fines.
Las obras de captación de aguas subterráneas incluyen normalmente bombas. El agua fluye a
ellas de todo o gran parte del campo de pozos, ya sea por gravedad, a través de ductos
profundos, o bajo presión negativa, a través de la tubería maestra de succión. Se utilizan
unidades individuales de bombeo alternativamente, en especial, cuando el nivel freático se
encuentra a profundidades considerables.
La mayor parte de las aguas subterráneas son limpias, de buen gusto y frías. Sin embargo, el
paso a través de algunas capas del suelo puede hacerlas de sabor desagradable, repelentes,
corrosivas o duras (que consumen jabón). Bebe variarse su tratamiento de acuerdo con las
necesidades.
Para determinar el rendimiento de las áreas de aguas subterráneas, el ingeniero debe conocer
tanto la geología como la hidrología de la región. Puede aprender mucho de los suministros
existentes en áreas cercanas, pero su juicio definitivo debe, generalmente, basarse en el
comportamiento de pozos de prueba.
2. Recursos hídricos
11.
INTRODUCCION
133
Abastecimiento de agua
El agua es uno de los recursos fundamentales para la vida en la tierra, siendo el componente
básico de los ciclos ecológicos.
La cuestión de la disponibilidad de agua para el consumo humano en el mundo, es un tema
que hoy provoca discusión, aunque existe unanimidad en cuanto a la necesidad de su gestión
y racionalización.
El vertiginoso crecimiento de las actividades humanas, acompañado por el crecimiento
poblacional, por el consumo para la producción de bienes y por la contaminación generada,
ha comprometido la disponibilidad de ese recurso.
El agua dulce es considerada un recurso renovable, su formación y renovación está regida
por el ciclo hidrológico y las condiciones fisiográficas, que a su vez distribuye el agua de
forma irregular en toda la superficie terrestre
La escasez de agua dulce es un factor limitante para el desarrollo regional, pudiendo ser de
origen natural, donde las condiciones fisiográficas limitan la disponibilidad del recurso, o ser
provocada por el hombre, por sus actividades y por la densidad poblacional. La escasez de
agua dulce por actividades humanas es provocada por los índices de consumo (cantidad),
fundamentalmente por la degradación de la calidad del agua dulce debido a la
contaminación.
Las principales causas de esta escasez son: el problema de la contaminación de ríos y
manantiales de aguas superficiales y subterráneas, la contaminación del agua, por actividades
agropecuarias en zonas rurales, y principalmente en grandes centros urbanos, con la
disposición in natura de los desechos domésticos, la ocupación desordenada por la
disposición de efluentes de la industria, basuras, etc. así como por el consumo
indiscriminado.
Esta escasez nos ha llevado a la discusión, a la reelaboración y acción de planes de gestión de
los recursos hídricos, englobando no sólo a los órganos públicos (alcaldía/estado/ gobierno
federal), sino también a la comunidad representada por los usuarios del agua: las industrias,
las actividades agropecuarias y los ciudadanos.
En la conferencia de Mar del Plata (1977, en Heathcote 1998) fueron elaboradas grandes
líneas para la gestión del agua, que en síntesis serían:
1) La necesidad de que cada país tuviese un estatuto nacional sobre el uso, la gestión y
conservación del agua para la implementación de una política y un plan de uso del
agua;
134
Abastecimiento de agua
2) Una institución responsable de la investigación, desarrollo y gestión de los recursos
hídricos;
3) La elaboración y mantenimiento de una base legal de estructuras administrativas para
la gestión y planificación;
4) Esfuerzos para que haya una participación efectiva de usuarios y autoridades en la
toma de decisiones.
Los resultados de la Conferencia de Río (Eco-92), claramente apuntan a la necesidad de
gestión de sistemas, no solamente de algunos de sus componentes (Heathcote 1998). En
vistas de esa tendencia, los recursos hídricos tienen como unidad de gestión la cuenca
hidrográfica (watershed management), entendido como un sistema integrado, hoy de
consenso mundial (Heathcote, 1998).
La gestión de cuencas también debe ser multiparticipativa, donde en las decisiones de acción
deben estar incluidos todos los interesados, la comunidad (ciudadanos, empresas,
organizaciones no gubernamentales, etc.) y los tomadores de decisiones (órganos públicos
municipales, estatales, federales).
DEFINICIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS
Los recursos hídricos se constituyen en uno de los recursos naturales renovables más
importante para la vida. Tanto es así que las recientes investigaciones del sistema solar se
dirigen a buscar vestigios de agua en otros planetas y lunas, como indicador de la posible
existencia de vida en ellos Uno de los muchos tesauros multilingües útiles para encontrar
información bibliográfica acerca de recursos hídricos en muchos idiomas es Agrovoc
Distribución y áreas de investigación
La distribución del agua en el planeta Tierra, considerando la parte continental, es muy
variada, existiendo áreas con exceso de agua, como por ejemplo el Región del Darién, entre
Colombia y Panamá, y áreas extremadamente deficitarias, como el desierto de Atacama en el
norte de Chile, y eso para referirnos solamente a América del Sur. La correcta gestión de los
recursos hídricos ha dado pie a un sinnúmero de investigaciones en las más diversas áreas,
como:
1. La física, tratando de explicar en profundidad el ciclo del agua;
2. La química, preocupada con los parámetros de calidad;
3. La geografía, describiendo la disponibilidad espacial;
4. La hidrología, determinando su disponibilidad temporal;
5. La hidráulica, estudiando el comportamiento físico del agua, que no tiene nada
de simple, a pesar de que así parezca, no en vano, a Leonardo Da Vinci se
atribuye la sentencia, "Cuando tengas a quehacer con el agua, consulta primero la
experiencia y luego la razón"...
135
Abastecimiento de agua
6. La ingeniería, tentando modificar y adaptar la disponibilidad espacial y temporal
en función de las necesidades humanas con vistas a su desarrollo, y tentando
extraer su mayor provecho;
7. La ecología, preocupada en preservar los ecosistemas frágiles, casi siempre
relacionados a la presencia o ausencia del agua;
8. La administración pública, normando el uso para el bien común;
9. La investigación operacional, compatibilizando usos conflictivos entre sí;
10. El derecho, estableciendo y afinando normas y convenios internacionales para el
uso del agua en cuencas hidrográficas compartidas por dos o más países;
11. La defensa civil, preocupada en el control de eventos catastróficos, muy
frecuentemente ligados al agua, cuando hay en exceso, o cuando esta escasea.
EL RECURSO AGUA
El agua es distribuida irregularmente en toda la Tierra, debido a los diversos factores físicos
que influyen en esa distribución. El patrón de precipitaciones en todo el mundo es causado
por la circulación de la atmósfera que distribuye la humedad y la energía (UNESCO, 1997).
La mayor abundancia de lluvias se presenta en las regiones intertropicales y templadas de la
Tierra.
En la tabla 1, Rebouças, Braga y Tundisi (1999) presentan los flujos de agua por regiones
climáticas (Km²/año) a nivel global, demostrando la irregularidad de la distribución natural
de las precipitaciones y consecuentemente en la disponibilidad del agua en las diversas
regiones de la Tierra.
Tabla 3.1. Flujos de agua por regiones climáticas (Km²/año)
Zonas Climáticas
Zonas templadas (N y S)
Precipitación Evapotranspiración
Escorrentía total Escorrentía
de los ríos
de Base
49.000
27.800
21.200 (48%)
6.500
Zonas áridas
y semi-áridas
7.000
6.200
800 (2%)
200
Zonas intertropicales
60.000
38.000
22.000 (50%)
Total (mundo)
116.000
72.000
44.000 (100%)
6.300
13.000
Fuente: Rebuca, Braga y Tundisi 1999
En general los mayores valores de disponibilidad de agua se encuentran en la faja entre el
Trópico de Cáncer y de Capricornio; sin embargo, la situación climática y,
consecuentemente, la disponibilidad de agua de una región está relacionada con las
condiciones fisiográficas.
136
Abastecimiento de agua
Las aguas subterráneas poseen sus mayores reservas en regiones húmedas, sin embargo, su
mayor disponibilidad es también función de la capacidad de almacenamiento y transmisión
de agua de las rocas reservorios (Rebouças, Braga y Tundisi 1998)
Las reservas de agua en el mundo poseen la siguiente distribución: 97.2 % del total de agua
pertenecen a los océanos, seguidos por los glaciares (2.14 %). El agua subterránea
corresponde a 0.61 % de ese total, las aguas superficial 0.009%; la humedad del suelo
(0.005%) y el agua de la atmósfera 0.001 %. El agua subterránea corresponde a 98% del agua
potable disponible en la tierra (Fetter, 1994).
El ciclo hidrológico es el responsable de la distribución del agua y de su renovabilidad.
En síntesis, el ciclo comienza por el movimiento del agua en sus diversos estados físicos: ella
es evaporada por los océanos y se mueve a través de la atmósfera. El agua después se
condensa y cae en forma líquida en el océano, en el continente o revaporiza sin llegar a la
tierra o el mar. La precipitación que llega al continente hace varias trayectorias del ciclo
hidrológico.
Una parte se condensa en estado sólido y forma los glaciares, o precipita en forma de nieve,
o la lluvia y/o deshielo se escurre y forma un canal de drenaje. El canal de drenaje formará
ríos, lagos, etc. y esos cursos de agua podrán llegar hasta el mar reiniciando el ciclo, o
evaporarse, volviendo el agua a la atmósfera.
Si la superficie del suelo es porosa, el agua penetra en el suelo a través de la infiltración
(Fetter, 1994). El agua infiltrada podrá volver a la atmósfera por la transpiración de las
plantas, penetrar en el suelo y salir para un curso de agua (tales como manantiales, lagos, por
ejemplo), como también infiltrarse hasta llegar al agua subterránea. En esa zona saturada, el
agua podrá moverse hasta llegar al área de descarga, que podrá ser el océano nuevamente,
reiniciando el ciclo. La figura 1 presenta el ciclo hidrológico clásico.
137
Abastecimiento de agua
CICLO HIDROLÓGICO
Figura 3.4 El ciclo hidrológico clásico
En las áreas urbanas el ciclo hidrológico sufre muchas interferencias antrópicas, como la
impermeabilización de los suelos, pérdida de las conductoras de agua y alcantarillado,
evaporación de las aguas por las industrias, etc.
Los procesos principales del ciclo hidrológico son la evaporación/condensación,
evapotranspiración, precipitación y escorrentía superficial.
138
Abastecimiento de agua
La Evaporación, el proceso físico del pasaje del agua del estado líquido al gaseoso ocurre
continuamente, absorbiendo 590 calorías de la superficie sujeta a la evaporación por gramo
de agua por metro cúbico del aire. La evaporación continúa hasta que el aire se satura de
humedad medida en humedad absoluta (masa de aire en número de gramos de agua por
metro cúbico del aire). El valor máximo de humedad del aire, a una cierta temperatura,
alcanza la humedad de saturación que es directamente proporcional a la temperatura del
aire.
La humedad relativa para una masa de aire se define como la razón porcentual de la
humedad absoluta por la humedad de saturación, por la temperatura de la masa de aire
(Fetter, 1994)
La Condensación ocurre cuando la masa de aire no consigue soportar más su humedad, la
masa se enfría y la humedad de saturación cae. Si el valor de la humedad absoluta
permanece constante, la humedad relativa crece.
Cuando ese valor alcanza 100 %, algún reenfriamiento podrá traer como resultado la
condensación. El punto de rocío para una masa de aire es la temperatura en la cual comienza
la condensación (Fetter, 1994).
La Transpiración es el proceso por el cual las plantas continuamente captan agua del suelo y
la lanzan hacia la atmósfera. Ese proceso es función de la densidad y del tamaño de la
vegetación.
La Evapotranspiración es un término introducido que trata los procesos de evaporación y
transpiración conjuntamente, una vez que bajo condiciones de campo no es posible separar
totalmente la evaporación de la transpiración.
Thornthwaite define un valor máximo para las pérdidas de agua en un ecosistema por
evapotranspiración, denominado
Evapotranspiración Potencial. Las pérdidas en su mayoría ocurren en los meses de verano
con menor o ninguna pérdida en el invierno. El término
Evapotranspiración Real es utilizado para describir la cantidad de evapotranspiración que
ocurre bajo condiciones de campo (Fetter, 1994).
Según Manoel Filho (CPRM, 1997), la Evapotranspiración Real puede ser estimada por la
diferencia entre la precipitación y la evapotranspiración potencial. Si el resultado de la
diferencia entre la precipitación y evapotranspiración potencial fuera mayor que cero, la
evapotranspiración real es igual a la potencial, en el caso que el valor de esa diferencia fuera
negativa, la evapotranspiración real es igual a la precipitación.
139
Abastecimiento de agua
La Escorrentía Superficial se define conceptualmente cuando el valor de la precipitación
sobrepasa la capacidad de infiltración de un determinado suelo, y parte del agua o su
totalidad permanece en la superficie del suelo.
La precipitación, al alcanzar el suelo, puede infiltrase en suelos permeables que poseen una
capacidad finita de absorber agua (Fetter, 1994).
Cuando el suelo está seco, la capacidad de infiltración es alta, y a medida que el suelo se
humedece, esa capacidad decrece hasta alcanzar un valor más o menos constante, o de
equilibrio (Fetter, 1994). Si el índice de precipitación en esas condiciones, es mayor que ese
equilibrio, el agua permanece en la superficie del suelo iniciando el proceso de escorrentía,
que fluye por la acción de la gravedad de las partes más altas hacia las más bajas (Manoel
Filho, en CPRM 1997).
El agua que se infiltra y que alcanza el nivel freático será almacenando en el reservorio de
agua subterránea, que posee un movimiento constante (Fetter, 1994).
Para los estudios del ciclo hidrológico en el continente, la cuenca hidrográfica es la unidad de
estudio de la ciencia hidrológica. Se define como la ecuación hidrológica que sigue a la ley de
conservación de las masas, demostrada simplificadamente por la ecuación 1 (Fetter, 1994).
Entrada = salida ± Cambios en el Almacenamiento
Las entradas de agua pueden ser: precipitación, escorrentía superficial, flujo de agua
subterránea que entra en la cuenca, importación superficial de agua. Las salidas son:
evapotranspiración, evaporación de los cuerpos de agua, escorrentía de aguas superficiales,
salida de aguas subterráneas y exportación artificial del agua. Los cambios pueden ser: agua
de drenaje, ríos, lagos y represas, humedad del suelo en la zona vadosa, almacenamiento
temporario, irrigación, entre otras.
Las aguas también pueden provenir de magmas situados a grandes profundidades de la
corteza terrestre. Esas aguas magmáticas pueden alcanzar la superficie de la tierra y ser
incluidas en el ciclo hidrológico.
La Cuenca Hidrográfica está limitada por los divisores topográficos, y es el área donde los
canales de escorrentía de las aguas se dirigen hacia un punto particular de descarga.
En el caso del agua subterránea, se utiliza el concepto de cuencas de aguas subterráneas,
definida como un área bajo la superficie donde el agua se mueve a un punto de descarga
particular y está limitada por divisores de agua subterránea.
Los hidrogramas de un curso principal de agua son gráficos que muestran la descarga de un
río a un punto del área en función del tiempo.
140
Abastecimiento de agua
En ese punto, representan el resultado del comportamiento hidrológico de una cuenca
hidrográfica (Magalhães 1989).
La separación de los componentes del hidrograma tiene como objetivo, definir los
parámetros de escorrentía básica, bajo superficial y superficial.
La gestión de los recursos hídricos es un campo de la hidrología resultante de los problemas
que vienen creciendo a lo largo de los años, relacionados a las causas del deterioro de los
cuerpos de agua, que afectan el abastecimiento humano.
Según Ramos (1989) la gestión de los recursos hídricos posee tres aspectos básicos: la
legislación, las informaciones y los métodos o modelos de evaluación y decisión.
De acuerdo con Gleick (1993) el recurso hídrico para el consumo humano proveniente de
los ríos y lagos se estima en 90,000 Km³, o 0.26 % de la reserva total de agua dulce del
mundo.
La renovabilidad del agua puede darse en 16 días (media de los ríos) y en el orden 8 días,
para el agua en la atmósfera. Sin embargo, el período puede ser largo en los glaciales, aguas
subterráneas, océanos y en los grandes lagos.
En números estimados, un volumen equivalente a 505,000 Km³se evapora anualmente de la
superficie del océano, donde el 90% (458.000 Km³) retorna a los océanos en forma de
precipitación y el 10% (50,500 Km³) cae en los continentes (Gleick, 1993).
En los continentes, 119,000 Km³ (o 1000 mm/año) por año de agua precipita de la atmósfera
(contabilizadas 68,500 Km³ provenientes de precipitación local), donde 47,000 Km³ (35%)
retorna a los océanos en forma de ríos, suelos y escorrentía glacial. Hay un total de 1,130
mm de precipitación media que cae en la superficie de la tierra, o el volumen de 577,000
Km³.
Los ríos son la mayor fuente de agua dulce, utilizado extensivamente por la población
humana.
Los estudios de los recursos hídricos incluyen no solamente su evaluación en estado natural,
sino también las interferencias que actúan en los procesos causados por las actividades
humanas.
A pesar de su característica de renovabilidad, los impactos causados por las actividades
humanas afectan los regímenes de los ríos, su caudal medio anual y su calidad.
Según Shiklomanov (en Gleivk, 1993), se definen factores que pueden ser combinados de
acuerdo con la naturaleza y su efecto en los procesos hidrológicos en cuatro grupos:
1. Factores que principalmente afectan el flujo por los desvíos directos de agua de fuentes
(red de drenaje, lagos, acuíferos, etc.), el uso de esos estoques y cursos y la descarga de agua
141
Abastecimiento de agua
en el sistema del río (aguas retiradas para irrigación, para usos industriales y municipales,
abastecimiento de agua para la agricultura y desvío de cursos de ríos).
2. Factores que afectan el ciclo hidrológico y el recurso hídrico como resultado directo de la
transformación de la red de drenaje (construcción de reservorios y presas, represamiento y
estrechamiento de canales, excavaciones en las márgenes de los ríos, etc.).
3. Factores que alteran las condiciones de formación del flujo y otros componentes del
balance hídrico afectando las cuencas de drenajes superficiales (medidas agrotécnicas,
drenaje de pantanos y ciénagas, deforestación o reforestación, urbanización, etc.)
4. Factores de actividades económicas que afectan el curso, balance hídrico y el ciclo
hidrológico a través de las alteraciones generales de características climáticas a escala global o
regional, como resultado de las modificaciones antropogénicas de la composición de la
atmósfera y de la contaminación del aire, así como de los cambios de las características del
ciclo hidrológico debido al incremento de la evaporación resultante del desarrollo en larga
escala de medidas de gestión del agua.
El uso del agua es función de los siguientes factores:
el nivel de desarrollo económico, población y las peculiaridades fisiográficas (clima
principalmente) del territorio en cuestión (Shiklomanov, en Gleick 1993).
La tabla 3.2 representa una evolución del consumo mundial de recurso hídrico en escenarios
de uso de 1900 al año 2000. En valores totales, la tendencia es de crecimiento de la demanda
de agua para el año 2000, de sus valores totales e irrecuperables, en 3320 a 5190 Km³/año y
en 1950 a 2900 Km³/año, respectivamente, a pesar que en algunas regiones del mundo, es
visible la tendencia de estabilización de los valores de la demanda. El mayor consumidor del
recurso continúa siendo la agricultura, con grandes valores de uso irrecuperables, seguido
por las industrias con uso irrecuperable relativamente menor que la primera actividad.
La agricultura es responsable por el consumo de 69% del recurso total y 89% del uso
irrecuperable (1730 Km³/año)
La tabla 3.3 muestra informaciones sobre la escorrentía media de los ríos por regiones del
mundo, sus índices de aridez y consumo de agua (total e irrecuperable) en los años de 1980,
1990 y 2000.
A nivel mundial, existe la tendencia de aumento de la demanda del uso del agua,
característica de todas las regiones, con expectativas de mayores porcentajes de consumo en
Africa y América del Sur y decrecimiento de los valores en los países desarrollados
(Shiklomanov, en Gleick 1993).
142
Abastecimiento de agua
El clima también tiene influencia directa en el uso del agua. En climas áridos, en que el
recurso hídrico es mínimo, el déficit es alto pues se verifica el crecimiento del consumo en
esas regiones, causado por el desarrollo económico de las actividades humanas en esas
condiciones (Shiklomanov, en Gleick 1993).
143
Abastecimiento de agua
Tabla 3.2 - Uso del agua por actividades humanas en el mundo9
9
(Shiklomanov, en Gleick 1993)
144
Abastecimiento de agua
Tabla 3.3. Escorrentía anual y consumo de agua por continentes y por regiones fisiográficas
económicas del mundo
R/LP = relación entre R (balance de la radiación de la superficie húmeda), L (calor específico
de evaporación) y P (precipitación)
La tabla 3.4 presenta la disponibilidad calculada para las diversas regiones del mundo.
Esa disponibilidad depende de los factores naturales (clima, régimen de los ríos, etc.) como
también del uso de las actividades humanas que modifican esos factores naturales.
Los más bajos valores de disponibilidad se encuentran en África del Norte, Asia Central,
seguidos por las regiones del Norte de China y Mongolia, Sur y Oeste Asiáticos, Europa
145
Abastecimiento de agua
Central y Sur de la Unión Soviética (Europa), Sur, Oeste y Este de África y Sudeste y Asia
Trans caucasiana.
Los valores más altos se concentran principalmente en las regiones de Canadá y Alaska,
Norte de Europa, América del Sur, Australia y Oceanía, Siberia y Extremo Este de Asia.
Shiklomanov (en Gleick, 1993) apunta que esa distribución no uniforme de la oferta de
recursos hídricos y la disminución de la disponibilidad frente al crecimiento del consumo de
las actividades humanas, es nítida.
Tabla 3.4. Disponibilidad de agua en las diferentes regiones del Mundo (Gleick, 1993).
En América Latina la situación de la utilización de los recursos hídricos se representa en la
tabla 3.5 donde se contabiliza la situación de extracción anual de agua per cápita, por país
latinoamericano. En la tabla, la disponibilidad de los recursos del continente per cápita es
demostrada para los países de América Latina. Los países de mayor consumo de agua en
146
Abastecimiento de agua
América Latina, Argentina y Chile, no poseen un valor de disponibilidad per cápita
correspondiente. La situación más crítica es la de México, el tercer país de mayor consumo,
siendo también uno de los países de menor disponibilidad per cápita.
Brasil se encuentra con bajo índice per cápita de consumo y buena disponibilidad de
recursos hídricos. No obstante, esos valores poseen gran variación dentro del país, dada por
la extensión territorial, diversidad de climas y distribución poblacional y socioeconómica
diferentes.
Además de las áreas de clima semiárido, así como, en otro extremo, regiones de alta
pluviosidad, que influencian la escasez o abundancia del recurso, las actividades económicas,
principalmente en grandes centros urbanos intervienen, sobremanera, la disponibilidad del
área.
El caso del Estado de São Paulo es uno de los ejemplos en que la alta tasa de población
acoplada al desarrollo industrial y agropecuario reduce la disponibilidad del recurso hídrico
en las regiones metropolitanas.
Tabla 3.5. Extracción Anual per cápita y Disponibilidad per cápita de los Recursos Hídricos
en América Latina (UNESCO, 2000).
País
Belice
Paraguay
Guatemala
Colombia
El Salvador
Bolivia
Uruguay
Brasil
Perú
Nicaragua
Venezuela
Honduras
Ecuador
Panamá
Costa Rica
México
Argentina
Chile
Extracción anual
per cápita (m³)
104
110
139
172
184
245
245
245
301
320
382
510
567
744
780
875
1042
1523
País
Perú
El Salvador
México
Honduras
Guatemala
Uruguay
Paraguay
Argentina
Ecuador
Costa Rica
Colombia
Brasil
Chile
Bolivia
Venezuela
Nicaragua
Panamá
Belice
EL RECURSO AGUA SUBTERRANEA
a) Introducción
147
Disponibilidad
per cápita (m³)
1.8
3.5
4.1
11.6
11.9
18.9
20.8
21.0
28.4
29.8
32.0
33.7
34.4
39.9
42.4
44.3
57.3
80.8
Abastecimiento de agua
El estudio del agua subterránea, que en este trabajo lo mostramos con mayor detalle, tiene
por objetivo presentar los principios básicos que rigen esa área del conocimiento científico,
suministrando las bases para la planificación y la gestión de este recurso hídrico.
La Hidrogeología puede ser definida como ―el estudio de las leyes que gobiernan el
movimiento de las aguas subterráneas, las interacciones mecánicas, físicas y termales de esa
agua con el sólido poroso y el transporte de la energía, constituyentes químicos y materia
particulada por el flujo‖.
Actualmente la hidrogeología es una ciencia amplia que comprende varios enfoques. Fetter
(1994), divide el trabajo del hidrogeólogo en tres campos: investigación, resolviendo
problemas referentes al abastecimiento y control del agua para consumo y resolviendo
problemas de contaminación del agua subterránea.
Este capítulo puede ser dividido en dos partes, el primero aborda los conceptos
fundamentales de la hidrogeología, su participación en el ciclo hidrológico, la dinámica física
y química y sus principios y técnicas de análisis. En la segunda parte, el agua subterránea es
evaluada como recurso hídrico, donde son presentados los estudios dirigidos hacia la gestión
del recurso, tales como el análisis de su potencialidad, disponibilidad y calidad, así como los
métodos de abordar los mismos.
b) El agua subterránea en el ciclo hidrológico
En este capítulo se describen los procesos principales del ciclo hidrológico, la trayectoria del
agua bajo la superficie, por el proceso de infiltración, básicos para la comprensión de la
formación del recurso hídrico subterráneo.
El perfil de infiltración del agua es mostrado en la Figura 3.5. El agua del ciclo hidrológico
que se infiltra en el suelo atravesando dos grandes zonas del perfil de infiltración: la Zona de
Aireación (denominada Zona No Saturada o Vadosa) y la Zona Saturada o de Saturación.
El agua subterránea, como parte integrante del ciclo hidrológico sufre la influencia de los
procesos de superficie, que interferirá en el comportamiento de la recarga de los acuíferos y
las características del agua subterránea.
La Zona No Saturada es la región situada entre la superficie del terreno y la zona de
saturación del agua. Se caracteriza por la presencia de poros rellenos por aire y agua. Ella
puede ser dividida en:
1) Zona de agua del suelo o zona de evapotranspiración, limitada por la superficie del
terreno y los extremos radicales de la vegetación (CPRM 1997), cuyo espesor puede variar de
pocos centímetros hasta varios metros. Se caracteriza por la presencia del fenómeno de
evapotranspiración causada por las plantas.
148
Abastecimiento de agua
2) Zona Intermedia, caracterizada por la presencia de capilaridad del agua, que no se mueve
debido a las fuerzas higroscópicas y capilares. Ella se extiende de la base de la zona de agua
del suelo hasta la parte de la Zona Capilar
3) Zona Capilar, es la última subdivisión de la zona de aireación, y se caracteriza por la
presión existente ser menor que la atmosférica y su límite superior poseer forma irregular. La
variación del espesor de esa zona es función de las propiedades y de la homogeneidad del
suelo. En materiales gruesos, el tamaño de la zona es prácticamente cero mientras que puede
variar para más de 3 metros en materiales finos.
La Zona Saturada se sitúa debajo de la superficie freática y se caracteriza por el relleno de
todos los poros vacíos por agua y es área de estudio de la hidrogeología. La figura 3.5
presenta los tipos de acuíferos y capas confinantes.
Figura 3.5. Perfil de Infiltración del Agua (CPRM 1997, modificado de Bear y Verruijit 1987)
149
Abastecimiento de agua
Figura 3.6 Tipos de acuíferos
En esta zona se definen los siguientes tipos de rocas relativos a la capacidad de
almacenamiento y transmisión de agua.
Acuífero es el término usado para la formación geológica o grupo de formaciones, que
almacenan agua y permiten el movimiento de determinado volumen bajo condiciones
naturales suministrando agua en cantidades significativas.
El Acuífero es libre cuando su límite superior es la superficie freática, y su movimiento es
controlado por la inclinación de la superficie freática, bajo condiciones de presión
atmosférica.
Un tipo especial de acuífero libre es el Acuífero suspendido, definido como un área de
acumulación de agua por encima de una capa impermeable de corta extensión, en la zona no
saturada.
El Acuífero es confinado cuando la roca acuífera es limitada por las capas confinantes
(impermeables) y está bajo una presión interna mayor que la atmosférica.
La superficie potenciométrica es definida como una superficie imaginaria que se encontrará a
una altura correspondiente a la presión hidrostática causada por el confinamiento del
acuífero.
150
Abastecimiento de agua
La condición de artesianismo ocurre cuando la superficie potenciométrica se encuentra
encima de la elevación del terreno.
Los acuíferos costeros se sitúan en la región litoral y son casos especiales de estudio debido a
su comunicación con el agua de mar. El agua dulce flota por encima del agua salada, por
diferencia de densidad y están separadas por una zona difusa (denominada de interface salina
o cuña salina).
La relación Ghiben – Heizberg:
Ejemplifica la problemática de explotación de este tipo de acuífero, pues cada metro de
columna de agua dulce equivale a 40 metros de agua salada.
En la zona saturada existen formaciones geológicas que no se identifican como acuíferos, o
sea, no almacenan ni trasmiten agua:
Estos reciben las siguientes denominaciones:
Acuicludo – se caracteriza por su incapacidad de poder trasmitir grandes cantidades de agua,
pero es capaz de almacenarlas; serían las camadas confinantes de un acuífero confinado.
Acuitardo – es una clasificación intermediaria entre el término acuífero y acuicludo, definida
como una capa semipermeable, que almacena y transmite lentamente agua en una cantidad
menor que el acuífero.
Acuífugo – es una capa impermeable, que ni contiene ni trasmite agua.
c) Propiedades de los Acuíferos y Flujo de agua subterránea
Los principios fundamentales del movimiento del agua subterránea son descritos en este
ítem y comprenden la definición de las características del acuífero, que controlan el
almacenaje y la transmisión del agua y las leyes que rigen el flujo de las aguas subterráneas.
El acuífero puede estar caracterizado por las siguientes propiedades:
La porosidad de la roca acuífera, la propiedad que caracteriza a los espacios vacíos por
donde pasa el agua, puede ser clasificada en cuanto a su origen en primaria y secundaria.
La porosidad primaria de un acuífero es aquella que se formó al mismo tiempo que la roca
acuífera. Consisten en poros de las rocas sedimentarias. La porosidad secundaria es aquella
151
Abastecimiento de agua
que se forma después que se formó la roca acuífera, y en general son fisuras, fracturas, juntas
y canales de disolución, entre otros.
La porosidad es un parámetro cuantificable y los siguientes parámetros se expresan así:
1. Porosidad (h): es el vacío de las rocaso del suelo, expresado en porcentaje. Es
denominado también Porosidad Total.
Ec.1
Vv: es el volumen de espacio vacío en unidad de volumen de material (L³)
V: es la unidad de volumen del material, incluyendo vacíos y sólidos (L³ )
2. Porosidad Efectiva (he): es la porosidad por donde el fluido pasa, y se expresa por la
ecuación:
Ec.2
VD: es el volumen de agua drenada por gravedad y V, el volumen total del cuerpo
rocoso
La porosidad total y efectiva son grandezas a dimensionales y pueden ser expresadas en
porcentaje.
La porosidad total puede ser expresada por:
Donde:
Sy = Caudal específico
Sr = Retención específica
El Caudal Específico, también denominado porosidad efectiva, se define como el volumen
efectivo de agua que puede ser suministrada por un determinado material rocoso.
4. Retención Específica (Re): es el porcentaje de volumen de agua que queda retenida. La
Porosidad Total es, por tanto, la suma de la Porosidad Efectiva y la Retención Específica.
La tabla 3.6 presenta algunos valores de almacenamiento específico encontrados en la
literatura científica (Fetter, 1994).
5. Movimiento de las aguas subterráneas: es explicado por la Ley de Darcy (1856), que
afirma que la cantidad de flujo en un medio poroso es proporcional a la pérdida de carga e
inversamente proporcional al largo de la trayectoria del flujo.
152
Abastecimiento de agua
Henry Darcy, ingeniero hidráulico francés, dedujo su ecuación a través de estudios
experimentales en columna de arena. En la columna de arena de la sección transversal A y
con una distancia L entre dos piezómetros, se escurrió un volumen Q de agua.
En la ecuación de Bernoulli, se representan, entonces, las cargas totales de la relación en un
plano referencial (Todd 1959).
Donde:
p = presión
g = peso específico del agua
v = velocidad del agua
g = aceleración de la gravedad
z = elevación con relación al plano de referencia (Datum)
h1 = pérdida de carga
Las velocidades v1 y v2 son despreciadas pues tienen valores muy bajos.
La ecuación queda:
La pérdida de carga se define como la pérdida de potencial dentro del cilindro de arena.
Esta pérdida de potencial es causada por la pérdida de energía a través de la resistencia al
movimiento. Darcy, entonces, muestra que el flujo Q es proporcional a la pérdida de carga
(h1) e inversamente proporcional a L.
De esta manera, con la constante K, la ecuación se expresa como:
Donde:
dh/dl es el GRADIENTE HIDRÁULICO
v= velocidad del flujo o velocidad aparente o velocidad de Darcy (L/T)
153
Abastecimiento de agua
K = Conductividad Hidráulica (L/T)
La velocidad de Darcy es en realidad una tasa volumétrica de flujo por unidad total de área
(L3/T/L2) (Cleary en Ramos et al., 1989). El área total de la sección transversal de la columna
de arena calculada por Darcy contabiliza el volumen ocupado también por los granos.
Por tanto, la velocidad real del flujo varía de acuerdo con el medio y se expresa así:
Donde he = porosidad efectiva del medio poroso
La ley de Darcy es válida para la mayoría de las velocidades y litologías diferentes (Cleary en
Ramos et al., 1989). Pues v aumenta gradualmente con el gradiente. Esta ley no es válida
tanto en velocidades muy bajas (se desvía del comportamiento de la recta), en arcillas muy
compactas o en velocidades muy altas, como en ciertos casos de acuíferos fracturados (Cleary
en Ramos et al., 1989).
5. Conductividad Hidráulica (K): expresa la facilidad con la cual el fluido es transportado a
través del medio poroso.
Tabla 3.6. Valores de Almacenamientos Específicos para algunos tipos de materiales (Fetter,
1994).
Material
Arcilla
Arcilla arenosa
Limo
Arena fina
Arena media
Arena gruesa
Arena muy gruesa
Gravas finas
Gravas medias
Gravas gruesas
Almacenaje Específico
Máximo
Mínimo
Media
5
12
19
28
32
35
35
35
26
26
0
3
3
10
15
20
20
21
13
12
2
7
18
21
26
27
25
25
23
22
(Bear,
1979). Posee dimensión escalar (L/T) y es dependiente de la matriz y de la propiedad
del fluido. Puede ser definida también como la tasa volumétrica de flujo por unidad de área
por unidad de gradiente (Cleary en Ramos et al., 1989).
El valor de este parámetro está en función del material geológico, cuanto mayor es la
permeabilidad del material, mayor es su conductividad hidráulica.
154
Abastecimiento de agua
Donde:
k = es la permeabilidad intrínseca
m = viscosidad dinámica del fluido
g = peso específico; g = Rg, en que R es la densidad y g, la aceleración de la gravedad.
La permeabilidad intrínseca (k) es dependiente de la roca matriz y posee unidad (L2). El
cálculo de k puede ser dado a través de varias expresiones, empíricas, por derivaciones
teóricas de la Ley de Darcy o por consideraciones dimensionales con verificaciones
experimentales (Bear, 1979). En la industria del petróleo, la unidad de medida de la
permeabilidad intrínseca es el darcy, que es equivalente a
9.87 x 10-9 cm²
La tabla 3.7 presenta variaciones de las permeabilidades intrínsecas y conductividades
hidráulicas para sedimentos no consolidados.
6. Transmisividad (T): es el flujo de agua que se escurre a través de una faja lateral vertical de
ancho unitario y espesor de camada saturada, cuando el gradiente hidráulico es igual a 1. La
unidad de medida es (L³/T.L).
Su valor varía de valores menores que 0.50 a mayores que 500 m³/h.m. En el primer caso, el
acuífero con aquel valor de transmisividad atendería apenas las necesidades domésticas, en el
otro extremo, podrían atender a las industrias, irrigación o al abastecimiento público.
(CETESB, 1974).
La Transmisividad puede ser calculada por la siguiente ecuación:
Donde:
K = conductividad hidráulica (L/T)
b= espesor saturada del acuífero
La transmisividad indica, así, cuál es el volumen de agua que se moverá en el acuífero.
7. Coeficiente de almacenamiento (S): se define como el volumen de agua que sale o que
entra en el acuífero por unidad de área horizontal o por unidad de variación de rebajamiento
(CETESB, 1974). Es el volumen de agua que una unidad permeable absorbe o trasmite del
reservorio por unidad de área por unidad de cambio en la carga hidráulica, siendo
adimensional (Fetter, 1994).
En la zona saturada, la carga hidráulica crea presión, afectando el acomodo de los granos
minerales y la densidad del agua en sus vacíos; con el aumento de la presión, el esqueleto de
la roca se expande, o se retrae con el cese de la presión. Por otro lado, el agua se contraerá
con el aumento de la presión y/o se expandirá cuando ésta cese.
155
Abastecimiento de agua
Tabla 3.7- Variación de la permeabilidad intrínseca y conductividad hidráulica para
sedimentos no consolidados (Fetter, 1994)
Material
Permeabilidad Intrínseca
(darcys)
Conductividad Hidráulica
(cm/s)
Arcilla
Limo, limos arenosos,
areno arcillosos, arenas y till
Arenas limosas, arenas finas
Arenas bien seleccionadas,
sedimentos glaciales
10-6 a 10-3
10-9 a 10-6
10-3 a 10-1
10-2 a 1
10-6 a 10-4
10-5 a 10-3
1 a 10-2
10-3 a 10-1
Gravas bien seleccionadas
10 a 10-3
10-2 a 1
De este modo, cuando la carga hidráulica se reduce, el esqueleto de la roca se comprime,
reduciendo la porosidad efectiva y exhalando agua. El agua adicional es liberada cuando el
agua de poros se expande, debido a la baja de presión (Fetter. 1994).
El Almacenamiento Específico (Ss) es por tanto el volumen de agua por unidad de volumen
de una formación saturada que es almacenada o exhalada por compresión del esqueleto
rocoso y del agua por unidad de variación de la carga hidráulica.
El Almacenamiento Específico (Ss) se expresa por la ecuación:
Donde:
r = densidad del agua (M/L3)
g = aceleración de la gravedad (L/T2)
a = compresibilidad del esqueleto del acuífero (1/(M/LT2))
h = porosidad
b = compresibilidad del agua (1/(M/LT2)
El Almacenamiento Específico posee dimensiones 1/L y valores muy pequeños.
En acuíferos confinados, cuando la carga hidráulica se reduce, la superficie potenciométrica
todavía permanece encima de ese acuífero, manteniendo el acuífero saturado, a pesar del
agua liberada (Fetter, 1994).
En este caso, el Coeficiente de Almacenamiento de un acuífero confinado se expresa:
Donde:
Ss = almacenamiento específico (1/L)
b = espesor del acuífero (L)
156
Abastecimiento de agua
El valor del coeficiente de almacenamiento encontrado en acuíferos confinados es del orden
de 0.005 o menor (Fetter, 1994).
Para los acuíferos no confinados, el espesor saturada varía con las variaciones del volumen
de agua almacenada, o, el agua es drenada de los espacios de los poros, función del Caudal
Específico del acuífero.
adimensional
Donde:
b = espesor saturada
Sy = caudal específico
Ss = almacenamiento específico
El valor de caudal específico, en general, es mucho mayor en varios grados de magnitud del
producto bSs. El almacenamiento, por tanto, en esos casos es igual al caudal específico.
8. Conceptos de Homogeneidad e Isotropía: son propiedades del material rocoso, que
indica que el acuífero posee las mismas propiedades en toda su extensión, o no.
El acuífero es homogéneo si presenta las mismas características en toda su extensión. Es
heterogéneo, cuando las propiedades hidráulicas varían espacialmente.
En términos de conductividad hidráulica, el acuífero es homogéneo si K posee el mismo
valor en cualquier dirección en que es medido.
Es isotrópico si K en la dirección x es igual que en la dirección y. La figura 4 presenta las
combinaciones posibles entre homogeneidad y anisotropía.
9. Representación del Flujo de las Aguas Subterráneas: el flujo de las aguas subterráneas es
representado gráficamente por las líneas de flujo.
La Línea de Flujo es una línea imaginaria que representa el flujo del agua subterránea y su
movimiento.
La Línea Equipotencial es la línea que define puntos de igual carga hidráulica. La línea de
flujo indica la dirección del agua subterránea.
En acuíferos isotrópicos las líneas de flujo cruzan las líneas equipotenciales en ángulos rectos;
en los anisotrópicos, las líneas de flujo cruzan las equipotenciales en un ángulo indicado por
el grado de anisotropía y la orientación del tensor elipsoidal del gradiente de carga hidráulica
(Fetter, 1994).
157
Abastecimiento de agua
Las líneas de flujo y las líneas equipotenciales forman mapas potenciométricos.
Los mapas potenciométricos pueden ser usados para estimar las direcciones del flujo, las
velocidades y áreas de recarga, descarga y bombeo de un acuífero, y si el río es influente o
efluente. Pueden demostrar los cambios en las condiciones geológicas y calcular las
transmisividades utilizando los espacios entre las líneas equipotenciales (Cleary en Ramos et
al., 1989).
El flujo de agua subterránea, en contacto con medios de conductividad hidráulica diferentes
cambian la dirección, obedeciendo a la Ley de Refracción, expresada como:
Los cambios de K pueden ser observados a través de los espacios entre las líneas
equipotenciales. Otro factor que influye en estos espacios es la reducción de la espesor del
acuífero (Bear, 1979).
La figura 3.7 presenta las diversas formas de líneas de flujo y equipotenciales que pueden ser
encontradas.
El ejemplo de las aguas superficiales, se define también como el divisor de las aguas
subterráneas, que es una línea que separa flujos que se dirigen a las zonas de descargas
diferentes.
Los ríos influentes son definidos como los ríos que aportan agua al acuífero. Los ríos
efluentes son abastecidos por el acuífero. Hay casos en los cuales el río aporta agua al
acuífero, pero no está en contacto con él, así como tampoco existe relación entre el río y el
acuífero (confinado por camada impermeable).
Una estimativa para la determinación de la recarga de agua subterránea en una cuenca
hidrográfica está basada en el uso de hidrogramas de 2 o más años consecutivos, por medio
de la recesión de la escorrentía básica, explicado en Fetter (1994).
Los valores de descarga de un puesto fluviométrico son colocados en gráficos bilogarítmicos
de caudal por tiempo.
Las escorrentías básicas están definidas en el gráfico, considerando su partida cuando se
inicia la caída del nivel en el verano (que se encuentra por encima del nivel freático) y
termina cuando ocurre la primera descarga de la primavera. La descarga potencial total de
agua subterránea es el volumen de agua subterránea que sería descargado en una recesión
completa (Fetter, 1994).
158
Abastecimiento de agua
Figura 3.7. Combinaciones posibles entre homogeneidad y anisotropía (Freeze y Cherry, 1979)
Figura 3.8. Situaciones típicas de las líneas de flujo y equipotenciales (Bear, 1979).
159
Abastecimiento de agua
Ese volumen puede ser expresado por:
Donde:
Vtp = volumen de descarga potencial total de agua subterránea (L3)
Q0 = escorrentía básica al inicio de la recesión (L3/T)
T1 = tiempo que se necesita para que la escorrentía vaya de Q0 a 0.1 Q0 (T)
La recarga de agua subterránea es la diferencia entre la descarga potencial de agua
subterránea que permanece en el fin de la recesión de un período con la descarga potencial
total del agua subterránea al inicio de la próxima recesión.
La escorrentía básica potencial, V1 (L³), que permanece en un tiempo t (T) después del inicio
de un período de recesión está dado por:
El cálculo asume que: no existe un uso irrecuperable de agua subterránea en la cuenca, de
modo tal que, todo el caudal de agua subterránea está dado por la escorrentía de los ríos
(Fetter, 1994).
10. Ecuación Fundamental del Flujo de agua subterránea: en teoría, ella es propuesta para
acuíferos confinados y libres; asume las tres componentes diagonales de un tensor de nueve
componentes (Cleary en Ramos et al.,1989).
Donde:
H = carga total
Kxx, Kyy, Kzz = componentes principales del tensor de conductividad hidráulica
Ss = coeficiente de almacenamiento específico
W = fuentes o sumideros de agua del acuífero
t = tiempo
d = representación de la derivada parcial
d) Potencialidad y disponibilidad del recurso hídrico subterráneo
160
Abastecimiento de agua
La evaluación de la potencialidad y de la disponibilidad de los recursos hídricos subterráneos
es un capítulo importante dentro de la hidrogeología, pues aporta bases para el
establecimiento de la gestión de los recursos hídricos.
La evaluación de la potencialidad engloba los estudios básicos de hidrogeología,
caracterizando la dinámica de los sistemas acuíferos, y su productividad en vista de buscar
principalmente abastecimientos humanos, industriales y agropecuarios.
La caracterización del potencial y el perfil socio-económico de la región son parámetros de
análisis, pues establecen un escenario del consumidor, así como establecen números para los
cálculos de la disponibilidad de los recursos hídricos subterráneos.
La potencialidad puede ser definida en base a los cálculos de reservas. Según Costa (en
Feitosa y Manoel Filho, 1997), la escuela francesa clasifica las reservas en cuatro tipos:
Reservas reguladoras – es el volumen de agua libre almacenada por el acuífero por la recarga
importante, siendo sometidas al efecto de la variabilidad del ciclo hidrológico.
Esta reserva puede ser calculada por la expresión:
Donde:
T = transmisividad hidráulica del acuífero (L/T)
i = gradiente hidráulico del flujo de agua subterránea
L = largo de la frente de escorrentía
Un segundo cálculo es dado por Costa (op.cit,)
Donde:
A = área de ocurrencia del acuífero (L2)
Dh = variación del nivel de agua (L)
He = porosidad efectiva
Por fin, la reserva puede ser calculada con la ecuación:
Donde,
Dh = variación de nivel
A = área de ocurrencia del acuífero
S = coeficiente de almacenamiento
Reservas permanentes – denominadas seculares y profundas, son la cantidad de agua
almacenada en el acuífero que no varían con las estaciones del año, y sí por períodos de
varios años.
Las reservas permanentes son estimadas por las ecuaciones:
161
Abastecimiento de agua
En el caso de acuíferos no confinados, el estimado es dado por la ecuación:
Donde:
A = área de ocurrencia del acuífero (L2)
b = espesor media del acuífero (L)
he = porosidad efectiva
En acuíferos confinados:
Donde,
S = coeficiente de almacenamiento
Ac = área de ocurrencia del acuífero confinado (L2)
h = carga hidráulica media encima de la base de la camada confinante (L)
Reservas totales o naturales – es la sumatoria de las dos reservas descritas arriba y es el
volumen total de agua almacenada en un acuífero.
Reserva de explotación o recursos – son definidos como la cantidad máxima de agua que
podría ser explotada de un acuífero, sin riesgos o perjuicios al manantial. Estas reservas son
las reservas reguladoras y parte de las reservas permanentes y corresponden al concepto
americano de safe yield.
La disponibilidad del recurso hídrico puede ser estimada realizando estudios de consumo de
agua subterránea por los cálculos de números de pozos activos por actividades humanas,
estimando el volumen explotado (por un tiempo definido – m³/s, m³/año, etc.) substrayendo
los valores de reservas estimadas.
Esos cálculos son estimados en locales donde no existen bases de datos suficientes para
precisar esos valores. Sin embargo, aportan buenos indicadores para la planificación y gestión
de los recursos hídricos de una región.
La figura 3.9 muestra la importancia de las aguas subterráneas en América Latina.
La calidad de las aguas subterráneas es hoy el mayor motivo de preocupación para los
organismos de gestión, ya que la contaminación se hace presente ante innumerables
elementos contaminantes ya detectados, provenientes de fuentes diversas.
En la planificación y gestión de los recursos hídricos se utilizan como estrategias de
protección de acuíferos las cartas de vulnerabilidad de acuíferos y riesgo potencial de
contaminación.
La metodología GOD (Foster y Hirata, 1991) es presentada para los estudios de
vulnerabilidad de acuíferos y riesgos a la contaminación.
162
Abastecimiento de agua
La vulnerabilidad de un acuífero se define como la mayor o menor capacidad del mismo de
sufrir contaminación. Ella representa las características intrínsecas del acuífero que
determinan una mayor o menor susceptibilidad a la contaminación.
Figura 3.9 – Importancia del agua subterránea para el abastecimiento de agua potable en la Región
Latinoamericana y Caribeña (Foster, Ventura y Hirata, 1987)
De este modo, la vulnerabilidad es función de:
Inaccesibilidad de la zona saturada – que por su vez es función del grado de confinamiento
del acuífero, la profundidad del nivel freático o del acuífero, contenido de humedad de la
zona no saturada y conductividad vertical hidráulica del acuiperm o acuitardo.
La capacidad de atenuación de los contaminantes en la zona no saturada – se relaciona con
la distribución del tamaño del grano y las fisuras del acuiperm o acuitardo y con la
mineralogía del acuiperm o de la matriz del acuitardo. Foster y Hirata (1991) recomiendan la
163
Abastecimiento de agua
evaluación de la vulnerabilidad para cada contaminante o clase contaminante (nutrientes,
patógenos, microorganismos, metales pesados, etc.), para cada grupo de actividades
contaminantes (saneamiento in situ, cultivos agrícolas, disposición de efluentes industriales,
etc.).
La tabla 8 presenta una síntesis de las principales actividades potencialmente generadoras de
carga contaminante en el suelo.
Las limitaciones de la metodología son: la ausencia de informaciones suficientes y de datos
confiables. La interpretación de los mapas de vulnerabilidad debe ser hecha con mucha
precaución, ya que, el concepto no posee validez científica.
La clasificación de vulnerabilidad de los acuíferos se muestra en la Figura 3.10.
Foster (1987 en Foster y Hirata, 1991) definió el riesgo a la contaminación de las aguas
subterráneas como la interacción entre la carga contaminante, que es o será aplicada al suelo
por las actividades humanas, y la vulnerabilidad del acuífero a la contaminación, de acuerdo
con sus características intrínsecas.
Foster (1987 en Foster y Hirata, 1991) definió el riesgo a la contaminación de las aguas
subterráneas como la interacción entre la carga contaminante, que es o será aplicada al suelo
por las actividades humanas, y la vulnerabilidad del acuífero a la contaminación, de acuerdo
con sus características intrínsecas.
Los autores presentan la localización de los estudios de vulnerabilidad y riesgo a la
contaminación dentro de un esquema general de evaluación y administración del recurso
hídrico. La determinación de riesgo tendría el objetivo de identificar los acuíferos más
vulnerables y las actividades potenciales al riesgo máximo de contaminación, con el fin de
establecer estrategias para la protección de los acuíferos para las próximas etapas
(investigación y monitoreo de campo).
164
Abastecimiento de agua
Figura 3.10. Sistema GOD para la evaluación del índice de vulnerabilidad del acuífero (compilado
por Foster, 1987
e) Modelos de simulación de flujo de agua subterránea
Los modelos de simulación matemática son instrumentos de análisis para la mejor
comprensión de las condiciones hidrogeológicas de una cierta área de estudio, y prever
situaciones futuras o pasadas, partiendo de una situación real presente.
Actualmente los modelos matemáticos son empleados comúnmente para estudios
hidrogeológicos, principalmente en estudios de definición de perímetros de protección de
pozos y contaminación de aguas subterráneas.
En gestión de acuíferos, los modelos matemáticos son útiles para componer diversos
escenarios futura de explotación, de acuerdo con el crecimiento de la demanda, definida por
el crecimiento socioeconómico de la región.
La aplicación de modelos de simulación se basa en la ejecución de varias básicas, que se
inicia con la elaboración del Modelo Conceptual del área de estudios.
165
Abastecimiento de agua
Figura 3.11. Esquema conceptual del riesgo de contaminación de aguas subterráneas (modificada de
Foster 1987, en Foster y Hirata 1991).
GESTIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS
Para la gestión del agua a escala de cuenca hidrográfica es prioritario investigar el uso
conjunto de aguas fluyentes, combinado con reservas de aguas superficiales y subterráneas,
así como la utilización de fuentes alternativas de agua para usos no potables. También es
necesario predecir el efecto de los cambios que puedan producirse en el futuro sobre la
disponibilidad de recursos hídricos.
Gestión de cuencas.
Técnicas de utilización de modelos que integren espacial y temporalmente diferentes
recursos de agua (superficial, subterránea, depurada, desalinizada, etc.) bajo diversas
circunstancias (canales, embalses y depósitos artificiales, extracción de pozos, rebombeos,
etc.) para su utilización conjunta en contextos de demanda correctamente definidos y
caracterizados por su probabilidad de ocurrencia.
166
Abastecimiento de agua
Uso conjunto de aguas superficiales y subterráneas.
Desarrollo y aplicación de modelos de simulación y optimización para la gestión integrada de
recursos hídricos superficiales y subterráneos, tanto deficitarios como en equilibrio.
Análisis de las demandas para varios usos.
Elaboración de criterios técnicos, económicos y sociales para la gestión de los recursos de
agua, considerando su cantidad y calidad, y su utilización para la evaluación de alternativas.
Situaciones hidrológicas futuras.
Estudios regionales que permitan predecir el impacto sobre los recursos hídricos de
situaciones futuras distintas de las actuales: producidas por cambios climáticos, actuaciones
forestales y de conservación de suelos, incendios, etc. Estrategias de respuesta para paliar
estos impactos.
Calidad de las Aguas
Se considera prioritario evaluar la utilización de fuentes no convencionales de suministro de
agua (aguas residuales depuradas, aguas salobres desalinizadas) desde los puntos de vista
técnico y socioeconómico, y determinar los riesgos de su uso para elaborar criterios de
calidad. La investigación sobre los procesos de contaminación de aguas y sus tratamientos, se
contempla en el programa de I+D en Medio Ambiente.
Métodos para la toma de muestras de agua y de extractos de la zona no saturada.
Mejora de los métodos de muestreo de aguas superficiales, de extractos de la zona no
saturada y de aguas subterráneas; tratamiento, conservación y medidas in situ de las muestras,
así como conocimiento de su representatividad.
Desalinización de aguas salinas.
Mejora de la tecnología de desalinización del agua de mar y de aguas salobres con objeto de
reducir su coste.
Recursos no convencionales.
Definición de criterios de calidad para el uso de recursos hídricos no convencionales (aguas
residuales depuradas y retornos de zonas regables) en distintos aprovechamientos.
Problemas Medioambientales Relacionados con el Agua
167
Abastecimiento de agua
Se debe profundizar en el conocimiento hidrológico de los ecosistemas acuáticos, para
definir criterios medioambientales para la asignación y reserva de recursos hídricos, tanto
para la protección de estos ecosistemas como para su recuperación. También es necesario
disminuir el impacto ambiental de los regadíos sobre la calidad de las aguas superficiales y
subterráneas.
Ecosistemas acuáticos.
Estudio del funcionamiento hidrológico de ecosistemas relacionados con el agua: lagunas,
márgenes y riberas, y zonas húmedas. Determinación de la demanda de recursos hídricos
para su conservación y restauración.
Caudales de estiaje.
Estudio de los caudales de estiaje, especialmente en cuencas con escasa capacidad de
regulación. Determinación de caudales mínimos para la conservación de los ecosistemas
fluviales.
Aspectos medioambientales de las aguas subterráneas.
Repercusión de la explotación de acuíferos, en sus diversos regímenes anuales, en la descarga
en ríos y manantiales; su efecto en los caudales y en la vegetación de ribera y en otros
ecosistemas ligados a las aguas subterráneas, considerando también el efecto de la
transpiración de esa vegetación sobre el régimen de descarga.
Impacto ambiental de los regadíos.
Optimización del conjunto agua de riego, aplicación de fertilizantes y fitosanitarios y
reutilización del agua de drenaje, para mejorar la calidad de los retornos de las zonas regables
y de las aguas subterráneas.
Aplicaciones de Nuevas Tecnologías
Se pretende la aplicación de las nuevas tecnologías de teledetección y sistemas de
información geográfica a la investigación en hidrología y a la planificación hidrológica.
Teledetección.
Estudio de las posibilidades que ofrece la teledetección en hidrología: estimación de la
evapotranspiración de referencia, índices para la determinación del estado de humedad de
los suelos, clasificación de los usos del suelo con enfoque hidrológico, recarga y descarga de
sistemas acuíferos, control de la calidad de las aguas, etc.
168
Abastecimiento de agua
Sistemas de información geográfica.
Aplicación de los sistemas de información geográfica en la cartografía de variables y
parámetros hidrológicos. Desarrollo de modelos que consideren la variabilidad espacial de
los sistemas hidrológicos.
Sistemas de apoyo a la toma de decisiones.
Desarrollo de sistemas de apoyo que integren bases de datos hidrológicos, modelos de
simulación y sistemas de información geográfica, que a su vez permitan conectar con otros
factores socio- económicos, ambientales, etc.
En todos los apartados anteriores tendrán preferencia los proyectos interdisciplinares.
Hidrología Superficial
Se pretende mejorar el conocimiento y la cuantificación de los recursos hídricos
superficiales, así como los métodos de previsión y prevención de avenidas e inundaciones.
Evaluación de recursos hídricos.
Investigación sobre los factores que condicionan la precipitación en áreas de montaña y
desarrollo de modelos que reflejen su distribución espacial; criterios que puedan tenerse en
cuenta en el diseño de redes de medida en estas zonas de altitud elevada. Adecuación de
estas redes al conocimiento hidrológico de las cuencas; desarrollo de criterios y aplicación de
métodos para su mejora.
Determinación de las relaciones en régimen natural entre los flujos principales de agua en los
sistemas hidrológicos, la precipitación, la evapotranspiración y la aportación total.
Elaboración de modelos de cuencas en zonas áridas y semiáridas, con incorporación de
métodos que permitan cartografiar los parámetros hidrológicos de dichos modelos, a partir
de las características de las cuencas, con objeto de poder evaluar los impactos sobre los
recursos hídricos debidos a cambios en esas características.
Riesgos naturales de carácter hidrológico.
Investigación sobre crecidas de muy rara frecuencia: comparación entre el enfoque
determinístico basado en la precipitación máxima probable (PMP) y el estadístico de las leyes
de frecuencia de máximas precipitaciones; incorporación de información referida a
paleocrecidas. Estas investigaciones podrán servir de base para la elaboración de un mapa de
la PMP a escala nacional.
169
Abastecimiento de agua
Desarrollo de métodos para la estimación de parámetros de escorrentía y tiempos
característicos en modelos hidrológicos de simulación de crecidas en cuencas urbanas.
Elaboración de modelos en tiempo real para la predicción de hidrogramas de crecida de
forma que puedan ser incorporados a los Sistemas Automáticos de Información Hidrológica
(SAIH) y ser utilizados para la definición de criterios que permitan proyectar los
componentes de desagüe de las presas y optimizar su gestión.
Hidrología Subterránea
Dados los problemas que presenta la explotación de las aguas subterráneas en España, se
prestará especial atención a la recarga artificial de excedentes para contribuir a la mejora del
balance hídrico de acuíferos hoy sobreexplotados, a la intrusión de agua de mar en acuíferos
litorales, así como a la explotación conjunta de las aguas superficiales y subterráneas. Se
considera también prioritaria la investigación y desarrollo de técnicas de captación y de
materiales y filtros de sondeos.
Evaluación de recursos de agua subterránea.
Desarrollo de métodos contrastados para el cálculo de la recarga y su variabilidad temporal y
espacial en las diversas condiciones de clima, suelo y cobertura vegetal existentes en España.
Asimismo, serán prioritarias las investigaciones sobre métodos para determinar la
aplicabilidad y margen de error de un determinado método de cálculo de la recarga, aplicado
a cierto territorio, utilizando estaciones de datos más completos, estudios del medio no
saturado y de las fluctuaciones piezométricas, incluyendo aspectos químicos e isotópicos del
agua subterránea.
Estudio de sistemas acuíferos.
Mejora de las técnicas geofísicas de superficie y de profundidad para caracterizar las
propiedades hídricas del subsuelo, definiendo sus limitaciones, errores inherentes y
aparellaje idóneo, con atención a la metodología interpretativa.
Mejora de las técnicas de caracterización de las propiedades hidráulicas de los acuíferos - y
de su incertidumbre teniendo en cuenta las distintas circunstancias de las captaciones.
Propuesta de métodos de cálculo manual o computarizado y de los criterios para decidir la
bondad de los resultados a la luz de los datos disponibles.
Explotación de aguas subterráneas.
170
Abastecimiento de agua
Desarrollo de nuevos métodos para el diseño, perforación, construcción, equipado, acabado,
desarrollo y desinfección de pozos, con normas técnicas adaptadas a las circunstancias reales.
Técnicas de rehabilitación de pozos en las diversas circunstancias previsibles.
Investigación sobre materiales para captaciones (pozos y drenes) considerando su resistencia
mecánica y a la corrosión, durabilidad, desincrustabilidad, etc., con especial referencia a la
vida útil de captaciones para abastecimiento humano.
Gestión de sistemas acuíferos.
Técnicas de gestión de acuíferos costeros para su utilización normal o en situaciones de
emergencia, considerando el desplazamiento tolerable de los frentes de salinidad y los
requisitos de construcción y explotación de los pozos. Elaboración de modelos predictivos
de salinización.
Evaluación de las consecuencias de la utilización intensiva de acuíferos incluyendo grandes
descensos piezométricos, cambios en la calidad del agua por efectos naturales y antrópicos.
Desarrollo de técnicas para la explotación sostenible de estos acuíferos, específicamente la
recarga artificial.
Hidrología Agrícola
El objetivo prioritario en este área es determinar las demandas actual y futura de agua de
riego, particularmente en aquellas cuencas en las que se carece de información. Asimismo, es
prioritario fomentar el ahorro de agua en la agricultura de regadío, mediante la mejora de la
eficiencia de las redes de conducción y distribución, el desarrollo de nuevos métodos de
riego y el fomento de la reutilización del agua de drenaje.
Necesidades hídricas de los cultivos.
Comparación y calibración de métodos para la determinación de la evapotranspiración de
referencia de los cultivos de regadío a diferentes escalas: unidad de riego, zona regable y
cuenca hidrográfica. Determinación de los coeficientes de consumo.
Determinación de las necesidades hídricas de los cultivos de secano y de la vegetación
natural representativa de los principales ecosistemas.
Riego y drenaje.
Investigación sobre los efectos del déficit de agua y de la salinidad de los suelos sobre la
producción y calidad de los cultivos.
171
Abastecimiento de agua
Desarrollo de métodos para determinar las eficiencias de conducción y distribución del agua
y de mecanismos en las redes para el mejor aprovechamiento del agua. Mejora de la
eficiencia de los métodos y sistemas de riego a nivel de parcela.
Determinación de las necesidades de lavado para el control de la salinidad de los suelos,
especialmente en situaciones de riego deficitario y uso de aguas salobres. Desarrollo de
métodos de drenaje para minimizar los efectos negativos del lavado sobre la calidad de las
aguas superficiales.
3. Agua poco profundas, pozos, galerías filtrantes
Las captaciones superficiales cada una de las cuales tiene sus propios problemas asociados y
12.
su propia tipología se clasifican en:
1. Captaciones de agua de lluvia
El captar el agua de la lluvia es una ―solución‖ extrema, que tan solo se emplea en aquellos
casos justificados por circunstancias especiales. Se aplican casi siempre a edificaciones
aisladas, caseríos o pequeños pueblos y puede constituir una solución aceptable como
reserva de estiaje en las regiones de lluvias escasas y desiguales, resolviéndose de esta forma
la escasez estacional de otros recursos más fácilmente captables.
Una captación de agua pluvial consta de las siguientes partes:
Una superficie de recogida de agua, que debe estar limpia y ser lo suficientemente
impermeable como para no permitir que cierta parte importante del agua precipitada
se pierda por infiltración en el terreno. Puede ser un tejado, (que no sea de paja,
cartón o metal), un patio empedrado o de hormigón, una ladera no cultivada o en
general, cualquier superficie preparada con tal fin.
Un depósito en el que se almacene el agua, denominado aljibe, que se construye
subterráneo para minimizar las pérdidas por evaporación y preservar la temperatura
del agua.
Un tratamiento del agua recogida que generalmente se reduce a una simple filtración
sobre lecho de arena y se realiza en el interior del propio aljibe. En ocasiones, se
añade un depósito de decantación.
Los aljibes deben estar dotados de un desagüe de fondo que permita su vaciado y de un
aliviadero que permita evacuar las cantidades sobrantes. Se usan, normalmente tres tipos de
aljibes:
172
Abastecimiento de agua
a) El aljibe veneciano, se denomina así por haber sido usado de forma intensiva en la ciudad
de Venecia, bajo los patios de sus casas. Consta de un volumen revestido, relleno de material
filtrante, con un pozo central de toma y canales laterales de entrada donde se produce una
decantación elemental.
El agua pasa de los canales al interior de la masa filtrante, recorriéndola de arriba hacia abajo
y entrando en el pozo por su parte inferior. El material filtro se subdivide en tres o en cuatro
capas de granulometría diferente. Tiene la ventaja de que su bóveda se apoya directamente
sobre el material filtro y el inconveniente de que su capacidad útil es de 30 al 40 % de su
volumen total.
Figura 3.12. Aljibe Veneciano
b) El aljibe de filtro superior recoge el agua y esta pasa por un filtro situado en su parte más
alta que desemboca en el aljibe propiamente dicho, de esta forma el agua no permanece en
el filtro más tiempo del necesario para su filtración. Su bóveda es ahora autosoportada, pero
su capacidad es casi del 100% de su volumen.
El fuerte incremento que durante los últimos años han experimentado las necesidades de
abastecimiento de agua, ha obligado a recurrir a recursos de explotación cada vez más
difíciles. Así y dentro de este contexto una de las facilidades a las que se ha debido renunciar
ha sido a la de transportar el agua por gravedad, lo que ha obligado a la instalación de una
maquinaria especial encargada de conferir al agua la energía necesaria para su transporte,
dando lugar a la denominada maquinaria de elevación, a las conducciones afectadas por la
acción de dicha maquinaria se les denomina conducciones por impulsión.
En una obra de abastecimiento de agua, las conducciones por impulsión pueden establecerse
de la captación a la planta de tratamiento o a los depósitos de regulación, o bien
directamente a la red de distribución, ya sea como elemento auxiliar de transporte o como
173
Abastecimiento de agua
elemento amplificador de la presión en la red. Los sistemas de impulsión se dividen
fundamentalmente en dos partes:
La central elevadora, en la que se encuentra la maquinaria de elevación o bombas y
ciertas instalaciones complementarias cuya misión consiste en preservar y/o garantizar
el buen funcionamiento del sistema de elevación.
La tubería de impulsión o conducción forzada por la que circula el agua, una vez
pasada la central elevadora y hasta su punto de destino.
La maquinaria de elevación, bombas, pueden clasificarse por su funcionamiento en dos
grupos:
Las de desplazamiento positivo, llamadas así por producir en la masa de agua un
desplazamiento en el sentido de la impulsión.
Las cinéticas, caracterizadas por la transformación en energía potencial (presión) de
una energía cinética existente o producida artificialmente de forma interna o externa a
la masa de agua.
En el caso de bombas centrifugas debe tenerse mucho cuidado con la cavitación, pues este es
un fenómeno que se presenta cuando la presión en la abertura de aspiración es inferior a la
presión de vapor del líquido. Si esto sucede una parte de él se evaporará formando burbujas
que serán arrastradas por la corriente hacia zonas de presión más altas donde se condensarán
bruscamente originando microexplosiones, capaces de producir deterioros irreparables en la
bomba y/o tubería y en cualquier caso originando una seria pérdida de caudal y rendimiento.
Las centrales elevadoras es frecuente ubicarlas en el interior de un pequeño edificio, sin
embargo en ocasiones los elementos propios de esta, están a la intemperie, lo que no impide
seguir considerando al conjunto como una unidad diferenciada destinada a cumplir unos
ciertos objetivos. Las centrales elevadoras son muy variables en forma, tamaño, disposición,
etc. ya que varían según características como el número de bombas, previsiones de
ampliación futura, emplazamiento, maquinaria, etc. No obstante, pueden darse las siguientes
normas generales:
Deben instalarse preferiblemente sobre el nivel freático, asegurándose la
impermeabilidad de la solera para evitar el paso de impurezas.
Si por necesidades de aspiración fuera necesario instalar las bombas no sumergibles
por debajo del nivel freático, debe impermeabilizarse el recinto o establecerse un
pozo con suficiente altura.
En captaciones superficiales deben instalarse fuera de la zona de avenida o tomarse
las debidas medidas de protección.
Las bombas deben ir convenientemente ancladas a una placa preparada para la
absorción de vibraciones.
174
Abastecimiento de agua
Deben garantizarse unas condiciones de iluminación, ventilación y desecación
adecuadas, así como grupos de reserva para uso durante interrupciones del fluido
eléctrico y/o espacios para equipos eléctricos y sus conducciones.
Espacio para futuras ampliaciones del abastecimiento y/o recambio de maquinaria
(puentes grúas, vigas, espacio de maniobras, etc.) cuando esta se haya hecho obsoleta.
Prever una rejilla gruesa (de limpieza automática o no) y otra fina, antes de la
aspiración, cuando sea necesario.
Si los sólidos en suspensión fueran importantes, es recomendable instalar una
predecantación con dispositivos de evacuación de fangos; esta instalación evitará el
desgaste de la maquinaria.
Los correspondientes aparatos de medición y control, si fuese necesario, deben
preverse así sea con telemando y aún así mandos manuales en previsión de fallos.
La selección de la maquinaria de bombeo en una estación elevadora es un problema
complejo, habida cuenta de la gran variedad de bombas existentes en el mercado, problema
que se complica si la gama de caudales a abastecer o las alturas de impulsión son variables
(como suele ser normal si se mira hacia un futuro de mayor consumo). El funcionamiento
intermitente de la maquinaria de bombeo puede ser una solución aceptable cuando se
dispone de capacidad de almacenamiento a cota suficiente; sin embargo siempre será
aconsejable prever una ampliación futura, aún cuando las necesidades a medio plazo puedan
quedar cubiertas con la reducción de la intermitencia de funcionamiento.
En otras ocasiones no hay otra solución que recurrir a una maquinaria de bombas que
funcione de forma continua a caudales variables, este problema suele resolverse instalando
bombas en paralelo y contando con los automatismos necesarios para poner en
funcionamiento una o varias de las unidades existentes, según la demanda.
Si por alguna razón se elimina el depósito de agua y las instalaciones de impulsión trabajan
enviando el líquido directamente a la red de distribución, los golpes de ariete generados por
las bombas constituirán una carga importante para las acometidas domésticas; para evitar
esto, conviene instalar junto a la bomba un depósito de sobrepresión con cámara de aire.
175
Abastecimiento de agua
Figura 3.13. Aljibe de filtro superior.
c) El aljibe americano recoge y almacena el agua directamente, para el momento de su salida
esta pasa por un filtro de arena de granulometría creciente, constituido por cilíndricos
concéntricos en torno al tubo de aspiración.
Figura 3.14. Aljibe Americano.
2. Captaciones de agua en ríos
Las tomas fluviales y en ellas la selección del punto de extracción, son sin duda, las más
delicadas de todas las obras de captación, puesto que el agua de los ríos presenta problemas
de calidad, variaciones estacionales de la temperatura, contaminación ―aguas arriba‖ por
efluentes urbanos e industriales, fuertes puntas de turbiedad (riadas) además de factores
hidrológicos que condicionan la obra de captación como: la inestabilidad del fondo, las
variaciones del nivel del agua, la navegación y la flora acuática entre otros.
176
Abastecimiento de agua
Así mismo las variaciones estacionales de caudal pueden ocasionar serios problemas a la
hora de conseguir el caudal durante el verano, sin perjudicar a terceros, (pesca, riegos,
navegación, etc.), en alguno de estos casos puede ser necesario regular el río por medio de
un embalse. Sin embargo en el momento analizaremos las captaciones fluviales sin
regulación, en las que debe bastar con el caudal de estiaje para abastecimiento, sin que el
curso del agua resulte perjudicado por esta toma. Así las captaciones fluviales pueden
clasificarse en:
a) Captaciones de fondo: La solución de captación en el lecho de un río tiene la ventaja de
captar un agua de mejor calidad, ya que se desechan las aguas de la superficie, lógicamente
más contaminadas. En estas se coloca el punto de torna (que deberá ir dotado con una
alcachofa que impida el paso de impurezas de gran tamaño) apoyado sobre el lecho del río.
Esta solución se ve afectada por los siguientes factores:
La estabilidad del lecho del río ya que deben prevenirse las sedimentaciones o el
arrastre de la tubería de toma. Esta solución será más recomendable cuanto más
estable sea el lecho fluvial.
El nivel mínimo en verano ya que es conveniente que el punto de toma quede
sumergido, al menos 1 m., por debajo del nivel de agua. Por ende esta solución
será más recomendable cuanto mayor sea el nivel mínimo de estiaje.
El nivel máximo de avenidas ya que es necesario situar los elementos más
delicados de la captación (caseta de compuertas, estación elevadora, etc.) fuera
del alcance de las riadas. A este respecto es también de gran importancia la
topografía de las riberas, escogiéndose con preferencia las orillas escarpadas y
demás lugares donde el agua sea profunda y fluya con rapidez.
La navegación existente, puesto que no debe poner el peligro la captación. Este
tipo de solución debe rechazarse si no es posible realizarla sin que existan
interferencias entre ella y la navegación.
La toma de agua puede realizarse directamente sobre el fondo del río. La alcachofa, coladera
o filtro de toma, se coloca cubierta con una capa de 50 cm. de gravilla y la tubería de salida
enterrada en el fondo. La aplicación de este tipo de solución requiere un lecho estable y la
no existencia de riesgo alguno de obstrucción por arenas o limos.
177
Abastecimiento de agua
Figura 3.15. Toma fluvial de fondo
Figura 3.16. Toma fluvial de fondo con rejilla.
Este tipo de toma con un pequeño muro transversal a la corriente suele utilizarse en el caso
de ríos de zonas montañosas, cuando se cuente con una buena cimentación o terrenos
rocosos y en el caso de pequeños cursos de agua, cuando existan variaciones sustanciales del
caudal entre los periodos de estiaje y los de crecientes máximas. Consiste en una estructura
estable de variadas formas, la más común es la rectangular y en los casos en que la
178
Abastecimiento de agua
conformación de la sección transversal del río lo requiera, se proyectará un muro de
encauzamiento transversal que oriente las líneas de corriente hacia la rejilla.
La estructura, ya sea en canal o con tubos perforados localizados en el fondo del cauce, debe
estar localizada perpendicularmente a la dirección de la corriente y provista con una rejilla
para retener materiales de acarreo de cierto tamaño, construida de barras metálicas paralelas
entre sí, colocadas en el sentido de la corriente y removible para efectos de limpieza. En todo
diseño de rejillas deben contemplarse los siguientes elementos: el caudal correspondiente al
nivel de aguas mínimas en el río, el caudal requerido por la población y el nivel máximo
alcanzado por las aguas durante las crecientes de periodo de retorno de mínimo 20 años.
Para este tipo de tomas la rejilla debe estar inclinada entre 10 y 20 % hacia la dirección aguas
abajo, con un ancho que dependerá del ancho total de la estructura y una separación de
barrotes entre 75 y 150 mm en el caso de ríos con gravas gruesas o entre 20 y 40 mm para
ríos caracterizados por el transporte de gravas finas. La velocidad del flujo a través de ella
debe ser inferior a 0.15 m/s con el fin de evitar el arrastre de material flotante.
La toma también puede realizarse elevada sobre el fondo, apoyada sobre una pequeña
estructura, esta solución requiere un lecho estable que permita cimentar el apoyo de la toma,
(pero no obstante la toma debe ser protegida) que los niveles mínimos de estiaje sean
suficientes y que el río no sea navegable. Tiene la gran ventaja de estar mucho más protegida
de la sedimentación que la solución anterior. Además, suele preverse una inversión en el
sentido de la circulación del agua, lo que permite la fácil limpieza del filtro de toma,
mediante una bomba y una tubería de limpieza a través del tubo de entrada, es más el
diámetro mínimo debe ser de 8 pulgadas para evitar obstrucciones y se aconseja que el
número de tuberías sea dos para evitar posibles interrupciones del servicio.
Figura 3.17. Toma de fondo, en un río no navegable y con peligro de sedimentación.
179
Abastecimiento de agua
b) Captaciones de orilla: Este tipo de captaciones suele utilizarse en ríos navegables o de
fondo inestable, en estas la toma se coloca sobre una de las márgenes del río, para ello se
realiza una protección con escollera, gaviones o muros, sobre la que se abre la boca de
entrada al pozo de toma, donde se encuentra la alcachofa y la tubería de salida. La boca de
entrada debe quedar protegida por una rejilla con inclinación de 70 a 80º con la horizontal y
espaciamiento entre 20 y 25 mm cuya finalidad sea impedir el paso de elementos gruesos o
flotantes y una segunda rejilla o malla de 3 mm aproximadamente para impedir el paso de
elementos de arrastre y peces.
Esta solución no se ve tan influenciada como la anterior por los niveles mínimos del río y se
interfiere mucho menos con la navegación (salvo en la formación de remolinos). Tampoco
se ve influenciada por la estabilidad del fondo, salvo socavaciones importantes. Sin embargo,
sigue manteniéndose el problema de los niveles máximos de avenida y salvaguarda de las
obras e instalaciones de la toma. Las captaciones de orilla pueden ser directas o en galería,
esta última se utiliza frecuentemente cuando se pretende que los remolinos de toma no
interfieran la navegación.
En este tipo de captación, es frecuente instalar un proceso de predecantación a continuación
de la boca de entrada, sobre todo cuando se utilizan bombas de elevación, a fin de
preservarlas del desgaste, además de compuertas que permitan realizar operaciones de
limpieza y mantenimiento y que a su vez con ella se puedan realizar aforo de caudales.
Figura 3.18. Toma directa sencilla de un río normal.
Si la fuente tiene variaciones considerables de caudal y además el cauce presenta cambios
frecuentes de curso o es inestable, debe estudiarse y analizarse la conveniencia de una
captación mixta que opere a la vez como captación sumergida y captación lateral.
180
Abastecimiento de agua
Figura 3.19. Toma con galerías.
Si la altura mínima del agua en el río es pequeña y sobre todo si la oscilación es grande, es
conveniente recurrir a pequeños azudes, que garanticen una cierta profundidad mínima y
reduzcan las oscilaciones del nivel del río, la presa tiene como objetivo elevar el nivel del
agua de modo que se garantice una altura adecuada y constante sobre la boca de captación.
c) Captaciones en canal derivado: Esta solución consiste en derivar un canal del río, sobre
este canal se sitúa, suficientemente alejada, la toma de agua, de esta forma es posible
independizarse de todos los problemas que origina el propio río: niveles máximos y
mínimos, navegación, inestabilidad del lecho y de las riberas, etc. Esta solución se usa
frecuentemente cuando no es posible encontrar sobre la orilla un lugar a salvo de las
avenidas, ya que de esta forma es posible situar las instalaciones en puntos más alejados.
d) Captaciones en torre de toma: Este tipo de captaciones consiste en una torre cimentada
sobre el fondo del río con entradas a diversas profundidades; de tipología muy similar a las
usadas en los embalses, tienen la gran ventaja de poderse seleccionar la profundidad óptima
de calidad del agua en cada momento, pero exigen un buen fondo para la cimentación y
grandes profundidades de agua.
e) Captación flotante o móvil con elevación mecánica: Si la fuente de agua superficial tiene
variaciones considerables de nivel pero conserva en aguas mínimas un caudal importante;
por economía puede proyectarse la captación sobre una estructura flotante anclada al fondo
u orillas del río de manera tal que se eviten los desplazamientos laterales; dicha estructura
debe tener un amplio margen de flotación y unas dimensiones adaptadas al tamaño y peso de
los equipos. Para similares condiciones de caudal, pero orillas estables y con pendientes bajas
181
Abastecimiento de agua
a moderadas, puede proyectarse la captación sobre una plataforma móvil apoyada en rieles
inclinados sobre la orilla y accionada por poleas diferenciales fijas.
En ambos casos, la impulsión debe ser flexible con el fin de absorber todos los alargamientos
debidos a las variaciones de nivel del agua del río y la sumergencia del filtro debe adecuarse
de modo que se evite la captación de elementos flotantes, algas u otros elementos que se
encuentren en la superficie del agua, así como la posibilidad de aspirar agua turbia o con
algún contenido de materia orgánica en descomposición desde el fondo.
Figura 3.20. Toma flotante en planchón.
f) Muelles de toma: este tipo de captación se recomienda en los casos de los ríos con
variaciones substanciales del nivel del agua y cuando se puedan aprovechar obras costaneras
ya existentes como: muelles, puentes, etc. que sirvan como elemento de soporte a la tubería y
que se encuentren en una zona no afectada por erosiones o depósitos de material aluvial,
convenientemente anclado y estable en caso de ríos navegables o crecientes. La obra de toma
debe estar protegida mediante rejas perimetrales a través de las cuales la velocidad de flujo
evite los elementos gruesos flotantes o un ―encamisado‖ perforado con mecanismos de
elevación para limpieza, pero con una sumergencia adecuada del filtro de toma
Es importante anotar, que en este como en todos los demás casos, el equipo de succión y/o
impulsión del agua y todo la demás maquinaria, debe quedar por encima del nivel de la
máxima creciente con periodo de retorno igual al periodo de proyecto.
g) Pozos subálveos: En este caso las aguas del río se captan mediante uno o varios pozos
realizados en el subálveo del río, de esta forma se independiza la captación de los problemas
propios de este y se consigue un agua de mejor calidad debido a la filtración natural a través
182
Abastecimiento de agua
del terreno, dependiendo, como es lógico de la granulometría del suelo y la distancia de
filtración.
3. Captaciones de agua en lagos
El agua de los lagos suele presentar, en general, buenas características de calidad, debido a la
autodepuración por sedimentación que experimenta durante su largo reposo en ellos.
Sin embargo, si el lago es pequeño, poco profundo o sus riberas están densamente pobladas,
la captación debe localizarse donde el peligro de contaminación sea mínimo, lo que puede
exigir el estudio de las corrientes y de los vientos y especialmente el movimiento de las aguas
residuales o residuos industriales que puedan descargarse sobre el lago. Las principales
condiciones que debe cumplir una captación lacustre son:
Situarse a una distancia no menor de 600 - 900 m. de la ribera en zona de agua no
contaminada.
Situarse a una profundidad no menor de 9 m. a fin de evitar la acción perturbadora
del hielo, oleaje, etc. Si es posible, resulta recomendable llegar a los 30 - 40 m.,
donde pueda obtenerse agua de buena calidad y temperatura constante.
Situar la abertura de captación a más de 2 m. sobre el nivel del fondo del lago, a fin
que el agua captada no arrastre sedimentos.
La velocidad de entrada del agua debe ser baja para que no se produzcan excesivos
arrastres de cuerpos flotantes, sedimentos, hielo, peces, etc. A este respecto, se han
empleado con éxito, velocidades de entrada menores de 15 cm. por segundo.
Las captaciones de agua lacustre pueden ser de tres tipos:
a) Las captaciones de torre: similares a las ya mencionadas en ríos y a verse para embalses,
son especialmente indicadas para aquellos casos en los que la toma está por encima de los 15
m. bajo el nivel del lago. Por ejemplo la toma de la ciudad de Chicago, en el lago Michigan,
situada a 3000 m. de la ribera y con su captación a 10 m. de profundidad a la que sin
embargo su ―alta‖ velocidad de captación (45 cm/sg) origina problemas con los hielos
invernales.
b) Las tomas de tubo: constituidas por una tubería que termina en un codo de 90º y una
alcachofa o filtro de toma, situada por encima de los 2 m sobre el fondo.
183
Abastecimiento de agua
Figura 3.21. Toma lacustre con tubo.
c) Las tomas de rejilla: estan constituidas por una rejilla horizontal situada sobre una bancada
de escollera que la eleva varios metros sobre el fondo.
Figura 3.22. Toma con rejilla sumergida.
4. Captaciones del agua en embalses
El embalse es una solución que presenta algunas notables ventajas, como pueden ser:
La regulación de caudales a lo largo del año, lo que permite un mejor
aprovechamiento de las aguas superficiales.
184
Abastecimiento de agua
Al disminuir la velocidad del agua en el embalse se produce una decantación de
las materias en suspensión lo que contribuye a mejorar la calidad del agua y en
concreto a clarificarla.
Las aguas fluyentes al mezclarse con las aguas embalsadas contribuyen a una
mejora de la calidad.
La autodepuración propia del ecosistema que constituye el embalse, contribuye a
la mejora de la calidad de sus aguas siempre y cuando este no entre en fase de
eutrofización.
Los gérmenes patógenos se encuentran en un medio inadecuado (alimento,
temperatura, pH, radiación solar, etc.) y mueren rápidamente atacados por los
protozoos.
Sin embargo, un crecimiento excesivo de algas puede dar inconvenientes, pues, al morir,
caen al fondo donde se descomponen anaerobiamente, lo que puede llegar a hacer
impotable el agua de allí.
La principal características de las aguas es su calidad variable según la profundidad a que se
encuentren. Las aguas de la superficie presentan una importante vida acuática, pueden estar
contaminadas por sustancias flotantes y presentan variaciones de temperatura, las aguas del
fondo en cambio pueden estar contaminadas por los productos de la descomposición
anaerobia de las materias orgánicas sedimentadas. Habitualmente el agua de un embalse se
toma unos pocos metros por debajo de la superficie.
La tipología de las captaciones de agua en los embalses es siempre de tomas múltiples a
diferentes alturas, ya que de esta forma es posible seleccionar el punto más adecuado,
siguiendo las variaciones de nivel del embalse. El número de tomas es muy variable pero
generalmente oscila entre 3 y 8
Se distinguen dos tipos principales: los adosados al trasdós de la presa y los de torre, (Ver
figuras 3.23 y 3.24). Ambos tienen una tipología muy similar, puesto que constan de un
conducto vertical de forma aproximadamente cilíndrica en el que se sitúan las distintas
tomas, dotadas de válvulas que se manejan donde la parte superior, fuera del nivel máximo
del embalse. Este conducto cilíndrico se consigue bien realizado sobre el trasdós de la presa,
cuando la tipología de esta lo permita (es inviable en presas de materiales sueltos, por
ejemplo) o mediante la construcción de una torre cilíndrica que se une a la coronación de la
presa o a una de las laderas por medio de una pasarela.
185
Abastecimiento de agua
5. Captaciones del agua de mar
Este tipo de captación debe utilizarse únicamente en sitios sin otra fuente de abastecimiento
más convencional y ya sea que se dé por evaporación normal, al vacio, destilación u ósmosis
inversa, se debe asegurar la dotación mínima exigida.
En el caso de evaporación normal, los estanques deben tener poca profundidad y el área de
las cubiertas transparentes debe ser lo menos amplia posible, recogerse eficientemente el
vapor, aislar pérdidas y al agua captada añadirse sales que la hagan aceptable para consumo
humano. Los otros métodos por su costo y uso intensivo de energía, requieren de estudios
económicos detallados.
Figura 3.23. Toma adosada al trasdós de una presa.
186
Abastecimiento de agua
Figura 3.24. Torre de toma.
3. Galerías filtrantes
Las galerías filtrantes son túneles de sección reducida y ligera pendiente ascendente que se
internan en el interior de una montaña en busca de puntos inferiores al nivel freático que
permitan un cierto caudal de agua de procedencia subterránea. La ejecución de estas galerías
es muy costosa por lo que su empleo ha quedado reducido a casos muy concretos.
187
Abastecimiento de agua
Figura 3.25. Galería filtrante.
Las galerías filtrantes tienen su origen en 1os denominados kanats que se desarrollaron hace
2700 años en América, Persia, Pakistán, Egipto. etc. Los kanats están constituidos por una
galería conectada a pozos de ventilación cada 50 - 100 m hasta encontrar un punto donde
aflora el agua que era conducirla por la propia galería hacia el exterior. Algunos kanats tienen
casi 50 Km. de longitud y alcanzan una profundidad de hasta 120 m.
Funcionamiento de las galerías filtrantes
En general las galerías filtrantes tienen tres tramos: Un tramo subterráneo donde se capta el
agua de los acuíferos existentes, un segundo tramo a tajo abierto donde también se capta
agua por filtración de los acuíferos, y un tercer tramo por donde se conduce el agua hacia los
reservorios. Las galerías se ubican cerca de los ríos, a distancias promedio entre 400 m a 500
m del cauce principal.
Las galerías filtrantes subterráneas son aproximadamente de sección rectangular, con un
ancho de base promedio que varía entre 0.4 m y 1.80 m, con paredes revestidas con cantos
rodados. El techo en algunas galerías, o en algunos tramos, es de madera de huarango, en
otras galerías, o en algunos tramos, el techo es de piedra. La pendiente longitudinal varía
entre 0.4% y 2.5% en sus inicios. La profundidad máxima promedio de las galerías es de
aproximadamente 6.8 m. La permeabilidad del suelo en la zona de las galerías varía entre
188
Abastecimiento de agua
1.5x10-4 m/s y 5.4x10-4 m/s. En los canales a tajo abierto el ancho de la base es en promedio
de 1.0 m, y los taludes no exceden a z = 0.5.
La captación consiste en la filtración del agua subterránea del valle a un canal que puede ser
cerrado, que trabaja como dren, y/o a tajo abierto. Luego el agua se conduce por canales a un
reservorio para almacenamiento. A lo largo de las captaciones enterradas se construyeron
accesos a manera de buzones de inspección (Fig. 3.25)
Figura. 3.26 Esquema de funcionamiento de las galerías filtrantes (Delgado, 2003)
En la Fig. 3.26 se muestra un esquema aproximado de las líneas de corriente y
equipotenciales que se forman alrededor de una galería
Figura. 3.27 Red de flujo alrededor de una galería filtrante
189
Abastecimiento de agua
.
Figura 3.28 Galería de Cantayoc - Acceso
4. Zanjas drenantes
En materiales no consolidados, cuando el nivel freático es poco profundo, la captación del
agua subterránea puede hacerse mediante zanjas que son simplemente excavaciones lineales
que llegan hasta el nivel de saturación. El agua se puede evacuar por gravedad si el terreno
tiene suficiente pendiente o por bombeo de la propia zanja.
Las aguas subterráneas son una importante fuente de abastecimiento de agua potable y
prometen serlo aún más en el futuro, puesto que con el progresivo agotamiento de las aguas
superficiales y el desarrollo de nuevas técnicas de perforación, estas irán cubriendo, en un
porcentaje cada vez mayor, las necesidades humanas.
El origen de las aguas subterráneas es la infiltración en el terreno de las aguas de lluvia,
deshielo y corrientes superficiales. Históricamente se han barajado teorías con grandes
concomitancias míticas para explicar el origen de las aguas subterráneas, ya que se suponía
que las cantidades precipitadas eran insuficientes para abastecer los grandes caudales de las
aguas subterráneas. Sin embargo, hoy día se acepta sin reservas la teoría de que las aguas
subterráneas proceden de la infiltración (producida por la fuerza de la gravedad y las fuerzas
de atracción molecular) de las precipitaciones atmosféricas en cualquiera de sus
modalidades.
Así el suelo terrestre puede considerarse dividido en dos grandes partes:
La zona de aireación en la cual las cavidades del terreno contienen agua, pero en
menor cantidad de su capacidad potencial. A su vez se subdivide en el manto vegetal
o zona superficial que está bajo la influencia directa de las plantas y sus raíces y la
zona restante, o manto capilar, también bajo una influencia de las plantas aunque
menos directa. En estas zonas predominan las fuerzas de atracción molecular sobre
las fuerzas de la gravedad.
La zona de saturación o zona en la cual el agua se encuentra en cantidad muy cercana
a la capacidad potencial del terreno y donde las fuerzas predominantes son de
gravedad, esta agua es la llamada subterránea.
190
Abastecimiento de agua
La separación entre ambas zonas se llama superficie de saturación o nivel freático.
Así pues, una partícula de agua, para llegar a ser subterránea debe atravesar la zona de
aireación, lo cual requiere que la cantidad de agua sea lo suficientemente grande como para
que predominen las fuerzas de gravedad sobre las fuerzas de atracción molecular. Así, si el
fenómeno generador es atmosférico este deberá tener una intensidad y una duración
suficiente para que el agua no se pierda en su totalidad en escorrentía superficial y
evapotranspiración. Si la zona de aireación está seca y el agua de lluvia cae con poca
intensidad, esta agua se alojará primero en el manto vegetal y luego en el capilar; Si al llegar a
la zona de saturación cesa la lluvia, esta agua quedará para uso de las plantas y no se habrá
generado nueva agua subterránea.
La infiltración de las corrientes superficiales (ríos, lagos, etc.) se produce tan sólo en casos
concretos, en cuyo caso a esta corriente se le llama influente. Por el contrario, sí, como es el
caso más frecuente, la corriente superficial recibe aportación de las aguas subterráneas se la
denomina
efluente.
Los terrenos se clasifican frente a las aguas subterráneas por sus características, por ejemplo:
Acuífero se le llama a aquella formación geológica que contiene agua y es capaz de
trasmitirla, como, por ejemplo: un aluvión fluvial, gravas y arenas. Son en general
adecuados para situar una captación de agua en ellos.
Acluido, por el contrario se define como aquella formación geológica que
conteniendo agua en su interior, incluso hasta la saturación, no la trasmite y por tanto
no es posible su explotación, como por ejemplo las arcillas.
Acuitardo se llama aquella formación geológica que conteniendo apreciables
cantidades de agua las trasmiten muy lentamente, como por ejemplo unas arcillas
limosas o arenosas. Estas formaciones son inadecuadas para situar captaciones en
ellas, pero pueden jugar un papel muy importante en la recarga vertical de otros
acuíferos.
Acuífugo es llamada aquella formación geológica que ni contienen agua ni la pueden
trasmitir, como, por ejemplo, un macizo granítico no alterado.
Los acuíferos que se presentan con mayor frecuencia están formados por depósitos no
consolidados de materiales sueltos, tales corno arenas, gravas, mezclas de ambos, etc.
Debido, en general, a sus buenas condiciones de recarga y poca profundidad de su nivel
piezométrico, suelen dar buenos caudales de agua si se los explota convenientemente.
De entre las rocas sedimentarias consolidadas (que encierran el 95% de las aguas
subterráneas del planeta), la más importante es la caliza, estas rocas son de por si poco
permeables pero su disolución por el agua provoca el desarrollo de zonas permeables,
fenómeno conocido con el nombre de karstificación. Las aguas en su movimiento van
191
Abastecimiento de agua
agrandando las grietas, diaclasas y fisuras, formando una auténtica red de canales y ríos
subterráneos gracias a la solubilidad de la caliza y a la acción del CO2 agresivo a las aguas.
Las areniscas cementadas son bastante impermeables debido al ligante que une los materiales
granulares y son, por tanto malos acuíferos; sin embargo, si la cementación es parcial o ha
desaparecido en parte, pueden ser objeto de explotación como acuíferos.
Las margas y arcillas, en cambio, deben considerarse corno acluidos y por tanto
inexplotables. Las rocas volcánicas presentan una gran variedad de posibilidades,
dependientes de sus características físicas y químicas, de las propias rocas y de la erupción
que las originó, edad, etc. Si son escoriaceas, con grandes intersticios, pueden constituir
excelentes acuíferos, por el contrario, si son densas y compactas como algunas riolitas y
basaltos, tendrá unas características hidrológicas muy pobres.
Finalmente en las rocas ígneas y metamórficas (granitos, dioritas, gabros, pizarras y esquistos)
las únicas posibilidades de dar buenos acuíferos residen en la zona alterada superficial o en
las regiones muy fracturadas por fallas y diaclasas, de todos modos constituyen los peores
acuíferos, en cuanto a rendimiento de caudal.
Los acuíferos pueden clasificarse atendiendo a varias de sus características. Las clasificaciones
principales que pueden establecerse son: atendiendo al estado energético del agua o por la
variación de la calidad de sus aguas.
De los primeros los acuíferos libres no confinados o freáticos son aquellos en los cuales
existe una superficie libre del agua que contienen, que está en contacto con el aire y por tanto
a presión atmosférica.
Acuíferos cautivos confinados o a presión son aquellos en los que la superficie superior del
agua se encuentra sometida a una presión superior a la atmosférica, por ello durante la
perforación de pozos en acuíferos de este tipo, al atravesar el techo del mismo se observa un
ascenso rápido del nivel del agua hasta establecerse en una determinada posición o nivel
piezométrico. Si el nivel piezométrico se sitúa por encima de la boca del pozo, a esto último
se le denomina surgente.
Acuíferos semicautivos o semiconfinados, son aquellos en los que la pared superior o
inferior no es totalmente impermeable, sino que se trata de un acuitardo, es decir un material
que permite la filtración del agua, pero de forma muy lenta, lo que sirve de alimentación al
acuífero principal. En realidad, se trata de un caso particular del tipo anterior.
192
Abastecimiento de agua
Figura 3.29. Tipos de acuíferos.
Por la variación de calidad de sus aguas pueden ser uniformes, cuando la calidad de agua es
sensiblemente igual en cualquier punto del acuífero o estratificado cuando en el acuífero
coexisten aguas de muy distinta calidad, que por sus diferentes características de densidad,
viscosidad, etc. forman capas (no forzosamente horizontales), y se aprecian claramente
interfaces o puntos de brusca variación de la calidad. Un ejemplo importante de este último
tipo son los acuíferos litorales, donde coexisten las aguas dulces y saladas, formando una
interface, cuya forma depende de la dinámica de ambas.
Evaluación y estudios sobre las aguas subterráneas
Las características de los acuíferos sólo pueden conocerse con cierta aproximación después
de costosos trabajos de reconocimiento y sobre todo, después de la explotación. Así los
estudios de explotación de las aguas se pueden clasificar en tres grandes grupos:
Estudios preliminares que tienen como motivo fundamental la localización de los
embalses subterráneos más importantes y una primera estimación de sus
dimensiones, parámetros, zonas de recarga y descarga y de la calidad de sus aguas.
Sus resultados se sintetizan en mapas hidrogeológicos cuya escala suele estar
comprendida entre 1:100.000 y 1:200.000, sobre un área de estudio de varios miles
de kilómetros cuadrados. Este tipo de estudios no exigen, en general, de
prospecciones geofísicas o sondeos, ya que su fundamento básico es la geología
analizada con criterio hidrogeológico, lo que requiere buena experiencia de parte de
los técnicos que la realizan.
Estudios hidrológicos generales que conducen a una cuantificación más aproximada
de los embalses subterráneos localizados en los estudios de reconocimiento. Sus
193
Abastecimiento de agua
resultados suelen presentarse en mapas hidrogeológicos cuya escala varía entre
1:25.000 y 1:100.000, en los cuales suelen representarse las curvas isopiezas (puntos
de igual nivel piezométrico) y, en ocasiones, las isotransmisibilidades (oscilaciones del
nivel piezométrico), profundidades de la zona saturada, concentraciones iónicas, etc.
Habitualmente, estos estudios suelen extenderse a una cuenca hidrográfica de
centenares a miles de kilómetros cuadrados. En esta etapa, es siempre necesario
realizar un inventario detallado de pozos y fuentes y frecuentemente prospección
geofísica, sondeos mecánicos, ensayos de bombeo y análisis químicos.
Estudios de detalle que tienen por objeto llegar a un conocimiento pormenorizado
de las características de un acuífero concreto. En este tipo de estudios tienen una
especial importancia los datos hidrológicos y técnicos de las captaciones existentes.
Los resultados suelen presentarse en mapas hidrogeológicos a escala comprendida
entre 1:10.000 y 1:25.000. En este tipo de estudios es necesario, la realización de
estudios geofísicos, sondeos mecánicos, ensayos de bombeo, análisis químicos y la
realización de algunos pozos experimentales. Empleando métodos geológicos,
geofísicos, climatológicos, de hidrología de superficie, de hidrología subterránea, etc.
Al hablar de captaciones para la explotación de aguas subterráneas suele entenderse
implícitamente que se alude a pozos verticales. Sin embargo, existen otros sistemas
constructivos que permiten alcanzar el mismo fin, tales como las galerías filtrantes y zanjas de
drenaje. Aún dentro de pozos verticales es necesario distinguir entre los pozos ―excavados‖,
de construcción manual o ligeramente mecanizada y diámetros relativamente grandes, los
―perforados‖ de diámetros reducidos y construcción totalmente mecanizada y los ―radiales‖ o
pozos de drenes horizontales.
Es evidente que las condiciones hidrogeológicas del área donde vaya a establecerse la
captación serán las que condicionen en gran manera el tipo de la misma. Aún con todo, son
ciertamente los pozos verticales el sistema de captación de aguas subterráneas más extendido.
Captación de manantiales
Cuando se pretenda captar el caudal de un manantial, es necesario realizar una investigación
sobre sus caudales y sobre la calidad de sus aguas. Si el manantial constituye la única fuente
de abastecimiento de la comunidad, el caudal mínimo de estiaje deberá cubrir la demanda
diaria máxima de agua. Las variaciones en la calidad son otro punto importante y deberá
hacerse un estudio periódico de ello, así mismo la oscilación de temperatura no debe
exceder de 2 a 4 ºC.
Si el manantial se enturbia inmediatamente despues de una lluvia fuerte, es señal
inconfundible de que el efecto filtrante del terreno es insuficiente. Si el manantial se alimenta
194
Abastecimiento de agua
con aguas procedentes de una grieta o de aguas subterráneas de una cuenca pequeña, sus
condiciones higiénicas pueden ser dudosas. La tipología de la captación de un manantial
varía según el tipo de afloramiento, generalmente se conducen a un pequeño depósito
enterrado que da al agua un tiempo de permanencia de 5 a 30 minutos para pasar
seguidamente a la aducción que la llevará al tratamiento. Los principales tipos de
afloramiento de un manantial, son:
a) Salida horizontal en un punto, suele presentarse en los manantiales de capas sedimentarias
de aluvión o de rebose y eventualmente, en los de agua remansada. Se realiza por medio de
un depósito de acumulación que se adosa a la salida del manantial, el cual entra en el
depósito por unos orificios que se practican en la parte posterior del depósito. Entre éste y el
manantial se disponen varias capas de material filtrante con una disposición de granulometría
creciente en el sentido de la filtración del agua. Las granulornetrias de estas capas deberán
estar estudiadas de forma que cumplan las condiciones filtro.
Figura 3.30. Captación de manantial con salida horizontal.
b) Salida horizontal en franja de anchura limitada suele presentarse en capas geológicas
similares al caso anterior y su toma se realiza de forma análoga a éste, sin más que sustituir el
depósito por una galería de filtración, de longitud ligeramente superior a la de la franja de
afloramiento. Si el caudal fuera pequeño, puede sustituirse la galería de filtración por uno o
varios tubos semiperforados (perforados en una semisección), que se introducen en las
195
Abastecimiento de agua
correspondientes capas filtro; la captación así dispuesta se protege con un panel superior y
otro lateral.
c) Salida vertical en un punto, el que se presenta en manantiales de fallas, grietas o artesianos.
Se realiza por mediación de un pozo ordinario con acceso del agua por el fondo. Por ello es
esencial determinar exactamente la altura del desague o rebose, ya que de esta forma podrán
disininuirse los efectos perjudiciales del remansamiento.
d) Salida de plano vertical, se presenta, en manantiales de agua remansada. Se realiza por
medio de tubos semiperforados introducidos en una masa filtrante, que recoge el agua de los
diversos puntos. Para este tipo de captación se emplean filtros gruesos que favorecen la
circulación del agua.
Figura 3.31. Toma de un manantial de salida vertical.
Pozos verticales
Bajo la denominación de pozos verticales pueden entenderse aquellos que se proyectan y
construyen para obtener agua, por penetración vertical de la obra de captación en una capa
acuífera, pudiendo disponer o no, de obras horizontales que faciliten la entrada de agua en el
pozo. La extracción del agua en ellos se realiza, en general, por medio de bombas, movidas
por motores eléctricos
La profundidad que deba ser alcanzada por un pozo vertical vendrá definida
fundamentalmente por las características de la formación a explotar; la profundidad a prever
en un pozo vertical está condicionada por los datos obtenidos en: sondeos mecánicos,
investigaciones geofísicas o en pozos anteriores.
a) Pozos perforados: se caracterizan por la mecanización casi completa de su perforación.
Son de diámetros relativamente reducidos (40 - 80 cm., frecuentemente). El método de
196
Abastecimiento de agua
perforación será función, en general de la profundidad a alcanzar, el diámetro necesario y la
naturaleza del terreno.
La naturaleza de los terrenos atravesados o condiciones de funcionamiento del pozo, pueden
aconsejar o incluso exigir el revestimiento de las paredes del mismo. El entubado definitivo
de un pozo desempeña, en general, dos misiones: sostener las paredes de la perforación y
constituir la conducción hidráulica que pone en comunicación el acuífero con el exterior.
Una operación de singular importancia en los pozos verticales es la cementación, la que tiene
por objeto obtener la unión de la tubería con la pared del pozo. Con ello se consigue evitar
que las aguas superficiales puedan contaminar las profundas, evitar conexiones entre
acuíferos a través del hueco del pozo y aumentar la resistencia del entubado.
En un pozo vertical pueden distinguirse tres tramos, no siempre bien definidos, que son:
El tramo en que se produce la entrada, procedente de la capa acuífera.
El tramo que enlaza con el anterior hasta el punto de situación de la bomba, si existe.
El tramo que comprende desde la bomba al exterior
La zona de admisión del agua al pozo constituye, sin duda la parte esencial del mismo. Aún
cuando, en ocasiones, no se coloca elemento alguno en esta zona, lo más frecuente es
realizar un revestimiento al que suele denominarse ―rejilla‖, la cual bien proyectada debe
permitir que con una pérdida de carga admisible, pase al interior del pozo agua limpia de
materiales sólidos. Sin embargo, en algunos casos no es suficiente con la colocación de una
rejilla para garantizar el correcto funcionamiento del pozo, sino que se hace necesario
colocar un relleno de grava, de características determinadas, en el espacio anular que queda
entre la pared del terreno perforado y la rejilla.
Estos rellenos de grava son especialmente recomendables en los casos de:
Acuíferos de arenas finas y uniformes.
Formaciones estratificadas con capas alternadas de material grueso, medio y fino.
Aguas muy incrustantes.
Cuando el material del acuífero son areniscas pobremente cementadas.
En su estado natural, el agua subterránea es normalmente de buena calidad biológica, no
obstante la protección sanitaria de un pozo debe estar presente en todas las fases del
proyecto y construcción. Ya en principio, debe seleccionarse con cuidado el lugar de
emplazamiento del pozo, prestando atención a la posible existencia de fosas sépticas,
corrales, alcantarillados, desagües, etc. Así mismo, durante las operaciones de construcción,
las propias manipulaciones inherentes a la misma pueden provocar contaminaciones. Por
ello, una vez terminada la construcción debe procederse a una completa desinfección del
197
Abastecimiento de agua
pozo. El método más corriente de desinfección consiste en utilizar una solución concentrada
de cloro.
Finalmente, durante el funcionamiento del pozo también será necesario adoptar las medidas
correspondientes para evitar la entrada en el pozo de aguas contaminadas. Para ello se instala
una protección superior consistente en:
Prolongar el revestimiento hasta 50 cm. por encima del nivel del suelo.
Cubrimiento en concreto de la entrada al pozo, con pendientes hacia la periferia.
Protección a base de material arcilloso en un radio dependiente de las condiciones
locales.
Cierre sanitario de la boca de pozo a base de chapas atornilladas con juntas estancas
de goma.
Cementación del trasdós del revestimiento al menos en los primeros tres metros
b) Pozos excavados: La excavación de pozos a mano fue el único sistema de construcción en
tiempos pasados y sigue aún utilizándose en aquellos lugares donde aún no ha llegado o no
es posible la mecanización. Un pozo excavado se caracteriza, en general, por su gran
diámetro (>1.50 metros) y por el hecho de que en su construcción la mecanización es escasa
o nula. Los pozos excavados, pese a su carestía pueden ser una solución aceptable en los
siguientes casos:
En rocas débilmente fisuradas, en las que al aumentar el diámetro se aumenta la
probabilidad de cortar fisuras inclinadas y además, al ser mayor la longitud de las
fisuras interceptadas, el agua entra a menor velocidad y por lo tanto con menor
perdida de carga.
En acuíferos poco permeables en los que el bombeo va a ser intermitente. En tal caso
el pozo, además de actuar como captación, lo hace también corno depósito
regulador.
En acuíferos de muy poco espesor, en los que para conseguir una velocidad de
entrada adecuada no queda otro remedio que aumentar considerablemente el
diámetro.
Cuando en el interior del pozo debe instalarse maquinaria o han de realizarse
trabajos que requieran intervención humana, lo que exige un diámetro de unas ciertas
dimensiones mínimas.
En los casos en los que se han de perforar drenes horizontales en el interior del pozo
(pozos radiales) y por tanto es necesario permitir el descenso de la maquinaria de
perforación.
En los lugares y circunstancias en los que resulte más económico que un pozo
perforado.
198
Abastecimiento de agua
Este tipo de pozo suele penetrar tan sólo ligeramente en la capa acuífera, debido a su carestía
y gran diámetro. Sin embargo, puede decirse que a partir de unas pocas decenas de metros,
este tipo de pozos es difícilmente rentable, aun cuando en el pasado hayan sido excavados
incluso de varios centenares de metros
Los métodos constructivos más empleados en los pozos excavados son: el tradicionalmente
conocido de ―a pico y pala‖, si bien pueden adoptarse ciertas mecanizaciones: uso de
explosivos, extracción de materiales con torno eléctrico, etc. Los problemas básicos de este
tipo de excavación lo constituyen el achique del agua y la seguridad del personal; en este
último aspecto debe considerarse la posibilidad de sifonamiento del fondo y la problemática
de desprendimientos, solucionable mediante zunchos o entibaciones provisionales que
pueden irse introduciéndose a medida que se va excavando el pozo o de revestimientos
definitivos que aunque tradicionalmente fueron la piedra y el ladrillo, recientemente se están
utilizando anillos vaciados en concreto.
No suele utilizarse rejilla como tal, sino que la entrada del agua se realiza a través de
aberturas en el revestimiento (ladrillos u hormigón con perforaciones, juntas abiertas, etc.) y
así dentro de la tipología de pozos excavados, estos pueden ser:
Pozos de bomba sumergida.
Pozos de bomba superior al nivel de agua.
Pozos con cámara estanca para alojamiento de bombas.
Pozos para construcción de drenes radiales.
c) Pozos radiales: Los pozos de drenes horizontales, según los métodos constructivos
actualmente en uso, fueron concebidos en 1934 por un ingeniero americano apellidado
Ranney. Constan de dos partes fundamentales:
Un pozo vertical con pared de concreto reforzado y fondo de concreto en masa de
diámetro comprendido entre 1.60 y 6.00 m.
Un conjunto de drenes horizontales, situados en uno o más niveles y conectados con
el pozo vertical, en el que desaguan a través de válvulas de compuerta.
En comparación con los pozos verticales, los descensos dinámicos en los pozos radiales son
notablemente inferiores. Esto hace que sean recomendables de modo especial cuando se
quieren extraer grandes caudales y/o cuando el acuífero saturado presenta un espesor
pequeño. Sin embargo, el coste de un pozo radial es elevado, por lo que suele aceptarse que
solamente son económicamente viables a partir de apreciables caudales de bombeo.
La construcción de pozos radiales se realiza, principalmente por dos métodos diferentes:
En el sistema Ranney las perforaciones radiales se realizan con los mismos tubos
filtrantes definitivos. Por tal razón dichos tubos han de ser de acero y con paredes
199
Abastecimiento de agua
gruesas. Las ranuras en ellos son de forma alargada en el sentido longitudinal de los
mismos.
El sistema Fehlmann utiliza tubos de perforación de 267 mm. de diámetro, que se
retiran después de la colocación de los filtros. Con ello se consigue que el material y
la abertura de las ranuras de los tubos filtrantes puedan ser elegidos de acuerdo con
las características químicas del agua y con la granulometría y permeabilidad del
acuífero.
Figura 3.32. Pozo de drenes horizontales.
En ambos sistemas es posible construir los drenes con una cierta inclinación hacia arriba, lo
que posibilita penetrar más adecuadamente en el acuífero a explotar. Los drenes horizontales
suelen tener de 33 a 50 m. de longitud y se construyen mediante la hinca de un equipo de
empuje, instalado sobre una plataforma. Para conocer con precisión el caudal de un pozo
200
Abastecimiento de agua
horizontal, es preciso hacer un ensayo de producción en cada dren por separado y un aforo
del pozo completo. De modo similar a los pozos verticales el aumento de diámetro más allá
de ciertos límites no influye de forma notoria sobre su caudal específico.
4. Aguas profundas, sistemas de extracción, percusión y rotación
13.
GENERALIDADES DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
Fuentes y calidad
Parte del agua que cae a la tierra se infiltra en el suelo. Además, el agua de corrientes, lagos y
embalses artificiales y el agua dispersa en la superficie del terreno, ya sea para irrigación o
para disposición, percolará, en parte, a la tierra. Una porción del agua subterránea regresa
directamente a la atmósfera mediante la evaporación y la transpiración, otra parte es retenida
por fuerzas capilares y el resto fluye hacia abajo hasta que encuentra un estrato más o menos
impermeable. El agua contenida por una capa impermeable, o acuicierre, y que fluirá hacia
pozos, manantiales u otros puntos de recuperación, se llama agua subterránea.
A menudo, las aguas subterráneas son de mejor calidad que las aguas superficiales,
normalmente son menos costosas para explotar y en general proporcionan un suministro
más confiable. Por estas razones, es usual que se prefieran las aguas subterráneas como una
fuente para suministros de agua municipales e industriales. Como desventaja se debe anotar
que las aguas subterráneas pueden estar contaminadas con materiales tóxicos o peligrosos
que provienen de los rellenos sanitarios, los sitios de tratamiento de residuos u otras fuentes
(algunas naturales) de las cuales posiblemente no tengan conocimiento ni el público en
general ni las entidades reguladoras.
Las formaciones que contienen aguas subterráneas que son lo suficientemente permeables
como para ofrecer cantidades utilizables de agua se llaman acuíferos. Cuando el acuífero no
está sobrepuesto por un acuicierre se dice que es no confinado. La parte superior de la zona
saturada de tal acuífero se denomina la tabla de agua o nivel freático. Los acuíferos
confinados constan de una capa cargada de agua, la cual está contenida entre dos capas
menos permeables. Estas últimas pueden ser acuicierres. si son en esencia impermeables o
acuitardos si son tan permeables como para dejar que el agua entre y/o salga en sentido
vertical, pero no lo suficientemente permeables como para llevar una corriente importante
de agua en dirección horizontal.
201
Abastecimiento de agua
El flujo de agua en un acuífero no confinado es análogo al flujo en un canal abierto, mientras
que el flujo en los acuíferos confinados se asemeja al flujo en una tubería. La altura que
alcanzará el agua en un tubo que penetre un acuífero confinado se denomina superficie piezométrica. La altura de esta superficie es una medida de la
presión del acuífero, que puede ser tan alta como para subir el agua por encima de la
superficie del suelo. Los pozos artesianos son aquellos que penetran en los acuíferos
confinados. Los pozos fluyentes son pozos artesianos en los cuales la superficie piezométrica
sube por encima del nivel del suelo.
Formaciones de acuíferos
El valor que se asigna a los acuíferos depende de su capacidad para suministrar cantidades
utilizables de agua. En gran medida, ésta-es una función de Vaporosidad y del tamaño de las
partículas. La porosidad es el porcentaje del volumen total de un cuerpo de tierra que está
ocupado por vacíos. Algunos materiales muy porosos, como los distintos tipos de arcilla,
pueden ser muy malos conductores de agua, ya que el tamaño de sus partículas y los espacios
entre ellas son demasiado pequeños. La estructura de la arcilla puede cambiar de floculada a
dispersa como resultado de un intercambio de iones monovalentes y bivalentes en las
superficies de las partículas individuales. Si el agua contiene en esencia iones monovalentes,
la arcilla será dispersa y relativamente impermeable. En presencia de iones bivalentes, la
arcilla tenderá a flocularse en agregados más grandes, similares en su tamaño a la arena. En
estas condiciones, se comportará como la arena en cuanto a la transmisión de agua.
La arena, la grava y las areniscas son las fuentes más importantes de agua subterránea, pero la
piedra caliza y pizarra Asuradas, el yeso, los depósitos porosos de lava y hasta el granito
fragmentado pueden ser utilizables en algunos sitios. Se han definido varias clasificaciones de
acuíferos. La más sencilla, principalmente basada en la extensión, contiene tres grupos.
Los acuíferos más importantes son extensas y gruesas formaciones de material poroso
depositado por el agua y el viento. Son bastante uniformes; además, se dispone de
información razonablemente confiable sobre sus características o es posible obtenerla con
pocas perforaciones o a partir de los registros de pozos existentes. Son ejemplos importantes
de este grupo:
1. Los depósitos terciarios de arena y grava que se encuentran bajo las planicies
occidentales.
2. La arena y grava de las planicies de la costa este, banda que bordea las costas
Atlántica y del Golfo, de 160 a 320 km (100 a 200 mi) de ancho y que se extiende
desde Long Island hasta Texas y por el Río Mississippi hasta el Río Ohio.
3. Las areniscas de la región oriental de las Dakotas y parte de Nebraska y Kansas.
4. Las areniscas del sur de Wisconsin, el norte de Illinois y lowa oriental.
202
Abastecimiento de agua
Con frecuencia, las cuencas de los ríos y los lagos antiguos contienen depósitos de arena y
grava. Estos depósitos recolectan el agua de la escorrentía superficial y de aguas subterráneas
de terrenos más altos y la transportan hacia abajo en la dirección general del flujo superficial.
Los lechos antiguos de los ríos se encuentran a menudo más o menos paralelos a una
corriente de agua existente aunque no haya señales en la superficie de la existencia del
acuífero. La arena y la grava pueden ser uniformes o estar intercaladas con capas de
sedimento o de arcilla. Tales depósitos son mucho menos extensos que aquellos de la
primera clase, pero pueden estar en contacto hidráulico con las aguas superficiales, las cuales
suministran una recarga directa. Por tanto, las ciudades ubicadas cerca de los ríos pueden
obtener suministros muy confiables de pozos poco profundos que penetren dichos acuíferos.
En los estados del norte hay numerosos depósitos de deriva o rompimiento de glaciares que
fueron dejados por los glaciares a medida que se desintegraban. Estos depósitos de arena y
grava son muy irregulares y limitados en extensión. Se encuentran en los lechos antiguos de
los ríos, en los estratos delgados de los valles y dentro y a lo largo de las morenas. Es
probable que estén intercalados con capas de arcilla y cubiertos por ellas.
La perforación de un pozo en las áreas en donde no hay pozos productivos grandes siempre
implica riesgo. A pesar de la información disponible a partir de la exploración superficial y
subterránea, es probable que aun así no se encuentre un acuífero adecuado. La inspección
puede iniciarse de manera muy efectiva con mapas y fotografías aéreas a partir de los cuales
pueden ser identificadas las áreas de recarga, tales como abanicos, depósitos de playa o
dunas y lechos abandonados de ríos. La presencia de áreas de recarga puede ser una
indicación semicuantitativa de rendimiento potencial.
Los depósitos no consolidados: son en general, el primer lugar en donde se buscan aguas
subterráneas, ya que son fáciles de perforar, contienen por lo común agua, son más
permeables que otras formaciones y normalmente ofrecen alto rendimiento. Los valles
aluviales, tales como la planicie de inundación del Río Mississippi. ofrecen buen potencial de
agua subterránea. Los rendimientos no son iguales en todos los sitios, sino que dependen de
la proximidad a la recarga y el espesor del material. Las apariencias de la superficie pueden
ser engañosas, por lo que es necesario conocer la geología subterránea antes de iniciar un
programa de construcción. Los depósitos glaciares, por ejemplo las planicies de salida de
material lavado, contienen materiales finos bastante ordenados que poseen una alta
permeabilidad y capacidad de almacenamiento. Otros depósitos glaciares tales como las
morenas y los riscos cortos y largos de arenas o gravas a lo largo de los ríos, aunque son
permeables, pueden estar demasiado drenados o ser muy pequeños como para constituir
fuentes útiles de agua.
203
Abastecimiento de agua
Las rocas sedimentarias de granos gruesos: tales como las areniscas, tienen porosidades entre
el 5 y el 30% y permeabilidades que son menores en magnitud que los correspondientes
depósitos no consolidados. Las áreas más productivas se encuentran a lo largo de las fallas
tectónicas y las zonas de juntas. Las rocas sedimentarias de granos finos, entre ellas la pizarra
y la arcilla, tienen una alta porosidad pero su permeabilidad es muy baja. Las áreas
fracturadas o de juntas pueden ofrecer pequeñas cantidades de agua; sin embargo, la mayoría
de estos materiales son acuicierres.
Las rocas carbonatadas: rinden agua como resultado de tubificaciones por solubilidad, juntas
y fallas. Las tubificaciones horizontales son más importantes que las verticales, ya que estas
últimas tienden a ser selladas por sedimentos llevados por la escorrentía y es mucho más
probable que los pozos lleguen a las tubificaciones horizontales que a las verticales. Las
cavernas de piedra caliza ofrecen cantidades muy grandes de agua, aunque no hay mucha
posibilidad de encontrarlas salvo que sea por accidente.
Las rocas ígneas y metamórficas: también pueden proporcionar agua como resultado de la
fracturación por fallas o desgaste. Las rocas volcánicas a veces son muy permeables; pueden
obtenerse flujos grandes de los basaltos, en especial cuando ellos presenten discontinuidades
causadas por diques, fallas o depósitos de ceniza.
Además de la información obtenida apartir de las características superficiales, varios métodos
geofísicos pueden ser útiles en la localización de aguas subterráneas. Los estudios
gravitacionales pueden indicar la ubicación de fallas, dobleces e intrusiones y la profundidad
de los depósitos aluviales. Los estudios de resistencia de los suelos pueden ayudar a ubicar
agua, dado que la resistencia se incrementa a medida que aumenta la porosidad y se reduce
el contenido tanto del agua como de sales. Los estudios sísmicos son más precisos y, por lo
general, más útiles que otros métodos, pero también son más caros. Las técnicas consisten en
crear una onda de choque y medir su tiempo de llegada a una serie de detectores o geófonos.
Los estudios sísmicos correctamente diseñados no sólo permiten la localización de estratos
impermeables, sino que también pueden medir su profundidad. Toda técnica geofísica
(incluyendo-la interpretación de los registros de los pozos de prueba) requiere de
conocimiento especializado y de una amplia experiencia.
FLUJO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
;
Como se mencionó anteriormente, el flujo de las aguas subterráneas puede considerarse
como análogo al flujo en canal abierto o a través de tubería en cuanto a los acuíferos no
confinados y confinados, respectivamente. Corrió en otros regímenes de flujo, debe haber
una pendiente hidráulica que permita que el flujo ocurra. La velocidad del flujo está
204
Abastecimiento de agua
directamente relacionada con la pendiente hidráulica e inversamente relacionada con la
permeabilidad del acuífero.
Dado que la permeabilidad de la materia natural rara vez es uniforme, no es probable que la
pendiente hidráulica sea una línea recta. Las pendientes hidráulicas naturales pocas veces
superan del 0.2 al 0.4%. Las velocidades en pendientes de esta magnitud varían de menos de
100 m/año en las areniscas a más de 100 m/día en las gravas gruesas.
Los estudios realizados por Darcy sobre el flujo de aguas subterráneas en la década de 1850
lo llevaron a la relación
Donde
V = velocidad superficial, o de Darcy (no la velocidad real a través de los intersticios del
suelo)
h = caída en el nivel freático o tabla de aguas subterráneas entre dos puntos
l = distancia horizontal entre estos puntos
s = pendiente hidráulica k - constante que depende de las características tanto del medio
fluido como del sólido
Reynolds demostró que la ley de Darcy es aplicable siempre y cuando el flujo sea laminar. Se
puede comprobar con facilidad que es éste el caso con respecto a todos los acuíferos de
importancia práctica. La única excepción significativa ocurre en las proximidades inmediatas
de los pozos.
El coeficiente de Darcy puede ser evaluado por algunas técnicas de laboratorio1. En general,
estos métodos no dan resultados tan útiles como los que se obtienen a partir de mediciones
de campo. Es supremamente difícil obtener muestras de suelo intactas y aun este tipo de
muestras pueden no ser representativas de acuíferos, que rara vez son uniformes en
cualquier distancia.
Teniendo en cuenta que, en general, la ecuación es vectorial, se podría rescribir como
Si se define un potencial de velocidad Φ tal que
entonces se puede escribir la ley generalizada de Darcy como
205
Abastecimiento de agua
Si se considera la ecuación de continuidad para un elemento incompresible del acuífero, se
obtiene
que, al sustituir por V de la ecuación, arroja
La ecuación es la ecuación de Laplace para flujo permanente en medios homogéneos e
isotrópicos. Para el caso de dos dimensiones (lo cual es a menudo apropiado) ésta se puede
escribir como
En coordenadas cilíndricas, ésta se convierte en
Donde
Para un flujo puramente radial en el plano horizontal no hay variación de Φ con θ, por tanto,
de donde
Al definir las condiciones de frontera Φ = 0 en r = rwy Φ = kh en r = R, donde h es la pérdida
de cabeza desde r = R hasta r = rw se obtiene
Y
A cualquier radio desde el pozo
Donde D es el espesor del acuífero. Al sustituir por V' de la ecuación e integrar, para el caso
en que D es constante, se obtiene
206
Abastecimiento de agua
Donde (h2 – h1) es la pérdida de cabeza entre r - R y r =,rw- La ecuación es aplicable a
acuíferos confinados, donde D es constante y h2 y h1 son las cotas de la superficie
piezométrica por encima de un nivel de referencia arbitrario. En esta ecuación, el producto
kD con frecuencia se fija igual a T, la transmisividad del acuífero. Donde D puede variar,
como ocurre en los acuíferos no confinados, si h se mide desde el acuicíerre que está por
debajo, entonces D = h y la ecuación se convierte en
Las dos ecuaciones de arriba se denominan, respectivamente, ecuación de Theim y ecuación
de Dupuit. Parte de suponer que el flujo es horizontal y ocurre en un acuífero de extensión
infinita. Aunque la validez de estas suposiciones nunca se ha podido establecer, las
ecuaciones, sin embargo, son útiles, sobre todo en evaluaciones de campo de las
características hidráulicas de los materiales de los acuíferos.
En caso de un flujo no permanente (donde
≠ 0), es necesario incluir el flujo producido
por liberación del almacenamiento. Si se define S como el volumen liberado por volumen de
unidad del material del acuífero por unidad de caída en el nivel freático, la ecuación de
Laplace se convierte en
Que, en coordenadas cilíndricas, es
Para un flujo uniforme radial, como antes
Y
Esta ecuación tiene una solución de la forma
Donde s es el descenso en el nivel freático en cualquier punto y
La integral
207
Abastecimiento de agua
Se llama la función de pozo de u, w(u), y es igual a
Que es convergente para toda u.
Las soluciones de forma cerrada antes presentadas son útiles para muchos fines, pero el
análisis moderno del flujo de aguas subterráneas se basa más comúnmente en modelos de
elementos finitos que permiten variar las características del acuífero dentro del campo de
flujo y que. con frecuencia, incluyen la habilidad para predecir el transporte de
contaminantes.
EXPLOTACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA
El tipo de explotación utilizado en cada caso depende de las formaciones geológicas y las
características hidrológicas de las formaciones de agua productiva. Puede dividirse en dos
categorías principales:
1. Explotación mediante pozos:
a) No artesianos o de capa freática.
b) Artesianos.
2. Explotación de manantiales:
a) Gravitacionales.
b) Artesianos.
Pozos.
Los pozos no artesianos son aquellos que penetran formaciones en las que el agua
subterránea se encuentra bajo las condiciones de la capa freática. Bombeando desde las
zonas inferiores del pozo, la capa freática disminuye en los alrededores del mismo y el agua
se desplaza hacia abajo y hacia el pozo debido a la diferencia de presión creada
artificialmente.
Los pozos artesianos son aquellos que se introducen en acuíferos en los que el agua
subterránea se encuentra sometida a la presión hidrostática. Semejante condición se da en un
acuífero confinado bajo una capa de material impermeable a una profundidad superior a la
del área de carga del acuífero. Las áreas de entrada de agua o de recarga de acuíferos
confinados están normalmente a niveles superiores, en los afloramientos o inicios de las
formaciones de acuíferos. El flujo de aguas subterráneas va de las áreas de afloramiento poco
profundas a las áreas de afloramiento más profundas, que son zopas de descarga natural.
208
Abastecimiento de agua
También fluye hacia los puntos donde los niveles de agua han sido bajados artificialmente
mediante bombeo desde los pozos. Cuando el nivel del agua en el pozo se sitúa por encima
de la parte superior del acuífero, el pozo se describe como artesiano. Un pozo que vierte
agua a la superficie terrestre por presión artesiana es un pozo artesiano fluyente.
Manantiales.
Los manantiales gravitacionales se dan en aquellos lugares donde el agua, que se filtra
lateralmente a través de capas de material permeable superpuestas a un estrato impermeable,
asciende hasta la superficie. También se dan donde la superficie del suelo corta la capa
freática. Este tipo de manantial es particularmente sensible a las fluctuaciones estacionales del
almacenamiento del agua subterránea y disminuyen frecuentemente, durante los periodos
secos, hasta un mero rezume o incluso desaparecen. Los manantiales gravitacionales son, por
lo general, fuentes de baja descarga, pero cuando se explotan correctamente, constituyen
sistemas de suministro individuales bastante satisfactorios.
Los manantiales artesianos descargan desde los acuíferos artesianos. Se dan donde la
formación que confina superiormente al acuífero artesiano se rompe por una falla o donde el
acuífero descarga sus aguas hacia una zona topográfica más baja. El flujo de estos manantiales
depende de los niveles de carga y descarga del acuífero y del tamaño de las aperturas que
transmiten el agua. Los manantiales artesianos son normalmente más fiables que los
gravitacionales, pero son particularmente sensibles al bombeo de pozos situados en el mismo
acuífero. Como consecuencia de ello, pueden secarse por bombeo.
Los manantiales pueden clasificarse además por la naturaleza de las zonas atravesadas por el
agua desde la fuente.
Los manantiales de filtración son aquellos en los que el agua rezuma a través de arena, grava
u otro material que contenga una gran cantidad de pequeños intersticios. Este término
incluye manantiales tanto grandes como pequeños. Algunos de los grandes manantiales
poseen extensas zonas de filtración caracterizadas por la presencia de una abundante
vegetación.
El agua de los pequeños manantiales de filtración puede estar coloreada o contener una
sustancia aceitosa debido respectivamente a la presencia de hierro o a la descomposición de
la materia orgánica. Los manantiales de filtración pueden emerger a lo largo de la parte
superior de una capa impermeable, pero se dan normalmente en mayor medida en lugares
donde los valles están cortados en la zona de saturación de los depósitos de agua utilizable.
Estos manantiales carecen generalmente de bacterias dañinas, pero son susceptibles a la
contaminación por la escorrentía superficial que se acumula en valles o depresiones.
Los manantiales tubulares manan de canales relativamente grandes, como los canales
excavados en rocas solubles y las cavernas de caliza, y canales más pequeños que se forman
209
Abastecimiento de agua
en los períodos glaciales. A veces se conocen con el nombre de manantiales libres porque el
agua mana libremente de una o varias grandes aperturas. Cuando el agua alcanza los cauces
por filtración a través de la arena u otro material granulado, normalmente está libre de
contaminación. Cuando los cauces reciben el agua de la superficie directamente o de manera
indirecta el efluente de los pozos negros, o de fosas sépticas, este agua debe considerarse
como no potable.
Los manantiales de fisura se producen a lo largo de juntas, o planos de falla. Su rasgo
distintivo es una grieta en la roca a través de la que mana el agua. Algunos de estos
manantiales descargan agua no contaminada originaria de fuentes profundas. Un gran
número manantiales termales son de este tipo. Sin embargo, pueden descargar agua que esté
contaminada por drenaje superficial desde estratos cercanos a la superficie.
Flujo.
La velocidad del movimiento del agua a través del suelo es de una magnitud completamente
diferente a la de los cauces naturales o artificiales o las canalizaciones. El rango típico de
valores va de 5 pies/día (1.5 m/día) a unos pocos pies por año. Los métodos para la
determinación de estas velocidades de transmisión están basados principalmente en los
principios del flujo de fluidos representados por la ley de Darcy. Matemáticamente, esta ley
puede expresarse como:
donde:
V = Velocidad de flujo.
k = Coeficiente que tiene las mismas unidades que la velocidad.
S = Pendiente hidráulica.
La ley de Darcy tiene limitada su aplicación a flujos en la región laminar. El criterio de
control es el número de Reynolds.
donde:
Nr = Número de Reynolds.
d = Diámetro medio de grano.
n = Viscosidad cinemática.
V = Velocidad del flujo.
Para números de Reynolds menores que la unidad, el flujo del agua subterránea puede ser
considerado laminar. La salida de las condiciones de régimen laminar, con números de
Reynolds de entre 1 y 10, depende del tamaño del grano y su forma. Con excepción de las
regiones próximas a dispositivos colectores, el flujo del agua subterránea es laminar y la ley
de Darcy puede aplicarse siempre.
210
Abastecimiento de agua
Consideraciones. Algunas de las consideraciones a tener en cuenta en la explotación del agua
subterránea son:
1) el desvío del agua superficial fuera de las instalaciones de extracción;
2) desagüe del agua sobrante lejos de las instalaciones de extracción;
3) hermeticidad en los trabajos de extracción hasta, por lo menos, 10 ft (3 m)
por debajo de la superficie y, si fuera necesario, hasta encontrar el acuífero, y
4) la prevención del retroceso del flujo en la salida del agua.
Explotación de pozos
Los trabajos de extracción del agua subterránea pasan en un primer lugar por la construcción
de pozos o galerías de filtración. Son numerosos los factores que influyen en la estimación
cuantitativa del rendimiento de extracción. Aunque, algunos casos son solubles mediante la
utilización de expresiones matemáticas relativamente simples, otros sólo pueden resolverse a
través del análisis gráfico o mediante el uso de varios tipos de modelos. Puede encontrarse
un tratamiento más completo de los problemas del agua subterránea y de los problemas de
infiltración en numerosas referencias.
El sistema que forma un pozo puede considerarse compuesto por tres elementos: la
estructura del pozo, la bomba y la tubería de descarga. El propio pozo contiene una sección
abierta a través de la que el flujo entra y otra formada por una carcasa cerrada a través de la
que el flujo se transporta a la superficie. La sección abierta normalmente es una carcasa
perforada o una rejilla metálica agujereada que permite el paso del flujo y al mismo tiempo
previene el derrumbamiento del agujero. Ocasionalmente, se deposita arena gruesa en el
fondo de la cubierta del pozo alrededor de la rejilla.
Cuando se bombea un pozo, el agua es extraída del acuífero inmediatamente adyacente a la
rejilla. Se establece entonces un flujo a cierta distancia del pozo para rellenar este vaciado del
acuífero. Debido a la resistencia que ofrece el suelo al flujo, aparece una pérdida de carga y
se establece un descenso en la superficie piezométrica adyacente al pozo. Esto se conoce
como cono de depresión. El cono de depresión se expande hasta que se alcanza una
situación de equilibrio y se establecen condiciones de estado estacionario.
Cuando se bombea un pozo, el nivel de la capa freática en la vecindad del pozo descenderá.
Este «descenso» o drawdown, que depende del tipo de acuífero, obliga a la capa freática o a
la superficie de la presión artesiana o piezométrica a adoptar la forma de un cono invertido
llamado cono de depresión. Este cono, con el pozo en el eje, se mide en términos de la
diferencia entre el nivel de agua estática y el nivel en bombeo. A distancias crecientes del
pozo, el descenso disminuye hasta que la pendiente del cono se confunde con la de la capa
freática estática. A la distancia a la que esto sucede se le denomina radio de influencia. Ésta
211
Abastecimiento de agua
no es constante y tiende a ampliarse con el bombeo continuado. A una tasa de bombeo
determinada, la forma del cono de depresión depende de las características de la formación
donde se encuentra el agua utilizable. Los acuíferos altamente permeables formados por
arena gruesa o grava presentarán conos poco profundos y anchos. Los menos permeables
presentarán conos profundos y estrechos. A medida que el ritmo de bombeo aumente,
aumentará la depresión y, consecuentemente, la inclinación del cono también aumentará.
Entre las características del acuífero, sea artesiano o de capa freática, y las características
físicas de la formación, que influirán en la forma del cono, se encuentran el grosor, la
extensión lateral y el tamaño de los granos de arena o grava. En las zonas donde haya
materiales de permeabilidad baja, como arena fina o arcilla arenosa, la depresión será mayor
y el radio de influencia menor que en las zonas en las que la arena sea más gruesa o tosca,
suponiendo que el bombeo sea el mismo para ambas zonas (véase Fig. 3.32).
Por ejemplo, cuando las demás condiciones son iguales para dos pozos cualesquiera, podría
esperarse que el coste, para la misma tasa de bombeo, fuera más alto para el pozo rodeado
por material de permeabilidad más baja, debido a la mayor depresión.
Cuando los conos de depresión se solapan, la capa freática local bajará (véase Fig. 3.32). Esto
exige bombeo con una carga de altura adicional para obtener agua de la parte interior de
todo el grupo de pozos. Una distribución más amplia, de los pozos, sobre el acuífero
reducirá el coste del bombeo y permitirá la extracción de una mayor cantidad de agua.
Rendimiento.
La cantidad de agua que puede bombearse desde cualquier pozo depende del carácter del
acuífero y de la construcción del pozo.
Doblando el diámetro de un pozo sólo se aumenta su rendimiento en aproximadamente un
10 por 100. El diámetro de la carcasa se escoge para permitir suficiente espacio para el
montaje de la bomba. Los pozos individuales raramente requieren carcasas
0 envolturas de más de 15 cm (6 in); los pozos de 4 in (10 cm) son muy comunes en muchas
áreas.
Una manera más eficaz de aumentar la capacidad de un pozo es taladrando un sondeo más
profundo en el acuífero. Por supuesto, éste debe tener el espesor suficiente. La parte de la
entrada de la estructura abierta al pozo (de rejilla, con perforaciones, con hendeduras)
también es importante para determinar el rendimiento del mismo en una formación arenosa
o con guijarros. La cantidad de «área abierta» en la parte perforada expuesta al acuífero es
crítica. Los pozos construidos en formaciones consolidadas, normalmente son de agujeros
abiertos, es decir, no hay ninguna cubierta de separación del propio acuífero.
212
Abastecimiento de agua
No siempre es posible predecir con precisión el rendimiento de un pozo determinado antes
de su completa construcción. Puede obtenerse, sin embargo, alguna información mediante
estudios geológicos de la zona y la interpretación de los resultados obtenidos de otros pozos
construidos en la vecindad. Esta información será útil a la hora de seleccionar el lugar
específico en el que ha de construirse el pozo y el tipo más adecuado para tener éxito. Esta
información también puede proporcionar una indicación cuantitativa del rendimiento que
puede esperarse.
Una manera muy común de describir el rendimiento de un pozo es expresar su capacidad de
descarga respecto a su depresión. Esta relación se denomina capacidad específica del pozo y
viene expresada en galones por minuto y por pie (metros cúbicos por minuto y por metro)
de depresión. La capacidad específica puede ir de menos de 1 gpm/ft (0.004 m³/min* m) de
depresión, para un pozo pobremente explotado o situado en un acuífero estrecho, a más de
100 gpm/ft (0.38 m³/min*m) de depresión, para un pozo explotado correctamente en un
acuífero muy permeable.
La Tabla 3.8 da información general sobre la viabilidad práctica de penetrar varios tipos de
formaciones geológicas por los métodos indicados.
213
Abastecimiento de agua
FIGURA 3.33. Bombeo de acuíferos: a) Efecto del bombeo en el cono de depresión; b) Efecto del
material del acuífero en el cono de depresión, y c) Efecto de la solapamiento del área de influencia
entre pozos en bombeo.
214
Abastecimiento de agua
TABLA 3.8.
Conveniencia de los métodos de construcción de pozos con diferentes condiciones geológicas* (2)
Taladrado
Rotatorio
Características
Excavado
Perforado
Conducido Percusión
Rango de profundidades prácticas
(orden general de
ft(m)magnitud),
Diámetro, cm (pulgadas)
0-50
(0-15,24)
0-100
(0-30,48)
0-50
(0-15,24)
3-20
(7,62-50,80)
2-30
l'/4-2
4-18
4-24
4-10
4-10
2-12
(5,08-76,20) (3,18-5,08) (10,16-45,72) (10,16-60,96) (10,16-25,40) (10,16-25,40) (5-30)
Tipo de formación
geológica
Arcilla
Cieno
Arena
Arena gruesa
Arena gruesa consolidada
Cantos rodados
Piedra arenisca
Caliza
Piedra ígnea densa
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
No
Sí, si son
inferiores
al diámetro
del pozo
Sí, si es ligera Sí, si es
y/o fracturada ligera y/o
fracturada
No
No
No
No
Sí
Sí
Sí
Sí
No
No
0-1000
(0-304,80)
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí, cuando
se hace en
lecho firme
Sólo capas Sí
delgadas
No
No
Sí
Sí
Hidráulico
Aire
Aire
Inyección
0-1000
(0-304,80)
0-750
(0-228,60)
0-750
(0-228,60)
0-100
(0-30)
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
(Difícil)
No
No
No
No
No
No
No
No
No
No
No
No
Sí
Sí
Sí
No
Sí
Sí
No
No
¼
Sí
Sí
Sí
ligada
No
No
* El rango de valores en esta tabla está basado en condiciones generales. Pueden excederse para área o condiciones específicas.
215
Abastecimiento de agua
Preparación del lugar.
Un pozo construido correctamente debe evitar la entrada de agua superficial de la misma
manera que lo hace la fuente de agua subterránea manteniendo inalterable la formación
geológica. La parte superior del pozo debe construirse de tal manera que ningún material
externo, ni el agua superficial, pueda penetrar en el interior del pozo. El lugar donde se
establezca el pozo debe drenarse correctamente y estar adecuadamente protegido contra la
erosión, las inundaciones y el posible daño o contaminación causado por animales. El
drenaje superficial debe desviarse lejos del pozo.
Los equipos de bombeo, tanto los sistemas automáticos como los manuales, deben
construirse e instalarse de forma que prevengan la entrada de contaminación o de materia
indeseable en el pozo o en el agua que está bombeándose. Deben considerarse los siguientes
factores.
1. El diseño del cabezal de la bomba o lo que está contenido en ella, que debe ser tal
que se evite la contaminación del agua por lubricantes u otros materiales de
mantenimiento durante el funcionamiento del equipo. Debe evitarse también que la
contaminación producida por el contacto con las manos, el polvo, la lluvia, los
pájaros, las moscas, los roedores, otros animales o fuentes similares llegue a la cámara
de agua de la bomba o a la fuente de suministro.
2. El diseño de la base de la bomba o lo que está contenido en ella, que debe ser tal que
se facilite la instalación de un sello sanitario dentro de la envoltura o cubierta del
pozo.
3. La instalación de la parte destinada al bombeo, dentro de todo el conjunto, debe
realizarse cerca de o por debajo del nivel de agua estático del pozo para que no sea
necesario el cebado de la bomba.
4. El diseño ha de proteger contra las heladas, incluyendo el desagüe o drenaje de la
bomba dentro del pozo si fuera necesario.
5. La consideración de un plan global de diseño para facilitar el mantenimiento y
reparaciones necesarias, incluyendo espacio muerto para desmontar la tubería, la
bomba, el motor y los demás accesorios.
Construcción del pozo.
La sección siguiente describe los diversos tipos de construcción de pozos.
216
Abastecimiento de agua
Pozos excavados.
El pozo excavado, construido a mano, es normalmente poco profundo. Es más difícil de
proteger de la contaminación, aunque si su acabado es correcto, puede proporcionar un
suministro satisfactorio. Debido a las ventajas que ofrecen otros tipos de pozo, debe tenerse
en consideración primero alguno de los descritos más adelante.
Normalmente estos pozos se excavan con pico y pala. El material excavado puede alzarse a la
superficie por medio de un cubo atado a un torno o grúa. En agujeros con diámetros
superiores a 3 pies (0,91 m), donde el material está compuesto principalmente por arena o
guijarros, suele utilizarse una grúa eléctrica o un elevador de cangilones. En zonas con arcillas
densas o materiales consolidados son eficaces, como medio de excavación, las herramientas
de mano neumáticas.
Para prevenir el derrumbe del material de las paredes, se debe colocar una rejilla o pantalla
envolvente en la excavación e introducirla hacia abajo conforme el hoyo se ahonde. El
espacio entre la envolvente y el terraplén debe rellenarse con material limpio. En la zona de
aparición de agua utilizable, el material de relleno debe ser arena o arena gruesa (guijarros).
Debe ponerse, además, un mortero de cemento a lo largo de la envolvente hasta una
profundidad de 10 pies (3 m) bajo la superficie del suelo para impedir así la entrada de agua
superficial (véase Fig. 3.33).
217
Abastecimiento de agua
FIGURA 3.34. Pozo excavado con la instalación de un motor de bombeo de dos tuberías. Nota: La
rejilla de la bomba debe situarse debajo del nivel de depresión máximo.
Los pozos excavados pueden forrarse con ladrillo, piedra u hormigón dependiendo de los
materiales disponibles y del coste de la obra. La tubería de hormigón prefabricada,
disponible en una amplia gama de tamaños, proporciona un forro excelente. Este forro o
recubrimiento puede usarse como andamiaje para ahondar el hoyo. Cuando se utiliza para
esto, es preferible una tubería de hormigón con juntas machihembradas y superficie exterior
lisa.
Pozos perforados.
En general, tienen las mismas características que los pozos excavados a mano, pero pueden
introducirse más profundamente en la formación de agua. Normalmente se construyen con
218
Abastecimiento de agua
barrenas que giran bien a mano o mecánicamente. Estos pozos se consideran prácticos a
profundidades menores de 100 pies (30 m), aproximadamente, cuando la demanda de agua
es baja y el material del estrato del acuífero tiene propiedades que no permiten la excavación
a mano o que contiene algunos cantos roda-dos de gran tamaño. En zonas de material
apropiado, pueden perforarse agujeros de 2 a 30 pulgadas (5 a 75 cm) de diámetro hasta casi
100 pies (30 m) de profundidad sin excavación manual.
Estos pozos perforados pueden forrarse con azulejo vitrificado, tuberías de hormigón, hierro
forjado, carcasas de acero u otro material adecuado capaz de soportar las cargas impuestas.
El pozo puede completarse instalando rejillas o tapas perforadas en contacto con el agua. Ha
de conseguirse una protección apropiada del drenaje de agua superficial sellando la cubierta
con un mortero de cemento hasta la profundidad necesaria.
Pozos de conducción. Es el más simple y barato de todos los tipos de pozo. Se construye
introduciendo en la tierra una punta que se ajusta al extremo de una serie de secciones de
tubería (Figs. 3.34 y 3..35). La punta es de acero forjado o templado y habitualmente tiene un
diámetro de 1,25 o 2 in (3 o 5 cm).
FIGURA 3.35 Tipos diferentes de puntas para pozos de conducción: a) tipo de hendidura continua;
tí) tipo de cubierta de latón, y c) tipo de tubo de latón.
219
Abastecimiento de agua
FIGURA 3.35. Métodos de hincado de picas en pozos de conducción
El pozo se hinca con la ayuda de un mazo o una pesa especial (véase Fig. 3.35) Para los
pozos más profundos, algunas veces, las puntas se introducen en los estratos de agua desde el
fondo de un pozo ya excavado o perforado (Fig. 3.36).
El rendimiento de los pozos de conducción generalmente es de pequeño a moderado. En
aquellos lugares donde puedan instalarse a una profundidad apreciable por debajo de la capa
freática, no tienen más posibilidades que los perforados para resultar afectados seriamente
por las fluctuaciones de la capa freática. La mejor localización de estos pozos es en áreas que
contengan depósitos aluviales de gran permeabilidad. La presencia de arenas gruesas o grava,
guijarros o cantos rodados interfieren en la penetración de la punta y pueden dañar el
encamisado exterior de malla de alambre.
Pozos de inyección.
Un rápido y eficaz método para hundir la punta de penetración en la construcción del pozo
es el de inyección o lavado. Este método requiere una fuente de agua y una bomba para
inyectarla a presión. El agua a presión desciende por la tubería ascendente y sale con gran
fuerza en una abertura en la parte inferior. La punta y la tubería se van abriendo paso y
descienden entonces a medida que el material va siendo desmenuzado por el chorro de
agua.
220
Abastecimiento de agua
La tubería ascendente de un pozo de inyección se utiliza, a veces, como tubería de aspiración
para la bomba. En tales casos, puede introducirse agua superficial hacia el pozo si la tubería
fuga debido a agujeros producidos por corrosión. Como medio de protección contra la
posible entrada de agua contaminada de la superficie suele colocarse, hasta la profundidad
necesaria, un revestimiento protector externo. El espacio anular entre las carcasas debe
rellenarse con cemento. La carcasa o tubería exterior protectora se instala mejor con un
agujero de barrena y la punta de penetración se introduce entonces en ella.
FIGURA 3.36. Pozo excavado a mano y perforación con pica de hinca y bomba de inyección.
221
Abastecimiento de agua
Pozos de sondeo.
La construcción de un pozo de sondeo (véase Fig. 3.37) suele realizarse por choque o
mediante perforación hidráulica con barrena rotativa. La selección del método depende
principalmente de la disposición geológica del lugar y del equipo disponible.
1. Método de choque (cable-tool). Este método consiste en elevar y hacer caer un pesado y
fino taladro. El impacto aplasta y deshace en trozos la formación geológica en cuestión. Se
introduce, a la vez, agua que forma un lodo al mezclarse con los restos disgregados de
material en el fondo del agujero. Este lodo se saca periódicamente a la superficie con un
bailer, una tubería de 10 a 20 pies (3 a 6 m) de largo con una válvula en su extremo inferior.
FIGURA 3.37. Pozo de sondeo con bomba sumergible .
222
Abastecimiento de agua
2. Método del taladro rotativo hidráulico. Se utiliza en muchas formaciones. Las partes
esenciales incluyen una grúa, una mesa rotativa a través de la que pasa la tubería con el
taladro, una serie de secciones de tubería que se van atornillando y ensamblando entre sí, un
mecanismo cortante en el extremo inferior de la tubería taladro, una bomba para la
circulación del fluido perforante y una fuente de energía para activar el taladro.
3. Método taladro rotatorio con aire. Es similar al método anterior en tanto que puede
utilizarse el mismo tipo de máquinas y herramientas. La diferencia principal es que el fluido
utilizado es aire en lugar de barro o agua. Se usan, en este método, compresores de aire.
Muchos taladros se equipan con una bomba de lodos para aumentar la versatilidad del
equipo.
4. Martillo neumático interior. Combina el efecto del choque del taladro con el movimiento
rotatorio. La barrena dispone de superficies cortantes de carburo de tungsteno, muy
resistentes a la abrasión.
LOS POZOS PROFUNDOS, EXTRACCION DE AGUA
Son la fuente normal de aguas subterráneas para las ciudades. Tales pozos aprovechan
acuíferos de gran espesor y extensos que no están sujetos a variaciones rápidas del nivel
piezométrico y que tienen un rendimiento grande y uniforme. En general, los pozos
profundos producen agua de una calidad más constante que los pozos poco profundos,
aunque esa calidad no es necesariamente mejor. Este tipo de pozos se construye con una
variedad de técnicas, de las cuales se mencionan las principales a continuación.
Método de Percusión
El método de percusión con herramientas de cable lleva a cabo la operación de perforar,
levantando y dejando caer con regularidad una pesada sarta de herramientas dentro del
agujero que se va abriendo. El barreno fractura o desmorona la roca dura y la convierte en
pequeños fragmentos. Cuando se está perforando en materiales suaves y no consolidados, el
barreno afloja el material. En ambos casos la acción de vaivén de las herramientas
entremezcla con agua las partículas fracturadas y desprendidas, formando así un lodo. El
agua necesaria para formar éste es agregada al agujero cuando no se encuentra presente en la
formación que se está penetrando.
El lodo resultante debe ser retirado del agujero de tiempo en tiempo mediante una bomba
de arena o de una cuchara. Cuando se acumula mucha columna de lodo, ésta amortigua la
caída de las herramientas y retarda la velocidad de penetración. Tal circunstancia es la que
determina con cuánta frecuencia deberá extraerse el lodo.
223
Abastecimiento de agua
Una sarta completa de herramientas de perforación se halla constituida por cuatro
elementos. Estos son: el barreno, la barra de peso, las tijeras de perforar y el portacable
giratorio. La barra le imprime un peso adicional al barreno y el efecto de su longitud ayuda a
mantener un agujero recto cuando se perfora en roca dura. Las tijeras consisten de un par
de barras de acero articuladas. Cuando se está perforando en aquellos materiales en los que
el barreno está propenso a quedar aprisionado, se utilizan las tijeras para aflojar las
herramientas. Esta es la única función que desempeñan. Las tijeras no sirven para otro
propósito en la función misma de perforar.
Cuando ha quedado trabado, el barreno puede liberarse fácilmente mediante un golpeteo
de las tijeras dirigido hacia arriba, en tanto que si se aplicara una tensión sostenida, ello haría
que el cable fallara o se rompiera. La carrera o desplazamiento de las tijeras es de sólo unos
15 a 23 centímetros. El término tijeras de perforación se emplea para distinguirlas de las
tijeras de pesca, que desarrollan carreras desde 45 hasta 75 centímetros.
El portacable giratorio establece la conexión de las herramientas al cable; además, su peso
suministra parte de la energía de los golpes ascendentes dados por las tijeras cuando se
necesita usar éstas. También permite que las herramientas giren ligeramente con respecto al
cable,
Los elementos de la sarta de herramientas se acoplan entre sí mediante extremos roscados
de la designación estándar API (American Petroleum Institute)
El cable de alambre que soporta las herramientas de perforar se denomina comúnmente
línea de perforar. Por lo general, varía entre % y 1 pulgada de diámetro y su torcido es en
sentido izquierdo. La línea de perforar se hace pasar por sobre una polea de coronamiento
que se halla situada en la cumbre del mástil o torre, de donde desciende hacia el cabrestante
llegando al tambor principal de arrollado.
La cuchara está formada por un tramo de tubo con una válvula de retención en el fondo.
Esta válvula puede ser del tipo plano o del tipo de dardo. El asa del extremo superior de
esta herramienta provee el medio para suspenderla de un cable que corrientemente se
denomina línea de arena.
La bomba de arena es una cuchara dotada de un émbolo, el cual, al desplazarse hacia arriba,
produce un vacío que abre la válvula y succiona la arena o el lodo que contiene los
fragmentos, haciéndolos penetrar al tubo. El fondo de la bomba de arena consiste siempre
de una válvula de diseño plano.
La línea de arena se hace pasar por sobre una polea separada, en la cumbre de la torre, y
luego desciende hasta su tambor de arrollado.
224
Abastecimiento de agua
FIGURA 3.38: Los cuatro elementos que componen una sarta de herramientas para perforar por el
método de percusión. Máquina de perforar por percusión de mediana capacidad, trabajando en su
sitio.
La acción de sube y baja le es impartida a las herramientas de perforar y al cable
correspondiente, por un brazo excéntrico. Este brazo excéntrico pivotea en uno de sus
extremos. El extremo exterior, que lleva una polea por la que pasa el cable de perforación, se
mueve hacia arriba y hacia abajo mediante la acción de una excéntrica sencilla o doble, la cual
se halla conectada al brazo del cigüeñal. Tanto la carrera o desplazamiento vertical, como
también la velocidad de acción, pueden cambiarse a voluntad.
El brazo del cigüeñal está movido por un piñón de engranajes montado en un freno de
fricción. Este freno, como también el de la línea de arena y el piñón del tambor del cable de
perforar, se hallan todos montados en el mismo contraeje.
El desplazamiento vertical del brazo del cigüeñal, y el de las herramientas, puede hacerse
variar ajustando la posición del eje de la excéntrica en el piñón de aquél; en esta forma, se
puede cambiar el número de golpes por minuto con solo hacer variar la velocidad del eje.
225
Abastecimiento de agua
El tercer tambor de arrollado, llamado el tambor de ademado, viene por lo general
incorporado también a la maquinaria básica de perforación. El tambor de ademado es capaz
de ejercer una tensión poderosa sobre un tercer cable, el de ademado. Este se utiliza para
manipular tubería, herramientas y bombas; o también para otras pesadas labores de izado.
Asimismo, puede utilizarse este tambor para halar una sarta de ademes cuando el cable se
acondiciona con un motón para constituir una línea múltiple de izado. En estos casos, bien
podría necesitarse reforzar estructuralmente la torre o mástil, para poder aplicar el máximo
empuje.
Otro implemento de izar que a menudo se suministra con el equipo de perforación, es un
cabrestante pequeño. Para utilizarlo, se necesita una cuerda guiada por una polea separada,
colocada a su vez en la cumbre de la torre. Esta línea se utiliza para manipular cargas livianas
o para levantar o dejar caer herramientas tales como un bloque de hincado, etc. Para esto se
arrollan al cabrestante unas dos o tres vueltas flojas del extremo libre de la cuerda. Cuando
aquél está girando, el perforador toma el extremo libre de la cuerda con su mano y da un
ligero tirón, haciendo con ello que las vueltas del arrollado de la cuerda se atiranten y traten
de frenar el cabrestante. Esto causa que la carga se levante en el otro extremo de la cuerda;
cuando el perforador afloja su extremo, la fricción entre la cuerda y la polea en rotación del
cabrestante disminuye, cayendo entonces las herramientas.
FIGURA. 3.39 Los fragmentos y cortaduras extraídos por una cuchara con válvula de dardo son
expulsados conforme la válvula es asentada en un bloque de madera. Completando un pozo de 10
cm. para una casa en Wisconsin. (Cortesía de Chester Kempf)
226
Abastecimiento de agua
El Movimiento de Perforación Debe de Ser el Correcto
Para obtener una buena operación, el movimiento de perforación debe mantenerse
sincronizado con la caída por gravedad que experimentan las herramientas. Existen
factores variables que interfieren con la caída por gravedad y el perforador debe ajustar el
movimiento y la velocidad de la máquina, al ciclo de recorrido de las herramientas.
Se obtiene una acción e fe c t i v a de perforación cuando la velocidad del motor se sincroniza
con la caída de las herramientas y con la dilatación del cable, suministrando siempre la
correcta cantidad de éste que exige el barreno. El perforador debe atender constantemente a
todos estos factores si desea brindar un trabajo enciente a su cliente.
Es muy importante comprender la función que desempeña el cable en lo tocante al mejor
aprovechamiento de las herramientas. El barreno debe golpear en el fondo del agujero,
estando el cable tenso, y en esta forma será levantado rápidamente por el impulso
ascendente de la máquina. Esto requiere cierta ductilidad y elasticidad del cable y de ciertas
otras partes del mecanismo de la sarta.
Por lo general, se instala un amortiguador de choques en la polea de coronamiento del cable
de perforación, para obtener un sistema dúctil o elástico. El amortiguador se comprime
conforme el brazo excéntrico completa su carrera ascendente y comienza a ejercer tensión
sobre el cable. En este momento, la tensión de éste se torna máxima, puesto que las
herramientas todavía se hallan en movimiento descendente. La dilatación posterior del
amortiguador contribuye a que las herramientas reboten en el fondo tan pronto han golpeado
en éste. El objetivo que se persigue es el de impartir a las herramientas ese peculiar
movimiento de flagelo al final de la carrera y que resulta esencial para una perforación
rápida.
FIGURA 3.40 Se utiliza un cabrestante para arrastrar tubería hacía la sarta. Bombas de arena
y cuchara corriente, mostrando los detalles de las válvulas de fondo plano.
227
Abastecimiento de agua
Cuando este movimiento se realiza apropiadamente se conserva la energía y aumenta la
velocidad.Este aditamento también amortigua la vibración que se produce como resultado
del golpeteo del barreno en el fondo del agujero. Al mismo tiempo protege a la torre y al
resto de la máquina de severos esfuerzos producidos por el impacto.
Cuando se está perforando en roca consolidada, el barreno del sistema de percusión es
esencialmente un desmoronador. Su comportamiento depende de los kilogramos-metro de
energía que puede suministrar cuando choca con el fondo del agujero, suponiendo que se
mantenga un movimiento adecuado de perforación. Los factores que pueden afectar la
velocidad de perforación o su eficiencia, son: resistencia de la roca, peso de las
herramientas, longitud de la carrera o desplazamiento, golpes por minuto, diámetro del
barreno, luz entre los acoples de las herramientas y la pared interior del agujero, y densidad
y profundidad del lodo acumulado.
Se han realizado investigaciones sobre algunos de estos factores, pero muy pocas se han
divulgado. Cada perforador confía en el fabricante de la maquinaria de perforación para que
lo guíe, y agrega a ello la observación acumulada, producto de su propia experiencia.
No importa cuántos años haya trabajado, un buen perforador nunca termina de mejorar su
destreza y de aumentar su arsenal de conocimientos en la perforación por percusión.
Son muchos los propietarios de pozos que no se dan cuenta que, al utilizar los servicios de
un contratista de perforación diestro, están con ello adquiriendo una gran cantidad de
experiencia. Los mayores intereses del propietario están garantizados por un buen
perforador, que tenga conocimiento de cómo deben hacerse las cosas y que disponga de
buena maquinaria.
Perforación en Formaciones Suaves
La perforación en formaciones suaves o no consolidadas difiere de aquélla que se realiza en
roca dura, en dos aspectos. En él primer caso, el barreno debe ser seguido de cerca por una
tubería o ademe conforme el agujero se va profundizando, con el objeto de evitar el
socavamiento y de mantenerlo abierto. Por lo general, el ademe deberá de hincarse, que es
una operación parecida a la de introducir pilotes.
En segundo lugar, la acción penetrante del barreno constituye, en su mayor parte, un
efecto de aflojamiento y mezclado. La fracturación es de poca importancia, excepto cuando
aparecen cantos grandes.
El procedimiento que usualmente se sigue, es el de hacer penetrar el ademe uno o varios
metros, lo que da por resultado la acumulación de un tapón de material dentro de éste de
casi la misma longitud. Este material se mezcla luego con el agua formando así un lodo, el
cual es posteriormente extraído con la cuchara conforme el ademe se hace descender de
228
Abastecimiento de agua
nuevo. Cada vez que se limpia el pozo, debe agregarse más agua si ésta no proviene
naturalmente de la formación que se está perforando.
En el extremo inferior de la sarta de ademe, se debe conectar una zapata de hincado hecha
de acero templado y endurecido, la que protege el fondo del tubo. Las operaciones de
hincado, perforación y limpieza se repiten entonces hasta que el ademe alcance la
profundidad que se desea.
Durante la operación de hincado se debe fijar a la parte superior del ademe un cabezote que
funciona como yunque. Seguidamente, unas gazas golpeadoras. formadas por dos
semicírculos pesados de acero forjado, se ajustan al cuadro próximo al extremo superior de
la barra de peso Estas gazas proveen la superficie del impacto necesaria, y las herramientas
el peso apropiado para hincar el ademe. Las herramientas son levantadas y dejadas caer
mediante la acción excéntrica de la máquina de perforar.
Cuando se está penetrando en formaciones suaves, la operación de hincar ademe consume
tanto tiempo como las de perforar y mezclar. El perforador experimentado y alerta que ha
desarrollado destreza en hincar tubería, puede aventajar a otro operador no tan diestro en
una proporción de casi cuatro a uno. Resulta obvia la economía que se obtiene al ejecutar el
trabajo cuidadosa y diestramente.
La variedad que existe en la naturaleza de las formaciones constituidas por arcilla, arena,
grava, marga y mezclas de todas ellas, afecta profundamente la velocidad de hincado. El
peso más apropiado y el ajuste de la carrera de la excéntrica para obtener el impacto
adecuado, son establecidos mediante la experiencia.
Método de Percusión Hidráulica
Este procedimiento de perforación, a menudo denominado el método de la barra hueca,
hace uso de una sarta de tubería de perforación o de barras similares a las que se utilizan en
el sistema de percusión a chorro. El trépano es también similar, excepto que se halla provisto
de una válvula de retención de bola, intercalada entre el trépano y el extremo inferior de la
tubería de perforación. Desde la superficie se inyecta agua por el espacio anular
comprendido entre las barras de perforación y el ademe del pozo, para así mantener el
agujero lleno de agua todo el tiempo.
La perforación se ejecuta levantando y dejando caer conjuntamente las barras y el trépano
mediante carreras cortas y súbitas. Conforme el trépano cae y golpea en el fondo, el agua que
contiene en suspensión los fragmentos o cortaduras hace su entrada a través de los orificios
del trépano. Cuando éste es halado, la válvula de retención se cierra y atrapa al fluido
contenido en ella. Este movimiento alterno continuo produce una acción de bombeo que
eleva el fluido hasta el extremo superior de la sarta de tubería de perforación, de donde
descarga a un tanque de sedimentación.
229
Abastecimiento de agua
El agua se hace retornar desde el tanque de sedimentación al agujero, completando así el
ciclo de circulación del fluido, lo que tiene lugar en dirección inversa a la del método de
chorro. No se necesita esta vez ninguna presión de bombeo, por lo que la máquina de
perforar a percusión se adapta muy bien al sistema.
El ademe se hace descender conforme la El ademe se hace descender conforme la
perforación continúa. Por lo general, se fija o amordaza una pesa de hincado a las barras de
perforación; y con este peso adherido, las barras son levantadas y dejadas caer de modo que
el peso golpee sobre el extremo superior de la tubería.
Las ventajas del método consisten en que se requiere el mínimo de equipo y que fácilmente
se pueden obtener muestras de buena calidad de las formaciones que se van penetrando. Sin
embargo, su utilización queda restringida solamente a la perforación de pozos de pequeño
diámetro y a través de formaciones arcillosas y de arena que se hallen relativamente libres de
guijarros o cantos.
Método rotación
El método más generalizado de taladrar un pozo comprende la excavación del material, para
lograr la profundidad del hoyo, mediante el uso de un taladro. El método queda muy bien
definido por el término de perforación rotatoria con taladro.
El material que se va excavando se recoge en un cubo o cucharon cilíndrico que se halla
dotado, en el fondo, de unas cuchillas cortantes, como en un taladro. El cucharón se conecta
al extremo inferior de un vástago giratorio, el cual pasa a través de un gran engranaje anular,
el que a su vez le imprime el movimiento de rotación como si fuese la mesa rotatoria.
El vástago giratorio (kelly) es de sección transversal cuadrada. A menudo éste consiste de
dos tramos de tubo cuadrado, estando un tramo dentro del otro en forma telescópica. El
acondicionamiento anterior permite taladrar hasta una profundidad de casi el doble de la
del vástago giratorio, antes de tener que agregar otro tramo de barra de perforación entre el
vástago y el cucharón. Al perforar, utilizando solamente el vástago telescópico como barra
de perforación, el cucharón se extrae del hoyo y se vacía sin desconectarlo. Si se necesita
usar una o más barras de perforación para perforación profundizar la excavación, habrá que
desacoplar las barras cada vez que se trae el cucharón a la superficie.
Este sistema de perforación de pozos ha encontrado aplicación ante todo en aquellos
lugares en que las formaciones arcillosas permanecen sin derrumbar hasta que se instale la
tubería que servirá de ademe. Resulta difícil perforar en arena que se encuentre por debajo
de la superficie freática, pero recientemente se ha encontrado que si el hueco se mantiene
lleno de agua todo el tiempo, se pueden vencer algunas de estas dificultades. Si la arena de
la formación es muy permeable, se necesitaría un gran abastecimiento de agua. En
230
Abastecimiento de agua
condiciones favorables, la perforación o taladrado avanza rápidamente, por lo que la
demanda máxima de agua sólo dura unas pocas horas.
Los guijarros y los cantos causan muchas dificultades. Estos deben extraerse del fondo del
hueco mediante herramientas tales como una cuchara de pesca, tenazas o agarraderas, para
poder continuar la perforación con el cucharón rotatorio. El diámetro del hueco debe ser lo
suficientemente grande para dar acceso a estas herramientas cuando sea necesario.
El segundo método de taladrado se lleva a cabo mediante el uso de un taladro espiral
continuo y abierto. El vástago del taladro es movido mediante un cabezote rotatorio de
hincado, acoplado a un mecanismo hidráulico que lo levanta y lo baja. Los tramos
individuales del vástago del taladro son de alrededor de 1.50 m. de longitud. El diámetro
del taladro varía de 10 a 15 centímetros.
Este método de taladrar está restringido a perforar en formaciones que contengan suficiente
arcilla, de modo que el hueco se mantenga sin derrumbar, al menos por un tiempo. Cuando
el taladro encuentra arena saturada, la espiral ya no puede arrastrar material hacia arriba,
por lo que la perforación no puede ser llevada por debajo de la superficie freática. Los
pozos someros se pueden construir, taladrando por este sistema hasta el nivel superior del
acuífero, haciendo descender dentro del hueco tubería de pequeño diámetro y hundiendo
ésta dentro de la arena saturada, mediante cuchareo o por la acción de un chorro de agua.
Perforación Rotatoria con Aire Comprimido
El equipo rotatorio de perforación, que utiliza aire comprimido como fluido de perforar,
en lugar de lodo, constituye un avance muy moderno en la industria de perforación de
pozos. En este sistema, se hace circular aire a presión por la tubería de perforación, el cual
escapa por las aberturas del trépano, subiendo luego por el espacio anular que rodea a la
tubería. El aire que se desplaza a gran velocidad dentro del anillo, arrastra los fragmentos
hasta la superficie o los expulsa de las fisuras de la roca.
Este procedimiento sólo se puede aplicar a formaciones consolidadas. Las máquinas de
perforar rotatorias diseñadas para este tipo de trabajo, vienen por lo general equipadas con
una bomba convencional de lodo además de un compresor de aire de gran capacidad. El
lodo de perforar puede también utilizarse cuando se está perforando dentro de materiales
derrumbables que se hallen sobre el basamento. Posteriormente, la perforación puede
proseguir dentro de la roca, utilizando aire. Es posible que, para evitar derrumbes, se haga
necesario instalar ademe por dentro del relleno superior, al pasar a circulación de aire.
Los trépanos para roca, del tipo de rodetes, similares a los que se diseñan para la
perforación a base de lodo, pueden también utilizarse cuando se perfora con aire. El tipo
que se conoce como trépano incrustado resulta de conveniente aplicación a ciertas áreas.
Este trépano se fabrica con incrustaciones de carburo de tungsteno.
231
Abastecimiento de agua
Los trépanos tricono en diámetros de alrededor de 30 cm„ también se utilizan
corrientemente. Asimismo, se dispone de diámetros mayores.
Los ensayos de campo que se han realizado para determinar el comportamiento de estos
trépanos, han demostrado que cuando se utiliza aire comprimido en lugar del lodo de
perforación, la velocidad de penetración es a menudo mayor, lo mismo que la duración del
trépano. Los ensayos de laboratorio al perforar en calizas, corroboran lo anteriormente
expuesto. Posiblemente la mejor limpieza del fondo que se obtiene con el procedimiento es
la que causa un mejor comportamiento. Sin embargo, algunas otras experiencias demuestran
que, si mucha agua ingresa al pozo cuando se está penetrando dentro de una formación
acuífera. La velocidad de penetración no es mayor de la que se obtendría si se perforase con
lodo.
El otro tipo de herramienta y trépano, que se utiliza en el sistema rotatorio con aire
comprimido, consiste en esencia de un martinete neumático que se halla colocado en el
extremo inferior de la tubería. Este combina el efecto percusivo de la perforación con
herramientas de cable, con la acción rotatoria de los equipos respectivos. Esta herramienta
bien podría denominarse martinete descendente.
El trépano consiste de un martinete con incrustaciones resistentes de carburo de tungsteno,
que son las que proveen las superficies de corte. El carburo de tungsteno es extremadamente
resistente a la abrasión, pero los trépanos siempre se desgastan por el uso continuado. Las
incrustaciones pueden afilarse mediante esmerilado cuando las condiciones de operación
indican que el trépano ya no está cortando adecuadamente. La velocidad de penetración, en
diversas rocas, es mayor que cuando se utilizan otros métodos y otros tipos de herramientas.
Hasta ahora, los trépanos de gran diámetro no han resultado prácticos. El máximo tamaño
que corrientemente se utiliza es el de 15 era., aunque también se dispone del tamaño de 20
cm.
El aire comprimido deberá suministrarse a una presión de 7 a 7.7 Kg/cm². Algunas
herramientas necesitan hasta 14 Kg/cm2. Para extraer los fragmentos con efectividad, la
velocidad ascendente del aire, dentro del espacio anular que se halla por fuera de la tubería
de perforar, deberá ser de unos 900 m/min. o mayor. Al perforar agujeros de 10 cm. de
diámetro, el abastecimiento de aire libre deberá ser de por lo menos 170 m3/h. La velocidad
apropiada de rotación es de 10 a 30 revoluciones por minuto, siendo preferible una
velocidad reducida, en las rocas más duras y más abrasivas.
El costo por metro de perforación con este sistema se haya influido en forma muy sensible
por la duración y costo de los trépanos. Al escoger el tipo de trépano que produzca los
resultados más económicos se debe tener en cuenta la experiencia local y los tipos de rocas
consolidadas que se vayan a perforar.
232
Abastecimiento de agua
Una de las ventajas prácticas de la perforación de pozos domiciliarios por este método,
consiste en que el perforador puede observar, conforme avanza la perforación, cuánta agua
es expulsada del pozo junto con los fragmentos. En esta forma, estará en capacidad de juzgar
si el pozo ha alcanzado la suficiente profundidad como para producir el rendimiento que se
desea obtener. De otra manera, el rendimiento debería ser estimado mediante una prueba
de cuchara. Hay economía de tiempo cuando se omite la prueba de cuchara.
Figura 3.41 maquinas de perforación, dotada de un compresor de alta capacidad, para perforar con
aire a baja o alta presión del tipo de trepano o herramientas que se use. La maquina tiene también
una bomba de lodo, para utilizar, cuando se necesite, la circulación de fluido.
233
Capitulo 4
Tratamientos de las aguas y
Desinfección de los sistemas
abastecedores de aguas
1.
2.
3.
4.
Potabilización de las aguas
Procesos naturales y artificiales
Plantas potabilizadoras
Procesos de coagulación, floculación, sedimentación y
filtración
5. Desinfección, distintos elementos y sistemas que se utilizan
6. Practicas más comunes que se emplean
7. Desinfección de emergencias de pozos redes de distribución
y de tanques
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
1. Potabilización de las aguas
14.
15.
GENERALIDADES
El agua es el recurso natural renovable más importante para los seres vivos, tanto nuestro cuerpo
como el planeta mismo está compuesto en su mayoría por agua, de ahí la necesidad que se tenga
controles para mejorar sus condiciones y más aun cuando está destinada al uso y consumo
humano, para hacer a este problema, es necesario someter el agua a una serie de opresiones o
procesos unitarios, a fin de potabilizarla para que pueda ser consumida por los seres humanos.
Una operación unitaria es un procesos físico químico y microbiológico mediante el cual las
sustancias objetables que contienen el agua son removidas o transformadas en sustancias incusas,
razón por la cual hoy contamos con empres hidrológicas que potabilizan el agua10.
La Organización Mundial de la Salud (OMS), establece unas directrices para la calidad del agua
potable que son el punto de referencia internacional para el establecimiento de estándares y
seguridad del agua potable en cada país11.
PROCESO DE POTABILIZACIÓN DEL AGUA
El Agua, compuesto vital para la salud y el bienestar del ser humano no cae del cielo: es un
producto que se "fabrica" a partir de agua natural o cruda captada en ríos, esteros, lagunas, pozos y
drenes.
Para realizar esta labor, debe captar, producir y distribuir agua potable en forma ininterrumpida las
24 horas del día, los 365 días del año. La tarea completa consiste en captar agua cruda o sin
purificar, luego potabilizarla y finalmente distribuirla a todas las viviendas, industrias, colegios,
hospitales, locales comerciales, etc., ubicados dentro de las ciudades.
El agua potable es un producto que debe elaborarse, que debe ser "fabricado" en complejas
instalaciones de producción con una planta potabilizadora, para producir agua potable para las
ciudades.
10
11
American Wáter Works Asociation, (AWWA), jurnal 2,002
Publicación de la Organización Mundial de la Salud, sobre la calidad del agua en América Latina
234
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.1 Esquema de las distintas secuencias y alternativas del proceso de potabilización del agua
El proceso de potabilización de agua cruda (agua del río en estado natural), básicamente consiste
en la eliminación de turbiedad, de impurezas de distinto tipo, para obtener agua potable, apta para
el consumo humano. Este proceso se cumple en una serie de pasos, algunos de los que ya
comienzan en la misma toma de captación de agua cruda y concluye en la planta potabilizadora
inmediatamente antes de que el agua ingrese a las cisternas desde donde es bombeada a la red de
cañerías de distribución a la ciudad. Este proceso se cumple de manera continua, las 24 horas del
día, todos los días del año al igual que los demás tipos de captación a exención de los sistemas de
bombeo que tienen un tiempo e bombeo e 20 horas y descansa 4 horas a veces, hay sistemas que
cuentas con más de dos bombas para alternar los equipos y así no interrumpir el suministro de
agua.
235
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Tratamientos físicos, químicos y microbiológicos
Como hemos visto, al tratar las distintas fuentes de abastecimiento, algunas aguas pueden ser
naturalmente potables y otras pueden necesitar un tratamiento corrector previo a su entrega al
consumo.
Las aguas provenientes de fuentes subterráneas profundas, galerías filtrantes o manantiales, pueden
ser entregadas directamente al consumo, siempre que sean químicamente apropiadas y si se tiene
en cuenta todas las previsiones necesarias en su captación para evitar su contaminación. Es decir,
esta agua es en general naturalmente potable. Solo se recomienda un tratamiento con cloro para
resguardarla de cualquier contaminación accidental en la red de distribución.
Cuando el agua no es naturalmente potable habrá que hacer un tratamiento corrector , como
sucede con las aguas superficiales. El tratamiento corrector o potabilizador puede ser físico,
químico o microbiológico.
Físico: El tratamiento corrector para este fin consiste en:
1) Eliminación de la 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 o disueltas, que no son retenidas por la simple filtración por la simple
filtración. Para ello es necesario un tratamiento 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.
2) Eliminar o reducir la intensidad de los gustos u olores para lo cual se recomienda distintos
procedimientos, , que dependen de la naturaleza de la naturaleza del problema, como ser:
aireación, Carbón activado, uso de cloro u otros oxidantes, como el ozono, etc, y algunos
veces combinando con tratamiento previo del agua natural con un alguicida.
Químico: 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 al agregado de ciertos
productos químicos, buscando siempre mejorar la calidad del agua.
1. 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 bajar los contenidos excesivos de hierro,
236
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
manganeso, fluor, arsénico o vanadio. Por último con respecto al agregado de productos
químicos, decimos que se refiere al agregado de fluor( prevenir caries)
Bacteriológico: El tratamiento bacteriológico se refiere casi exclusivamente a la desinfección con
cloro, pudiéndose utilizar cloro puro, sales clorogenas o hipocloritos. Las dosis a utilizar
generalmente 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 secundaria.
Enumerados como hemos visto los distintos tratamientos correctores, veremos ahora en detalle
cada uno de los procedimientos necesarios para potabilizar un agua para potabilizar un agua
proveniente de una fuente superficial.
Desarenador: Al estudiarse una toma de agua debe evitarse al máximo el arrastre de arena. Si las
condiciones locales de la toma no lo permiten, será preciso prever un desarenador.
El desarenado tiene por objeto extraer del agua natural, la grava, arena y partículas minerales, más
o menos finas, con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones y
para proteger las bombas contra la abrasión. El desarenado se refiere normalmente a las partículas
a 0.2 mm; una granulometría menor corresponde a los procesos de sedimentación simple.
El estudio teórico del desarenado está relacionado con los fenómenos de sedimentación en caída
libre, y en él en el intervienen la formula de Stokes ( en régimen laminar), de Newton en régimen
turbulento( en el tema de sedimentación se verán simple se verán en detalle cada una de estas
formulas)
Con las formulas mencionadas se calculan las velocidades de sedimentación de las partículas
esféricas. Estas velocidades deben corregirse para tener en cuenta:
La forma de los granos;
La concentración de los sólidos y
La velocidad horizontal.
En la práctica pueden tomarse como base los siguientes valores (para la sedimentación libre) para
arena de densidad de 2.65 gr/cm³.12
Los distintos procesos de desarrollaran cada uno en el numeral 4 de este capítulo.
12
Cortesía de Hidro Estudios Consultores
237
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Tabla4.1 Proceso de potabilización del agua
1.
TOMA DEL RIO. Punto de captación de las aguas; REJA. Impide la penetración de elementos de gran tamaño
(ramas, troncos, peces, etc.).
2.
DESARENADOR. Sedimenta arenas que van suspendidas para evitar dañar las bombas.
3.
BOMBEO DE BAJA (Bombas también llamadas de baja presión). Toman el agua directamente de un río, lago o
embalse, enviando el agua cruda a la cámara de mezcla.
4.
CAMARA DE MEZCLA. Donde se agrega al agua productos químicos. Los principales son los coagulantes
(sulfato de alúmina), alcalinizantes (cal).
5.
DECANTADOR. El agua llega velozmente a una pileta muy amplia donde se aquieta, permitiendo que se
depositen las impurezas en el fondo. Para acelerar esta operación, se le agrega a las aguas coagulantes que
atrapan las impurezas formando pesados coágulos. El agua sale muy clarificada y junto con la suciedad quedan
gran parte de las bacterias que contenía.
6.
FILTRO. El agua decantada llega hasta un filtro donde pasa a través de sucesivas capas de arena de distinto
grosor. Sale prácticamente potable.
7.
DESINFECCIÓN. Para asegurar aún más la potabilidad del agua, se le agrega cloro que elimina el exceso de
bacterias y lo que es muy importante, su desarrollo en el recorrido hasta las viviendas.
8.
BOMBEO DE ALTA. Toma el agua del depósito de la ciudad.
9.
TANQUE DE RESERVA. Desde donde se distribuye a toda la ciudad.
10.
CONTROL FINAL. Antes de llegar al consumo, el agua es severamente controlada por químicos expertos, que
analizan muestras tomadas en distintos lugares del sistema.
Fuente: Cortesía de Hidro Estudios Consultores
238
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
2. Procesos naturales y artificiales
16.
17.
GENERALIDADES
Introducción a la desinfección del agua para consumo humano
La historia del desarrollo humano está asociada, en gran medida, al estado sanitario de los distintos
grupos que han habitado este planeta. En ocasiones, pestes y plagas, muchas veces aleatorias,
coyunturales y únicas, han diezmado a países o regiones enteras. Sin embargo, hay enfermedades
que parecen ser tan antiguas como el ser humano y su vigencia y protagonismo son parte de la vida
cotidiana. Se trata de las enfermedades diarreicas.
El "Reporte de Salud Mundial" de la Organización Mundial de la Salud de fin de siglo XX, ubica a
las diarreas como la séptima causa de muerte en el mundo después de las enfermedades
coronarias, los accidentes cerebro vasculares, las infecciones respiratorias agudas, el HIV/SIDA, las
obstrucciones crónicas pulmonares y las condiciones adversas perinatales. Si bien esa colocación
evidencia la importancia de las mismas, el dato de séptima causa de mortalidad queda
empalidecido cuando la misma Organización Mundial de la Salud reporta que las diarreas son, de
lejos, la primera causa de morbilidad en el ser humano, con cuatro mil millones de casos anuales.
Se estima que en todo momento, casi la mitad de la población que habita el mundo en desarrollo
está soportando un episodio de diarrea.
Infelizmente, esa prolongada presencia en la vida de los seres humanos ha hecho que se pierda de
vista la magnitud y el peso que la misma representa sobre la salud y la calidad de vida de los
individuos y sobre la economía de la humanidad en su conjunto. Las diarreas tienen como causas,
una deficiente nutrición, la inapropiada disposición de excretas, inadecuadas prácticas higiénicas, y
una mala calidad del agua de bebida. Las primeras de esas causas podrían englobarse dentro del
contexto de pobreza y de pautas culturales inapropiadas que aquejan a tantos, mientras que el
último punto, el de la mala calidad del agua de consumo aparece como una responsabilidad de la
ingeniería sanitaria y de otras ciencias asociadas.
Tal como ocurre en los países desarrollados, el tratamiento adecuado y la entrega en condiciones
favorables de agua segura, representan uno de los caminos más idóneos para reducir en gran
medida las tasas expuestas por la OMS. Dentro de este marco, la desinfección del agua de bebida
es clave para la solución del problema. No solo representa un mecanismo apropiado para ello,
sino que es un elemento vital dentro de lo que en la visión moderna del tratamiento de agua se
conoce como "buena práctica" y también dentro del análisis de riesgo y puntos críticos de control o
ARPCC (HACCP en inglés). Ambas propuestas de acción significan que cada etapa del
239
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
tratamiento del agua debe ser evaluada individualmente y que se deben determinar los puntos
críticos o de riesgo para poder controlarlos y eliminar o disminuir su peligro inherente. En ese
contexto, la desinfección representa la última etapa del tratamiento. Si se habla de "barreras
múltiples", la desinfección es el postrer resguardo que tiene la salud pública en la producción y
distribución del agua de bebida. En los países desarrollados, esta etapa del tratamiento siempre se
ha tenido como eje de la calidad microbiológica del agua que se entrega y los resultados han sido
claros. Las tasas de esos países son inferiores en varios órdenes de magnitud a las de los países en
vías de desarrollo. Como ejemplo pueden citarse los valores de mortalidad por enfermedades
diarreicas en Europa (3 por mil) y de África (12,4 por ciento).
Esto reconoce dos factores y dos comentarios. El primero es que en los países desarrollados es
obvio que la desinfección está incorporada como un proceso ineludible, fijo y establecido. Es una
rutina normal que se ejerce con todo el conocimiento y convicción de lo que representa. Como tal,
en esos países, la ingeniería sanitaria, la química, la bioquímica y la toxicología evalúan, desde el
punto de vista técnico y en profundidad, las mejores capacidades, las mayores eficiencias y los
menores costos. Y desde el punto vista sanitario y toxicológico ahondan las características y las
relaciones que tienen los desinfectantes y los productos de la desinfección con la salud.
El segundo comentario es que en los países en desarrollo ocurre lo contrario. Los tratamientos de
potabilización, sobretodo en áreas rurales, son imprecisos y la mala operación y el escaso
mantenimiento están extendidos. Es así que los procesos de desinfección son pobres y no se
respeta el papel que cumplen como protección de la salud pública. En 1995, la Organización
Panamericana de la Salud realizó una encuesta en América Latina y comprobó que solo 41 % de
las aguas entregadas a la población por medio de sistemas de producción y distribución recibían
una adecuada desinfección.
Dada esa situación, es claro que lo prioritario para unos difiere de lo que es importante para otros.
En los países en desarrollo no son tan significativos la investigación ni el control de los productos
de la desinfección, pero sí es importante el conocimiento de tecnologías simples, apropiadas y
confiables que sean aceptables por los usuarios; con costos reducidos y operación y mantenimiento
sencillos y económicos.
Si bien en el campo de la salud de la población, lo ideal es conseguir la perfección o estar lo más
cerca de ella, en los países en desarrollo, el sentido, común y los pies asentados en la tierra hacen
ver que la búsqueda de tal perfección pueden ser una utopía; algo casi imposible de lograr. Por
ello, se ha incorporado un término que si bien generar criticas, es realista y apunta a la flexibilidad
necesaria ante las condiciones técnicas, económicas y socioculturales aceptan que si no se puede
lograr lo ideal, lo perfecto, entonces al menos un paso en la dirección correcta será mucho mejor
que nada.
240
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Consideraciones sobre la desinfección
Tal como se ha expresado, la desinfección es un proceso clave en cualquier sistema de tratamiento
de agua. Por ello, en la producción de agua segura para consumo humano es importante destacar
consideraciones especiales antes de su implementación. En las líneas que siguen se habrán de
detallar algunas.
Al diseñar un sistema de tratamiento de agua, en especial en el área rural, debe tomarse a la
desinfección no como un elemento más, sino como un componente vital del sistema. En muchos
casos, quien diseña un sistema de provisión de agua en una pequeña comunidad no solo toma a la
ligera la desinfección, sino que hasta prioriza la producción de agua (cantidad), ante la seguridad de
la misma (calidad).
Ya se ha comentado que ninguna opción válida dentro de la tecnología apropiada es desechable ni
se puede desestimar. Pero sí es importante que en la selección de esa tecnología se tomen en
cuenta condicionantes tales como los recursos disponibles y la posibilidad de soporte técnico en los
aspectos sociales, económicos y culturales de la comunidad.
Cuando se está diseñando un sistema de desinfección debe entenderse que el mismo no puede
estar disociado ni ser incongruente con la planta o sistema donde estará incluido. Por un lado, una
planta de tratamiento de microfiltración con sistemas automatizados, energía eléctrica y personal
capacitado para la operación y cuidado de la misma, podrá tener una bomba de diafragma o pistón
manejada por un microprocesador. No sería en este caso "congruente" tener un sistema hecho con
un flotador y un tubo de plástico agujereado dentro de un tanque de asbesto cemento. Por otro
lado, si se trata de un sistema muy simple y rural, en donde ni siquiera se cuenta con energía
eléctrica, no tendría sentido pensar en incorporar un generador de dióxido de cloro como sistema
de desinfección.
Muchas veces, la falla de estos sistemas se debe a la dependencia de la "importación" de productos
químicos de otros países o de otras localidades. Esto puede acarrear demoras y discontinuidad, que
frecuentemente pasan de ser temporales a permanentes.
En la etapa de selección de la técnica y el sistema de desinfección se deben tener en cuenta sus
características y contrastarlas con las características de la planta, el lugar y la comunidad. Es una
buena receta tratar de complementar las mejores condiciones de la técnica y del sistema de
desinfección con las de la fuente, lugar, sistema, población y sus características culturales. Esto es
importante, pues la realidad indica que no hay lugar, sistema ni comunidad que sean perfectos.
241
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Pero también debe reconocerse que no existe el desinfectante o la técnica que sea igualmente ideal
o perfecto. Todas las técnicas que se presentan en este manual y que son las que se han
desarrollado y se utilizan en todo el mundo, son excelentes, pero no son perfectas. Todas y cada
una de ellas pueden sufrir objeciones: que no aniquilan todos los microorganismos, que no sirven
para eliminar quistes o parásitos, que no dejan residual en la red, que dependen de productos
químicos que no se producen en la comunidad, que producen subproductos de la desinfección,
que son más o menos complicadas, más o menos caras o más o menos difíciles de operar.
Dentro de esas consideraciones, hay que destacar que en el medio rural el agua no siempre va del
grifo a la boca del consumidor. En ocasiones se deja en depósitos (baldes y tanques) y en otras los
pobladores deben buscarla y acarrearla desde puntos alejados (grifos públicos y fuentes). Esas
prácticas hacen que la contaminación de esas aguas sea frecuente. Surge entonces la necesidad de
contar con medidas de seguridad luego de la desinfección para hacer frente a esa contaminación
posterior. El residual de desinfectante se convierte entonces en una barrera más (y definitivamente
en la ulterior) contra la contaminación que casi seguramente ocurrirá dentro de la morada. El
resultado de esta observación es que el desinfectante debe dejar un residual en la red y en caso de
que no sea así, se deberán utilizar dos desinfectantes, uno primario para desinfectar y otro
secundario para proveer el residual.
Otras consideraciones son importantes. Una buena desinfección no debe reemplazar a otras
providencias y acciones que tiendan a mejorar la calidad del agua durante su recorrido desde la
fuente al usuario. En ocasiones, una buena selección de la fuente permitirá agua más clara y menos
contaminada, lo que facilitará el tratamiento.
Además de tener en cuenta la calidad del agua que llega a la planta de tratamiento, también hay
que observar la calidad que presenta el fluido antes de entrar en contacto con el desinfectante. En
una planta con tratamiento completo, la etapa anterior a la desinfección es la filtración rápida. El
agua proveniente de los filtros debe estar en sus mejores condiciones, ya que una baja turbiedad
coadyuvará a una más eficiente desinfección.
Por supuesto que hay que abordar el tratamiento de agua como un todo, pero también es
necesario considerarlo como una sumatoria de etapas en las que cada una debe ser evaluada,
operada y supervisada en forma individual. Esta forma operativa se postula en el método de
ARPCC que se ha mencionado.
Operativamente también, muchas veces el proyectista pasa por alto algunos requerimientos que
son fundamentales para asegurar una buena desinfección. Para que cualquier desinfectante actúe
eficientemente, deberá cumplir los requerimientos de la ecuación C X T, lo que significa que todo
desinfectante presentará una determinada concentración (C) y estará en contacto con el agua a
desinfectar por un período mínimo de tiempo (T). Un error común es proyectar cámaras que no
242
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
permiten el tiempo de contacto suficiente, desestimando la simple ecuación que liga el volumen de
agua con el caudal y el tiempo requerido por el desinfectante:
Dentro del marco operativo, es importante recalcar la necesidad de que cualquiera que sea el
desinfectante o método empleado, debe haber una buena mezcla y dispersión por toda la masa de
agua.
Una vez que el sistema se haya instalado y esté en operación, hay que tener en cuenta que en las
áreas rurales de la mayoría de los países en desarrollo, casi nunca hay recursos en cantidad y
calidad. Por ello, el error más frecuente de los ingenieros o instituciones encargadas de construir el
sistema, es inaugurar el mismo y dejar un equipo de desinfección en operación, habiendo
capacitado por espacio de una o dos horas al operador y partir para regresar seis meses más tarde y
encontrar que la desinfección ya no funciona.
El equipo de desinfección está ligado, como ninguna otra parte del sistema, a la junta de agua, al
operador y hasta a los mismos usuarios. Por ello es que se debe encarar una doble actividad,
primero de concientización a todo el espectro social (operador, junta de agua o administradora y a
los usuarios) acerca de la necesidad de desinfectar, de sus bondades y de los riesgos de una
desinfección inadecuada.
Un estudio realizado por la organización mundial de la salud (OMS/OPS) en la Región de
América Latina y el Caribe revelo que la determinación de las mayores causas en la falla de los
sistemas de desinfección del agua son:
1. Motivación insuficiente y falta de compromiso político en la comunidad para respaldar en
forma continua una efectiva desinfección.
2. Falta de conocimiento e información sobre los riesgos de una desinfección ineficiente y
sobre la importancia de la relación entre el agua y la salud.
3. Baja prioridad en financiar y apoyar económicamente la desinfección.
4. Poca disponibilidad de desinfectantes en el mercado local. En ocasiones, esto se debía a
falta de financiamiento, pobre planificación y falta de infraestructura.
5. Falta de repuestos para los equipos.
6. Personal sin capacidad para hacer una correcta operación, mantenimiento y reparaciones.
7. Falta de programas de capacitación para operadores y miembros de las juntas
administradoras o juntas de agua.
8. Sistemas de desinfección mal proyectados y mal construidos.
243
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
9. Equipos de mala calidad.
10. Selección inadecuada de la tecnología más apropiada para el lugar.
11. Falta de supervisión y monitoreo.
12. Quejas de los usuarios por el sabor y olor desagradables.
13. Excesivo y generalizado temor a los SPD.
14. Requerimientos demasiado complejos y exigentes para la operación y el mantenimiento.
15. Fallas en la provisión de electricidad.
16. Deficiente tratamiento del agua previo a la desinfección (el agua presentaba condiciones
adversas a la etapa de desinfección).
17. Operación intermitente del sistema de distribución del agua.
La identificación de estas causas y su solución son importantes para implementar un sistema de
desinfección exitoso13.
MÉTODOS DE PURIFICACIÓN
Antes de abordar las teorías que sustentan los procesos de purificación de las aguas naturales, se
debe discutir el concepto de agua natural. Según plantean algunos especialistas (Stum y Morgan,
1970), se entiende por agua natural un sistema de cierta complejidad, no homogéneo, que puede
estar constituido por una fase acuosa, una gaseosa y una o más fases sólidas.
En general, las aguas subterráneas poseen una composición química que se origina como resultado
de un proceso complejo de interacciones, donde primeramente, las aguas procedentes de las
precipitaciones (lluvia o nieve), adquieren los gases que se producen en la zona del suelo por
descomposición y respiración de la materia orgánica y luego, reaccionan con los minerales que
subyacen en el medio rocoso.
El agua natural en su conjunto constituye un recurso renovable que interviene en el ciclo
hidrológico. Se ha demostrado que su cantidad global no varía, aunque sí su cantidad local y su
calidad. Uno de los subsistemas del agua natural lo constituye el agua mineral, cuya composición es
estable y es considerado un recurso mineral.
Las características del sistema de las aguas naturales en general, están relacionadas con la estructura
y peculiaridades del agua pura.
El agua pura está constituida por moléculas, donde dos átomos de hidrógeno se encuentran unidos
a uno de oxígeno (H2O), separados entre sí 105°. Esta estructura le confiere a la molécula de agua
propiedades que la distinguen de otras moléculas de composición similar como el amoniaco (NH 3)
13
Estudio realizado por la OMS/OPS entre los años de 1982 y 1995
244
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
o el sulfuro de hidrógeno (H2S), las cuales a temperatura y presión normales se encuentran en
estado gaseoso, mientras el agua se encuentra en estado líquido.
Para purificar o potabilizar el agua es necesario someterla a uno o varios procesos de tratamiento
dependiendo de la calidad del agua cruda. Estos procesos son: clarificación, filtración, y
desinfección. Las plantas de tratamiento de agua se utilizan para realizar estos procesos de
tratamiento y evitar que se produzcan las llamadas enfermedades hídricas.
Entre los métodos más seguros de tratamiento del agua encontramos los naturales y los artificiales.
Los tres procesos básicos que constituyen el sistema de purificación natural de agua en la
naturaleza son:
1. La evaporación, seguida de condensación, elimina casi todas las sustancias disueltas.
2. La acción bacteriana convierte los contaminantes orgánicos disueltos en unos cuantos
compuestos sencillos.
3. La filtración a través de arena y grava elimina la mayor parte de la materia en suspensión
del agua.
En condiciones apropiadas, podríamos depender solo de la naturaleza para la purificación del
nuestra agua.
El agua de tuberías, tanques y pozos también debe purificarse antes de su consumo si existe la
posibilidad de que haya sido contaminada.
Los métodos que usted elija para purificar el agua dependerán de cuánta agua necesite, del tipo de
contaminante, de cómo la almacenará y de los recursos disponibles. Independientemente de cómo
se purifique, lo mejor es filtrar el agua o dejar que se asiente y vaciarla en otro recipiente antes de
desinfectarla.
Los métodos que aquí se muestran no hacen el agua potable si contiene químicos tóxicos. El agua
contaminada con químicos tóxicos nunca es segura para beber, bañarse o lavar ropa. Puede
provocar cáncer, sarpullido, abortos espontáneos u otros problemas de salud.
Para eliminar los microbios del agua, siga estos pasos:
1. Deje que el agua se asiente por algunas horas y vacíela en un recipiente limpio, o fíltrela usando
245
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.2 Filtro de tela o un filtro de carbón
2. Desinfecte el agua usando 1 de estos métodos
Figura 4.3 Hervir, Desinfección solar, Agregar cloro, Agregar jugo de lima o limón
Estos métodos básicos para purificar el agua necesitan poco equipamiento o incluso no lo
necesitan. Para conocer otros métodos para asentar el agua que toman más tiempo, pero que
eliminan la mayoría de los microbios, vea Asentar el agua. Para saber cómo hacer filtros para
purificar mayores cantidades de agua, Filtro de cerámica, y Filtro lento de arena.
Asentar el agua
Cuando el agua se asienta, el lodo y otros sólidos, así como los microbios y gusanos que causan
enfermedades, se depositan en el fondo. Al almacenar agua por 5 ó 6 días, se reduce el número de
microbios que contiene. Pero algunos microbios, como la giardia, no se eliminan aunque se
almacene el agua por mucho tiempo. Por eso, lo mejor es usar otro método después de asentar el
agua, como filtrarla, agregarle cloro o desinfectarla por acción solar.
El método de las 3 vasijas
El método de las 3 vasijas asienta el agua y permite que los microbios y el material sólido se
depositen en el fondo. Este método es más seguro que asentar el agua en 1 vasija, pero no elimina
completamente los microbios. Después de usar el método de las 3 vasijas, debe desinfectarse el
agua.
246
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Día 1, de mañana: Llene la vasija 1 con agua. Tápela y deje que el agua se asiente por 2 días.
Día 2, de mañana: Llene la vasija 2 con agua. Tápela y déjela reposar durante 2 días. La tierra de la
vasija 1 empezará a asentarse.
Día 3, de mañana: Vacíe el agua clara de la vasija 1 en la vasija vacía 3, asegurándose de no revolver
los sedimentos que quedaron al fondo de la vasija 1. El agua de la vasija 3 ahora está lista para
beber. El agua sucia que queda en el fondo de la vasija 1 se puede tirar. Lave la vasija 1 y llénela
con agua. Tápela y déjela asentar por 2 días.
Día 4, de mañana: Vacíe el agua clara de la vasija 2 a la vasija 3 para beber. Lave la vasija 2 y llénela
con agua.
Día 5, de mañana: Vacíe el agua clara de la vasija 1 a la vasija 3 para beber. Lave la vasija 1 y llénela
con agua.
Figura 4.4 Vasijas utilizadas en este método
Después de algunos días, lave la vasija de agua clara (vasija 3) con agua hirviendo. Si usa una
manguera flexible limpia como sifón para pasar agua de una vasija a la otra, los sedimentos se
revolverán menos que si inclina las vasijas.
Uso de plantas para clarificar y asentar agua
En muchos lugares la gente usa plantas para potabilizar el agua. Una de las plantas que se usa con
frecuencia es la semilla de moringa. El árbol que da estas semillas se conoce también como
morango, marango, ángela, palo de aceite (en las islas del Caribe) y árbol de las perlas (en
Guatemala).
Para usar semilla de moringa:
Seque las semillas durante 3 días.
Muela las semillas hasta hacerlas polvo. Se necesitan 15 semillas de moringa molidas para
clarificar 20 litros de agua.
247
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Mezcle el polvo con un poco de agua para hacer una pasta y agréguela al agua que quiere
clarificar.
Revuelva durante 5 a 10 minutos. Mientras más rápido se revuelve, menos tiempo se
necesita para clarificar el agua. .
Figura 4.5 Semillas utilizadas en la purificación de agua
Tape el recipiente y déjelo en reposo para que el agua se asiente. Después de 1 ó 2 horas, vacíe el
agua en un recipiente limpio. Tenga cuidado de dejar los sólidos en el primer recipiente.
Filtrar el agua
Hay muchas formas de filtrar el agua para quitarle los microbios. Algunos filtros, como los
descritos en la página 42, requieren equipamiento especial para su construcción, pero pueden
filtrar grandes cantidades de agua y hacerla potable. Otros filtros, como los que se describen en esta
página, no necesitan equipamiento especial y son fáciles de usar. Sirven para filtrar cantidades
menores de agua, antes de desinfectarla.
Filtro de carbón
Este filtro es fácil de construir y funciona bien para atrapar la mayoría de los microbios que se
encuentran en pequeñas cantidades de agua. Como los microbios filtrados pueden crecer en el
carbón, si el filtro se usa a diario es importante quitar y limpiar con frecuencia el carbón, o cada vez
que el filtro se deje de usar por algunos días.
Con un instrumento puntiagudo, haga hoyos en el fondo de un recipiente.
Muela carbón hasta que sea un polvo fino y enjuáguelo con agua limpia. El carbón activado es el
más recomendable, pero el carbón común funciona casi tan bien como el activado. ¡NUNCA USE
BRIQUETAS DE CARBÓN! ¡SON VENENO!
Ponga capas de piedra, grava y arena en el recipiente. Coloque una tela fina y una capa de carbón
encima.
248
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.6 Filtro artesanal de área, piedras y carbón
Vierta agua en el filtro y recolecte agua para beber desde el recipiente debajo del filtro.
Filtro de tela
En Bangladesh y en la India se hace un filtro con tela de sari — una tela con un tejido muy fino —
para reducir la cantidad de microbios del cólera que podría haber en el agua para beber. Como el
microbio del cólera se pega a menudo a un animal diminuto que vive en el agua, al filtrar estos
animales también se filtran la mayoría de los microbios del cólera. Este método también filtra los
gusanos de Guinea.
Se puede construir un filtro de tela a partir de pañuelos, lino u otra tela. La tela vieja funciona
mejor que la nueva porque las fibras gastadas tienen los poros más pequeños y son mejores para
filtrar.
Deje que el agua se asiente en un recipiente, de tal forma que los sólidos se depositen en el
fondo.
Doble la tela 4 veces y estírela o átela sobre la boca de un jarrón de agua.
Vierta agua lentamente dentro del jarrón, a través de la tela.
Utilice siempre el mismo lado de la tela. Si la da vuelta, los microbios entrarán al agua.
Después de usar la tela, lávela y déjela al sol para que se seque. Esto destruye los microbios
que quizás quedaron en la tela. Durante la temporada de lluvias, desinfecte la tela con
cloro.
249
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Desinfectar el agua
Desinfectar el agua mata los microbios. Si se hace correctamente, la desinfección permite que el
agua sea totalmente potable. Los métodos más efectivos son hervir el agua, la desinfección solar o
el uso de cloro.
Hervir el agua
Hervir el agua por 1 minuto mata todos los microbios. Ponga el agua a hervir a fuego fuerte. Una
vez que empiece a hervir, deje que hierva por 1 minuto completo antes de retirar la olla para
enfriarla. En zonas montañosas, el agua debe hervir por 3 minutos para eliminar los microbios,
porque el agua hierve a una temperatura más baja en lo alto de las montañas.
Al hervir, el agua cambia de sabor y tarda mucho en enfriarse, así es que no se puede beber de
inmediato. Una vez que el agua hervida se haya enfriado, viértala en una botella y agítela
vigorosamente. Esto agrega aire al agua y mejora su sabor.
Desinfección solar (SODIS)
La desinfección solar es una manera muy efectiva para purificar el agua con tan sólo la luz del sol y
una botella. Filtrar y asentar el agua primero la harán más clara, por lo que se desinfectará más
rápido. La desinfección solar funciona mejor en países cerca del Ecuador, porque es ahí donde la
luz del sol es más fuerte. Mientras más al norte o al sur esté del Ecuador, mayor será el tiempo que
necesita para que la desinfección solar sea efectiva.
Limpie una botella transparente de plástico o vidrio. Llene ¾ partes de la botella con agua y agítela
durante 20 segundos. Esto agregará burbujas de aire al agua. Luego, termine de llenar la botella.
Las burbujas de aire ayudarán a desinfectar el agua más rápido.
Ponga la botella en un lugar abierto donde no haya sombra y donde no la puedan alcanzar las
personas o los animales, como, por ejemplo, el techo de la casa. Deje la botella al sol por lo menos
6 horas en un día soleado o 2 días si está nublado.
Beba directamente de la botella. Esto evitará una posible contaminación por contacto con las
manos u otros recipientes.
250
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.7 Utilizando los métodos de SODIS y el jugo de limón
Jugo de limón
Al agregar el jugo de un limón a 1 litro de agua para beber se destruirán la mayoría de los
microbios del cólera u otro tipo de microbios. Esto no hace el agua completamente potable, pero
puede ser mejor que no darle ningún tratamiento en zonas donde el cólera es una amenaza.
Agregar jugo de limón al agua antes de usar la desinfección solar o el método de las 3 vasijas
aumenta la efectividad de estos métodos.
Cloro
El cloro es barato y fácil de usar para matar la mayoría de los microbios del agua para beber. El
problema del cloro es que si se usa muy poco, no mata los microbios ni hace el agua potable. Si se
usa demasiado, el agua tendrá mal sabor y la gente no deseará beberla.
¿Cuánto cloro se debe agregar al agua?
La cantidad de cloro necesaria para desinfectar el agua depende de cuán contaminada esté (de
cuántos microbios tenga y de qué tipo). Mientras más microbios haya en el agua, mayor cantidad
de cloro se necesita para eliminarlos. Es importante usar suficiente cloro para que una parte quede
en el agua después de eliminar los microbios. El cloro que queda se llama cloro libre. Éste matará
cualquier microbio nuevo que entre al agua. Si el agua tiene cloro libre, tendrá un leve olor y gusto
a cloro. Esto indica que el agua es potable. Si tiene demasiado cloro, el olor y el sabor serán muy
fuertes y desagradables.
Para usar la cantidad adecuada de cloro, necesita saber cuán concentrada es la solución de cloro
que va a utilizar. El cloro se consigue en distintas formas — gas, polvo blanqueador, hipoclorito de
alta concentración (HTH) y blanqueador líquido para el hogar. Como el blanqueador para el
251
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
hogar es la forma más común de cloro, este libro muestra cómo desinfectar agua con blanqueador
para el hogar.
El blanqueador para el hogar puede tener distintas cantidades de cloro. Las más comunes son
3.5% y 5%. La manera más simple de medir la cantidad de blanqueador necesaria es hacer
primero una solución madre (aproximadamente 1% de cloro) y después agregar esta solución al
agua que desea desinfectar.
Primero prepare la solución madre:
Agregue 1 taza de blanqueador a una botella de cerveza vacía y limpia.
Llene la botella con agua limpia.
Agite la botella durante 30 segundos.
Déjela reposar durante 30 minutos. La solución madre está lista.
Figura 4.8 Agregue estas cantidades de la solución madre al agua clara y espere por lo menos 30 minutos
antes de beberla. Si el agua está turbia, necesitará el doble de la solución de blanqueador.
Filtros para el hogar y la comunidad
Con algunos filtros se puede obtener agua casi tan potable como la que ha sido hervida o
purificada por desinfección solar o con cloro.
Filtro lento de arena para el hogar
Este es uno de los métodos más seguros, efectivos y económicos para filtrar el agua del hogar. Este
filtro puede purificar por lo menos 50 litros al día — suficiente para una pequeña familia.
Equipamiento para fabricar un filtro lento de arena:
252
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.9 Filtros para el hogar y la comunidad
Un recipiente a prueba de agua, como un bidón de 200 litros, o un tanque de tabique o concreto.
Asegúrese de que el recipiente no haya sido usado para guardar materiales tóxicos.
Una manguera de 20 milímetros de diámetro, con muchos hoyos pequeños en los primeros 35
centímetros. La parte con hoyos se pondrá en el fondo del bidón.
Una válvula o llave.
Una cantidad pequeña de grava.
Arena de río lavada.
Tela de tejido fino.
CÓMO FABRICAR UN FILTRO LENTO DE ARENA PARA EL HOGAR
1. Limpie el recipiente y desinféctelo con blanqueador en polvo.
2. Taladre un hoyo a 1⁄3 de la parte superior del recipiente, para colocar la llave. El hoyo
debe ser del mismo diámetro que la llave — si la llave tiene un diámetro de 12 milímetros,
el hoyo debe tener 12 milímetros de ancho.
3. Ajuste la llave en el hoyo y fíjela con masilla que endurezca. Si se usa un recipiente de
tabique, la válvula o llave se puede fijar en la pared con cemento.
253
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
4. Prepare la manguera colectora. Para esto, haga muchos hoyos pequeños con un taladro o
un clavo en los primeros 35 centímetros de la manguera, selle la punta y póngala en forma
de aro en el fondo del bidón, con los hoyos hacia abajo.
5. Conecte el otro extremo de la manguera a la llave. Selle las junturas con abrazaderas o
alambre.
6. Ponga una capa de grava de 7 centímetros de espesor en el fondo del bidón, cubriendo la
manguera colectora. Cubra la grava con una tela fina y llene el bidón con arena de río
limpia hasta unos 10 centímetros debajo de la llave. Después, cubra la arena con otra tela
fina.
7. Construya una tapa para el recipiente que tenga un hoyo por donde se vierta el agua.
Coloque una piedra plana o un plato debajo del hoyo para evitar que la arena se revuelva
cuando vierta el agua.
8. Purgue completamente el filtro con agua. Una vez que el filtro esté limpio, estará listo para
su uso diario.
Cómo usar y mantener un filtro lento de arena
Después de algunos días de uso, una capa de lama verde (bacterias y algas) crecerá encima de la
arena. Esta capa ayuda a purificar el agua. Para que esta capa funcione, la arena debe siempre estar
cubierta con agua. Llene el filtro cada día y saque el agua en pequeñas cantidades. Si el filtro se
vacía completamente, perderá su efectividad y deberá limpiarse y volverse a llenar.
Cada cierto tiempo, cuando la salida de agua por la llave se vuelva lenta, limpie el filtro. Deje que
toda el agua salga del filtro y quite la lama junto con aproximadamente 1 centímetro de la capa
superior de arena. Después de muchas limpiezas, cuando más de la mitad de la arena se haya
retirado, reemplace toda la arena y la grava con materiales nuevos y limpios, y empiece de nuevo el
proceso. Esto puede ser necesario 1 ó 2 veces al año.
Mejoras al filtro lento de arena
Si se asientan los sólidos del agua antes de filtrarla, el filtro necesitará menos mantenimiento
porque el agua estará más limpia al momento de entrar. Si se deja que el agua fluya como cascada,
se agregará aire al agua y mejorará el sabor.
Existe un filtro que usa clavos de hierro para filtrar arsénico del agua (el arsénico se pega al hierro).
Filtro de cerámica
254
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Se puede fabricar un filtro pequeño y efectivo con barro cocido, recubierto con plata coloidal (una
sustancia que mata los microbios). Con entrenamiento básico, un alfarero local puede construir
fácilmente estos filtros.
Figura 4.10 Filtro de cerámica dentro de una cubeta de plástico
Filtro lento de arena comunitario
Para abastecer de agua potable a todo un barrio o poblado, se pueden construir filtros más grandes
que se conecten a las fuentes de agua superficial o a los sistemas de agua entubada. En los sitios
donde la única fuente disponible de agua es superficial, un filtro lento de arena comunitario es una
buena solución para purificar grandes cantidades de agua con poco esfuerzo. Estos filtros necesitan
un ingeniero para que se construyan e instalen correctamente
El agua se puede someter a diferentes tratamientos para eliminar sus impurezas químicas y
microbiológicas. Para lograr este objetivo, existen plantas de tratamiento que permiten obtener el
agua de aducción o agua potable que puede ser utilizada para el consumo y por otra parte, muchas
industrias tienen su propio sistema de tratamiento para obtener el agua adecuada para la
elaboración de sus productos.
Entre los métodos artificiales, son todos aquellos que requieren cierto tipo de materiales especiales
para su funcionamiento estos son utilizados en la desinfección del agua entre estos destacan:
Tratamientos físicos: Son los menos utilizados, Dentro de este tipo de tratamientos se puede
incluir la aplicación de calor pero además de ser costoso, deja mal sabor ya que elimina el oxigeno
disuelto y las sales presentes en el agua. Otro de los procesos que se utilizan es el dejar pasar el
tiempo, para que los gérmenes fecales disminuyan su concentración al ser el agua retenida en
ambiente hostil.
255
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Tratamientos químicos: Los agentes químicos desinfectantes más utilizados son el cloro, el dióxido
de cloro y el ozono. Dentro de los que tenemos que el cloro en su forma gaseosa o como
Hipoclorito de Sodio o Calcio es el más usado. La aceptación del cloro es debida a 3 factores:
1. Su capacidad de oxidar sustancias inorgánicas (hierro, manganeso, nitritos, etc) que causan
mal sabor, corrosión y deterioro en las líneas de transmisión del agua.
2. La acción microbicida del cloro como algicida, bactericida y en menor medida virucida. Y
la capacidad de mejorar los procesos de coagulación y floculación, ya que favorece la
formación de flóculos.
3. Adicionalmente a las ventajas anteriores su uso es de bajo costo y es bastante seguro. El
equipo que requiere pasa su dosificación no es sofisticado ni complejo.
La desinfección tiene por finalidad destruir los microorganismos patógenos presentes en el agua
(bacterias, protozoarios, virus y parásitos). Es importante considerar la diferencia entre
desinfección y esterilización.
Esterilizar significa destruir todos los organismos, patógenos o no; mientras que desinfección es la
destrucción de parte, o de todo un grupo de organismos patógenos. Los virus de la hepatitis y de la
poliomielitis, por ejemplo, no son completamente destruidos o inactivados por las técnicas usuales
de desinfección.
La desinfección es necesaria porque no es posible asegurar la remoción total de los
microorganismos por los procesos físico-químicos, usualmente utilizados en el tratamiento del
agua.
Entre los agentes de la desinfección (desinfectantes), el más empleado en la purificación del agua es
el cloro, porque:
a.
b.
c.
d.
Se encuentra fácilmente disponible en forma de gas, líquido o sólido (hipoclorito)
Es barato
Es fácil de aplicar debido a su alta solubilidad. (7.0 g/1 a aprox. 20°C)
Deja un residual en solución, de una concentración fácilmente determinable, la cual sin ser
peligrosa al hombre, protege el sistema de distribución
e. Es capaz de destruir la mayoría de los microorganismos patógenos.
256
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
El cloro, por ser un gas venenoso y corrosivo, presenta algunas desventajas, requiriendo de un
cuidadoso manejo, pudiendo causar problemas de sabor y olor particularmente en presencia de
fenoles.
El ozono es el competidor más próximo del cloro, aunque solo se le utiliza en gran escala en
Europa. Por este motivo, el único desinfectante que se considera en este capítulo es el cloro y sus
compuestos (hipoclorito y cloruro de calcio).
CLORACION
TEORÍA DE LA DESINFECCIÓN
El mecanismo de desinfección depende básicamente de la naturaleza del desinfectante y del tipo
de organismo que se pretende inactivar. Algunas especies, como esporas y virus, son más
resistentes que las bacterias.
A pesar de que el mecanismo de desinfección todavía no se encuentra completamente esclarecido,
existen fuertes evidencias de que muchos agentes químicos de la desinfección actúan inactivando
enzimas esenciales para la vida, existentes en el citoplasma de los microorganismos.
De un modo aproximado, la velocidad de destrucción o inactivación de los microorganismos, por
un determinado desinfectante, está dada por:
donde:
K = tasa de mortalidad, constante para un determinado desinfectante
N = número de organismos aún vivos en el instante t.
Integrando la ecuación, resulta;
donde
N0 = número de organismos en el instante to = 0
Pasando a logaritmos de base 10, se tiene:
siendo:
k = 0.4343 K
257
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
El valor de K depende no solo de la naturaleza del desinfectante, sino que también varía con la
concentración del mismo, temperatura, pH, y otros factores del medio ambiente.
Rich (1963) observó que la destrucción de bacterias por la acción del cloro no sigue la ecuación (51), siendo mejor descrita por la relación:
Integrando esta relación y pasando a logaritmos de base 10, resulta:
A un pH 7, los valores de K para el cloro se acercan a 1.6 x 10-5s-1 para el cloro libre, y 1.6 x 10-5s-1
para el cloro combinado. De ahí se deduce que, bajo condiciones idénticas, el cloro combinado
necesitaría un tiempo casi 30 veces mayor para obtener el mismo efecto que el cloro libre.
PROPIEDADES DEL CLORO
El cloro es uno de los elementos químicos de la familia de los halógenos de número atómico 17, y
peso atómico 35.457. En su forma elemental es un gas verdoso que puede comprimirse fácilmente
formando un líquido claro, color ámbar, el cual a presión atmosférica se solidifica a una
temperatura de -102 °C.
El cloro se produce comercialmente por medio de la electrólisis de la salmuera, produciendo
simultáneamente hidróxido de sodio e hidrógeno y, de esta forma, convierte el proceso como un
todo económicamente viable.
a) Propiedades Físicas
Comercialmente el cloro se almacena como un gas licuado, bajo presión, en cilindros de acero.
El cloro líquido es casi 1.5 veces más pesado que el agua, y el gas es cerca de 2.5 veces más pesado
que el aire. A presión atmosférica normal, entra en ebullición a -34 °C, transformándose en gas. Un
litro de cloro líquido se transforma en 460 litros de gas.
Si se dispersa en la atmósfera, el olor del cloro se hace perceptible a una concentración de 0.003
litros en 1 m³ de aire; a 0.0015 l/m³ causa irritación en las mucosas; a 0.03 l/m³ produce tos y se
258
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
vuelve fatal, matando instantáneamente a una concentración de 1 litro de cloro en un metro cúbico
de aire.
En resumen, las principales propiedades físicas del cloro son:
Temperatura crítica
Presión crítica
Densidad crítica
Peso específico (líquido)
Punto de ebullición (líquido)
Punto de fusión
Solubilidad en el agua
143.5 C
7.6 atm
0.57 g/cm³
1.57 g/cm³ a -34°C
-34°C
- 102°C
-7.3 g/1 a 20°C y 1 atm
b) Propiedades Químicas
El cloro, tanto líquido como gaseoso, en ausencia de humedad no ataca los metales ferrosos, de ahí
el por qué puede almacenarse con seguridad en cilindros de acero.
La humedad vuelve al cloro sumamente corrosivo para los metales. Los siguientes materiales
resisten a la solución acuosa de cloro: PVC, polietile-no, fibra de vidrio, y algunos tipos de jebe.
El cloro, en solución acuosa, es absorbido fácilmente por algunos compuestos alcalinos, que se
emplean usualmente en las plantas de tratamiento de agua. Un kilo de cloro combina con:
l) 1.10 Kg de cal hidratada comercial (95%).
2) 0.83 Kg de cal virgen (95%)
3) 2.99 Kg de carbonato de sodio
El cloro es un poderoso oxidante y siendo así reacciona con gran número de sustancias orgánicas o
inorgánicas presentes en el agua, por ejemplo:
4) Remoción de ácido sulfídrico
5) Remoción de hierro
6) Formación de elorofenol (no deseable)
259
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
(clorofenol)
Las reacciones de este tipo con el cloro, constituyen la demanda de cloro, la cual debe satisfacerse,
de modo que el cloro en exceso aplicado al agua, quede disponible para la desinfección.
MÉTODOS DE CLORACIÓN
En la práctica de la cloración, la desinfección se puede realizar por uno de los siguientes métodos:
cloración simple, cloración al "break-point", y mediante cloraminas.
La cloración simple es el proceso más elemental y de uso más generalizado de desinfección por
cloro. Con la cloración simple no existe la preocupación de satisfacer la demanda de cloro en el
agua, bastando aplicar una dosis tal que, al final de un determinado tiempo de contacto, por
ejemplo 20 minutos, el cloro residual libre se mantenga entre 0.1 y 0.2 mg/l, cantidad que en la
práctica se considera como suficiente para aguas no muy contaminadas.
En aguas muy contaminadas, en las cuales la cloración simple sería ineficaz, ya que el cloro residual
sería rápidamente consumido, se aconseja el método de cloración al "break-point". Las dosis de
cloro, en este caso, son muy variables dependiendo de las características del agua, principalmente
en lo que se refiere a su contenido en amoníaco y en otros compuestos nitrogenados responsables
por el "break-point".
En el caso de la desinfección con cloraminas, se aplica al agua amoníaco y cloro con la finalidad de
que se produzcan cloraminas que produzcan residuales de cloro combinado más estables que los
de cloro libre. Este método puede utilizarse con ventajas cuando se desee mantener un residual de
cloro en la red de distribución para prevenir posibles contaminaciones, o impedir el crecimiento
de ferro-bacterias y limo en el interior de las tuberías. En este caso, la aplicación de cloro se hace
antes del amoníaco.
En aguas que contienen fenoles, para evitar la formación de sabor y olor en el agua, se aplica el
amoníaco antes del cloro, evitando de esta forma la formación de clorofenoles, en presencia de un
exceso de amoníaco.
OTRAS FINALIDADES DE LA CLORACION
La cloración tiene como objetivo principal la desinfección, y se ha utilizado tanto con esta finalidad
que en la práctica, los términos cloración y desinfección se confunden. Sin embargo, el fuerte
poder oxidante del cloro lo hace útil para otras finalidades, como son: el control de sabor y olor,
remoción de sulfuro de hidrógeno, fierro y manganeso, remoción dé color, etc.
260
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
CONTROL DE SABOR Y OLOR
Las sensaciones de sabor y olor están generalmente asociadas y provienen de la misma fuente, casi
siempre un compuesto orgánico volátil. Algunas sales minerales, entre ellos compuestos de fierro y
manganeso, sulfatos y cloruros de sodio, causan solamente sabor. El sabor que se presenta en el
agua, con excepción de los producidos por aquellas sales, son prácticamente indistinguibles de los
olores correspondientes, y pueden ser causados por:
a)
b)
c)
d)
e)
Gases en disolución, como el sulfuro de hidrógeno;
materia orgánica proveniente de algas, tanto vivas como en descomposición;
materia orgánica vegetal en descomposición;
residuos industriales; y
el cloro, como residual o en combinación (tricloraminas, clorofenoles, etc.).
Cuando el cloro se utiliza en una planta de tratamiento de agua para control de sabor y olor, se
aplica antes de los demás productos químicos, realizándose la llamada precloración, en la cual se
intenta mantener un residual de cloro libre a través de todas las fases del tratamiento. Como
resultado, la acción oxidante del cloro en exceso, convierte muchas de las sustancias aromáticas en
formas menos objetables.
Las dosis de cloro son muy variables, pudiendo ser tan bajas como 1 mg/l, o elevarse a 25 mg/l o
más, en algunos casos menos frecuentes.
Para efectos de diseño, se puede estimar la dosis de cloro como la necesaria para reaccionar con el
nitrógeno amoniacal presente en el agua, a razón de 10:1 de cloro para nitrógeno
(aproximadamente la cantidad necesaria para alcanzar el "break-point"), más 1 a 5 mg/l.
El cloro por su fácil acceso es utilizado en los métodos de desinfección natural y artificial acá unos
esquemas en la potabilización del agua utilizando cloro.
1
2
261
-VÁLVULA DE CONTROL
- COMPENSAOOR
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
3 - ENTRADA DE GAS
4 - VENTILACIÓN A LA ATMOSFERA
5 - MANÓMETRO
6 - VÁLVULA DE FUNCIONAMIENTO
7 - PRESIÓN DE ENTRADA
8 - ORIFICIO MEDIDOR
9 - VÁLVULA DE CIERRE
ÍO - PROTECCIÓN CONTRA SUBIDA DE AGUA
11 - VÁLVULA DE CONTRA PRESIÓN
12- DESCARGA DE GAS CLORO
Figura 4.11 Clorador de aplicación directa
- CONTROL DE VACIO
VACIO DE INYECTOR
SALIDA PARA
INYECTOR
4 AJUSTADOR DE
MEDICIÓN
5- VÁLVULA DE ALIVIO DE VACIO
6 ATMOSFERA
7 V. NOTCH
8 ROTAMETRO
9 MANÓMETRO
10- ENTRADA DE CAS
11- VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN
1
2
3
Figura 4.12 Esquema de un Clorador de vacio
262
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
3. Plantas Potabilizadoras
18.
19.
GENERALIDADES
Recordemos un concepto básico desarrollado al inicio de este capítulo en el cual se define que:
La potabilización es el proceso consistente en la eliminación de los sólidos suspendidos,
aglomeración, decantación de los coloides y desinfección de organismos patógenos mediante la
coagulación, el ablandamiento, la eliminación de hierro y manganeso, la eliminación de olor y
sabor, la sedimentación, la filtración, el control de corrosión, la evaporación y la desinfección, todo
ello realizado en las estaciones de tratamiento de agua potable (ETAP). La potabilización tiene por
objetivo hacer el agua apta para su consumo.
Las plantas potabilizadoras de agua para consumo humano
Las Plantas Potabilizadoras de Agua para consumo humano, independientemente del sistema de
saneamiento elegido, requieren siempre de un paso previo al tratamiento bacteriológico y/o
químico del fluido: "la etapa de clarificación".
Figura 4.13 Construcción de piletones de hormigón armado "in situ" aptos para procesos de floculación,
sedimentación, clarificación, etc, según las alternativas de potabilización indicada.
La filtración mecánica es la retención y consecuente remoción de materiales en partículas, de
origen orgánico o inorgánico. Este proceso también es importante para mantener la claridad del
263
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
agua y reducir la materia orgánica biodegradable (MOB) en el sistema. Consiste en la remoción de
las partículas que se encuentran en el agua en estado coloidal o en solución. Las plantas de este
tipo están básicamente constituidas por las unidades de: inyección de químicos (floculantes),
agitadores, floculadores, decantadores y filtros. Recién después de cumplida esta etapa y
dependiendo del tipo de contaminante detectado, se procede al tratamiento bacteriológico y/o
remoción de inorgánicos fuera de los parámetros aceptables. (Precloración, irradiación ultravioleta,
resinas de intercambio iónico, osmosis inversa, etc)
Figura 4.14 Esquema del proceso de potabilización del agua para consumo humano
Piletones para floculación
En estos piletones se realiza el proceso de floculación: mediante la inyección de químicos
floculantes (polielectrolitos), se logra que todas las partículas en estado coloidad, se asocien entre sí
constituyendo el "flóculo" o precipitado.
Figura 4.15 Piletones utilizados en el proceso de floculación
264
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Estas unidades están compuestas por varias secciones que reproducen velocidades decrecientes
que ayudan físicamente a la formación del floculo. El agua circula por los compartimientos o
cámaras en forma vertical.
Las pantallas para formar los compartimentos en cada canal, son también de hormigón armado. Su
funcionamiento es totalmente hidráulico, por lo que la operación es más confiable y menos costosa
al no requerir de energía eléctrica.
Piletones para decantación
Estas unidades o piletones sirven para que una vez que se ha formado el flóculo, al aumentar su
peso molecular se "decanta o sedimenta" en cada compuerta de cisterna (las compuertas se regulan
con llaves desde la parte superior). Aquellas partículas cuyo micronaje no resultó con un peso
específico suficiente para decantar, será retenida durante la etapa siguiente en los lechos filtrantes.
Figura 4.16 Unidades utilizadas para la decantación en el proceso de potabilización
Piletones para filtración rápida
Este pileton consta de tres compartimientos operando en serie, con velocidades y tamaños de grava
decrecientes entre el primero y el último. El afluente ingresa a los compartimientos por vertederos
ubicados por encima del nivel máximo de operación de la unidad.
265
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.17 Unidades usadas para la prefiltracion y filtración
Cada compartimiento consta de un tanque de sección rectangular lleno de grava de tamaño
uniforme. La tasa de velocidad depende de la calidad del agua y del tamaño de grava seleccionado.
El sistema de drenaje es similar al del prefiltro horizontal. La estructura de salida de cada
compartimiento consta de un canal que se comunica con el compartimiento de la grava a través del
sistema de drenaje; de tal manera que el agua percola a través de la grava, pasa por el canal de
drenaje y asciende por el canal de salida, hasta alcanzar el vertedero que comunica con el siguiente
compartimiento de la unidad.
Piletones para filtración lenta
Un filtro lento consta de un piletón que contiene una capa sobrenadante de agua cruda, manto
filtrante de arena, drenaje y un juego de llaves para la regulación y control. El filtro lento tiene las
siguientes características: La estructura de ingreso consiste en una cámara de distribución con
vertederos rectangulares para distribuir el caudal uniformemente a todas las unidades del sistema y
válvula de limpieza. Si no se han considerado piletones previos para acondicionar la calidad del
agua, en esta cámara se incluirá el sistema de ajuste y medición de caudal, consistente en una
válvula y un vertedero triangular. Las cajas de las cisternas deberán ser, por lo menos, dos y estarán
compuestas de un sistema de drenaje, una capa de grava graduada, una capa de arena, una capa de
agua y el borde libre.
La estructura de salida es común a dos unidades y comprende un vertedero de control de nivel
máximo de operación, una caja de desagüe, dos cámaras de salida cada una con un vertedero de
266
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
control de nivel mínimo, una válvula para comunicar la cámara de salida con la de desagüe, una
válvula para intercomunicar las cámaras de salida, una cámara de reunión del efluente y dos
válvulas para eliminar el efluente inicial14
Figura 4.18 Esquemas de un filtro lento utilizado en el proceso de potabilización
El tratamiento del recurso agua se puede dividir en dos categorías, según sea si se trata de agua
dulce que no ha sido utilizada para cubrir las necesidades del hombre, o de agua que éste ha
emitido como residuo después de usarla: Tratamiento de aguas continentales de origen superficial
o subterráneo; Tratamiento de aguas residuales de origen doméstico o industrial.
14
Material Cortesía de Hidro Estudios Consultores
267
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
El agua pura no se encuentra en forma natural porque está normalmente contaminada por el aire
y el suelo. Las impurezas pueden ser orgánicas y/o inorgánicas ya sea disueltas, o en forma de
material particulado. Estas impurezas pueden provenir de la degradación biológica de sustancias
orgánicas que producen ácidos grasos, carbohidratos, aminoácidos e hidrocarburos; de sustancias
inorgánicas como metales tóxicos, material particulado como arcillas y sedimentos y de
microorganismos como bacterias, virus y protozoos.
Los contaminantes químicos corrientes son metales pesados como hierro, manganeso, plomo,
mercurio, arsénico, cobre, cinc, compuestos nitrogenados tales como amoníaco, nitrito y nitrato,
carbonato o bicarbonato de calcio y magnesio, aniones como cloruro, fluoruro, sulfato y silicatos y
las mencionadas, sustancias orgánicas. Aparte de estas sustancias, existen otros contaminantes de
carácter antropogénico tales como cianuros, fenoles, cromo y detergentes.
Los contaminantes biológicos del agua y sus efectos se dan en la siguiente tabla:
Tabla4.2 Contaminantes Biológicos más comunes en el agua
Microorganismo
Bacteria
Bacteria
Bacteria
Bacteria
Virus
Ameba
Lombriz
Nombre
Salmonella tiphi
Vibrio cholerae
Shigellas
Grupo de salmonella
Entamoeba hystolica
Taenia saginata
Enfermedad
tifus
cólera
disentería
gastroenteritis
hepatitis
disentería amébica
triquinosis
El agua para beber debe cumplir con una serie de requisitos de calidad física, química y biológica.
Desde el punto de vista físico el agua debe ser traslúcida, con una turbiedad y color mínimo -según
normas de las autoridades de Salud-, inodora e insípida. Los requisitos de calidad química
implican que el agua potable no debe contener los siguientes elementos o compuestos en
concentraciones totales mayores que las indicadas en la tabla a continuación.
Tabla 4.3 Los requisitos de calidad química
Sustancia
Expresado
como
N
As
Cd
CNCLCu
Amoníaco
Arsénico
Cadmio
Cianuro
Cloruros
Cobre
268
Límite máximo
mg/l
0,25
0,05
0,01
0,20
250*
1,0*
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Compuestos fenólicos
Fenol
0,002
Cromo hexavalente
Cr
0,05
Detergente
SAAM
0,50
Flúor
F
1,5
Hierro
Fe
0,3*
Magnesio
Mg
125
Manganeso
Mn
0,10*
Mercurio
Hg
0,001
Nitratos
N
10*
Nitritos
N
1,0
Plomo
Pb
0,05
Residuos sólidos filtrables
1000*
Selenio
Se
0,01
2Sulfatos
SO4
250*
Cinc
Zn
5,0*
* El ministerio de Salud no puede aceptar un contenido mayor de estas sustancias.
Para asegurar la salud de la población, al agua potable se le exige que no contenga
microorganismos patógenos. Como no es práctico examinar todos éstos, se recurre a examinar
bacterias del grupo coliforme, indicativa de la contaminación de animales y de la bacteria
Escherichia coli, indicativa de contaminación fecal.
Cantidad
NMP/100mL
Coliformes
totales
<5
fecales
<5
NMP: número más probable.
Muchas de estas impurezas, incluyendo los microorganismos patógenos, los ácidos húmicos que
son corrientemente responsables del color, los ácidos fúlvicos y los complejos arcilla-metal están
6
en el rango del tamaño coloidal: 1 nm a 10 µm (1 namómetro = 10-9m; 1 micrómetro = 10- m).
Los coloides son partículas de tamaño intermedio entre las moléculas y las partículas suspendidas
que tarde o temprano decantan por efecto de la gravedad. Es decir el estado coloidal está entre las
soluciones y las suspensiones que terminan precipitando. Aunque las partículas coloidales son
muy pequeñas, son lo suficientemente grandes como para dispersar la luz (efecto Tyndall) por lo
que estas partículas comunican aspecto turbio u opaco al agua, a menos que estén muy diluidas.
La mayoría de los coloides están cargados negativamente, por lo que en agua son estables debido a
la repulsión electrostática entre estas partículas invisibles. Esta repulsión sobrepasa las fuerzas de
atracción de van der Waals, por lo que no se aglomeran y por lo tanto no precipitan.
269
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
El objetivo para obtener un agua limpia y sana, potable, de un agua natural, es remover los sólidos
suspendidos, aglomerar y decantar los coloides y desinfectarla de organismos patógenos.
El agua natural, cruda o impura, puede provenir de ríos, lagos, embalses o de fuentes
subterráneas. El tratamiento de estas aguas suele constar de varias etapas. En el caso de aducción
superficial, el tratamiento comprende las etapas de filtración gruesa, sedimentación mediante el
proceso físico´químico de coagulación-floculación, filtración por arena y desinfección. Después de
la filtración gruesa a través de rejas y mallas donde quedan piedras, ramas y otras impurezas que
flotan o se arrastran, el agua se deja reposar en estanques desarenadores en los cuales se asienta la
arena fina y otras partículas pequeñas. Luego el agua se hace pasar a otros estanques en los cuales
coagulan las partículas muy finas, como las arcillas coloidales, mediante la adición de sulfato de
aluminio o cloruro o sulfato férrico, sales que producen la aglomeración de los coloides con
formación de agregados coloidales, o flóculos que pueden decantar debido a su mayor tamaño y
peso.
El siguiente esquema muestra el tratamiento para la potabilización de aguas crudas.
Figura 4.20 Esquema de desinfección del agua
OPERACIÓN DE UNA PLANTA POTABILIZADORA
OPERACIÓN
La operación de una planta potabilizadora de agua comprende el conjunto de actividades
requeridas para operar las unidades y equipos que la componen.
La etapa de potabilización ocupa el lugar más importante dentro del proceso de producción de
agua porque de su ejecución depende la calidad del agua que se entregue para el consumo de la
población.
270
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
La operación debe ser entendida como una acción, o conjunto de acciones, destinadas a lograr que
cada componente de la planta cumpla con la función para la cual fue creado, de acuerdo con las
normas, especificaciones y rendimientos previamente establecidos.
Tipos de operación
Este conjunto de acciones se pueden clasificar en tres tipos:
1. Normales,
2. Especiales
3. Emergencia.
1. La operación normal es la que se lleva a cabo día a día, en forma rutinaria y en condiciones
normales.
2. La operación especial comprende aquellas acciones que sólo se ejecutan esporádicamente,
muy de cuando en cuando, como la puesta en marcha y la parada de la planta.
3. La operación de emergencia, como su nombre lo indica, comprende las acciones que
deben ejecutarse en casos de emergencia. Estas emergencias pueden ser de tipo ocasional,
como las causadas por la rotura de una tubería, o un brusco incremento de turbiedad.
Pueden ser causadas por desastres naturales como terremotos, inundaciones, huracanes y
sequías, o pueden también deberse a la mano del hombre como sería el caso de un
derrame de sustancias químicas en la fuente, o un atentado terrorista.
Las acciones que deben tomarse en estos casos deben ser previstas de antemano en relación al tipo
de sistema, a los recursos existentes y a la intensidad y tipo de desastre más común en la localidad.
No debe esperarse a que el desastre ocurra para empezar a pensar en cuáles serían las acciones
más adecuadas, porque las interrupciones prolongadas del servicio ponen en grave riesgo la salud
de la población. Estas acciones deben estar claramente especificadas en un Manual de Operación
de Emergencia.
A continuación se indicarán las acciones que deben ejecutarse para operar cada uno de los
componentes de una planta en condiciones normales.
Desarenadores y presedimentadores
Estas dos operaciones que tienen una finalidad y operación muy similar serán tratadas a
continuación en forma conjunta.
Puesta en marcha
271
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
a.
b.
c.
d.
Cerrar la válvula o compuerta de descarga.
Llenar la unidad hasta el nivel de operación normal y cerrar el ingreso.
Dejar el agua en reposo durante 24 horas.
Al cabo de este tiempo, abrir nuevamente el ingreso y continuar con la operación
normal.
Operación normal
Se llevarán a cabo las siguientes actividades en forma rutinaria:
a. Comprobar si se producen burbujas en la superficie del agua, originadas por la
fermentación de los lodos.
b. Retirar hierbas y malezas de las orillas del estanque.
c. Retirar semanalmente las algas y los crecimientos de lirios o jacintos de la superficie del
agua.
d. Medir la altura de los lodos en la unidad para determinar el momento en que los lodos
empiezan a exceder el nivel máximo establecido. El instrumento para efectuar la medición
consta de un círculo de madera de 20 cm de diámetro, pintado de blanco y fijo a un palo,
o a un tubo graduado de longitud mayor a la profundidad del desarenador o
presedimentador (figura4.21).
Para efectuar la medición se procede del siguiente modo:
-
Se introduce suavemente el instrumento dentro del agua, para no agitar el lodo del fondo.
-
Se va bajando lentamente el disco hasta que en el momento en que desaparece de la vista
se determina la altura de penetración a partir de la superficie del agua.
Figura 4.21 Medición de la altura de lodos
272
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
El momento en que la altura de penetración del instrumento es menor que (H) la altura mínima de
sedimentación, se debe proceder a limpiar la unidad (figura 4.22).
Figura 4.22 Determinación de la altura mínima de sedimentación
e. Operación de limpieza
- Cerrar la válvula o compuerta de ingreso y abrir la compuerta del canal de desviación.
- Se abre la compuerta de descarga y se deja vaciar la unidad.
- En Los desarenadores, la limpieza se verifica manualmente, con un grupo de obreros que
ingresa dentro de la unidad y ayudados por mangueras con agua a presión y palas, empujan
la masa de arena y lodo hacia el canal de descarga.
- En los presedimentadores, la limpieza se efectúa normalmente con maquinaria.
f.
Terminada la limpieza se procederá a poner en marcha la unidad.
Manejo de sustancias químicas
Las principales sustancias químicas utilizadas en tratamiento de aguas son: el sulfato de aluminio,
sulfato férrico, cal hidratada, carbonato de sodio y cloro.
Características de las sustancias químicas más comunes:
Sulfato de aluminio
Es el más común de los coagulantes, su rango óptimo de pH para coagular aguas turbias se
encuentra entre 6 y 8. El sulfato de aluminio es el producto básico de la reacción entre el ácido
sulfúrico y un mineral rico en contenido de aluminio denominado BAUXITA.
Normalmente se produce en forma de terrones mezclado con granulados y finos; de este modo se
utiliza en muchas de las plantas de tratamiento de agua y de desagües. Es muy fácil de dosificar y
no da problemas de compactación en las tolvas. No es muy corrosivo por lo que no requiere
protección especial para el interior de las tolvas. Contiene alrededor de un 10% de material
insoluole.
273
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Tamizando este material se obtiene el polvo y el granulado, que son las formas en que se
encuentra normalmente en el comercio. El sulfato en polvo se compacta fácilmente.en las tolvas y
resulta difícil de manipular. Las características de las diversas formas de sulfato de aluminio seco
son las siguientes:
- Composición química:
- Contenido de oxido de aluminio:
* 17% (mínimo)
- Contenido de oxido de fierro:
*0.75% (máximo)
- Contenido de material insoluble: 0.5% (máximo)
Es ligeramente higroscópico, es decir que absorbe la humedad del ambiente. El sulfato de
aluminio seco se vende normalmente en bolsas de papel de 50 kg o a granel en camiones
volquetes, o tolvas.
También se distribuye en forma líquida. Un litro de sulfato de aluminio líquido pesa 1.3 kg. Es
más fácil de transportar, manipular y almacenar que el material seco, por lo que su utilización es
más económica cuando la planta se encuentra cerca del centro de producción, pudiendo este
transportarse en carros cisternas.
Cloruro férrico
Se utiliza como coagulante. Es muy efectivo en tratamiento de aguas con color porque tiene un
rango de pH de trabajo muy amplio (5.0 -8.0).
En el comercio se le encuentra disponible en dos formas:
-
En forma de cristales hidratados conteniendo 60% en peso de cloruro férrico.
Anhidro, es decir completamente libre de agua conteniendo 98% en peso de cloruro
férrico.
En forma líquida, es muy higroscópico y en contacto con el ambiente forma un compuesto
de color oscuro.
Todas las formas de cloruro férrico son muy higroscópicas y pueden absorber suficiente humedad
del aire como para formar soluciones espontáneamente. En solución es ácido y por lo tanto
altamente corrosivo. En su forma anhidra se le vende en cilindros de acero de 70 a 140 kg, los que
una vez abiertos deben vaciarse completamente o sellarse herméticamente para evitar la absorción
de humedad y la liquefacción. Los cristales de cloruro férrico se venden en barrilitos o en
tambores de 50 a 200 kg. Debe almacenarse en lugares fríos y secos a cienos de 100 °F para
prevenir que se derritan los cristales. Una vez abiertos los envases de cristales de cloruro férrico
deben vaciarse por completo.
274
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
El producto en solución es muy corrosivo a todos los metales comunes y puede causar manchas
muy difíciles de remover. Se le transporta en recipientes y tuberías de plástico o en carros cisterna
con revestimiento de jebe o caucho sintético. Debido al costo del flete, su utilización es
conveniente solamente si el lugar de producción es cercano a la planta de tratamiento.
Cal hidratada o cal apagada
También conocida como hidróxído de calcio, se le obtiene apagando con agua, o con la humedad
del ambiente, la cal viva, obteniéndose un polvo de color blanco. Se le distribuye en bolsas de
papel o de tela. No se deteriora con el almacenamiento y contiene menos impurezas que la cal
viva. Se le utiliza como ayudante de coagulación para proporcionar al agua alcalinidad artificial
cuando la alcalinidad natural está por encima de 30 mg/g., y para ablandamiento de aguas con alto
contenido de dureza, esto principalmente en instalaciones industriales.
La cal apagada se disuelve en agua y se almacena en tanques de solución. Como el hidróxído de
calcio es solo ligeramente soluble, al mezclarse con agua forma en realidad una suspensión y, por
lo tanto, es necesario agitar constantemente el contenido del tanque para mantener uniforme la
suspensión. El agua de difusión debe ser fría porque el hidróxído de calcio es más soluble en agua
fría que en agua caliente. Debido a que el hidróxído de calcio precipita fácilmente, los tanques de
solución, tuberías y equipo de dosaje deben ser limpiados a intervalos frecuentes para evitar que se
obstruyan.
No debe excederse la dosis óptima de cal porque usada en exceso podría producirse una agua con
reacción caustica que produciría depósitos alrededor de los granos de arena del filtro y en el
tanque de aguas claras. Su contenido de óxido de calcio varía de 75 a 99%.
Carbonato de sodio o soda ash
Es un polvo blanco muy soluble en agua. En potabilización de aguas se le utiliza principalmente
cuando el contenido de alcalinidad natural es menor de 30 mg/l siendo insuficiente para reaccionar
con el coagulante, se le utiliza también para reducir la dureza no carbonatada. No trae problemas
de obstrucción en los equipos y como forma una solución completa no es necesario agitarla
constantemente. El producto comercial contiene alrededor de 98% de carbonato de sodio.
Almacenamiento y transferencia
El almacenamiento se efectúa en rumas o pilas, cuando los productos se reciben embolsados, o en
silos, cuando éste llega a granel en volquetes o carros tolva.
275
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
En el primer caso, las bolsas deben almacenarse sobre tarimas de madera, aisladas del piso y de las
paredes, y en rumas no mayores de 1.80 m de altura (figura 4.23), cuando el traslado a la sala de
dosificación se bace en forma manual. Esto facilita que el operador pueda alcanzar el extremo de
la ruma y bajar la bolsa para colocarla en la carretilla o carrito (figura 4.24) para su traslado a la sala
de dosificación o al montacargas.
Figura 4.23 Rumas de material embolsado
Cuando el traslado se hace en forma mecánica, mediante cargadores frontales, las rumas pueden
ser hasta de 3.00 m de altura.
Deben dejarse pasillos entre las rumas, de tal modo que las carretillas, o los cargadores, puedan
circular entre ellas y el material se pueda usar por orden de llegada.
Figura 4.24 Carritos basculares y carretillas
La capacidad del almacén, por lo menos, debe ser suficiente para abastecer la planta durante el
tiempo que demoran los trámites para hacer el pedido de material más el tiempo que toma su
traslado a la planta. De no ser así, el almacén debe ampliarse, considerándose un segundo
almacén exterior a la planta.
Cuando el almacén y la sala de dosificación se encuentran en diferentes niveles se aconseja
mantener una existencia para 24 horas, al pie de las tolvas de los dosificadores.
276
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Cada sustancia química debe tener un almacén diferente o, por lo menos, deben mantenerse
separados mediante tabiques, sobre todo cuando son sustancias que pueden reaccionar entre sí
(como la cal viva y el sulfato de aluminio).
En las plantas grandes, de más de un metro cúbico por segundo de capacidad, por lo general se
almacena a granel, Los silos o tolvas de almacenamiento normalmente se ubican exteriores a la
planta para facilitar la descarga de los volquetes o de los camiones tolva.
Los silos pueden ser de acero o concreto, con revestimento interior o no, dependiendo de las
características de las sustancias, y con el fondo preferiblemente inclinado a 60° para facilitar el
deslizamiento del material y su completo vaciado.
La transferencia del material a la sala de dosificación se efectúa mediante sistemas mecánicos o
neumáticos.
La transferencia de sustancias en polvo preferiblemente se efectúa mediante sistemas neumáticos
para evitar las nubes de polvo (figura 4.25).
Figura 4.25 Sistema neumático de transferencia
Con los materiales granulados se pueden utilizar también sistemas mecánicos. Los sistemas de
transferencia mecánica de cadenas, rodillos o tomillos no deben utilizarse para transferir sustancias
corrosivas (figuras 4.26 y 4.27),
277
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.26 Sistema de transferencia mecánica mediante rodillos
Figura 4.27 Sistema de transferencia mecánica de tornillo
Estas deben manipularse mediante correas o cintas transportadoras (figura 4.28). Las sustancias en
solución a granel se depositan en tanques, también exteriores a la planta. Estos pueden estar en
posición horizontal y semienterrados en el piso para facilitar la descarga por gravedad de los
camiones cisterna, o en posición vertical sobre el terreno para llenarse por .bombeo. Pueden ser
de plástico, concreto o acero con revestimiento interior.
Figura 4.28 Cintas transportadoras
Dosificación
Se denomina así al conjunto de actividades orientadas a la determinación de las dosis óptimas a
aplicar y su implantación en el dosificador.
Las etapas del proceso de dosificación son:
-
Determinación de las dosis óptimas.
Determinación de la cantidad de sustancias a aplicar en kilos por metro cúbico de agua que
trata la planta.
Calibración del dosificador.
Operación de la unidad.
Determinación de las dosis óptimas de sustancias químicas
278
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
El equipo utilizado para este fin es el aparato de Prueba de Jarras, el cual consta de:
- Un agitador mecánico regulable con sus ejes provistos de paletas, con capacidad para
operar a velocidad de 0 a 100 revoluciones por minuto, medidas en un dial.
- Un sistema de iluminación y soporte (figura 4.29).
- Jarras de 2 litros de capacidad con deflectores.
Figura 4.29 Aparato de Prueba de Jarras
Los deflectores consisten en un armazón de alambre galvanizado que sostiene unas pantallas de
fierro galvanizado, o latón, que tienen la finalidad de aumentar la agitación del agua dentro del vaso
(figura 4.30).
Figura 4.30 Deflectores a. Deflector y b. Jarra con deflector
Seis tomadores de muestras compuestos de un tubo de vidrio de 4 mm de diámetro, manguera de
jebe muy flexible de 4 mm de diámetro, un disco de poroflex de ½" de espesor (figura 4.31). Dos
pipetas de 10 y 2 mi, seis jeringas desechables de 10 centímetros cúbicos de capacidad, ligas
gruesas de jebe, 12 vasitos de 50 mililitros y 6 de 100. Estos vasitos es preferible que sean de
plástico.
279
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.31 a) Tomador de muestras y b) Jarra con deflector y tomador de muestras
La prueba se inicia tomando una muestra de agua cruda de 12 litros. Se agita la muestra para
uniformizarla, se llenan las seis jarras con un volumen exacto de dos litros y se colocan los
deflectores dentro de cada una.
Preparar una solución patrón de sulfato de aluminio al 10%, disolviendo 100 gramos de sulfato de
aluminio en un litro de agua destilada. Esta solución puede durar hasta tres meses en buen estado.
A partir de esta muestra patrón se prepara todos los días una solución que tenga la misma
concentración que la que está aplicando el dosificador de la planta.
Esta concentración se recomienda debe ser de 1 a 2%. Para preparar una solución al 1% se
tomarán 10 ml de la solución patrón y se completará con agua destilada hasta 100 ml. Cuando se
desee preparar la solución al 2% se tomará 20 ml de muestra patrón y se completará hasta 100 ml.
Estas soluciones así diluidas sólo duran 24 horas en buen estado.
Colocar las seis jarras llenas en el aparato de Prueba de Jarras y encender el equipo accionando el
botan del interruptor.
Las dosis o cantidades de sulfato diluido que se echarán a cada una de las jarras van a ser
diferentes., para poder definir por comparación de los resultados que se obtengan de las seis jarras,
cuál es la más efectiva.
Las dosis se, expresan en miligramos por litro (mg/l) . Echar a cada jarra la cantidad equivalente de
mililitros de solución al 1% teniendo en cuenta que al usarse jarras de dos litros, cada mililitro de
280
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
solución equivale a 5 mg/l de coagulante aplicado. Así las dosis y mililitros a aplicarse son los
indicados en la tabla 4.4.
Tabla 4.4 Dosis de sulfato de aluminio
Jarras
Dosis en mg/l
ml de solución
1
2
3
4
5
6
5
10
15
20
25
30
1
2
3
4
5
6
En cada uno de los seis vasitos de 50 ml de capacidad se agregan los mililitros de solución que se van a echar a cada
una de las jarras Se extrae la dosis de cada vasito utilizando las jeringas desechables con las agujas puestas, de modo
que no quede ni una sola gota en el vasito Graduar la velocidad del equipo a 100 revoluciones por minuto (rpm) y
agregar el coagulante simultáneamente a todas las jarras, apuntando con la aguja de la jeringa hacia las paletas, que es
el punto de mayor agitación dentro de la jarra. A partir del momento en que se agrega el coagulante, se empieza a
contar el período de mezcla rápida, que por lo general se asume igual a un minuto.
Cumplido el minuto, graduar el regulador de velocidad de acuerdo a las instrucciones especificadas para cada planta
(en promedio 40 rpm) y flocular el agua durante 20 minutos. Al cabo de este tiempo, apagar el equipo y
empezar a contar cinco minutos de sedimentación. Se levantan los agitadores de cada jarra y se retiran lentamente
para no mover la muestra. Poner las ligas alrededor del borde superior de cada jarra y colocar dentro a los
tomadores de muestra, haciendo pasar las mangueritas por debajo de las ligas. Introduciendo la jeringa sin aguja
en el extremo de la manguera, succionar hasta llenar la manguera de agua.
Retirar la jeringa apretando la punta de la manguera para que no se vacíe y doblarla haciendo pasar el extremo por
debajo de la liga, Cumplidos los cinco minutos, se baja el extremo de la manguera, se desecha el contenido de asta
y se toma la muestra sedimentada en los vasos de 100 ml de capacidad. Esto se debe hacer simultáneamente en
todas las jarras. Determinar el contenido de turbiedad de cada muestra. Para esto se agita cada muestra y se vacía
al tubo del turbidímetro, calibrando previamente el equipo en una escala entre 0 y 10. Si no estuviera dentro de
este rango, lo cual es poco frecuente, se cambiará a una escala entre 0 y 100 unidades de turbiedad.
La forma de seleccionar la dosis óptima se puede visualizar mejor a través del siguiente ejemplo:
Una vez aplicado a una muestra el procedimiento anteriormente descrito, se obtuvieron los
resultados que se indican en la tabla 4.5.
TABLA. 4.5 Dosis óptima de sulfato de aluminio
Jarras
1
2
281
3
4
5
6
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Dosis
5
10
15
20
25
30
Turbiedad final 7.00 4.80 3.20 1.85 1.70 2.10
La jarra que contiene la menor turbiedad (1.7 UN) es la número 5, por lo tanto la dosis óptima de
coagulante es de 25 mg/l
Cuando la alcalinidad natural del agua es insuficiente para reaccionar con el sulfato de aluminio, se
determinará la dosis de alcalinidad artificial que se necesita adicionar. Como ya se indicó
anteriormente, cuando la alcalinidad es de alrededor de 30 ppm esta prueba se efectúa con
carbonato de sodio y cuando se encuentra entre 40 y 50 ppm se utiliza cal. La lechada de cal, o
suspensión de cal que se utiliza en la ejecución de esta prueba se prepara añadiendo agua destilada a
10 gramos de cal apagada, hasta completar el volumen total de un litro o 1,000 mililitros‘. Esta
solución debe mantenerse tapada porque en contacto con el aire puede formar carbonato de calcio y
precipitar. Antes de usarla debe agitarse el contenido del frasco.
Con la lechada de cal se llena un juego de seis vasitos de 50 ml, echándole a cada uno dosis crecientes de cal, de tal
modo que el último vaso reciba una dosis que sea la mitad de la dosis óptima de sulfato determinada en la prueba
anterior (figura 97). Así, en el ejemplo indicado anteriormente, la dosis de sulfato de aluminio obtenida fue de 25
mg/l , luego la máxima dosis de cal a aplicar en este caso es de aproximadamente 15 mg/l y las cantidades a aplicar
a cada jarra podrían ser las indicadas en la tabla 4.6.
TABLA 4.6 Dosis de lechada de cal
Jarras
1
2
3
4
5
6
Dosis de cal
0
3
6
9
12
15
Como la lechada de cal preparada anteriormente también tiene una concentración de 1%, cada mi de suspensión
equivale a una dosis de 5 mg/l. Los mililitros equivalentes a las dosis seleccionadas en el ejemplo anterior se
pueden determinar por simple regla de tres, a partir de la equivalencia anterior, así:
La dosis de sulfato de aluminio que se aplicará a cada jarra será la determinada anteriormente, e igual para
todas las jarras (para el caso del ejemplo, 25 mg/l ). La prueba será, en todo, igual a la anteriormente indicada
para el sulfato de aluminio, salvo que, una vez encendido el equipo y graduado a 100 rpm se echará a cada
una de las jarras las dosis respectivas de cal, directamente de los vasitos, agitándolos previamente. A
continuación se echará simultáneamente a todas las jarras y usando las jeringas, la dosis de sulfato de
aluminio.
282
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
De aquí en adelante se sigue exactamente el mismo procedimiento indicado para determinar la dosis Óptima de
sulfato de aluminio. Continuando el ejemplo anterior, se obtuvieron los resultados indicados en la tabla 4.7.
TABLA 4.7 Dosis óptima de lechada de cal
Jarras
1
2
3
4
5
6
Dosis de cal
0
3
6
9 12 15
ml de lechada de cal
0 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0
Dosis de sulfato
30 30 30 30 30 30
ml de solución de sulfato 6
6
6
6
6
6
Turbiedad final
2.0 1.8 1.0 0.5 0.8 1.2
Como la jarra 4 presentó la menor turbiedad final la dosis óptima de cal es de 9 mg/l.
Calibración del dosificador
Los fabricantes proporcionan con cada equipo de dosificación una curva de calibración que indica
la dosis que puede aplicar el equipo con cada graduación de apertura. Con el uso el equipo se va
descalabrando y las dosis que aplica ya no coinciden con las indicadas en la curva inicial, por lo que
es necesario calibrarlo con regularidad.
Calibración de un dosificador en seco
El procedimiento de calibración para los dosificadores en seco es el siguiente:
- Llenar la tolva y poner en marcha el dosificador.
- Ajustar el regulador de apertura en el mínimo
Tomar una muestra durante tres minutos exactos, colocando una bandeja directamente debajo de la
garganta del dosificador. Pesar la muestra y dividiéndola entre tres determinar el peso en kilos por
minuto.
283
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.32 Graduando la abertura en el mínimo del dosificador y tomando una muestra.
Repetir el procedimiento ajustando el regulador de apertura de 10 en 10 hasta llegar al valor máximo.
Graficar aperturas versus cantidades dosificadas y obtener la nueva curva de calibración.
Cálculos adicionales
Para poner a operar la unidad es necesario obtener todavía unos datos adicionales:
Medir el caudal de agua (Q) que está tratando la planta en metros cúbicos por minuto (m³/min).
Calcular a partir de la dosis óptima determinada (D) en mg/l, la cantidad de sustancia química (P) a dosificar,
en kg/mín.
Calcular la cantidad de agua (q) para efectuar la disolución con la con centración ideal (c).
Ejemplo. Calcular la cantidad de coagulante a dosificar (P) kg/min, para un caudal medido de 17.8 m³/min,
habiéndose calculado una dosis de 30 mg/l.
284
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
TABLA 4.8 Calibración del dosificador en seco
Apertura
25
50
75
Max
Peso medido kg Operaciones Peso dosificado kg/min
0.450
1.020
2.220
2.850
0.450/3
1.020/3
2.220/3
2.850/3
0.150
0.340
0.740
0.950
Graficando el peso a dosificar en kg/min versus las respectivas aperturas se obtuvo la curva
indicada.
Entrando a la curva con el valor calculado de coagulante a dosificar (P) en kg/min, se obtiene que
el equipo debe ajustarse en la apertura (50) para que aplique 30 mg/l. de dosis de coagulante.
El caudal de agua necesario para obtener una solución con 1% de concentración será de:
Figura 4.33 Curva de calibración
También la válvula de entrada de agua al dosificador debe mantenerse calibrada para poder ajustar
el caudal de agua necesario (q), para obtener la concentración requerida. El procedimiento de
285
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
calibración de esta válvula es el mismo que se indica a continuación para el dosificador en
solución15.
Figura 4.34 Dosificador en solución
Esta es la forma de operar de una planta de potabilización convencional ya que, hoy en día las
plantas potabilizadoras de países desarrollados cuantas con sistemas automatizados, preados por
software que controlan el funcionamiento de las plantas.
15
Publicación Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente – CEPIS.
286
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Esquema de algunos elementos que conforman las plantas potabilizadoras
PRESEDIMENTACIÓN
Esta etapa se realiza en piletas preparadas para retener los
sólidos sedimentables (arenas), los sólidos pesados caen al
fondo. En su interior las piletas pueden contener placas o
seditubos para tener un mayor contacto con estas partículas. El
agua pasa a otra etapa por desborde.
AGREGADO DE PRODUCTOS QUÍMICOS
El agregado de productos químicos (coagulantes) se realiza para
la desestabilización del coloide o turbiedad del agua.
1.1.- FLOCULACION
En los floculadores que pueden ser mecánicos o hidráulicos, se
produce la mezcla entre el producto químico y el coloide que
produce la turbiedad, formando los floc.
Los floculadores mecánicos son paletas de grandes
dimensiones, y velocidad de mezcla baja. Son hidráulicos con
canales en forma de serpentina en la cual se reduce la velocidad
de ingreso del agua produciendo la mezcla
SEDIMENTACION
La sedimentación se realiza en decantadores o piletas de
capacidad variable, según la Planta Potabilizadora. En ellos se
produce la decantación del floc, que precipitan al fondo del
decantador formando barros. Normalmente la retención de
velocidad del agua que se produce en esta zona es de 40
minutos a una hora.
Los decantadores o sedimentadores es su tramo final poseen
vertederos en los cuales se capta la capa superior del agua –
que contiene menor turbiedad – por medio de estos vertederos el
agua pasa a la zona de filtración.
FILTRACION
Un filtro está compuesto por un manto sostén: piedras, granza y
arena.
La filtración se realiza ingresando el agua sedimentada o
decantada por encima del filtro. Por gravedad el agua pasa a
través de la arena la cual retiene las impurezas o turbiedad
residual que queda en la etapa de decantación.
287
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Los filtros rápidos tienen una carrera u horas de trabajo de
aproximadamente 30 horas.
Una vez que el filtro colmató su capacidad de limpieza, se lava
ingresando agua limpia desde la parte inferior del filtro hacia
arriba, esto hace que la suciedad retenida en la arena, se
despegue de la misma.
DESINFECCIÓN
Una vez que el agua fue filtrada, pasa a la reserva, allí se
desinfecta según distintos métodos. El más usado es el
agregado de cloro líquido. El cloro tiene la característica química
de ser un oxidante, lo cual hace que se libere oxígeno matando
los agentes patógenos, por lo general bacterias anaeróbicas.
Otros desinfectantes utilizados son: hipoclorito de sodio,
hipoclorito de calcio (pastillas), ozono, luz ultravioleta, etc.
Durante todo el proceso de potabilización se realizan controles
analíticos de calidad.
La suma de las etapas para potabilizar el agua se realiza en
aproximadamente 4 horas.
Cortesía de Hidro Estudios Consultores
El proceso más sencillo de esterilización y barato es la cloración, la acción del cloro es de
poca profundidad y las partículas en suspensión la dificultan. Punto crítico de cloración, si
en la cloración sobrepasa el mínimo de cloro, se habla de cloración crítica, dañina para la
salud y causante de enfermedades tales como cáncer.
Irradiación Ultravioleta, por medio de una lámpara de cuarzo llena de vapor de mercurio,
se pueden producir rayos ultravioleta. Estos rayos matan a las bacterias, desintegrándolas.
Ozonización, el ozono en contacto con sustancias oxidables se descompone rápidamente
en oxígeno naciente y oxígeno diatómico inactivo. El primero destruye la materia orgánica.
Si el agua no se encuentra muy cargada de materias en suspensión, puede bastar un filtrado
como única depuración. Para cantidades pequeñas se fabrican filtros portátiles que pueden
transportarse con todos sus accesorios.
Los filtros de arenas y multimedias minerales son lentos y poseen cierta acción eliminadora
de bacterias pero necesitan mucho espacio para la purificación de aguas fluviales. Estos
filtros retienen tierra, arena y algunas impurezas, pero dejan pasar algunos microorganismos
y las sustancias químicas disueltas.
Filtros de carbón activado: Empleado como material filtrante elimina olor, sabor y color del
agua.
288
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Depósitos de decantación: se emplean en la purificación previa de aguas muy sucias, por
ejemplo, corrientes superficiales haciéndolas pasar antes, en caso necesario, a través de
rejillas y desarenadores.
Las plantas de filtración para agua potable, utilizan un tratamiento de agua que se
compones de Filtro Multimedia, Filtro de carbón activado, Suavizadores, Filtración por
Osmosis Inversa y Desinfección.
El agua recibe varios tratamientos para eliminar los microorganismos y sustancias químicas
dañinas, que causan serias enfermedades en los seres humanos, evitar que tenga color, olor
y sabor desagradables, disminuir el efecto corrosivo que daría los utensilios de cocina,
bloquea las tuberías y hace que las cañerías se dañen rápidamente.
Para equipar debidamente las plantas de tratamiento de agua y las estaciones accesorias de
bombeo con los controles necesarios, es preciso tener un conocimiento adecuado y
profundo de las mediciones y controles a fin de lograr un diseño sintetizado. Así se pueden
lograr plantas de tratamiento bien perfeccionadas fáciles de operar, aseguren mejores
productos y menos trabajo.
Una planta de tratamiento nunca satisface en directo la demanda, trabaja constantemente y
almacena en caso de que las demandas futuras sean enormes, esto es que el diseño de la planta de
Tratamiento de Agua nunca debe ser igual a la demanda actual, sino por el contrario se debe
preparar para crecimientos futuros programados, ya sea de capacidad instalada mayor y/o modular.
4. Procesos de coagulación, floculación, sedimentación y filtración
5.
20.
Generalidades
21.
CRITERIOS SOBRE CALIDAD DEL AGUA
Consideraciones preliminares
Antes de establecer normas sobre la calidad del agua de consumo, debe definirse las metas y los
costos.
Básicamente el agua que se suministra debe cumplir dos condiciones:
a) No debe ser peligrosa para la salud o la vida de los consumidores.
b) El sistema debe poderse operar a un costo razonable.
289
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Estas condiciones pueden ser en ocasiones conflictivas, pero la norma que se establezca debe ser
tal, que tenga en consideración ambos factores.
Para cumplir con lo primero, el agua no debe contener ni microorganismos patógenos, ni
sustancias tóxicas o nocivas para la salud. Esta es una condición imprescindible.
Para cumplir con lo segundo, las características del agua deben ser tales, que no produzcan daño,
ni a la red de distribución, ni a las industrias, ni a la economía privada, y que se pueda llegar a esto
sin tener que hacer al agua un tratamiento excepcionalmente costosa.
En este punto, cada país debe llegar a establecer sus propias normas, de acuerdo con la calidad de
agua cruda que suele obtener y la relación costo-beneficio que puede producir en la región, la
presencia de determinados iones (como hierro, sulfatos, carbonatos) en el agua que se distribuye.
Normas sobre potabilidad del agua
a) Normas bacteriológicas
Decíamos que toda agua para consumo humano no debe contener microorganismos patógenos ni
sustancias tóxicas o nocivas para la salud. Por tanto, el agua debe cumplir con ciertas normas
bacteriológicas y fisicoquímicas para que pueda ser considerada potable.
Desde el punto de vista bacteriológico, se ha establecido que no debe mostrar la presencia de E
coli. Esta regla no tiene en cuenta los virus entéricos, que pueden existir en el agua y que son
potencialmente peligrosos. La dificultad que entraña el aislarlos y detectarlos hace que hasta ahora
en el control rutinario de las plantas de tratamiento, no se hagan pruebas para constatar su
presencia.
Las Normas Internacionales para agua potable de la Organización Mundial de la Salud de 1971
establecen una diferencia entre la calidad del agua que se suministra por medio de una red de
distribución a la comunidad y la que no se suministra en esta forma, partiendo del principio de que
a esta última le resulta impracticable mantener los mismos patrones de calidad que a la primera.
Debe también observarse que la calidad del agua que se produce en la planta no necesariamente es
la misma que la que se distribuye en la red, por cuanto pueden presentarse contaminaciones en
ella.
Las normas antes citadas por eso, recomiendan:
a. mantener una presión suficientemente alta en toda la red, como para evitar la succión de
líquidos contaminantes,
b. disponer de equipos de cloración de emergencia.
290
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Para el agua que entra a la red de distribución y ha sido desinfectada, estatuyen que no debe
demostrar la presencia de gérmenes coliformes en ninguna de las muestras de 100 ml. Las pruebas
presuntivas deben ser debidamente confirmadas.
Para el agua que entra a la red de distribución pero que no ha sido desinfectada, establecen que
ninguna muestra puede considerarse satisfactoria si tiene E. coli por 100 mi. Si E. Coli está
ausente, la presencia de 3 gérmenes coliformes por 100 ml. puede tolerarse en muestras
ocasionales, siempre y cuando exista una vigilancia regular y frecuente y tanto el abastecimiento
como el almacenaje sean satisfactorios desde el punto de vista sanitario.
Para el agua dentro de la red de distribución, las Normas de la OMS reconocen que pueden haber
contaminaciones que desmejoren la calidad, en vista de lo cual recomiendan que:
1. En el curso del año, el 95 % de las muestras no deben contener ningún germen coliforme
en 100 ml.
2. Ninguna muestra ha de contener E. coli en 100 ml.
3. Ninguna muestra ha de contener más de 10 gérmenes coliformes por 100 ml.
4. En ningún caso han de hallarse gérmenes coliformes en 100 ml de dos muestras
consecutivas.
En abastecimientos individuales o para pequeñas comunidades, el recuento de coliformes debe ser
menor de 10 por 100 ml. El no poder lograr esto, y particularmente la presencia repetida de E.
Coli, debe conducir a abandonar el abastecimiento como regla general.
Las normas de Sanidad de los Estados Unidos de 1962 no distinguen entre agua en la planta y agua
en la red. Según ellas, toda agua para el consumo tiene que llenar los siguientes requisitos:
1. Cuando se examinen porciones normales de 10 ml no más del 10 %debe mostrar, en
cualquier mes, la presencia del grupo coliforme. No será permisible la presencia del grupo
coliforme en tres o más de las porciones de 10 ml de una muestra normal cuando ocurran:
(a) En dos muestras consecutivas.
(b) En más de una muestra mensual, cuando se examinen mensualmente menos de
20 muestras; o
(c) En más del 5 '% de las muestras, cuando se examinen mensualmente más de 20
muestras.
Cuando se presenten organismos del grupo coliforme en tres ó más de las porciones de 10 ml de
una muestra normal aislada, se deben tomar inmediatamente muestras diarias del mismo punto de
muestreo y examinarlas, hasta que los resultados que se obtengan cuando menos con 2 muestras
consecutivas demuestren que el agua es de una calidad satisfactoria.
291
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
2. Cuando se examinen porciones normales de 100 ml no más del 60 % deben mostrar, en
cualquier mes, la presencia del grupo coliforme. No será permisible la presencia del grupo
coliforme en todas las cinco porciones de 100 ml de una muestra normal cuando ocurra:
(a) En dos muestras consecutivas.
(b) En más de una muestra mensual, cuando se examinen menos de 5 muestras mensuales; o
(c) En más del 20 % de las muestras, cuando se examinen mensualmente cinco o más
muestras.
Cuando se presenten los organismos del grupo coliforme en todas las 5 porciones de 100 ml de
una muestra normal aislada, se deben tomar inmediatamente muestras diarias del mismo punto de
muestreo y examinarlas, hasta que los resultados que se obtengan con 2 muestreos consecutivos,
cuando menos, demuestren que el agua es de una calidad satisfactoria.
3. Cuando se aplique la técnica de filtros de membranas, la media aritmética de la densidad
coliforme de todas las muestras normales que se examinen en un mes, no deben exceder
de un organismo por 100 ml El número de colonias coliformes por muestra normal no ha
de exceder de 3/50 ml, 4/100 ml, 7/200 ml, ó 13/500 ml, en:
(a) Dos muestras consecutivas.
(b) Más de una muestra normal, cuando se examinen mensualmente menos de 20 muestras, o
(c) Más del 5 % de las muestras normales, cuando se examinen mensualmente 20 o más
muestras.
Cuando en una muestra normal aislada, las colonias coliformes exceden de los valores anteriores,
se deben tomar inmediatamente muestras diarias del mismo punto de muestreo y examinarlas,
hasta que los resultados que se obtengan, cuando menos en 2 muestras consecutivas, demuestren
que se tiene agua de una calidad satisfactoria.
b) Normas Químicas sobre Potabilización
Las sustancias que un agua no debe contener se pueden clasificar en dos grupos:
1. Sustancias tóxicas
2. Sustancias que pueden producir determinadas enfermedades.
En la tabla 4.9 se incluyen los nombres de estas sustancias y los valores máximos recomendables y
permisibles establecidos en las Normas de la Organización Mundial de la Salud de 1971 y el
Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos (USPHS) de 1962.
292
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Tabla 4.9 Sustancias Químicas que Influyen sobre la Potabilidad del Agua
Normas OMS (1971)
Normas USPIS (1962)
Sustancia
Máxima
Máxima
Máxima
Máxima
Recomendable Permisible Recomendable Permisible
1. Sustancias Tóxicas
Arsénico (como As) mg/lt
Bario (como Ba) mg/lt (a)
Cadmio (como Cd) mg/lt
Cromo hexavalente (Cr+6)
mg/lt (a)
Cianuro (como CN) mg/lt
Plata (como Ag) mg/lt (a)
Plomo (como Pb) mg/lt
Mercurio (como Hg) mg/lt
Selenio (como Se) mg/lt
-
0.05
0.01
0.01
-
0.05
1.0
0.01
0.05
0.05
0.1
0.001
0.01
1.5
0.01
1.0
0.05
0.2
0.05
0.05
0.01
-
2. Compuestos Orgánicos
Hidrocarburos polinucleares
aromáticos mg/lt (b)
Compuestos fenólicos orgánicos como fenoles mg/lt (c)
Extracto en carbón cloroformizado (ECC) mg/lt (d)
-
0.2
3. Sales
Cloruros (como Cl") mg/lt (e)
Fluoruros (como F) (f)
Nitratos (como N03) (g)
Sulfatos (como S04) (e)
200
0.6-1.7
200
600
45
400
-
-
0.001
0.2
-
250
0.8-1.7
45
250
1.4-2.4
-
a. OMS considera que Bario, Berilio, Cobalto, Molibdeno, Nitrilotriacetato, Trocia-nato, Estaño,
Uranio y Vanadio deben controlarse en el agua, pero no existe información suficiente para fijar
límites tentativos.
b. Se ha encontrado que algunos HPA son cancerígenos.
c. Los fenoles se combinan con el cloro para producir compuestos que le dan sabor y olor al agua.
d. El ECC en el agua es un indicio de la magnitud de contaminación por materia orgánica.
e. Los Cloruros y los sulfatos tienen propiedades laxantes, para personas no acostumbradas a ellos en
el agua. Los efectos nocivos sólo se presentan con altas concentraciones.
293
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
f.
La concentración máxima de fluoruros en el agua depende de la temperatura. Concentraciones que
exceden los límites pueden producir "fluorosis" o manchas en los dientes.
g. Los nitratos producen metemoglobinemia en los niños de pocos meses. Sin embargo, la OMS
reconoce que se han informado muy pocos casos de dicha enfermedad, cuando la concentración es
menor de 100 mg/lt.
c) Normas fisicoquímicas del agua de consumo
Las características fisicoquímicas del agua influyen en:
(a)
(b)
(c)
La aceptabilidad del agua por parte del público consumidor.
Los costos de operación y mantenimiento de las redes.
La economía de algunos procesos industriales.
Cuando un agua ha sido sometida a procesos de clarificación, ciertas características como la
turbiedad, pueden influir no sólo en la aceptabilidad del agua, sino también en el aspecto sanitario.
Se ha hallado últimamente, que existe una correlación entre remoción de partículas y calidad
bacteriológica del efluente de los filtros. Salvo este caso, las normas fisicoquímicas deben estar
regidas por consideraciones puramente económicas.
Según sea el destino que se le dé, además del uso doméstico, tiene que establecerse los límites de
dureza, hierro y manganeso, pH, alcalinidad, etc., en especial cuando se hace un extenso uso del
agua en la industria o en la agricultura.
La tabla 4.10 presenta las Normas de la OMS de 1971 y las del USPHS de los Estados Unidos de
1962, sobre las principales características fisicoquímicas del agua de consumo humano.
294
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Tabla 4.11
Normas de Calidad Físico-Química del Agua para Uso Doméstico
Sustancia
1. Características Físicas:
Turbiedad U.J. (a)
Color - Unidades
Olor y sabor - N. Incipiente
2. Características químicas
(a) Generales
Rango de pH
Dureza total - mg/lt
Normas OMS (1971)
Normas USPHS (1962)
Máxima
Máxima
Máxima
Máxima
Recomendable Permisible Recomendable Permisible
5 U.J.
5
Ninguno
500
25 U.J.
50 U.J.
Ninguno
1500
5
15
3
-
-
7.0 -8.5
100
6.5-9
500
-
-
(b) Metales
Calcio (como Ca) mg/lt
75
200
Hierro (Total como Fe)mg/lt
0.1
1.0
0.3
Manganeso (Como Mn) mg/lt
0.05
0.5
0.05
Magnesio (como Mg) mg/lt(b)
30
150
Zinc (como Zn) mg/lt
5.0
15.0
5.0
Boro (como Br) (c)
(a)
Para agua tratada en plantas de tratamiento, el USPHS recomienda un máximo de 1.0 U.J. - La
AWWA recomienda 0.1 U.J. como meta en este caso.
(b) El límite de 30 mg/lt se fija cuando no hay más de 250 mg/lt de sulfatos; si hay menos el límite sube hasta
150 mg/lt. de magnesio.
(c) Ni las normas de la OMS ni las de la USPHS han fijado límite para el boro. El "Water Quality Criteria"
del Estado de California, Estados Unidos, dice que el boro no es considerado como un peligro para la
salud. En la agricultura puede ser muy perjudicial en concentraciones mayores de 0.5-4.0 mg/lt.
En nuestro país se cuenta con la Norma Técnica de Calidad de Agua Potable, elaborado por los
técnicos del Ministerio de Salud Pública y Asistencia Social, tomando como base la Norma de
Agua Potable coordinada por el CONACYT y aprobada por el Ministerio de Economía, tiene
como finalidad servir de consulta a los técnicos y población en general.
295
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
1. REQUISITOS DE CALIDAD MICROBIOLOGICA
TABLA N° 1 Valores Máximos Admisibles Para Calidad Microbiológica
PARAMETRO
VALOR MAXIMO ADMISIBLE
TECNICA
FILTRACION
TUBOS
PLACA
POR
MULTIPLES
VERTIDA
MEMBRANAS
Bacterias coliformes totales
0 UFC/100 ml
< 1.1 NMP/100 ml
Bacterias coliformes fecales
0 UFC/100 ml
Negativo
Eschericia coli
0 UFC/100 ml
Negativo
Conteo de bacterias
100 UFC/ml max
100 UFC/ml
heterótrofas, aerobias
y mesófilas
Organismos patógenos
Ausencia
Cuando en una muestra se presentan organismos coliformes totales fuera de la Norma, según la
Tabla 1, se deben aplicar medidas correctivas y se deben tomar inmediatamente muestras diarias
del mismo punto de muestreo y se les debe de examinar hasta que los resultados que se obtengan,
cuando menos en dos muestras consecutivas demuestren que el agua es de una calidad que reúne
los requisitos exigidos por la Tabla 1.
Un número mayor de 100 microorganismos por ml en el recuento total de bacterias heterotrófas,
es señal de que deben tomarse medidas correctivas e indica la necesidad de una inspección
sanitaria completa del sistema de abastecimiento para determinar cualquier fuente de
contaminación.
2. REQUISITOS DE CALIDAD FISICO-QUIMICOS
TABLA N° 2 Valores para Agua Potable
PARAMETRO
UNIDAD
Color Aparente
-
Color Verdadero
Conductividad
Olor
mg/l (Pt-Co)
μmho/cm a 25°C
N° de umbral de
Olor
N°. de umbral de
Sabor
mg/l
pH
Sabor
Sólidos totales
disueltos
Temperatura
Turbiedad
VALOR
RECOMENDADO
NR
VALOR MAXIMO
ADMISIBLE
-
500
NR
15
1,600
3
6.0-8.5
NR
1
300
600
18 a 30
1
NR *
5
°C
UNT
296
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
NR: No Rechazable.
* De no encontrarse en el rango recomendado queda sujeto a evaluaciones de potabilidad. Ver
página 1.
TABLA No. 3 VALORES PARA CLORO RESIDUAL
PARAMETRO
VALOR RECOMENDADO VALOR MAXIMO ADMISIBLE
Cloro residual libre 0.5 mg/l
1.0 mg/l
El límite recomendado seguro y deseable de cloro residual libre, en los puntos más alejados del
sistema de distribución es de 0.5 mg/l después de 30 minutos de contacto, con el propósito
principal de reducir al 99.99% de patógenos entéricos.
En aquellas ocasiones en que amenacen o prevalezcan brotes de enfermedades de origen hídrico el
residual de cloro debe mantenerse en un valor máximo admisible de 1.5 mg/l en todas las partes
del sistema de distribución, haciendo caso omiso de los olores y sabores en el agua de consumo.
Deben tomarse medidas similares en los casos de interrupciones o bajas en la eficiencia de los
tratamientos para potabilizar el agua.
Los valores recomendados y el valor máximo admisible de estas especificaciones están sujetos a
modificarse cuando se pueda emplear un método analítico sencillo pero preciso y exacto para
determinar la presencia de las sustancias denominadas ―Trihalometanos‖ (THM) en el agua de
consumo, siempre que no sobrepasen el límite de 0.1 mg/l.
Estos son los valores de referencia en la que se base nuestra norma de potabilización del agua.
Procesos de coagulación
Es el proceso a través del cual los coagulantes son añadidos al agua, reduciendo las fuerzas que
tienden a mantener separadas las partículas en suspensión.
La coagulación se realiza en la cámara de mezcla rápida, y es normalmente el proceso inicial en
una planta de tratamiento de agua, del cual depende fundamentalmente la eficiencia de los
procesos subsiguientes. Mucho se ha investigado al respecto, no obstante la coagulación aún
permanece como un proceso no perfectamente comprendido; y sobre ella se han establecido
teorías que carecen de comprobación experimental, como;
1. La que procura explicar la coagulación por la compresión de la doble capa de cargas
eléctricas que envuelven la partícula; y
2. La que admite que la coagulación se da por reacciones químicas específicas entre las
partículas coloidales y los coagulantes.
297
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Los resultados de recientes investigaciones parecen dar más crédito a la teoría química. En estas
investigaciones, se ha observado la formación de los flóculos de sulfato de aluminio a través del
microscopio electrónico, y se ha verificado que la adsorción de iones y el entrelazamiento de las
partículas con el precipitado de hidróxido de aluminio, explican mejor el fenómeno de la
coagulación que la teoría de la compresión de la doble capa.
Una gran porción de las partículas suspendidas en el agua son tan pequeñas que su remoción en
un tanque de sedimentación es imposible a tasas de sedimentación superficial razonables. Además,
los materiales húmicos, los cuales son los más importantes precursores de los trihalometanos
formados por procesos de desinfección, no son removidos del todo mediante simple
sedimentación.
Por su pequeño tamaño, las partículas coloidales tienen una relación muy grande de área
superficial a volumen. Por ejemplo. 1 cm³ de material, si se divide en cubos de 0.1 mm en un lado
(el tamaño de arena fina), tendría una superficie de 0.06 m² mientras que si se divide en cubos de
-5
10 mm en un lado (el punto medio del rango coloidal), tendría una superficie de 600 m².
Como resultado de esta extensa área, los fenómenos químicos de superficie son muy importantes.
La adsorción preferencial de iones de una solución sobre la superficie coloidal y la ionización de
grupos químicos en la superficie producen cargas netas en las partículas. La figura 4.35 es una
representación esquemática del estado coloidal resultante. La mayoría de las partículas coloidales
en el agua están cargadas negativamente como se mostró. La capa estacionaria cargada en la superficie está rodeada por una capa adherida de agua, en la cual los iones de carga opuesta sacados de
la solución gruesa producen una rápida caída en potencial.
Esta caída dentro de la capa de agua adherida es llamada potencial de Steni. Una caída más
gradual. Ihimadapotencialzeta, ocurre entre la superficie de corte de la capa de agua adherida y el
punto de electroneutralidad en la solución.
298
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.35 Modelo coloidal Guoy-Stern.
La carga de superficie en partículas coloidales es el elemento que más contribuye a la estabilidad
de éstas a largo plazo. Las partículas que podrían de otra manera sedimentarse o aglutinarse son
mutuamente repelidas por sus cargas iguales. La coagulación es una técnica química dirigida hacia
la desestabilízación de partículas coloidales. Lafloculación, en usos de ingeniería, es una técnica de
mezcla lenta que promueve la aglomeración de partículas desestabilizadas.
Aunque otras técnicas son posibles, la coagulación del agua generalmente incluye la adición de
químicos, bien sea electrolitos hídrolizantes o polímeros orgánicos. La acción de ios coagulantes
metálicos es compleja, implicando la disolución de sal (lo cual puede reducir el potencial zeta
alterando la concentración iónica de la capa adherida), la formación de hidróxidos complejos de
metal que puede estar altamente cargada y el atrapamiento de partículas individuales en el
precipitado químico formado. Los procesos son muy complejos1-2 pero pueden ser descritos de la
siguiente manera: Disolución:
299
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Hidrólisis:
Polimerización:
Los productos de la hidrólisis se combinan para formar una variedad de moléculas que incluyen:
La hidrólisis de las sales de hierro es algo diferente a la del aluminio, pero genera la formación de
especies poliméricas similares. El efecto neto de la adición de un coagulante metálico es la
formación de partículas grandes, insolubles y con carga positiva y la producción de iones de
hidrógeno libre del agua involucrada en la hidrólisis. Este complejo proceso es frecuentemente
representado por la ecuación simplificada
Las especies poliméricas formadas y la efectividad de la coagulación depende tanto del pH como
de la concentración del coagulante aplicado. Pava cualquier agua, hay un rango óptimo de pH y
una concentración óptima de coagulante. Curvas como la presentada en la figura 4.36 pueden ser
obtenidas para aguas particulares y coagulantes mediante pruebas de jarras en el laboratorio. El
control práctico de la coagulación depende de tales análisis.
La dosis química óptima produce un tamaño de panícula media máxima, una cantidad mínima de
pequeñas partículas y una turbiedad mínima antes de la sedimentación4. Las dosis que son
sustancialmente muy altas o muy bajas no serán efectivas y podrán, producir suspensiones
coloidales del coagulante mismo.
Entre los químicos comúnmente usados en la coagulación están el alumbre (sulfato de aluminio),
el cloruro férrico, el sulfato férrico, el aluminato de sodio, el cloruro de polialuminio, el sulfato
ferroso y cal y caparrosa clorada. La elección es impuesta por el costo relativo y la efectividad en
aguas particulares. El alumbre es el más comúnmente usado, aunque no es siempre el más efectivo
sobre una base molar"' y no es deseable por el incremento en la concentración de aluminio en
aguas tratadas6.
300
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
La remoción de contaminantes específicos en procesos de coagulación puede ser afectada por
factores tales como la temperatura, el pH, la alcalinidad y la elección del coagulante. La reducción
de sólidos suspendidos y la turbiedad es afectada adversamente por la baja temperatura sin
embargo, la remoción de carbono orgánico total (COT), la cual incluye algunos de los precursores
de los trihalometanos, no lo es. La formación del trihalometano (THM) mismo es menor a bajas
temperaturas, pero la reducción en formación no es un resultado de la remoción mejorada de los
precursores en coagulantes sino de una reducción en la tasa de formación de THM en procesos de
desinfección.
Figura 4.36 Región de estabilidad de sulfato de aluminio3. (Reimpreso del Journal of American Water
Works Association, 62, bajo autorización de la Association. Derecho de autor, 1976. de la American Water
Works Association, Inc., 666bW. Quincy Avenue Den ver, CO 80235).
La remoción de Giardia en la coagulación está estrechamente ligada con la remoción de la
turbiedad. La remoción reportada en la coagulación y sedimentación fluctúa entre 65 y más de 90
% y es aproximadamente equivalente a la reducción en turbiedad. La remoción de virus, por otra
parte, no está claramente asociada con la turbiedad. La remoción del virus de la hepatitis A y del
rotavirus en la coagulación y sedimentación es típicamente superior al 90 %.
301
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
La mayoría de los coagulantes metálicos reaccionan con el agua para producir iones de hidrógeno
libres como se muestra en las ecuaciones. Comoquiera que casi todas las aguas naturales contienen
alcalinidad, los iones de hidrógeno liberados reaccionarán con ésta, reduciendo la variación en pH.
Si el agua contiene alcalinidad insuficiente, la adición de un coagulante metálico puede descender
el pH por debajo del rango en el cual la sal particular es efectiva. En tales circunstancias, una sal
alcalina debe ser agregada para aumentar la capacidad de regulación de la solución. La suficiencia
de alcalinidad puede ser estimada a partir de las siguientes ecuaciones simplificadas, las cuales
representan todas las reacciones aproximadamente.
Sulfato de aluminio (alumbre):
Cloruro férrico:
Sulfato férrico:
Sulfato ferroso y cal:
Seguido por, en presencia de oxígeno,
Caparrosa clorada:
Seguido por
y
El rango óptimo de pH para cada uno de los coagulantes metálicos está tabulado a continuación.
Coagulante
Alumbre
Sulfato ferroso
Caparrosa clorada
Cloruro férrico
Sulfato férrico
pH
4.0 a 7.0
8.5 y superior
3.5 a 6.5 y superior a 8.5
3.5 a 6.5 y superior a 8.5
3.5 a 7.Ü y superior a 9.0
302
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Los coagulantes poliméricos o polielectrolitos son cadenas largas de moléculas de alto peso
molecular, las cuales llevan un gran número de grupos cargados. La carga neta en las moléculas
puede ser positiva, negativa o neutral.
Aunque podría parecer que los polímeros catiónicos serían más efectivos en la coagulación de los
coloides con carga negativa encontrados en el agua, no siempre éste es el caso. Se piensa que de los
grupos químicos en los polímeros se combinan con las zonas activas en el coloide. Tal interacción
de una molécula sencilla con un gran número de partículas produce un efecto de puenteo,
combinándolas en una gran partícula que se puede sedimentar bajo la acción de la gravedad. Tanto
el peso molecular del polímero como la densidad de carga influyen en la efectividad de los
polielectrolitos; sin embargo, un estudio reciente indica que la densidad de carga es el factor simple
más importante.
Los polielectrolitos son excelentes coagulantes que pueden ser usados solos o en conjunto con
coagulantes metálicos. Un gran número de tales productos ha sido aprobado para ser usados en el
tratamiento de abastecimientos de agua públicos. Las dosis permisibles fluctúan entre 1 y 150 mg/l.
siendo la mayoría menores a 10 mg/l. La selección de un coagulante apropiado requiere de la
determinación de la dosis necesaria mediante prueba de jarras y la comparación de todos los costos
relevantes, incluyendo el subsecuente manejo del lodo producido.
Las ayudas de coagulación, propiamente hablando, no ayudan en la coagulación sino más bien en
la subsecuente floculación de las partículas desestabilizadas. Los agentes incluyen oxidantes como
el cloro y agentes de aumento de peso como arcilla y sílice activada.
Se cree que los agentes oxidantes mejoran el proceso de coagulación-floculación mediante la
destrucción o alteración de los compuestos orgánicos que podrían de otra manera interferir.
Cuando se ha usado cloro, la dosis ha sido aquella requerida para alcanzar el punto de quiebre.
Tal adición de cloro antes de la coagulación puede generar una producción aumentada de
trihalometanos; de ahí que otros oxidantes como el ozono puedan ser preferibles.
Los agentes de aumento de peso son a veces usados en la coagulación de aguas de baja turbiedad
inicial. En el tratamiento de aguas se presenta un curioso fenómeno: las aguas altamente turbias son
más fáciles de clarificar que aquellas que son relativamente limpias, aunque la remoción de
microorganismos patógenos parece no estar relacionada con la turbiedad inicial. La adición de
material como la arcilla bentonita aumenta la densidad de las partículas y el peso promedio de la
suspensión, proveyendo una superficie considerable para la adsorción de compuestos orgánicos.
Por lo general, las dosis de arcilla fluctúan entre 10 y 50mg/l. Otros agentes de aumento de
peso/adsorbentes incluyen carbón activado, sílice en polvo y caliza. Éstos tienen efectos potenciales
además de aquellos asociados con la arcilla.
303
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
La sílice activada está formada por una preparación de silicato sódico coloidal, la cual puede actuar
como coagulante por sí misma, como ayuda de coagulación en asocio con alumbre o como agente
de floculación. La preparación de la sílice activada debe ser continua, puesto que envejece
rápidamente y puede convertirse en gel en cuestión de horas. Su preparación incluye la
neutralización de aproximadamente el 80% de la alcalinidad de una solución de 1.5% de silicato de
sodio con cualquier ácido disponible. La solución es entonces diluida después de 10 minutos y se
aplica al agua que está siendo tratada.
Bajo óptimas condiciones, la sílice activada aumentará la tasa de coagulación y floculación, reducirá
la dosis de coagulante, ampliará el rango de pH de coagulación efectiva, producirá partículas de
flóculos más grandes y fuertes y aumentará la eliminación de color y material coloidal. Las dosis
están en el orden del 10% de la dosis de alumbre, con el óptimo determinado mediante prueba de
jarras. Generalmente, en la práctica moderna, los polielectrolitos han remplazado la sílice activada,
puesto que pueden producir los mismos efectos de ésta y son de alguna manera más fáciles de
manejar.
Proceso de floculación
Como se anotó anteriormente, las partículas desestabilizadas y los precipitados químicos
resultantes de la coagulación pueden seguir sedimentándose muy lentamente. La floculación es un
proceso de mezcla lento, en el cual estas partículas son puestas en contacto con el fin de promover
su aglomeración. La tasa de aglomeración depende del número de partículas presente, del
volumen relativo que ocupan y del gradiente de velocidad G en el tanque. El gradiente medio de
velocidad es una medida de la potencia de entrada en procesos de mezcla y es igual a
donde
P = potencia disipada
µ = viscosidad absoluta
V =volumen al cual la potencia es aplicada
La teoría de floculación es muy compleja. Factores de diseño prácticos incluyen el uso de tiempos
-1
de detención de 20 a 30 minutos y valores de G entre 25 y 65 s . En general la floculación es
llevada a cabo por mezcladores rotantes lentos de gran diámetro. Plantas de tratamientos más
antiguas pueden contener tanques de floculación separados como los mostrados en la figura 4.37,
en la cual las ruedas de paletas mezcladoras son montadas bien sea vertical u horizontalmente. Las
plantas más recientes tienen más probabilidad de incorporar dispersión del coagulante (mezclado
rápido), floculación y sedimentación en una sola unidad llamada clarificador de contacto.
304
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.37 Tanques de floculación. (a) Paletas horizontales; (b) hélices verticales.
Los clarificadores de contacto pueden ser rectangulares o circulares (en planta). Los sistemas
típicos son ilustrados en las figuras 4.38 y 4.39. El agua entra en el centro, donde ocurren la adición
química y el mezclado rápido, fluye hacia abajo a través del área central bajo la falda, donde ocurre
la floculación, y luego fluye hacia arriba a través del volumen del tanque que sirve como tanque de
sedimentación.
A medida que el agua asciende su velocidad disminuye, ya que el área de flujo aumenta. Las
partículas retenidas por el agua son llevadas hacia arriba hasta que alcancen el punto donde su
velocidad de sedimentación sea igual a la velocidad de ascenso del fluido. A medida que el número
de partículas así suspendidas aumenta, un manto de lodo se formará, actuando en un sentido como
filtro, al retener u ofrecer oportunidades adicionales para la floculación de partículas que de otra
manera podrían ser llevadas por su velocidad de ascenso.
Cuando la densidad de la partícula en el manto de lodo se incrementa, la velocidad del agua a
través del manto aumentará, generando un movimiento ascendente de la masa suspendida a un
nuevo punto de equilibrio. Las partículas grandes que se forman, bien sea en la floculación o en el
manto de lodo, pueden caer al fondo del tanque. El manto de lodo por sí mismo continuará
elevándose y. en algún momento, será llevado sobre los vertederos de efluente si una porción de la
masa acumulada no es descargada periódicamente para mantener un nivel razonable. La descarga
305
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
de lodo del manto puede hacerse de modo automático en intervalos de tiempo o, más
comúnmente, mediante la observación del nivel de su superficie superior.
Figura 4.38 Clarificador de contacto de sólidos suspendidos (Cortesía de Permitía Co.. Inc.).
Figura 4.39 Clarificador de contacto de sólidos suspendidos (Cortesía de Infiko-Pegremont Inc.).
306
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Proceso de Sedimentación
Uno de los procesos más ampliamente usados, en el tratamiento de agua es la sedimentación. Se
entiende por sedimentación a la remoción, por efecto gravitacional, de las partículas en suspensión
en un fluido, y que tengan peso específico mayor que el fluido.
En un determinado intervalo de tiempo no todas las partículas en suspensión sedimentan. A las
que sedimentan en un intervalo de tiempo elegido se les llama "sólidos sedimentables".
La sedimentación como tal, es en esencia un fenómeno netamente físico. Está relacionada
exclusivamente con las propiedades de caída de las partículas en el agua. Cuando se produce
sedimentación de una suspensión de partículas, el resultado final será siempre un fluido clarificado
y una suspensión más concentrada. A menudo se utiliza para designar a la sedimentación los
términos de: clarificación, cuando hay un especial interés en el fluido clarificado y espesamiento,
cuando el interés está en la suspensión concentrada.
Las partículas en suspensión sedimentan en diferente forma, dependiendo de las características de
las partículas así como de su concentración.
Se designa como "partículas discretas" a aquellas que no cambian de características (forma, tamaño,
densidad) durante el proceso. Se denomina "sedimentación" o "sedimentación simple" al proceso
de depósito de partículas discretas. Este caso se presenta en desarenadores o en sedimentadores
como paso previo a la filtración lenta.
"Partículas floculentas" son aquellas producidas por la unión de partículas coloidales por medio de
agentes químicos. Se denomina "sedimentación floculenta" o "decantación", al proceso de depósito
de partículas floculentas, las cuales cambian de características (forma, tamaño, densidad,
resistencia) durante el proceso.
Este caso se presenta en clarificación de aguas, como proceso intermedio entre coagulaciónfloculación y filtración rápida.
Cuando existe una baja concentración de partículas en el agua éstas se depositan sin interferir,
denominándose a este fenómeno "caída libre"; en cambio, con altas concentraciones de partículas,
se producen colisiones que las mantienen en una posición fija, ocurriendo su depósito masivo en
lugar de individual, a este proceso de sedimentación se le llama "depósito o caída interferida" o
"sedimentación zonal‖
Cuando las partículas ya en contacto forman una masa compacta que inhibe una mayor
consolidación, se denomina "compresión" o "zona de compresión".
307
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Teoría básica: Al analizar el fenómeno de sedimentación se enfocará en primer lugar el caso más
general del movimiento de una partícula en un fluido, luego un conjunto de partículas, y
posteriormente su aplicación al tratamiento de agua.
Sedimentación de partículas discretas: El fenómeno de sedimentación de partículas discretas en
una suspensión diluida, puede describirse por medio de la mecánica clásica.
Sedimentación libre: En este caso la sedimentación es solamente una función de las propiedades
del fluido y las características de las partículas.
Una partícula está sometida a dos fuerzas (Figura 4.40), - flotación FF, que es igual al peso del
volumen del líquido desplazado por la partícula (Principio de Arquímedes) y la fuerza gravitacional
FG.
Figura 4.40 Fuerzas actuantes en una partícula
Si
y
Donde:
= densidad del líquido
= densidad del sólido
V = volumen de la partícula
La fuerza resultante será la diferencia de estos dos valores y estará dada por:
Arrastrada por esta fuerza la partícula desciende con velocidad creciente, pero a medida que baja,
la fricción que el líquido genera en ella crea una fuerza de roce definida por la Ley de Newton,
cuyo valor es:
En la cual:
308
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
= energía cinética
A = área transversal al escurrimiento
Vs = velocidad de sedimentación
CD = coeficiente de arrastre
Después de un corto período la aceleración pasa a ser nula y el valor de las fuerzas de fricción
iguala al de impulsión, momento en el cual la partícula adquiere una velocidad constante, que es
conocida como velocidad de asentamiento o sedimentación. En este momento se cumple que es
igual y, por lo tanto:
Despejando el valor de Vs se obtiene:
Para el caso particular de sólidos esféricos:
Siendo;
d = diámetro de la partícula:
Reemplazando en la ecuación, se obtiene:
en la cual:
VS =
d =
g =
=
=
velocidad de sedimentación (cms)
diámetro de la partícula (cm)
aceleración de la gravedad (98/cm²)
densidad de la partícula (gm/cc)
densidad del fluido (GM/cc)
309
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
El coeficiente de arrastre (Newton) es una función del Número de Reynolds, cuya forma de
expresión general se indica en de la forma de las partículas:
Siendo:
a = constante específica
Re = número de Reynolds
= viscosidad cinemática (Stokes)
Si d <0.085 mm, Re<1, prevalece flujo laminar,
Siendo:
Que reemplazados en la ecuación da origen a la ecuación de "Stokes".
Cuando d > mm, Re > 1,000 presenta flujo turbulento, para el cual
Que reemplazado en, determina una velocidad terminal de:
Conocida como la ecuación de Newton.
Con diámetro de partículas
comprendidas
entre 0,08T a 1 especialmente números de
Reynolds de 1 a 1.000, se presenta flujo de transición, para el cual los valores de CD son
variables, como se indica
310
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
TABLA 4.12 Valores de coeficientes de arrastre
Autor
Rich
Expresión
Hatch
Allen
Fa i r-Geyer-Okun
Schiller-Newman
Goldstein
La sedimentación es el asentamiento y remoción de partículas suspendidas que ocurre cuando el
agua se estanca, se detiene o fluye lentamente a través de un estanque. Debido a la poca velocidad
de flujo, por lo general no habrá turbulencia o será insignificante, y se permitirá el asentamiento de
partículas que tengan una densidad de masa (peso específico) mayor que la del agua. En última
instancia estas partículas serán depositadas en el fondo del tanque formando una capa de lodo. El
agua que llegue al orificio de salida del tanque se presentará en condición clarificada.
La sedimentación se produce en cualquier estanque. Los estanques de almacenamiento a trabos de
los cuales el agua fluye muy lentamente, son particularmente efectivos pero no siempre se hallan
disponibles. En plantas de tratamiento de agua, se usa ampliamente tanques de sedimentación
especialmente diseñados para la sedimentación. El diseño más común provee un flujo horizontal
del agua a través del tanque, pero también hay diseños para el flujo vertical* o radial. Para plantas
pequeñas de tratamiento de agua, los tanques rectangulares de flujo horizontal por lo general son
simples de construir y adecuados.
311
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.41 Tanque de sedimentación rectangular de flujo horizontal
La eficiencia del proceso de sedimentación se reducirá mucho, si existe turbulencia o circulación
cruzada en el tanque. Para evitar esto, el agua cruda debe ingresar al tanque de sedimentación a
través de una estructura.
Diseño de tanques de sedimentación
Como se ha planteado, los tanques de sedimentación tendrán siempre un tiempo de detención de
alguna manera menor al valor nominal y una tasa de rebosamiento superficial algo mayor a la
nominal como resultado del patrón de flujo no ideal. El diseño de los tanques de sedimentación
está directamente dirigido a reducir el grado de no idealidad.
Los tanques de sedimentación pueden ser rectangulares o cuadrados. En tanques rectangulares, el
patrón de flujo se dirige a lo largo del eje mayor, lo cual minimiza el efecto de perturbaciones en
entrada y salida. Los equipos de remoción de lodo en tales tanques constan de raspadores
horizontales que dragan los sólidos a una tolva en un borde, desde la cual éstos son removidos
intermitente o continuamente mediante gravedad o sondas. Diseños típicos son mostrados en las
figuras 4.42 y 4.43.
312
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.42 Clarificador rectangular. (Cortesía de Envirex. Compañía de licxiwrd.)
Los dispositivos de vacío o sifón pueden usarse para remover el lodo de los clarificadores, pero
tales dispositivos son mejor adaptados a lodos floculantes muy livianos como aquellos encontrados
en procesos de floculado de desperdicios biológicos. Los tanques rectangulares ofrecen cierta
economía de construcción si se utilizan diseños de pared común. Los tanques cuadrados son
ocasionalmente usados para clarificadores. Sus patrones de flujo no son tan convenientes como
aquellos en diseños rectangulares, y el equipo de remoción de lodo es más complicado.
Generalmente, los tanques cuadrados emplean raspadores de rotación similares a los utilizados en
los clarificadores circulares con un mecanismo adicional de barrido esquinero similar al mostrado
en la figura 4.44
Figura 4.43 Clarificador rectangular (Cortesía de Agua-Aerobic systems, Inc.).
313
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.44 Mecanismo esquinero de barrido {Cortesía de Envirex. Compañía de Rexnord.).
Figura 4.45 Clarificador de flujo periférico
En tanques circulares, el flujo puede entrar alrededor del perímetro como en la figura 4.46, o por
el centro, como en la figura 4.46. El patrón de flujo es más complicado en tanques rectangulares, y
hay más posibilidad para cortocircuitos. Los estudios del patrón de flujo en clarificadores circulares
han indicado que el tiempo de detención promedio es mayor en tanques alimentados
periféricamente que en aquellos en los cuales el flujo entra por el centro. Por lo general, el equipo
de limpieza en tanques circulares consta de cuchillas de raspado montadas en brazos radiales. El
fondo del tanque es inclinado hacia el alimentador central y las cuchillas de rotación empujan el
lodo dentro de una serie de ranuras, que son gradualmente dirigidas al centro. Los tanques
circulares tienen el área de pared más pequeña para un área superficial dada, pero no permiten
construcción de pared común.
El diseño cuidadoso de entradas y salidas es muy importante para un apropiado funcionamiento de
los clarificadores. La entrada ideal reduce la velocidad de entrada para prevenir el desarrollo de
corrientes hacia la salida, distribuye el agua tan uniformemente cómo es posible a través del tanque
y la mezcla con agua que ya se encuentra en él para prevenir corrientes de densidad. Una entrada
314
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
casi perfecta consta de un gran número de aberturas muy pequeñas distribuidas a través del ancho
y la profundidad del tanque en el cual la pérdida de cabeza a través de las aberturas es grande con
respecto a la variación en cabeza entre las diferentes aberturas.
Algunos diseños comunes que ofrecen un compromiso entre simplicidad y función son ilustrados
en la figura 4.47. Las entradas pobremente diseñadas son la causa más común del mal desempeño
de clarificadores.
En general, las salidas de los clarificadores constan de vertederos que rozan el agua clarificada de la
superficie y son suficientemente largos para reducir la velocidad local en su alrededor a niveles que
no volverían a suspender los sólidos. El diseño de los vertederos está basado en una tasa de carga o
de rebose del vertedero expresada en flujo por unidad de longitud. Los vertederos de efluente son
ubicados tan lejos como sea posible de la entrada, en los extremos opuestos de tanques
rectangulares, alrededor del perímetro de tanques circulares con alimentación central, y hacia el
centro y a lo largo de los radios en tanques con alimentación periférica. Los vertederos con sus
canales de efluente asociados pueden cubrir una porción sustancial del área del tanque. Ehtrea así
cubierta es todavía una parte efectiva del clarificador y no es sustraída al determinar la TSS.
Figura 4.46 Clarificador circular de flujo central
315
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.47 Entradas a tanques típicos de sedimentación.
Los vertederos deben estar nivelados y tener descarga libre si el flujo va a ser uniforme sobre su
longitud. Los vertederos típicos constan de cortes en V de 90° de aproximadamente 50 mm (2 pul)
de profundidad ubicados de 100 a 300 mm (4 a 12 pul) entre centros. La longitud calculada a
partir de la tasa de rebose del vertedero es la longitud total, no la longitud sobre la cual ocurre el
flujo. El canal al cual los vertederos descargan debe ser diseñado de tal manera que la superficie d¿
agua en éste no restrinja el flujo libre. La hidráulica de esta situación se escribe en el numeral.
Una recopilación de tasas comunes de rebose superficial, tasas de rebose en vertederos y tiempos
de detención que han sido usadas en tratamiento de aguas es presentada en la tabla 4.13. Estos
valores están dados con propósitos de comparación, no como normas de diseño recomendadas.
Cada estado normalmente establece criterios de diseño recomendados, los cuales el ingeniero
puede alterartlemostrando que no son aplicables al agua particular que está siendo tratada o al
proceáo que se está usando. El diseño de sistemas de tratamiento de agua debe estar basado en
evaluaciones de laboratorio de los sistemas que son propuestos.
316
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Tabla 4.13 Detalles del diseño típico de clarificadores de tratamiento de agua
Tasa de rebose en vertederos Tasa de rebose superficial
Tipo de tanque
Tiempo de detención, h m³/(m . día)
gal/(pie . día)
m /día gal/pie²- . día)
Presedimentación
Tanque normal siguiente a
Coagulación y
Floculación
3-8
2-8
250
20.000
20-33
500-800
Ablandamiento
Clarificador ascendente
siguiente a:
Coagulación v
floculación
4-8
250
20.000
20-40
500-1000
2
175
14,000
55
1400
1
350
28.000
100
2500
Ablandamiento
Tubo sedimentador
siguiente a:
Coagulación y
floculación
Ablandamiento
0.2
0.2
Proceso de Filtración
Introducción
La filtración consiste en la remoción de partículas suspendidas y coloidales presentes en una
suspensión acuosa que escurre a través de un medio poroso. En general, la filtración es la
operación final de clarificación que se realiza en una planta de tratamiento de agua y, por
consiguiente, es la responsable principal de la producción de agua de calidad coincidente con los
estándares de potabilidad.
El avance logrado por la técnica de filtración es el resultado de un esfuerzo conjunto dirigido a
lograr que la teoría exprese los resultados de las investigaciones experimentales, de tal modo que
sea posible prever, en el diseño, cómo va a operar la unidad de filtración en la práctica.
Mecanismos de la filtración
Como las fuerzas que mantienen a las partículas removidas de la suspensión adheridas a las
superficies de los granos del medio filtrante son activas para distancias relativamente pequeñas
(algunos ángstroms), la filtración usualmente es considerada como el resultado de dos mecanismos
distintos pero complementarios: transporte y adherencia. Inicialmente, las partículas por remover
317
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
son transportadas de la suspensión a la superficie de los granos del medio filtrante. Ellas
permanecen adheridas a los granos, siempre que resistan la acción de las fuerzas de cizallamiento
debidas a las condiciones hidrodinámicas del escurrimiento.
El transporte de partículas es un fenómeno físico e hidráulico, afectado principalmente por los
parámetros que gobiernan la transferencia de masas. La adherencia entre partículas y granos es
básicamente un fenómeno de acción superficial, que es influenciado por parámetros físicos y
químicos.
Los mecanismos que pueden realizar transporte son los siguientes:
1. cernido;
2. sedimentación;
3. intercepción;
4. difusión;
5. impacto inercial;
6. acción hidrodinámica, y
7. mecanismos de transporte combinados.
Los mecanismos de adherencia son los siguientes:
a) fuerzas de Van der Waals;
b) fuerzas electroquímicas;
c) puente químico.
Cuál de estos mecanismos es el que controla el proceso de filtración ha sido asunto de largos
debates. Es indudable que no todos necesariamente tienen que actuar al mismo tiempo y que, en
algunos casos, la contribución de uno o varios de ellos para retener el material suspendido es
quizás desdeñable.
Pero hay que tener en cuenta que dada la complejidad del fenómeno, más de un mecanismo
deberá entrar en acción para transportar los diferentes tamaños de partículas hasta la superficie de
los granos del medio filtrante y adherirlas.
Mecanismos de adherencia
La adherencia entre las partículas transportadas y los granos está gobernada, principalmente, por
las características de las superficies de las partículas suspendidas y de los granos. Las partículas se
pueden adherir directamente tanto a la superficie de los granos como a partículas previamente
retenidas. La importancia de las características de las superficies es evidente cuando se considera la
filtración de una suspensión de arcilla en un lecho de arena con una velocidad de aproximación del
orden de 1,5 mm/s. La eficiencia de remoción es inferior a 20% cuando no se emplea coagulante;
318
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
por lo tanto, la filtración de la misma suspensión coagulada con una sal de Al+++ o Fe+++ puede
producir una eficiencia de remoción superior a 95%. En el primer caso, se tiene una cantidad
elevada de partículas estables, en tanto que, en el segundo caso, la mayor parte de las partículas
fueron desestabilizadas.
La adherencia se atribuye a dos tipos de fenómenos: interacción entre las fuerzas eléctricas y las de
Van der Waals, y al enlace químico entre las partículas y la superficie de los granos de un material
intermediario. Se ha sugerido, inclusive, que la filtración no es más que un caso especial de la
floculación, donde algunas partículas son fijas (aquellas adheridas inicialmente a los granos) y otras
suspendidas.
Interacción combinada de las fuerzas electrostáticas y las de Van der Waals
De un modo general, las partículas sólidas sumergidas en agua presentan cargas en sus superficies,
debido a una o más de las siguientes razones:
Disociación de iones en la superficie de las partículas.
Cargas no balanceadas debido a las imperfecciones de la estructura del cristal.
Reacciones químicas con iones específicos de la suspensión, con formación de enlaces
químicos.
Sustitución isomórfica en la estructura del cristal.
En la interfaz sólido-líquido existe una capa de iones de carga opuesta a la del sólido, conocida
como capa estacionaria o compacta, y otra de iones esparcidos, también de carga opuesta,
denominada capa difusa. Esta capa electroquímica doble establece un potencial de repulsión entre
las partículas de la suspensión con cargas eléctricas semejantes. La magnitud de este potencial de
repulsión y la distancia a la cual se extiende su campo de acción son afectadas por la composición
química de la suspensión.
Las características de la interfaz sólido-líquido han sido evaluadas en términos del potencial zeta,
que es la media de la energía requerida para llevar una carga unitaria desde el infinito hasta un
plano que separe el resto de la dispersión, a la sección de la capa difusa que se mueve junto con las
partículas.
Enlace químico entre las partículas y la superficie de los granos
Como se sabe, la desestabilización de los coloides es efectuada por los productos de la hidrólisis
que a determinados pH se polimerizan.
319
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Las cadenas poliméricas adheridas a las partículas dejan sus segmentos extendidos en el agua, los
que pueden ser adsorbidos por otras partículas o por sitios vacantes en los granos del filtro. Este
fenómeno es independiente de las fuerzas de Van der Waals y de las cargas electrostáticas.
El uso de ayudantes de filtración o polielectrolitos inyectados en el afluente al filtro puede, por eso,
ser de gran utilidad para aumentar la adhesión de la materia suspendida al medio filtrante.
Las partículas con sus segmentos poliméricos adheridos, al atravesar las constricciones del medio
filtrante, se enlazan con los segmentos sueltos adsorbidos por los granos o por los de partículas ya
adheridas al lecho filtrante y quedan en esta forma retenidas.
Las leyes que gobiernan la adsorción de polímeros deben tenerse en cuenta también en este caso.
Mecanismos de transporte
Los distintos mecanismos que pueden realizar transporte de las partículas dentro de los poros del
medio filtrante están esquematizados en la figura 4.48.
En ella se ve cómo simultáneamente pueden actuar varias causas para aproximar el material
suspendido hasta los granos del medio filtrante.
Es interesante destacar que estas causas varían si la filtración se produce en las capas superficiales o
en la profundidad del medio filtrante. En el primer caso, la acción física de cernido es el factor
dominante, mientras que en el segundo caso es el de menor importancia.
Cernido
Resulta evidente que cuando la partícula es de tamaño mayor que los poros del lecho filtrante,
puede quedar atrapada en los intersticios.
El cernido, en general, actúa solo en las capas más superficiales del lecho y con partículas relativamente
fuertes, capaces de resistir los esfuerzos cortantes producidos por el flujo, cuya velocidad aumenta en las
constricciones.
A partir de las consideraciones geométricas, Hall considera que la probabilidad de remoción de una
partícula por cernido (Pr) está dada por la siguiente fórmula:
Donde:
d = diámetro de la partícula
Dc = diámetro del medio filtrante
Sedimentación
El efecto de la gravedad sobre las partículas suspendidas durante la filtración fue sugerido hace más
de 70 años, cuando Hazen consideró los poros de los filtros lentos de arena como pequeñas
unidades de sedimentación. Sin embargo, durante mucho tiempo la contribución de este
320
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
mecanismo no se consideró significativa, pues la velocidad de sedimentación de las partículas
suspendidas y, especialmente, la de los pequeños flóculos, es mucho más pequeña en comparación
con la velocidad intersticial.
La sedimentación solo puede producirse con material suspendido relativamente grande y denso,
cuya velocidad de asentamiento sea alta y en zonas del lecho donde la carga hidráulica sea baja.
Ives (1965) sugiere que algunas partículas más pequeñas y floculentas pueden quedar retenidas en
regiones donde la velocidad de escurrimiento sea pequeña debido a la distribución parabólica de
velocidad en el régimen laminar.
Intercepción
Normalmente, el régimen de escurrimiento durante la filtración es laminar y, por lo tanto, las
partículas se mueven a lo largo de las líneas de corriente.
Debido a que las partículas suspendidas tienen una densidad aproximadamente igual a la del agua,
ellas serán removidas de la suspensión cuando, en relación con la superficie de los granos del
medio filtrante, las líneas de corriente están a una distancia menor que la mitad del diámetro de las
partículas suspendidas.
Difusión
Se ha observado que las partículas relativamente pequeñas presentan un movimiento errático
cuando se encuentran suspendidas en un medio líquido (figura 4.48). Este fenómeno, resultado de
un bombardeo intenso a las partículas suspendidas por las moléculas de agua, es conocido como
movimiento browniano, y se debe al aumento de la energía termodinámica y a la disminución de la
viscosidad del agua.
Figura 4.48. Diferentes mecanismos que pueden realizar transporte
321
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
La eficiencia del filtro debida a la difusión es directamente proporcional a la temperatura e
inversamente proporcional al diámetro de la partícula del grano.
Impacto inercial
Durante el escurrimiento, las líneas de corriente divergen al estar cerca de los granos del medio
filtrante, de modo que las partículas suspendidas, con cantidad de movimiento suficiente para
mantener su trayectoria, colisionan con los granos.
Acción hidrodinámica
La remoción de partículas floculentas de tamaño relativamente grande (-10 µm) es atribuida a la
acción hidrodinámica.
La comprensión de este mecanismo se facilita cuando se considera un escurrimiento en el que el
gradiente de velocidad es constante. Una partícula suspendida en un fluido que escurre en estas
condiciones estará sometida a velocidades tangenciales variables en dirección perpendicular a la del
escurrimiento.
La diferencia entre Va y Vb tiende a hacer que la partícula gire y produzca una diferencia de
presión en dirección perpendicular al escurrimiento, lo que hará que la partícula sea conducida a
una región de velocidad más baja. A pesar de no tener exactamente las condiciones descritas
anteriormente, en la práctica de la filtración, el fenómeno es análogo y es válido para explicar la
remoción de partículas de un tamaño del orden de 10 µm.
Mecanismos de transporte combinados
Es probable que todos los mecanismos actúen simultáneamente durante la filtración; sin embargo,
el grado de importancia de cada uno de ellos depende de las características de la suspensión y del
medio filtrante. Normalmente se ha dado poca importancia a los efectos de la acción física de
cernido y de impacto inercial durante la filtración.
La eficiencia del medio filtrante para remover partículas de la suspensión por acción de los
mecanismos de transporte puede expresarse adecuadamente como una función de la intercepción,
difusión, sedimentación y acción hidrodinámica.
Teoría de la Filtración del Agua
El objetivo básico de la filtración es separar las partículas y microorganismos objetables, que no han
quedado retenidos en los procesos de coagulación y sedimentación. En consecuencia el trabajo
que los filtros desempeñan, depende directamente de la mayor o menor eficiencia de los procesos
preparatorios.
322
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
La filtración puede efectuarse en muchas formas: Con baja carga superficial (filtros lentos) o con
alta carga superficial (filtros rápidos), en medios porosos (pastas arcillosas, papel de filtro) o en
medios granulares (arena, antracita, granate o combinados), con flujo ascendente de abajo hacia
arriba o descendente de arriba hacia abajo y mixto (parte ascendente y parte descendente). Por
último, el filtro puede trabajar a presión o por gravedad, según sea la magnitud de la carga
hidráulica que exista sobre el lecho filtrante. La Tabla 4.14 presenta una clasificación de los filtros
basada en estas ideas.
La filtración se identifica por la velocidad de pasaje del agua a través del manto filtrante o del
manto poroso, medida como rata o carga superficial, qF, o sea el cociente entre el caudal, Qf y el
área filtrante AF :
En donde,
A = Área superficial
Q = Caudal que entra al filtro
Obsérvese que si desarrollamos la expresión se obtiene (ver figura 4.49) que la rata q f es justamente
la velocidad de filtración vF.
Figura 4.49. Manto filtrante
La expresión general es válida para cualquier sistema coherente de unidades.
La tasa o rata de filtración, qF sin embargo, se mide normalmente en m³/m²/d, por su similitud con
tasa o rata de sedimentación.
Por otra parte la velocidad de filtración vf, suele indicarse normalmente en m/hora o cm/s.
Tradicionalmente en las plantas de tratamiento municipales se han utilizado filtros de arena con
flujo descendente por gravedad.
323
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Tabla 4.14. Clasificación de los filtros
Según la velocidad
de filtración
Rápidos
120-360 m3/m2/día
Lentos
7-14 m3/m2/día
Según el
medio filtrante
usado
1. Arena
(h=60-75 cm)
2. Antracita
(h=60-75 cm)
3. Mixtos:
Antracita (35-50 cm)
Arena (20-35 cm)
4. Mixtos: Arena,
Antracita, Granate
Arena (h=60-100 cm)
Según el
sentido del
flujo
Ascendentes
Según la
carga sobre
el lecho
Por gravedad
Descendentes
Por presión
Flujo Mixto
Descendente
Ascendente
Horizontal
Por gravedad
El sentido del flujo de los filtros ha permanecido descendente especialmente en Norteamérica,
pero existen plantas en Europa y Rusia con filtros de flujo ascendente o mixto cuyo mérito
discutiremos posteriormente. En Latinoamérica también se han usado dichos filtros.
Diseño de Unidades de Filtración
El diseño de los filtros permaneció sin mayor variación más de 60 años. A partir de las últimas dos
décadas, sin embargo, fueron apareciendo algunos cambios importantes en los medios filtrantes y
en los sistemas de control, sugeridos en años anteriores con carácter experimental pero que no
habían llegado a generalizarse.
Hoy contamos con una mayor variedad en los procesos de filtración.
Podríamos enumerar no menos de once tipos de filtros, a saber:
Filtros Químicos
1. Rápidos con lecho de un solo material.
a. De arena sola fina o gruesa.
b. De antracita sola.
2. Rápidos con lecho múltiple.
a. De antracita y arena.
b. De antracita, arena y granate o ilmenita.
3. Rápidos con flujo ascendente.
4. De flujo mixto (parte ascendente y parte descendente).
Filtros Biológicos
1. Rápidos biológicos
2. Lentos convencionales
3. Prefiltros
324
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
a. De arena dinámicos
b. De arena horizontales
c. De arena ascendentes
Podrían, además, mencionarse los filtros de diatomáceas, que poco se usan en plantas municipales.
Los más comunes en plantas de tratamiento municipales son los de flujo descendente, a saber:
1. Filtros rápidos de arena sola o antracita sola (normales o profundos).
2. Filtros de lecho mixto: de arena y antracita o arena, antracita y granate o ilmenita que son
los que predominan en las Américas.
3. Filtros lentos biológicos convencionales.
Una comparación entre las características de diseño de estos diferentes tipos de filtros, se incluye
en la Tabla 4.15
Tabla 4.15 Comparación entre diferentes tipos de filtros
Características
Rata o carga
superficial de
filtración
Velocidad de
filtración
Filtro Rápido con
Lecho Mixto (Arena v Antracita)
gpm/p2
m /m /d
m3/m2/h
4
235
9.8
6
350
14.6
10
590
24.6
1.5
87.5
3.6
7
117.5
4.9
3
176
7.3
0.12
7.00
0.3
0.16
9.33
0.39
0.24
14.00
0.58
cm/seg
0.27
0.405
0.683
0.101
0.136
0.203
0.0081
0.0108
0.0162
Profundidad del
lecho filtrante
30 - 40 cms de grava 45 - 60 cms de
antracita 15-30 cms de arena
Drenaje
Falsos fondos o similares
Lavado
Pérdida de carga
Tiempo entre
limpiezas
Penetración del
floc
Filtro Rápido con Lecho Filtro Lento con Lecho
simple
simple
30 - 45 cms de grava
60 - 75 cms de arena
Tuberías metálicas
perforadas o placas
porosas, falsos fondos, etc
Invirtiendo el flujo a presión
Invirtiendo el flujo con agua proveniente con agua proveniente de un
de un tanque elevado o una bomba.
tanque de lavado o una
Velocidad de lavado: 0.60-1.OOm/min
bomba. Velocidad de
0.60 = 1.00 m /m /min
lavado: 0.80-1.20 m/mino
0.80 = 1.2 m3/m2/min
De 30 cms hasta 2.70 m
De 20 cms hasta 2.70 m máx.
máx.
30 cms de grava
90 - 110 cms de arena
Tuberías perforadas de gres
o cemento
Raspando la superficie de la
arena
De 16cm hasta 1.20 máx.
12 - 48 horas
24 - 48 - 72 horas
20 - 30 - 60 días
Profunda
5 cm superiores (mayor
cantidad)
Superficial
1 - 6 % del agua filtrada
0.2-0.6 % del agua filtrada
Cantidad de agua
1 - 3 % del agua filtrada
usada en el lavado
Tratamiento previo
Coagulación, floculación y
Coagulación, floculación y sedimentación
del agua
sedimentación
325
Ninguno o pre filtración (rara
vez floculación y
sedimentación)
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Costo de
Construcción
Costo de
operación
Más bajo que el de los filtros rápidos de
arena
Igual al de los filtros rápidos de arena
Área ocupada por 1/2 a 1/5 de la de los filtros rápidos de
los filtros
arena
Turbiedad y color
del afluente
< 10 UT 80 % del tiempo
< 20 U.C
Más bajo que el de los
Alto
filtros lentos
Más alto que el de los filtros
Bajo
lentos
Más grande que la de los
Menor que el de los filtros
filtros rápidos de arena
lentos
(aprox. 12 veces mayor)
< 5 UT 80 % del tiempo
< 10 U.C
< 20 UT 80 % del tiempo
< 10 U.C
Los filtros de lechos mixtos de arena y antracita deben preferirse para la mayoría de las aguas,
sobre los de arena sola o antracita sola, aunque en la actualidad se están usando los filtros
profundos de arena gruesa o antracita gruesa, para lavado con aire y agua.
FILTROS RÁPIDOS CONVENCIONALES
Los filtros convencionales esencialmente constan de un tanque rectangular de concreto de 3.5 a 5
m de profundidad total, en el cual se coloca un lecho de arena y grava sobre un sistema adecuado
de drenaje. El flujo pasa de la parte superior del tanque, cuya profundidad se suele hacer de 0.50 a
2.00 m, a los drenes del fondo atravesando el medio filtrante. Como al cabo de cierto número de
horas de servicio el filtro se obstruye, se hace necesario lavarlo invirtiendo el sentido del flujo, por
medio de agua que se inyecta a presión en los drenes y se recoge en las canaletas de lavado
colocadas sobre la superficie de la arena, como lo muestra la figura4.50. Esta operación dura de 5 a
15 minutos, después de la cual el filtro vuelve a su operación normal.
326
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Figura 4.50 Filtro rápido
El sistema consta de cuatro flujos básicamente:
1. Un flujo de entrada del agua decantada al filtro.
2. Un flujo de salida del agua ya filtrada.
3. Un flujo de entrada del agua de lavado al filtro para hacer la limpieza del medio filtrante.
4. Un flujo de desagüe del agua sucia proveniente del lavado de la unidad.
5. Un flujo de relavado para eliminar el primer filtrado cuya calidad es generalmente mala.
Los más importantes parámetros por considerar en el diseño de los filtros son:
1. Medio filtrante.
2. Rata o velocidad de filtración.
3. Pérdida de carga.
4. Profundidad de la capa de agua sobre el filtro.
5. Formas de lavado del filtro.
6. Sistemas de recolección de agua de lavado.
7. Sistemas de drenaje.
8. Sistema de control de los filtros.
9. Configuración de los filtros.
327
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
MEDIO FILTRANTE
La tabla 4.16 lista diversos materiales experimentados en filtración rápida. Entre ellos los más
comunes son: arena, antracita y granate, que se emplea solo en lechos de triple capa.
Los medios filtrantes anteriores pueden ser homogéneos (de arena o antracita solas) o mixtos de
arena y antracita como se describirá luego. De acuerdo con la profundidad se pueden clasifican en:
convencionales (profundidad L = 0.6 a 0.75 m) o profundos (L = 0.9 a 2.40 m). La combinación de
estas características configura los siguientes tipos de medios filtrantes:
Homogéneos:
Arena:
a. Convencionales (E = 0.45 a 0.55 mm, L = 0.6 a 0.75 m)
b. Profundos (E = 0.9 a 1.20 mm, L = 0.9 a 1.8 m)
Antracita:
a. Convencionales (E = 0.6 a 0.8 mm, L = 0.6 a 0.75 m)
b. Profundos (E = 1.0 a 1.80 mm,L = 1.2 a 2.4 m)
Mixtos:
a. Arena ( E = 0.45 a 0.55 mm, L = 0.2 a 0.4 m)
b. Antracita (E = 0.9 a 1.4 mm, L = 0.3 a 0.55 m)
Tabla 4.16. Materiales filtrantes
Material
Granos de polistirene
Antracita pesada
Antracita liviana
Carbón bituminoso
Arena de peña
Arena triturada
Arena de granate
Granito
Magnetita
Ilmenita
Peso específico
1.04
1.6a 1.7
1.5 a 1.6
1.3 a 1.5
2.65
2.55
3.83
3.6 a 4.5
4.9 a 5.2
4.8
Comentarios
Experimental
Primera capa
Primera capa
Primera capa
Segunda capa
Segunda capa
Tercera capa
Tercera capa
Tercera capa
Tercera capa
Características de los medios filtrantes
En los medios de arena convencionales, la permeabilidad aumenta con la profundidad del filtro.
En estas condiciones los granos más pequeños quedan arriba y los más grandes abajo. Esto significa
que a medida que el floc penetra dentro del lecho, encuentra poros más y más grandes por donde
puede pasar con más facilidad. Es obvio que debido a esta estratificación inconveniente, el mayor
porcentaje de partículas queda retenido en la superficie y por tanto la capacidad de
328
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
almacenamiento de tlóculos es limitada, pues se reduce al volumen de poros de los primeros dos a
cinco centímetros del medio granular.
La solución lógica a este problema consiste en conseguir que la permeabilidad del lecho disminuya
con la profundidad, de forma que los flóculos puedan penetrar y encontrar el medio más tino en
las capas inferiores del filtro y el más grueso en las superiores. Como al emplear un solo tipo de
material granular esto no es posible, pues el flujo de lavado lo estratifica en sentido contrario, se
pensó en usar medios de diferentes densidades, de manera que los granos gruesos fueran de un
material poco denso, para que el flujo ascendente los depositará encima de los granos finos cuya
densidad era mucho mayor.
Se utilizó para eso carbón o antracita cuyo peso específico varía entre 1.4 y 1.65 y arena con peso
específico de 2.65. La velocidad de sedimentación de los granos de antracita de 0.8 - 1.4 mm es
casi siempre menor que la de los granos de arena de 0.45 - 0.6 mm diámetro. La antracita quedará
por tanto colocada sobre la arena, y la permeabilidad se presentará como indica la figura 4.51
Figura 4.51. Diferentes tipos de lechos filtrantes
Diseño de los lechos múltiples
El diseño de los lechos múltiples incluye mayor número de variables que el de los lechos de arena
convencionales.
Podrían citarse los siguientes:
1. Número de los medios por usar.
2. Tamaño y densidad de los granos.
3. Espesor de cada lecho.
4. Soporte del lecho inferior.
329
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Generalmente se usan dos: antracita y arena (medios dobles) o tres, antracita, arena y granate o
ilmenita (medios triples). Expenmentalmente se han usado hasta cinco: polistirene, antracita, arena,
granate y magnetita (Mohanca, 1969). Cuantos más medios se usen mejor gradación de grueso a
fino se puede conseguir.
La ventaja sin embargo, de producir una estratificación del lecho cercana a la ideal, no resulta en la
práctica tan deseable ya que la eficiencia del filtro depende más de las características del floc
afluente que de las del lecho filtrante. Cuando el floc es blando cualesquiera que sean las
especificaciones de los medios usados, tenderá a romperse y salirse y, en cambio, cuando el floc es
duro tenderá por el contrario, a quedar retenido en la superficie. Dice por eso Robeck (1965):
"En lugar de gastar dinero en medios exóticos, sería más apropiado seleccionar la dosis adecuada
de coagulante para un medio grueso que pueda colocarse encima de una arena barata", y más abajo
opina: "Indudablemente el diseñador y el operador-tienen un cierto grado de control sobre la
calidad del agua filtrada, seleccionando el medio, la rata de filtración y la dureza del floc; pero el
último de estos tres parámetros es más flexible y por tanto puede ser ajustado a las condiciones
variables del agua cruda ".
FILTRACIÓN LENTA
Figura 4.52 Filtro lento de arena
La filtración lenta en arena (FLA) es el sistema de tratamiento de agua más antiguo del mundo.
Copia el proceso de purificación que se produce en la naturaleza cuando el agua de lluvia atraviesa
los estratos de la corteza terrestre y forma los acuíferos o ríos subterráneos. El filtro lento se utiliza
principalmente para eliminar la turbiedad del agua, pero si se diseña y opera convenientemente
puede ser considerado como un sistema de desinfección del agua.
330
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
A diferencia de la filtración rápida en arena, en la que los microorganismos se almacenan en los
intersticios del filtro hasta que se vierten nuevamente en la fuente por medio del retrolavado, la
FLA consiste en un conjunto de procesos físicos y biológicos que destruye los microorganismos
patógenos del agua. Ello constituye una tecnología limpia que purifica el agua sin crear una fuente
adicional de contaminación para el ambiente.
Básicamente, un filtro lento consta de una caja o tanque que contiene una capa sobrenadante del
agua que se va a desinfectar, un lecho filtrante de arena, drenajes y un juego de dispositivos de
regulación y control.
Figura 4.53 Filtro lento de arena en una zona rural
Propiedades y descripción de la desinfección mediante filtración lenta
El filtro lento se caracteriza por ser un sistema sencillo, limpio y a la vez eficiente para el
tratamiento de agua. Comparado con el filtro rápido, requiere de áreas más grandes para tratar el
mismo caudal y, por lo tanto, tiene mayor costo inicial. Sin embargo, su simplicidad y bajo costo de
operación y mantenimiento lo convierte en un sistema ideal para zonas rurales y pequeñas
comunidades, teniendo en cuenta además que los costos por área de terreno son
comparativamente menores en estas zonas.
La filtración lenta, como se ha mencionado, es un proceso que se desarrolla en forma natural, sin
la aplicación de ninguna sustancia química, pero requiere un buen diseño, así como una apropiada
operación y cuidadoso mantenimiento para no afectar el mecanismo biológico del filtro ni reducir
la eficiencia de remoción microbiológica.
Huisman & Wood describieron en 1974 el método de desinfección por medio de la filtración
lenta, como la circulación del agua cruda a baja velocidad a través de un manto poroso de arena.
331
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Durante el proceso, las impurezas entran en contacto con la superficie de las partículas del medio
filtrante y son retenidas, desarrollándose adicionalmente procesos de degradación química y
biológica que reducen la materia retenida a formas más simples, las cuales son llevadas en solución
o permanecen como material inerte hasta un subsecuente retiro o limpieza.
El agua cruda que ingresa a la unidad permanece sobre el medio filtrante tres a doce horas,
dependiendo de las velocidades de filtración adoptadas. En ese tiempo, las partículas más pesadas
que se encuentran en suspensión se sedimentan y las partículas más ligeras se pueden aglutinar, lo
que facilita su remoción posterior. Durante el día, bajo la influencia de la luz solar, se produce el
crecimiento de algas, las cuales absorben bióxido de carbono, nitratos, fosfatos y otros nutrientes
del agua para formar material celular y oxígeno. El oxígeno así formado se disuelve en el agua,
entra en reacción química con las impurezas orgánicas y hace que éstas sean más asimilables por
los microorganismos.
En la superficie del medio filtrante se forma una capa constituida por material de origen orgánico,
conocida con el nombre de ―schmutzdecke‖ o ―piel de filtro‖, a través de la cual tiene que pasar el
agua antes de llegar al propio medio filtrante. El schmutzdecke o capa biológica está formado
principalmente por algas y otras numerosas formas de vida, como plankton, diatomeas,
protozoarios, rotíferas y bacterias. La acción intensiva de estos microorganismos atrapa, digiere y
degrada la materia orgánica contenida en el agua. Las algas muertas, así como las bacterias vivas del
agua cruda son también consumidas en este proceso. Al mismo tiempo que se degradan los
compuestos nitrogenados se oxigena el nitrógeno. También se remueve algo de color y una
considerable proporción de partículas inertes en suspensión es retenida por cernido.
Una vez que el agua pasa a través del schmutzdecke, entra al lecho filtrante y es forzada a
atravesarlo en un proceso que normalmente toma varias horas y en el que se desarrollan diversos
procesos físicos y biológicos que constituyen el proceso final de purificación.
Mecanismos de la desinfección mediante filtración lenta
En el proceso de filtración lenta actúan varios fenómenos o mecanismos físicos similares a los de la
filtración rápida previos al mecanismo biológico que desinfecta el agua, algunos de los cuales
hemos mencionado líneas arriba. Estos mecanismos son muy importantes, dado que permiten la
concentración y adherencia de las partículas orgánicas al lecho biológico para su biodegradación
A continuación se describe brevemente la función de cada uno de los mecanismos físicos o de
remoción que se producen en la filtración lenta, así como el mecanismo biológico responsable de
la desinfección.
1. Mecanismos de transporte
332
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Esta etapa de remoción básicamente hidráulica ilustra los mecanismos mediante los cuales ocurre
la colisión entre las partículas y los granos de arena. Estos mecanismos son: cernido, intercepción,
sedimentación, difusión y flujo intersticial.
Cernido: En este mecanismo, las partículas de mayor tamaño que los intersticios del
material filtrante son atrapadas y retenidas en la superficie del medio filtrante.
Intercepción: Mediante este mecanismo las partículas pueden colisionar con los granos de
arena.
Sedimentación: Este mecanismo permite que las partículas sean atraídas por la fuerza de
gravedad hacia los granos de arena, lo que provoca su colisión. Este fenómeno se
incrementa apreciablemente por la acción de fuerzas electrostáticas y de atracción de
masas.
Difusión: Se produce cuando la trayectoria de la partícula es modificada por micro
variaciones de energía térmica en el agua y los gases disueltos en ella, lo cual puede
provocar su colisión con un grano de arena.
Flujo intersticial: Este mecanismo se refiere a las colisiones entre partículas debido a la
unión y bifurcación de líneas de flujo que devienen de la tortuosidad de los intersticios del
medio filtrante. Este cambio continuo de dirección del flujo crea mayor oportunidad de
colisión.
Figura 4.54 Mecanismos de transporte
333
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Mecanismo de adherencia
Este mecanismo es el que permite remover las partículas que, mediante los mecanismos arriba
descritos, han colisionado con los granos de arena del medio filtrante. La propiedad adherente de
los granos de arena es proporcionada por la acción de fuerzas eléctricas, acciones químicas y
atracción de masas así como por película biológica que crece sobre ellos, y en la que se produce la
depredación de los microorganismos patógenos por organismos de mayor tamaño tales como los
protozoarios y rotíferas.
Mecanismo biológico de la desinfección
Como se indicó anteriormente, la remoción total de partículas en este proceso se debe al efecto
conjunto del mecanismo de adherencia y el mecanismo biológico. Es necesario que para que el
filtro opere como un verdadero ―sistema de desinfección‖ se haya producido un schmutzdecke
vigoroso y en cantidad suficiente. Solo cuando se ha llegado a ese punto, el FLA podrá operar
correctamente. Entonces se dice que el filtro (o el manto) ―está maduro‖.
Al iniciarse el proceso, las bacterias depredadoras o benéficas transportadas por el agua utilizan
como fuente de alimentación el depósito de materia orgánica y pueden multiplicarse en forma
selectiva, lo que contribuye a la formación de la película biológica del filtro. Estas bacterias oxidan
la materia orgánica para obtener la energía que necesitan para su metabolismo (desasimilación) y
convierten parte de ésta en material necesario para su crecimiento (asimilación).
Así, las sustancias y materia orgánica muerta se convierten en materia viva. Los productos de la
desasimilación son llevados por el agua a profundidades mayores y son utilizados por otros
organismos.
El contenido bacteriológico está limitado por el contenido de materia orgánica en el agua cruda y
es acompañado de un fenómeno de mortalidad concomitante, durante el cual se libera materia
orgánica para ser utilizada por las bacterias de las capas más profundas y así sucesivamente.
De este modo, la materia orgánica degradable presente en el agua cruda se descompone
gradualmente en agua, dióxido de carbono y sales relativamente inocuas, como sulfatos, nitratos y
fosfatos (proceso de mineralización), los cuales son descargados en el efluente de los filtros.
La actividad bacteriológica descrita es más pronunciada en la parte superior del lecho filtrante y
decrece gradualmente con la profundidad y la disponibilidad de alimento.
Cuando se limpian las capas superiores del filtro se remueven las bacterias, siendo necesario un
nuevo período de maduración del filtro hasta que se logre desarrollar la actividad bacteriológica
necesaria. A partir de 0.30 a 0.50 m de profundidad, la actividad bacteriológica disminuye o se
anula (dependiendo de la velocidad de filtración); en cambio, se producen reacciones bioquímicas
que convierten a los productos de degradación microbiológica (como aminoácidos) en amoníaco y
a los nitritos en nitratos (nitrificación).
334
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Como el rendimiento del filtro lento depende principalmente del proceso biológico, mientras la
capa biológica está desarrollándose, la eficiencia es baja y no debe considerarse al FLA como un
eliminador de materia orgánica, sino como un mejorador de la calidad del agua, sobretodo de la
turbiedad.
La maduración de un FLA puede demorar de dos a cuatro semanas.
Subproductos de la desinfección mediante filtración lenta
Los subproductos del proceso de filtración lenta son sustancias naturales de degradación biológica
sin ningún riesgo para la salud, ya que el proceso no requiere sustancias químicas que reaccionen
con la materia disuelta en el agua. En tal sentido, los subproductos de la filtración lenta son dióxido
de carbono y sales relativamente inocuas, como sulfatos, nitratos y fosfatos, además de un
contenido bajo de oxígeno disuelto. Estas condiciones pueden ser revertidas con un proceso de
aireación.
Equipos e infraestructura
Dada la sencillez de la filtración lenta, solo se requiere un equipo de bombeo cuando es necesario
elevar la carga hidráulica para que el agua llegue hasta el filtro. Por otro lado, la calidad del agua
cruda determina el uso de otras instalaciones adicionales al filtro lento a fin de adecuar la calidad
del agua cruda a las condiciones de operación del filtro.
En el cuadro siguiente se muestra una síntesis de las alternativas de pre tratamiento en función de
las variaciones de calidad de la fuente para la instalación de un filtro lento de arena.
Límites de calidad del agua cruda aceptables
90% del tiempo
80% del tiempo
Esporádicamente
To ≤ 50 UNT
Filtro lento de arena
Co ≤ 50 UC
To ≤ 20 UNT
To max ≤ 100 UNT
(FLA) solamente
Co ≤ 40 UC
Cf. ≤ (10)4/100 ml
To ≤ 100 UNT
FLA + prefiltro de
Co ≤ 60 UC
To ≤ 60 UNT
To max ≤ 150 UNT
grava (PG)
Co ≤ 40 UC
Cf ≤ (10)4/100 ml
To ≤ 300 UNT
FLA + PG +
Co ≤ 60 UC
To ≤ 200 UNT
To max ≤ 500 UNT
sedimentador (S)
Co ≤ 40 UC
Cf ≤ (10)4/100 ml
To ≤ 500 UNT
FLA + PG + S +
Co ≤ 60 UC
To ≤ 200 UNT
To max ≤ 1000 UNT
presedimentador
Co ≤ 40 UC
Cf ≤ (10)4/100 ml
Co = Color del agua cruda To = Turbiedad del agua cruda
Cf = Coliformes fecales
UC = Unidades de color cloro platinado de cobalto
UNT = Unidades nefelométricas de turbiedad
ALTERNATIVAS
335
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
El parámetro de diseño más importante en un FLA es la velocidad de filtración (Vf). La misma
debe tener un valor en el rango:
0
–
Se debe notar que
Otros parámetros de diseño importantes en relación con el material filtrante son:
Lecho de soporte:
Camada
Tipo
Diámetro de partícula (mm) Espesor de la camada (mm)
Superior Arena gruesa
Segunda Gravilla fina
Tercera
Gravilla
Inferior
Grava
1- 2
2-5
5 -10
10- 25
50
50
50
150
Medio filtrante:
Tamaño efectivo, d10
0.15 – 0.45 mm
Coeficiente de uniformidad CU 1.5 – 4.0
Altura del medio filtrante
0.5 – 0.7 m
Cuando el filtro lento es la única unidad de tratamiento, la velocidad será de 0.10 m/h. Se podrán
considerar velocidades mayores en casos excepcionales cuando se consideren otros procesos
preliminares, como se observa en el cuadro siguiente.
Velocidad de filtración de acuerdo con el número de procesos preliminares
Procesos
Vf (m/h)
FLA
0.10 – 0.20
Sedimentación (S) + FLA 0.15 – 0.30
Prefiltración (PF) + FLA 0.15 – 0.30
S + PF + FLA
0.30 – 0.50
La velocidad de diseño también es importante al decidir el número de unidades con las que
operará el filtro. Con velocidades mayores de 0,2 m/h deberá considerarse un mínimo de tres
unidades.
El área de cada unidad (As) es una función de la velocidad de filtración (Vf), del caudal (Q), del
número de turnos de operación (C) y del número de unidades (N).
Con operación continua el área de la unidad (en m²) será igual a:
336
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Los filtros lentos de arena pueden adoptar ser rectangulares o circulares, dependiendo del material
con el que se elaboran: hormigón, ferrocemento o mampostería. La figura muestra un filtro lento
modificado rectangular de hormigón.
Figura 4.55 Filtro lento modificado rectangular de hormigón
Requerimientos para la instalación
Para la instalación de la planta deben considerarse los siguientes aspectos:
a. Ubicación
- Debe estar en una zona accesible, con vías de comunicación que faciliten su posterior
construcción, operación y mantenimiento.
- El agua subterránea debe estar ausente o muy profunda.
- La zona debe ser segura y no estar expuesta a riesgos naturales o humanos.
- De preferencia, la topografía de la zona seleccionada debe reunir los desniveles necesarios
para que el sistema pueda operar totalmente por gravedad.
b. Aspectos relacionados con la comunidad
- Efectuar estudios sociológicos para determinar las costumbres y creencias que puedan
afectar la aceptación del sistema.
- Comprobar la información demográfica disponible.
- Determinar los recursos humanos y materiales disponibles para adecuar el diseño del
sistema.
- Estudiar la incidencia de enfermedades de origen hídrico y presencia de vectores.
c. Concepción del sistema
- Para que la operación del sistema sea confiable, debe evitarse el uso de dispositivos para
elevar el nivel del agua (bombas). De esta manera, la operación del sistema no dependerá
337
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
del suministro de energía eléctrica ni de repuestos sofisticados que normalmente no están
disponibles localmente y que incrementan el costo de mantenimiento del sistema.
- Si tuviera que elevarse el nivel del agua por razones topográficas, se debería efectuar una
sola etapa de bombeo que eleve el agua cruda hasta un nivel, desde el cual pueda
distribuirse por gravedad al reservorio y a la red.
- Preferentemente, el filtro lento debe operar en forma continua, esto permite unidades más
pequeñas y abastecimiento continuo de nutrientes y oxígeno necesarios para mantener la
capa biológica. Para garantizar esta situación, cuando se tiene una etapa de bombeo, es
recomendable construir un tanque de almacenamiento de agua cruda para abastecer por
gravedad la planta durante las 24 horas del día.
d. Condiciones del agua cruda
- Las condiciones del agua cruda que más afectan la eficiencia del filtro son la temperatura, la
concentración de nutrientes y de sustancias tóxicas y los afluentes con turbiedad y color
altos. A continuación se describe n brevemente:
- Temperatura: Dado que en el filtro se desarrolla un proceso biológico, se ve afectado por
las variaciones de temperatura y puede reducir 50% de su eficiencia cuando se opera a
menos de5 °C.
- Concentración de nutrientes: La velocidad de desarrollo de la formación biológica en el
filtro depende de la concentración de nutrientes en el agua, debido a que ésta es la fuente
de alimentación de los microorganismos.
- Concentración de algas: Las algas son importantes en la formación del schmutzdecke. Pero
su crecimiento excesivo debido a la elevada disponibilidad de luz y nutrientes, como
presencia de fosfatos y nitratos en el agua, puede crear serios problemas de operación y en
la calidad de agua tratada. El control de la formación de algas es difícil, pero puede
solucionarse mediante el control de nutrientes en la fuente y del efecto de la luz que cubre
los reservorios de agua cruda.
- Concentraciones altas de turbiedad: La capacidad de los filtros lentos para reducir la
turbiedad cuando ésta es muy elevada es limitada. Ello se debe a que una alta turbiedad
causa enlodamiento de la superficie del filtro, disminuye la capacidad de formación de la
capa biológica y reduce drásticamente la duración de la carrera de filtración, lo cual además
de afectar la calidad del agua producida, incrementa los costos de operación y
mantenimiento.
e. Material filtrante
- Es necesario considerar una plataforma colindante con los filtros para efectuar la operación
de lavado y secado de la arena. Asimismo, se requiere un depósito techado para guardar la
arena embolsada y las herramientas, y cercar las instalaciones de la planta para evitar el
acceso a niños y animales.
338
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Otros procesos de filtración
Un número de medios que tienen efectos sobre la calidad agua diferente a los que ofrecen la arena
y la antracita han sido utilizados en procesos de filtración.
El carbón activado granular ha demostrado ser un medio de filtración efectivo en lo concerniente a
la remoción de la turbiedad. El hecho de que la combinación de filtración y remoción de
contaminantes orgánicos en un sólo proceso sea conveniente es, desde luego, un asunto diferente.
Los sistemas de carbón y sus problemas operacionales. Con respecto al uso del carbón activado en
filtros, es necesario observar que el carbón removerá el cloro del influente, lo cual, unido a su área
superficial bastante grande y a la disponibilidad de material orgánica adsorbido, muy
probablemente intensificará el crecimiento de bacterias y de otros microorganismos dentro del
lecho. Por lo general, el carbón activado tiene un mayor coeficiente de uniformidad que los
materiales de filtro normales y es menos denso, pero su densidad se incrementa con la adsorción je
orgánicos. La mayoría de los carbones están sujetos a una mayor reducción en el tamaño de sus
partículas por abrasión en comparación con la antracita o la arena. Estos factores complican algo el
uso del carbón como un medio de filtro y requieren que se hagan ajustes en la duración anticipada
de la carrera del filtro y en la tasa de retrolavado.
Una mezcla de carbón y de aluminio metálico ha sido empleada como un medio de filtro sin
seguir el paso previo de coagulación y sin agregar ninguna ayuda de coagulación. El sistema es más
aplicable a aguas de baja alcalinidad, ya que se requiere el ajuste del pH a niveles menores de 6. La
mezcla completa de materiales disímiles crea una celda galvánica y corrosión galvánica. Esta última
produce campos eléctricos dentro del lecho, lo cual desestabiliza las partículas coloidales: El
aluminio es disuelto pero parece que no se precipita en el bajo pH y los bajos niveles de
alcalinidad involucrados. Las carreras de los filtros son compatibles con aquellas generadas en
otros medios (hasta 20 h.) al igual que las tasas de filtración (hasta 20 m/h).
Los procesos de filtración en línea que emplean bien sea la filtración en una sola o en dos etapas
sin otro tratamiento previo que la sola adición de un coagulante en la línea afluente han sido
empleados con éxito en aguas de baja turbiedad. Estos procesos ofrecen una alternativa a la
filtración lenta de arena para las aguas de baja turbiedad que están contaminadas por Giardia. La
ubicación de la adición química es crítica para la operación adecuada de estos sistemas y se pueden
necesitar ayudas de coagulación, tales como la arcilla. La escogencia de un proceso de tratamiento
adecuado para tales aguas parece depender del tamaño de la comunidad, ya que comunidades
pequeñas pueden no tener empleados capacitados para operar sistemas sofisticados que requieren
un control cuidadoso y comunidades más grandes tal vez no tengan la suficiente cantidad de
terreno para ubicar los filtros lentos de arena.
339
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Los filtros depresión son filtros rápidos contenidos dentro de un tanque a presión. La sección
transversal del filtro y su medio son similares a los de los filtros rápidos normales. Las
dosificaciones químicas son generalmente aplicadas en línea como se muestra en la figura. La
aplicación de los filtros de presión se da en especial en la remoción de hierro y manganeso
precipitados, en el tratamiento de aguas usadas en procesos industriales y en la filtración de agua
recirculada de piscinas de natación. El retrolavado es por lo común efectuado dirigiendo el
influente al fondo del filtro y eliminando el flujo en la parte superior del lecho. Cuando el
retrolavado es efectuado con agua sin tratar, tales unidades no son empleadas para producción de
agua potable; sin embargo, con un suministro de agua tratada para el retrolavado. no existe razón
para no suministrar agua potable. Las ventajas de los filtros de presión sobre las unidades por
gravedad radican en que existe una mayor presión para conducir el agua a través del filtro y que las
carreras de los filtros son proporcionalmente más largas.
Los filtros de tierra diatomácea fueron desarrollados por el ejército para el tratamiento del agua
bajo condiciones de combate. Dado que estas unidades son pequeñas, también han sido aplicadas
al uso de piscinas de natación y han demostrado ser efectivas en la remoción de la Giardia.
El filtro está compuesto bien sea de elementos rígidos que están cubiertos por alambre fuertemente
enrollado o tela o de cilindros de cerámica o de aluminio fundido. Una pre cubierta de tierra
diatomácea, que alcanza 0.3 kg/m² de área de filtro aplicada colocándola en la primera agua
aplicada después del retrolavado. El agua se desecha hasta que el elemento del filtro sea recubierto.
La tierra diatomácea es adicionada de manera continua en suspensión al agua cruda para formar
una cobertura de cuerpo, la que gradualmente irá incrementando el espesor de la capa en el filtro.
La cobertura de cuerpo es adicionada a una tasa de 2 a 3 mg/L por unidad de turbiedad en el agua
cruda.
Los filtros son retrolavados cuando la pérdida de cabeza es de aproximadamente 70 kPa (10
lb/pulg²) El retrolavado es efectuado al invertir el flujo y hacer pasar el agua tratada a través de la
rejilla. Algunos fabricantes suministran un "golpe de aire" para ayudar a destrabar el material
acumulado. Las carreras se pueden extender máximo dos días, dependiendo de la calidad del agua
y la destreza del operador. Las tasas de filtración son típicamente de 2.5 m/h (l gl/fmin. Pie²)].
Los filtros de diatomita no son adecuados para aguas de alta turbiedad y no se permiten en
absoluto para la producción de agua potable en algunos estados. Donde su uso es permitido,
normalmente son limitados a aguas con turbiedades menores que 30 utn. La reticencia de los
funcionarios estatales para aprobar estos sistemas es el resultado de la carencia de protección
contra roturas en la delgada capa de filtro y de la potencial mezcla de agua contaminada y agua
producida durante y después del retrolavado.
340
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Algunos filtros de diatomita industriales utilizan estructuras de placa vertical con aguas
suministradas desde sus dos lados. En la medida en que el filtro se tapona, el flujo es invertido,
lavando el filtro y luego filtrando en la dirección del lavado hasta que la pérdida de cabeza se
incremente de nuevo. En los diseños de este tipo puede recogerse el agua de retrolavado con el fin
de recuperar la diatomita.
En los filtros de flujo ascendente, la dirección del flujo es la misma que la del retrolavado. por
tanto, el agua es filtrada mediante capas progresivamente más finas a medida que atraviesa el lecho.
Tal clase de diseño permite una máxima utilización de la capacidad de almacenamiento del lecho
y, de ese modo, carreras de filtración más largas. A fin de evitar la indeseable expansión del lecho
en tasas de filtración mayores a la velocidad de fluidización mínima del medio, el lecho es retenido
mediante una malla que produce un arqueo en los granos finos. La expansión se obtiene durante el
retrolavado mediante el rompimiento de los arcos con aire. Una vez que los arcos son rotos, el
lecho se expandirá como si la malla no existiera.
Los filtros de flujo ascendente han sido cargados a tasas que igualan o exceden el máximo utilizado
en filtros normales y tienen el potencial de producir aguas potables, aunque su uso en los Estados
Unidos se limita al tratamiento de agua industrial. Generalmente, son usados con fa coagulación en
línea. La floculación. la sedimentación y la filtración ocurren todas dentro del medio del filtro.
El filtro biflujo desarrollado en la Unión Soviética emplea una modificación del principio del flujo
ascendente, en el cual la expansión del lecho es restringida dirigiendo una porción del flujo hacia
abajo. El efluente es recolectado a través de un tubo con rejilla que se encuentra pocos centímetros
por debajo de la superficie superior de la arena. Aproximadamente, el 80% del flujo es dirigido
hacia arriba y el 20% hacia abajo en este sistema.
5. Desinfección, distintos elementos y sistemas.
22.
23.
Generalidades
La Desinfección de los sistemas de agua. Este procedimiento describe los requisitos necesarios en
las estaciones de de un sistema de desinfección de agua, si es que acaba de instalar o ya este cuenta
con años de antigüedad.
Esto incluye la red de distribución de agua, calentadores, tanques de almacenamiento de agua,
pozos, cajas, cisternas, cisternas transportadoras móviles, etc. la desinfección de agua de la red, este
procedimiento es una actividad muy compleja que a veces puede resultar complicada
dependiendo de la magnitud de la red y la población que esta sirve.
341
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
De acuerdo con las normas AWWA, todas las nuevas tuberías de agua deben ser desinfectadas
antes de que puedan entrar en servicio además, todas las cañerías de agua, explotación de fuentes
de agua, tanques, o fundiciones de nieve fuera de servicio para las inspecciones, reparaciones, o de
otras actividades que potencialmente podrían causar la contaminación del agua debe ser
desinfectado antes de volver al servicio16.
La construcción, rehabilitación y reparación de tuberías de agua son actividades muy comunes que
se producen de manera regular en todos los sistemas de agua. La frecuencia relativa y la naturaleza
de estas actividades representan un riesgo potencial de contaminación de los sistemas de
distribución de agua adecuada, si los procedimientos y las normas existentes no son seguidos. De
instalación y reparación de tuberías de agua ofrece la posibilidad de contaminación directa del
sistema de distribución.
Desinfección de Pozos y de Tubería
EL PASO FINAL indispensable en la completación de un pozo consiste en una total desinfección del
mismo y de todos sus elementos complementarios, para eliminar las bacterias que pudieran
hallarse presentes.
Los materiales y herramientas que se utilizan en la perforación y desarrollo de un pozo de agua, se
encuentran contaminados de suciedad y de ciertos tipos de bacterias. Durante la construcción de
todo pozo, algunas de estas sustancias se introducen en el subsuelo.
Los gérmenes recogidos por las herramientas de perforación, tubería y otros materiales, son por lo
general aquellos que habitan en el suelo del sitio en que se halla el pozo. Estos son principalmente
del tipo no patógeno, y no producen enfermedades.
Sin embargo, entre ellos puede encontrarse el tipo de germen que se usa como índice de la posible
presencia de bacterias patógenas. Si este germen, conocido como bacteria coliforme, se halla
presente en el agua ello constituye una evidencia de que ésta ha sido contaminada por desechos
animales o humanos. Significa también que el agua podría contener organismos patógenos o
productores de enfermedades, que por lo general viven en el tracto intestinal del hombre o de los
animales de sangre caliente.
El agua obtenida de un pozo sólo puede considerarse potable, cuando los ensayos demuestren que
no contiene bacterias coliformes. Si éstas, recogidas del suelo durante la perforación, aparecen en
una muestra de agua que se haya tomado de un pozo terminado, se puede considerar que el agua
16
Este procedimiento es una adaptación del estándar AWWA
342
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
se halla contaminada por desechos fecales, aun cuando en el acuitero mismo, ésta sea de la más
alta calidad sanitaria.
La bacteria coliforme puede tener también acceso al pozo, mientras se está instalando una bomba
dentro de éste, conectando la bomba al sistema de distribución, e instalando los diversos elementos
del sistema de tubería mismo. Asimismo, esto puede suceder cada vez que se abren tanto el pozo
como el sistema de tubería, para efectuar reparaciones o labores de conservación, ya que la
apertura de cualquier parte brinda la oportunidad para que se introduzca materia extraña dentro
del pozo. Por lo tanto, es necesario llevar a cabo una desinfección inmediatamente después de
haber construido el pozo.
El agente desinfectante más simple y más efectivo, para desinfectar o esterilizar un pozo, una
bomba, un tanque de almacenamiento o un sistema de tubería, lo constituye una solución de cloro.
Con este propósito, se puede preparar una solución altamente clorada, disolviendo en agua,
hipociorito de calcio, hipoclorito de sodio o cloro gaseoso.
El hipoclorito de calcio es un material granular blanco, que contiene alrededor de 70 por ciento de
cloro disponible, por peso. En años recientes, este material se ha lanzado al mercado en forma de
tabletas, bajo los nombres registrados de Pit-Tabs, Tabletas de HTH y Chlor-Tabs*. Para
distinguir este reactivo químico de la cal clorada o polvo blanqueador, corrientemente se le
denomina hipoclorito de calcio de alto grado.
Cuando se disuelve en agua, un kilogramo de hipoclorito de calcio, con una concentración del 70
por ciento de cloro disponible, produce una solución que tiene un poder de oxidación de 0.70 kg.
de cloro gaseoso disuelto en la misma cantidad de agua. Dicho de otra manera, 1.43 kg. de
hipoclorito de calcio, son equivalentes a 1 kg. de cloro gaseoso disuelto en agua.
La concentración de una solución de cloro se expresa por lo general en partes por millón (ppm) o
miligramos por litro, de cloro. Una solución de 10 ppm. Representa una proporción de 10 gramos
de cloro en 1,000 kilogramos de agua, o sea, un metro cúbico. Las soluciones cuyas
concentraciones sean de 50 a 200 ppm de cloro, se emplean muy comúnmente en la esterilización
de pozos y materiales para su construcción. La Tabla 4.17 indica las cantidades de hipoclorito de
calcio con 70 por ciento de cloro disponible, que se necesitan para formar un metro cúbico de
solución esterilizadora de diversas concentraciones.
El hipoclorito de calcio seco es un material bastante estable. Pierde muy lentamente una parte de
su cloro disponible. Cuando se empaca adecuadamente y se almacena a temperatura baja, está en
capacidad de retener un 90 por ciento de su contenido de cloro, hasta por 12 meses después de
fabricado. Si el reactivo se humedece, se vuelve muy corrosivo y pierde su cloro más rápidamente.
343
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Hipoclorito de Sodio
El hipoclorito de sodio sólo se encuentra disponible en solución, ya que su composición química
es muy inestable. Prácticamente todas las soluciones blanqueadoras para lavar consisten de
hipoclorito disuelto en agua. Estas se preparan haciendo burbujear cloro gaseoso a través de una
solución de soda cáustica. La solución pierde cloro a una velocidad tal. que una concentración al
10 por ciento, se reducirá a la mitad, después de 6 meses, aunque se haya almacenado en las
mejores condiciones.
Tabla 4.17 Material Necesario para Formar 1 m³ de Solución de Cloro
Concentración de
Cloro ppm
CloroGramos
Hipociorito de Calcio
Seco-Gramos
50
100
150
200
300
400
50
100
150
200
250
350
70
140
200
300
400
500
Aquellas soluciones de más de 60 días, se considera que no contienen la cantidad total de cloro
disponible que se hallaba presente en la solución original.
Las soluciones de hipociorito de sodio las preparan en diversas concentraciones los diferentes
productores de distintas localidades. La máxima concentración pareciera ser de un 20 por ciento
de cloro disponible. Mucho más comunes son los blanqueadores para lavado doméstico los cuales
contienen un 5 por ciento de cloro.
La Tabla 4.18 da las cantidades de blanqueador líquido que se necesita para formar 1 m3. de
solución esterilizadora de varias concentraciones, y que se usa para la desinfección de pozos y de
bombas.
Tabla 4.18 Cantidades Necesarias de Blanqueador para Formar 1 m³ de Solución Esterilizadora
Concentración de
Cloro - ppm
50
100
150
200
300
400
Litros de Blanqueador.
para las Siguientes
Concentraciones
5 %
7%
10 %
1.0
0.71
0.5
2.0
1.43
1.0
3.0
2.14
1.5
4.0
2.86
2.0
6.0
4.28
3.0
8.0
5.72
4.0
344
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Las soluciones desinfectantes se pueden preparar también haciendo burbujear cloro gaseoso por
dentro del agua. El cloro se disuelve en el agua y forma una mezcla de ácidos hipocloroso y
clorhídrico. El pH del agua se reduce y esto provoca el efecto desinfectante de la solución. Excepto
cuando se preparan grandes cantidades de solución esterilizadora, para desinfectar conductos de
agua de gran tamaño, el uso del cloro gaseoso no resulta conveniente y se usan mucho más
extensamente los hipocloritos en los casos que se describen aquí.
Para esterilizar pozos y sistemas de tubería deberá utilizarse una solución de alrededor de 100
ppm. de cloro disponible. Para lograr esta concentración de cloro en el pozo deberá introducirse
en éste una solución más concentrada, para que después de haberse mezclado con el agua
contenida en el pozo, se mantengan las 100 ppm de cloro.
Cloración Durante la Perforación
Debería practicarse como una cosa habitual el uso del cloro para desinfectar periódicamente el
pozo durante la perforación. Cada día se puede agregar al agua contenida en el pozo, una dosis
razonable de cloro. Ello desinfectaría el ademe del pozo y las herramientas de perforación,
conforme se va ejecutando el trabajo. Es también muy importante esterilizar todo el material de
grava que se utilice en un filtro artificial de pozo, un poco antes de que el material sea colocado en
su sitio.
Antes de la desinfección final de un pozo, tanque de almacenamiento o sistema de tubería, deberá
limpiarse totalmente la estructura. Todas las sustancias extrañas, tales como sedimento, tierra,
grasa, pastas usadas en uniones, y escoria, pueden llegar a alimentar y a proteger a las bacterias y
por lo tanto deberán ser eliminadas.
Tanto el cloro como cualquier otra sustancia desinfectante, pueden destruir las bacterias
únicamente si entran en contacto di recto con éstas. No es suficiente el simplemente vaciar dentro
de un pozo una solución de cloro. Deberá agitarse el agua contenida en el pozo, para mezclar la
solución a fondo. Además, las superficies de todos los componentes que se encuentren por encima
del nivel del agua deberán a su vez lavarse con la misma solución esterilizadora.
Otro factor importante para lograr una eficaz desinfección, es el tiempo de contacto de la solución
de cloro. El reactivo, una vez agitado en el pozo, deberá quedar dentro de éste por lo menos unas
4 horas y preferiblemente más tiempo.
En un pozo profundo cuyo nivel de agua se halle muy por encima, deben tomarse medidas para
asegurarse de que la cloración alcance a toda la profundidad. Una disposición muy práctica
consiste en colocar hipo-clorito de calcio en un recipiente que puede hacerse de un tramo corto de
tubo perforado y taponado en ambos extremos y acondicionados con un gancho en uno de éstos,
345
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
para suspenderlo de un cable. Bajando y subiendo el recipiente por dentro de la columna de agua
contenida en el pozo, se logra distribuir adecuadamente el reactivo.
El mismo dispositivo puede introducirse en un pozo surgente y moverse hacia arriba y hacia abajo
en las proximidades del fondo. El flujo natural ascendente arrastrará el agua clorada hasta la
superficie.
Tanto después de la instalación original como inmediatamente de cualquier reparación, el sistema
de bombeo, los tanques de almacenamiento y la tubería necesitan una desinfección similar a la de
la estructura del pozo. Para lograr esto, se puede bombear del pozo la solución esterilizadora hasta
el tanque y sistemas de tubería. Deberán tomarse medidas para estar seguro de que el agua clorada
llegue hasta todos los tanques y tubería.
Los grifos, válvulas e hidrantes deberán abrirse hasta que el olor del cloro sea evidente. Luego,
éstos deberán cerrarse y dejar la solución en reposo en los sistemas de distribución y
almacenamiento por lo menos durante 2 horas o más. Si existe un tanque neumático, deberá
tenerse cuidado de humedecer toda su superficie interior con la solución.
La efectividad de la desinfección deberá comprobarse después de concluir con el trabajo,
verificando en muestras de agua la presencia de coliformes. Deberá entonces bombearse el pozo y
lavar completamente la tubería, para eliminar cualquier traza de cloro antes de recoger muestras
para análisis. Estas muestras deberán recogerse en un recipiente suministrado por el laboratorio,
siguiendo las instrucciones pertinentes.
En el caso de que haya que reparar una bomba o un sistema de tubería, la contaminación de los
tubos por la grasa, tierra, o partículas de polvo podría ocasionar que una prueba de laboratorio
indicara la presencia de coliformes, aunque el agua del pozo fuera pura.
Desinfección de tanques, carros rodantes y tuberías
Tanques nuevos
Todos los tanques, reservorios y cisternas (tanques enterrados) nuevos deben desinfectarse antes
de que se pongan en servicio. De igual manera, los tanques que han estado fuera de servicio para
su reparación o limpieza también deben desinfectarse antes de que sean puestos nuevamente en
servicio. Previa a la desinfección, los pisos y paredes de los tanques deben limpiarse, barrerse y
fregarse para extraer la tierra y sedimentos.
346
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Uno de los métodos de desinfección para un tanque nuevo es llenarlo hasta el nivel de
rebosamiento con agua limpia a la cual se ha agregado suficiente cloro para producir una
concentración de 50 a 100 mg de cloro por litro de agua.
La solución de cloro se añade al agua lo antes posible durante la operación de llenado con el fin de
asegurar una mezcla minuciosa y su contacto con todas las superficies a ser desinfectadas. Después
de que el tanque se ha llenado, se deja reposar, preferentemente durante 24 horas y nunca menos
de seis horas. Esta agua debe eliminarse luego y una vez que el tanque esté vacío, se vuelve a llenar
para su suministro normal.
Tanque elevado
Un segundo método, que es muy satisfactorio y práctico para las condiciones rurales, es la
aplicación directa de una solución fuerte (200 mg de cloro/ 1) a las superficies internas del tanque.
La superficie debe quedar en contacto con esa solución al menos durante 30 minutos antes de que
el tanque se llene de agua.
Cisternas v tanques rodantes
Un tanque sobre ruedas es lo mismo que un tanque estacionario, salvo por la obvia condición de
que puede desplazarse. Por tanto, también deben ser idénticos los requerimientos para la
desinfección y la metodología a emplear. Existen, sin embargo, tres sutiles diferencias:
1) la accesibilidad al interior,
2) el material de tanque y
3) el dueño.
La accesibilidad es importante, pues si un tanque no permitiera el ingreso de una persona,
difícilmente podría realizarse una inspección ni una buena desinfección. En ocasiones, no hay otro
remedio que rascar las paredes y barrer el piso. Si un tanque no tiene una accesibilidad razonable,
no debe permitirse su uso como contenedor de agua potable.
En muchas zonas rurales en donde se transporta agua por medio de estos tanques rodantes, las
condiciones son humildes y los recursos escasos. Muchas veces los tanques son meros depósitos de
hierro colocados sobre cuatro ruedas. Es posible que ni siquiera tengan un recubrimiento interior
que proteja el material del tanque del efecto oxidante del agua y mucho menos de un agente tan
agresivo como el cloro.
Ello lleva a otra condición que también debe ser cumplida en forma incondicional: todo tanque
debe ser de material apropiado para contener agua o debe estar pintado debidamente con un
recubrimiento aprobado para el agua potable.
347
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Este punto está ligado al dueño de carro. Sucede que ante los requerimientos de mejora de sus
vehículos, estos individuos son generalmente difíciles de convencer o de obligar a que realicen las
modificaciones necesarias. Se les debe persuadir a través de la educación, información y
sensibilización, pero también habrá que utilizar el poder de las autoridades de salud o de la misma
policía para forzar el cumplimiento de las condiciones sanitarias correspondientes. En algunas
situaciones se ha comprobado que los tanques rodantes han contribuido a la diseminación de
enfermedades, cuando deberían cumplir la honorable y social tarea de mejorar la calidad de vida
de muchos pobladores.
Redes y tuberías nuevas
Las redes de distribución durante su operación y las tuberías durante su colocación y manipuleo
tienen la tendencia a contaminarse, independientemente de las precauciones que se hayan tomado
en su manejo. Por consiguiente, deben desinfectarse antes de que se pongan en uso. Los sistemas
de distribución deben ser desinfectados cuando se contaminan en caso de ocurrir una rotura,
inundaciones, etc.
Cada tubería debe limpiarse por raspado con cualquiera de los instrumentos que la tecnología
moderna ha diseñado para ese fin y luego deben enjuagarse para eliminar toda la materia extraña
desprendida. Inmediatamente antes de su uso, el material de empaque y unión debe limpiarse y de
ser posible desinfectarse. En seguida se desinfectan las tuberías internamente.
Para la desinfección de las tuberías, un medio práctico de aplicar la solución de cloro (que debe
tener una concentración de 50 mg de cloro/litro) es enjuagando con el desinfectante cada sección a
ser desinfectada. Para ello se cierra el ingreso de agua a la sección y se deja drenar totalmente a
través de un hidrante o válvula. Luego se cierra el hidrante o la válvula y se aísla la sección del resto
del sistema. La solución desinfectante se alimenta a través de un embudo o una manguera dentro
de un hidrante o de una abertura hecha especialmente para esta finalidad en la parte más alta de la
tubería. Es de notar que debido a que las válvulas de aire se colocan generalmente en los puntos
altos, el remover una de estas válvulas es a menudo una forma conveniente de proporcionar un
punto de entrada a la solución desinfectante. La solución debe permanecer en la sección de 12 a
24 horas. Nunca menos de seis horas.
Tanques domiciliarios
Es sabido que la mayoría de los programas nacionales de vigilancia de calidad del agua, o los de
control que desarrollan las compañías de servicios, son específicos para el agua que se produce y
distribuye; y que tales controles se realizan hasta la entrada del fluido en los domicilios particulares.
348
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
También se sabe que en muchos países en desarrollo, por cuestiones de economía del proyecto,
los servicios de agua potable se construyen considerando la provisión de tanques domiciliarios que
sirven como depósitos "pulmón". En vez de construir grandes tanques y cisternas se prefiere, en
ocasiones, distribuir esa capacidad de almacenamiento en una sumatoria de pequeños tanques
colocados en cada una de las viviendas abastecidas.
Como se ha comprobado en muchas oportunidades y en numerosos países, el agua que ha sido
producida y distribuida con excelente calidad se malogra justo antes de ser consumida por los
usuarios. La razón principal de este hecho es el mal estado de los tanques domiciliarios. Uno de
los autores de este manual participó en un proyecto de investigación sobre la condición del agua en
los tanques de una importante ciudad de un país en desarrollo. Se comprobó que en el 75% de los
casos, los tanques contaminaban el agua que ingresaba a ellos.
En otro programa de desinfección de tanques, desarrollado en una pequeña población rural de
otro país en desarrollo, el mismo autor comprobó al término del programa, que la lista de los
animales muertos hallados dentro de los tanques domiciliarios limpiados y desinfectados
presentaba desde cucarachas a pájaros y desde ratas a hurones; y como complemento se encontró
una serie impresionante de objetos tan variados como pequeños muebles, ramas, latas, juguetes y
hasta una bicicleta.
Esta situación común, que ocurre en los países donde el agua se almacena en tanques
domiciliarios, se debe a la falta de legislación que obligue a los propietarios de las viviendas a
cuidar, limpiar y desinfectar los mismos; a falta de programas de protección de tales elementos
desarrollados por los organismos de salud pública. Finalmente, también se debe a una notoria
carencia de educación sanitaria de los usuarios, ya que la desidia mostrada por los responsables de
mantener limpios los tanques (los propietarios de las viviendas) casi siempre se debe a la falta de
conocimiento sobre la necesidad de mantener tales tanques en condiciones de excelencia sanitaria
por los riesgos que ello evita.
Sea por iniciativa de las instituciones de salud pública, de la compañía del servicio de agua o del
propietario de la vivienda, la limpieza y desinfección de los tanques domiciliarios debería ser algo
popular, con normas y reglas simples e instrucciones fáciles de seguir.
Hay varias formas de limpiar y desinfectar un tanque domiciliario y ellas no difieren de las que se
mencionaron en el punto sobre tanques y reservónos nuevos. Es necesario, sin embargo, tener en
cuenta un par de detalles diferentes, ya que estos elementos son casi siempre más pequeños que
los tanques o reservónos de un sistema o servicio. Los tanques domiciliarios pueden tener
cualquier volumen, pero los más comunes en las viviendas unifamiliares son los que tienen una
capacidad entre 400 y 1.000 litros. Estos volúmenes dificultan en ocasiones la limpieza adecuada
349
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
de sus interiores. La segunda característica especial es la tapa. Muchos de los problemas de los
tanques domiciliarios se deben a tapas que no cierran bien o a la falta de ellas.
A continuación se ofrece una serie de instrucciones simples y explícitas que pueden suministrarse a
la población junto con las explicaciones sobre la necesidad de mantener limpios y desinfectados los
tanques domiciliarios:
1. Prepare una reserva razonable de agua en recipientes limpios y cerrados con tapa, pues
durante la operación de limpieza y desinfección no contará con su provisión.
2. Comience retirando la tapa del tanque y amarrando la válvula de flotación para que no siga
entrando agua de la red. A partir de este momento nadie podrá utilizar agua dentro de la
vivienda hasta que el proceso haya terminado.
3. Abra la válvula de desagüe ("desagote") del tanque hasta que solo queden unos 10 cm de
agua en el fondo.
4. Con un cepillo de cerdas duras y ayudado por el agua del fondo cepille las paredes
interiores del tanque hasta que queden lo más limpias posible. Puede ayudarse con un
cepillo de mano y trapos limpios. Una linterna puede ser de utilidad.
5. Elimine toda el agua con la suciedad por el desagote (no lo haga por las instalaciones y
grifos de la vivienda).
6. Si fuera necesario, repita la operación hasta que las paredes internas estén limpias.
7. Desamarre la válvula de flotación, deje que entre el agua de la red y llene el tanque con
agua hasta ¼ parte de su volumen. Agregue entonces el hipoclorito de sodio o de calcio de
forma que la concentración final (cuando el tanque esté lleno) sea de 100 mg de cloro por
litro de agua. (En países donde se expenda un solo producto, por ejemplo hipoclorito de
sodio de una concentración fija en todo el ámbito nacional, por ejemplo 8%, el cálculo de
cuánto se debe agregar podrá ser realizado por las autoridades que preparen el instructivo y
entonces simplemente se deberá decir: "agregue tal o cual volumen de lejía o agua sanitaria
por cada mil litros de capacidad del tanque". En donde haya varios compuestos de cloro de
libre comercialización deberá hacerse el cálculo con las fórmulas que se muestran a
continuación).
350
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
A partir de:
Hipoclorito de sodio
Hipoclorito de calcio
Descripción Es comercializado en forma líquida bajo
distintos nombres (lejía, agua sanitaria,
lavandina, etc.), en concentraciones
variables de cloro, siendo las presentaciones de 7% a 10% las más comunes.
Fórmula a
emplear
Ejemplo
Es comercializado en forma sólida. El
contenido de cloro de este producto es
variable, siendo las de 60% a 70% las
más comunes.
Donde:
V = Volumen en mililitros del hipoclorito
de sodio a echar en el tanque
Vt = Volumen del tanque = Volumen de
agua que se agregará al mismo
para preparar la solución desinfectante
10 =Factor para que el resultado sea
expresado en mililitros del producto
%= La concentración de cloro en el
producto,
según lo especifica el
fabricante (en la fórmula solo debe
colocarse el número, por ejemplo "7"
cuando la concentración de cloro en el
producto es de 7%)
Donde:
P = Peso del producto (hipoclorito de
calcio) en gramos a disolver en el tanque
Vt = Volumen del tanque = Volumen de
agua que se agregará al mismo para
preparar la solución desinfectante
10 = Factor para que el resultado sea
expresado en gramos del producto
% = La concentración de cloro en el
producto, según lo especifica el fabricante
(en la fórmula solo debe colocarse el
número, por ejemplo "65" cuando la
concentración de cloro en el producto es
de 65%)
Para un tanque de 500 litros e hipoclorito Para un tanque de 800 litros e hipoclorito
de sodio de 8% de concentración, la de calcio de 70 % de concentración, la
cantidad del producto a agregar en el cantidad del producto a disolver en el
tanque será:
tanque será:
8. Una vez que ha agregado el desinfectante, llene el tanque hasta el máximo nivel.
9. Cuando el tanque esté lleno con la solución desinfectante, abra cada uno de los grifos
(llaves) de la casa y deje salir el agua hasta notar el fuerte olor a cloro. Cierre entonces los
grifos. Esta operación es importante para desinfectar no solo el tanque sino también todas
las tuberías y grifos de la casa. Esta agua no debe beberse ni utilizarse para ningún fin.
10. Deje el sistema en estas condiciones durante 12 horas para que el cloro actúe (puede ser
menos tiempo, pero nunca menos de seis horas). De ser posible, es aconsejable dejar en
reposo durante toda una noche.
11. Luego de la desinfección, deje salir el agua contenida en el tanque por el desagote y abra
todos los grifos dentro de la casa para eliminar el agua con cloro que aún queda en las
tuberías.
12. Permita la libre entrada del agua de la red al tanque y utilícela para beber y otros fines,
puesto que las instalaciones ya están desinfectadas.
351
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
13. Asegúrese de que el tanque quede bien tapado y que no haya posibilidad de entrada de
animales o aves dentro del mismo. Sería ideal que la tapa quedara asegurada por un
candado.
14. Repita la limpieza y desinfección del tanque cada seis meses y nunca deje transcurrir más
de un año entre operaciones.
6. Practicas más comunes que se emplean
Para mantener las tuberías limpias y secas antes de comenzar la construcción y reducir al mínimo
24. tomar las siguientes precauciones:
la contaminación,
25.
1. Entrega de tuberías para la construcción de lo que es colgado de una manera que reduce al
mínimo la entrada de material extraño.
2. Mantenga todas las aberturas de tuberías cerradas con tapones herméticos durante
cualquier trabajo paradas, incluida la final de la jornada de trabajo, las pausas, los retrasos
de trabajo, etc.
3. Mantener únicamente como tubo mucho en el lugar de trabajo cuando sea necesario,
asegurándose de que la tubería se instala rápidamente y no por todo el lugar de trabajo por
mucho tiempo períodos de tiempo antes de la instalación.
Minimizar los riesgos de contaminación durante el mantenimiento o reparación de los sistemas.
Para minimizar los riesgos de contaminación que pueden ocurrir durante la construcción, el uso
los siguientes pasos:
1. Complete las articulaciones de todas las tuberías antes de dejar el trabajo.
2. Utilice únicamente materiales de embalaje, que incluyen moldeado o tubular anillos de
goma, la cuerda de papel tratado, o cualquier otro material aprobado.
3. Empuñadura de cierre o juntas de una manera que evite contaminación .No use material
contaminado o cualquier otro material que sea capaz de generar el crecimiento de
microorganismos Material de sellado deberá ser el adecuado para su uso en un sistema de
agua potable. También deben ser almacenados y entregados en cerrado contenedores y
mantenerse limpios.
352
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
4. Limpieza de tuberías por medios mecánicos, si la suciedad no puede ser removido por
lavado. Después de completar la limpieza mecánica, el interior de algodón de la tubería
con un (1%) por ciento de hipoclorito de solución desinfectante. Nota ―El ingeniero del
proyecto o coordinador del proyecto deberá determinar si y cómo el interior de la tubería
será desinfectado‖.
5. Asegúrese de que cuando tubería o accesorios no pueden mantenerse en seco durante la
instalación, a continuación, se hará todo lo posible para garantizar que el agua que entra en
el tubo contiene una concentración de cloro de aproximadamente 25 mg / L
Esto puede lograrse mediante la adición de hipoclorito de calcio granulado o de comprimidos a
cada longitud de la tubería antes de que se baja en cualquier área de explotación de agua, como
una zanja húmeda. También se puede realizar el tratamiento del agua estancada con tabletas de
hipoclorito.
Siguiendo estos pasos, se ejerzan todas las precauciones para garantizar la tuberías siguen siendo
tan limpio y seco posible.
Desinfección de agua de red
AWWA describe varios métodos de desinfección para los colectores nuevos, incluyendo el
método babosa, alimentación continua, y los métodos de la tableta., se completar el proceso de
desinfección de agua de la red nuevas y reparadas, designando a un punto principal de agua como
cualquier otra sección de tubo que es de 20 pies o más en longitud: Este procedimiento describe el
método continuo por la desinfección de alimentación. La babosa o el método comprimido se
utilizan en su lugar, consultar las normas de la AWWA para las medidas adecuadas
Para desinfectar una cañería del agua mediante la desinfección de alimentación continúa: método,
siga los pasos siguientes:
Compruebe que el sistema está completamente encendido y limpieza, usando agua de la velocidad
suficiente para eliminar la suciedad y materiales extraños.
Si es posible, garantizar el agua utilizada para diluir el agente desinfectante tiene un
pH between 7.4 and 7.6. pH entre 7,4 y 7,6. Nota: El poder desinfectante es más fuerte en este
pH. El pH puede ser ajustado mediante el uso de álcalis (sosa cáustica o de ceniza de sosa) o
clorhídrico acido
353
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Antes de determinar qué método utilizar para la desinfección, consulte Estándar AWWA C65192, AWWA Norma para la desinfección del agua para determinar cuál es el más eficaz y más
seguro método para uso, prestando especial atención a las advertencias. Por ejemplo, AWWA
advierte contra el uso del método comprimido con de hipoclorito de calcio en gránulos de plástico
con disolvente soldadas o atornilladas, tubería de acero común.
Se plantea un peligro de incendio o explosión de la reacción de los compuestos conjunta con el
hipoclorito de calcio. Si la desinfección implica una reparación principal y el servicio de agua debe
ser rápidamente vuelve a poner en línea, la desinfección mínimo implica limpiando la fumigación
de las secciones de tuberías y accesorios de afectados con un 1% al 5% solución de hipoclorito y
tirar de la principal de las dos direcciones, si posible, antes de devolver el sistema al servicio.
Si las condiciones lo permiten, la sección afectada debe ser aislado, el servicio de las conexiones
deben ser apagados, y la sección de desinfectado como se describe. Para los colectores nuevos,
inyectar desinfectante (cloro libre en el líquido, polvo, o en forma de gas) a raíz de uno de los
métodos (continuo, babosa, o método comprimido) esbozado en el Manual AWWA M20, la
cloración del agua.
El método de alimentación continua se indica en las llamadas M20 AWWA manual para una de
desinfección residual de al menos 50 mg / L para permanecer en contacto con porción afectada
del sistema de distribución de agua durante 24 horas por la cantidad de cloro necesaria por cada
100 pies de tubería de distintos diámetros.
Márgenes de agua en puntos de control para garantizar la distribución en todo el sistema. De
ensayo para la necesaria desinfectante residual en un mínimo del 15% de la puntos de control.
Mantener desinfectante en el sistema durante 24 horas, tiempo durante el cual todos las válvulas y
bocas de riego en la sección de tratados deben ser operados para garantizar la desinfección de las
dependencias si las pruebas de desinfectante residual a menos de 10 mg / L.
Una vez que el final de desinfectante residual es la prueba de 10 mg / L o más, de color el
desinfectante del sistema hasta que residuo es igual a la de agua de entrada, que es de
aproximadamente 1.0 mg / L. Después de que el sistema está encendido, personal de la planta de
agua deben tomar muestras de del 10% de los puntos de control y la entrada de agua en 24 horas
después del lavado y de analizar las muestras de acuerdo con AWWA C651-92. Coloque el
sistema de agua de nuevo en servicio.
Si es necesario colocar el sistema de agua en el servicio tan pronto como sea posible, puede
hacerse antes de los análisis de muestras. Si el análisis de la muestra indica que el sistema todavía
354
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
no está desinfectado, repetir el proceso de desinfección. Después de completar estos pasos, el
proceso de desinfección es completa.
Limpieza de todas las tuberías de agua y Otros Componentes
La necesidad de la desinfección no siempre puede ser necesaria para pequeños de agua
componentes del sistema y las secciones de tuberías de menos de 20 pies de longitud la necesidad
de la desinfección y el método de desinfección elegido de AWWA reglamentos son a discreción
del administrador del proyecto. Consulta con el Personal del medio ambiente RPSC puede ser útil
para determinar si la desinfección es necesario y qué método es el más completo.
Para garantizar que un sistema de agua está limpia antes de la puesta en servicio es necesario hacer
lo siguiente:
Hisopo o un aerosol interiores de los tramos de la tubería afectada y accesorios con una solución
de hipoclorito al 1% al 5%.
Lavar la sección en ambas direcciones, si es posible antes de regresar el sistema de servicio.
Si el nivel de contaminación requiere un mayor grado de desinfección, el uso el método de
desinfección por el trago de aislar y tirar de la sección y luego de cloración con una dosis que
puede aumentarse hasta 300 mg / L. Con esta concentración de cloro, el tiempo de exposición
puede ser reducido a tan sólo 15 minutos.
Enjuague el sistema hasta que se elimina el agua descolorida y el agua es libre de olor a cloro
notable.
Para una descripción más detallada del método de bala, se refieren a la AWWA Standard C65192. Norma C651-92.
Tomar una muestra bacteriológica para proporcionar un registro de los procedimientos de
eficacia17.
Traducción del Facilities, Engineering, Maintenance, and Construction (FEMC) Raytheon Polar Services
Company Water System Disinfection
17
355
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
La desinfección de pozos, cisternas, tanques y cañerías
La desinfección de los pozos, tanques, depósitos de almacenamiento o cañerías de distribución de
agua destinados al consumo como bebida, deberá realizarse periódicamente y toda vez que la
autoridad competente lo ordene.
Ningún pozo recién perforado o tanque, depósito de almacenamiento y cañerías de distribución
recién construidos, podrán utilizarse sin su proceso previo de desinfección.
Desinfectante a utilizar
Como agente desinfectante, preferentemente se utilizará cloro, proveniente de un clorógeno cuyo
tenor en cloro activo se conozca.
El hipoclorito de sodio para uso industrial tiene un tenor de cloro activo de 100 g / litro, el agua
lavandina concentrada tiene cloro activo 55 g / litro y el agua lavandina simple tiene cloro activo 20
g / litro.
Desinfección de pozos y cañerías
La cantidad de clorógeno a utilizar ha sido calculado para agua lavandina de 55 g / litro. El
procedimiento es el siguiente:
Se accederá al caño camisa del pozo y se debe agregar la cantida de 8 a 10 litros de agua lavandina
concentrada. Luego se hace funcionar la bomba. Se cierra todo el circuito y se deja en contacto 24
horas como mínimo, para luego bombear nuevamente hasta la desaparición del cloro residual.
Desinfección de tanques de almacenamiento de agua y cañerías
-
18
Vaciarlo completamente.
Cepillar o rasquetear las paredes, tapa y fondo.
Lavar con abundante agua, drenando continuamente hasta eliminar toda la suciedad.
Aplicar a las paredes, tapa y fondo un blanqueo con cal. Una vez seco, llenar el tanque
y agregar el clorógeno necesario, que depende del volumen del depósito según la
siguiente tabla 5.318
Extraído del Código de Salud Publica de Colombia
356
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Tabla 4.19 Desinfección
Volumen del tanque en litros
100
500
1000
Cantidad de agua lavandina
de 55 g / litro a utilizar en
litros
0.4
2.0
4.0
Una vez agregado el agua lavandina o hipoclorito de sodio, abrir las canillas hasta percibir olor a
cloro, luego cerrarlas, dejando actuar así durante 24 horas.
Vaciar el tanque para eliminar todo el hipoclorito y volver a llenarlo para su utilización.
Una vez que se ha procedido a la desinfección de pozos, tanques, depósitos de almacenamiento de
agua, cañerías, etc., proceder a efectuar nuevamente el análisis bacteriológico del agua.
7. Desinfección de emergencias de pozos redes de distribución y de
tanques
Desinfección del agua en situaciones de emergencia
26.
Las medidas
27. de largo plazo para la provisión de agua segura, más la higiene personal y la educación
sanitaria, ayudarán enormemente a proteger y a promover la salud pública. Sin embargo, los
desastres naturales como ciclones, terremotos e inundaciones a veces interrumpen completamente
los sistemas de abastecimiento de agua. Mientras se realizan los esfuerzos para volver a poner los
sistemas en operación, se debe asignar alta prioridad al abastecimiento de agua potable a la
población afectada.
Si bien no hay una medida que sea la panacea para todas las situaciones, lo siguiente puede ser útil
para asegurar un suministro de agua seguro, dependiendo de las condiciones locales y de los
recursos disponibles. Una acción simultánea para superar la situación debería incluir la búsqueda
minuciosa de todas las fuentes de agua posibles dentro de una distancia razonable al área afectada.
El agua de sistemas privados de abastecimiento y aún de otras fuentes puede ser transportada por
tanques rodantes hasta los puntos de consumo.
En una situación de emergencia, si la cantidad es importante, la calidad es obligatoria y como es lei
motiv de este manual, para lograr la seguridad bacteriológica se debe asegurar una desinfección
adecuada. No hacerlo puede significar el desarrollo de las temidas pandemias que no solo
357
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
enferman física, sino espiritualmente a una población, que por el mismo desastre sufrido está en
estado de choque psicológico.
Luego de un desastre hay dos momentos. Uno ―absolutamente inmediato‖ y otro ―inmediato
mediato‖, que tiene lugar después del segundo o tercer día de ocurrido el evento. En el primero,
cuando aún está demasiado fresco el impacto del evento (sea un terremoto, un ciclón,etc.) hay
mucho desorden y una falta de medios de todo tipo. En esos casos solo queda recomendar hervir
el agua como método de tratamiento. Una vigorosa ebullición durante un minuto elimina cualquier
microorganismo que pueda estar presente en el agua contaminada.
En el segundo momento, esto es, cuando han transcurrido dos o tres días después del impacto del
siniestro, ocurre un fenómeno que configura una situación peculiar por la que deben pasar,
sobretodo, los oficiales de salud. Y ello no se debe a la falta de desinfectantes, sino por el contrario;
al exceso de ellos. Después de que un fenómeno azota un área, debido a las donaciones, ésta
queda inundada con una gran variedad de desinfectantes; normalmente, compuestos basados en
cloro, pero de diferentes composiciones y concentraciones. Es entonces útil tener el conocimiento
indispensable para manejarlos adecuadamente.
Al respecto, presentamos dos sugerencias:
En primer lugar, es importante que la población nunca prepare o maneje soluciones de hipoclorito
de alta concentración (soluciones «stock» o madre). Al usuario debe entregársele una solución
desinfectante lista para ser usada en un sistema de tipo «batch» (para la desinfección de un tanque
o recipiente domiciliar).
En segundo lugar, una solución ideal «stock» para usarse en situaciones de emergencia es la que
presenta una concentración de 5.000 mg de cloro/litro. Los oficiales de salud deben preparar las
soluciones stock a partir de productos clorógenos con la siguiente fórmula.
Donde:
Vagua = Volumen de solución stock que será preparada, en litros
Cstock = Concentración de la solución stock (si, como se ha sugerido, se pretende una
concentración de 5.000 de mg de cloro/litro de agua, entonces el valor para Cstock debe ser =
5.000)
358
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Cproducto = La concentración de cloro en el producto, según lo especifica el fabricante (en la
fórmula solo debe colocarse el número, por ejemplo 65 cuando la concentración de cloro en el
producto es 65%)
10 = Factor para que el resultado sea dado en gramos del producto
Wproducto = Gramos de producto a disolver en Vagua
No existe una norma fija pero se estima que una buena medida es la siguiente:
La dosis de desinfección que se sugerirá a la población debe ser de 5 mg/l en momentos de
emergencia extrema y luego de 2 mg/l bajo condiciones menos demandantes.
En todo momento se debe aconsejar ―dejar trabajar‖ al cloro por espacio mínimo de 30 minutos.
Las diluciones que la población debe preparar a partir de la solución stock se presenta en el
siguiente cuadro.
Volumen de agua a
desinfectar (litros)
1
5
10
20
100
200
1.000
Volumen de solución stock (de 5.000 Volumen de solución stock (de 5.000 de
mg/l) a agregar para obtener una
mg/l) a agregar para obtener una
concentración final de 5 mg/l
concentración final de 2 mg/l
20 gotas = 1 ml
8 gotas
100 gotas = 5 ml
40 gotas = 2 ml
10 ml
4 ml
20 ml
8 ml
100 ml
40 ml
200 ml
80 ml
1 litro
400 ml
En el caso de que se disponga de tintura de yodo (que es una solución al 2%), se recomienda
agregar cinco gotas por litro de agua y dejar actuar por lo menos durante 30 minutos.
La desinfección es considerada como el principal mecanismo para la desactivación o destrucción
de organismos patógenos con el fin de prevenir la dispersión de enfermedades transmitidas a través
del agua, tanto a los usuarios aguas abajo como al ambiente. Es muy importante que el agua se
desinfectada adecuadamente antes de realizarse las actividades de distribución para que la acción
de cualquier desinfectante sea eficaz. Algunos de los microorganismos encontrados comúnmente
en las aguas domésticas después de inundaciones, terremotos, que son las emergencias más
frecuentes citadas en toda Latinoamérica y las enfermedades asociadas a ellos se presentan.
Todo nuevo o reparado las líneas de agua potable en el sistema público de abastecimiento de
agua deben ser desinfectados antes de entrar nuevamente en funcionamiento.
359
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
La eficacia del sistema de desinfección como se describió anteriormente depende de las
características del grado de contaminación que sufrió el sistema de abastecimiento de agua, la
intensidad de la desinfección, será el tiempo que estuvo a exposición de los microorganismos
contaminantes y de la configuración del sistema. Para cualquier planta de tratamiento, el éxito de
las actividades de desinfección está directamente relacionado con la limpieza de esta y la
concentración de las áreas más propensas a la acumulación de lodos y de partículas en el agua.
Las principales categorías de instalaciones de almacenamiento de agua se incluyen acabados de
almacenamiento de superficie y elevada almacenamiento de agua final no incluye servicios tales
como, que forman parte de de tratamiento o los requisitos de tiempo de contacto por la superficie
de tratamiento de agua. Almacenamiento en superficie tanques o depósitos puede ser debajo de la
tierra, en parte bajo tierra, o construido sobre el suelo nivel en el sistema de distribución y puede
ser acompañado por las estaciones de bombeo si no se construye en el elevaciones de
proporcionar la presión del sistema requerido por la gravedad.
Estos requieren un cuidado especial en emergencias tales como Depósitos de almacenamiento de
tierra pueden ser ya sea cubierto o descubierto (tomas de ríos o de galerías filtrantes), podrían tener
depósitos de concreto, estructuras metálicas, o flexible.
Los tipos más comunes de almacenamiento de los tanques de acero elevados son elevados y grifos.
En los últimos años, los tanques elevados con el apoyo de un pedestal solo se han construido en
estética consideraciones son una parte importante del proceso de diseño Un grifo es un tanque
cilíndrico de altura normalmente de acero, concreto, aunque puede utilizarse también de PVC. Las
funciones de toma de agua algo así como una combinación de tierra y elevado de
almacenamiento. Sólo la parte del almacenamiento el volumen de un tubo vertical que provee de
agua igual o superior a la presión del sistema se considera necesario de almacenamiento útil para
fines de igualación de presión para apoyar el almacenamiento de útiles y proporcionar una fuente
de abastecimiento de agua de emergencia en el caso que estos sean requeridos19.
La tabla 4.20 presenta un resumen de los problemas de calidad del agua asociados con el
almacenamiento en casos de emergencias.
19
Traducción de Prepared by AWWA with assistance from Economic and Engineering Services, Inc.
360
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Tabla 4.20 Resumen de los problemas de calidad del agua asociados con acabados instalaciones de
almacenamiento de agua
Cuestiones químicas
Desinfectante Decay
Contaminantes químicos
DBP Formación
Sabor y los olores
Aspectos biológicos
Problemas físicos
El nuevo crecimiento microbiano Corrosión
Nitrificación
Temperatura / Estratificación
La contaminación de patógenos Sedimentos
Sabores y olores
Prevención de desastres en los sistemas de agua potable
La construcción de los sistemas de abastecimiento de agua, representa un gran esfuerzo económico
para las limitadas economías de la mayoría de las organizaciones o instituciones que las
administran. Sin embargo, buena parte de esos sistemas de agua potable, han mostrado ser débiles
al impacto de fenómenos de la naturaleza como sismos, erupciones volcánicas, deslizamientos,
inundaciones, huaycos y sequías.
El impacto de los fenómenos naturales sobre los sistemas de agua potable, puede ser muy variado
y depende fundamentalmente de la magnitud y localización del peligro natural y de la debilidad del
sistema y sus componentes. El impacto del peligro es directo en los componentes físicos del
sistema e indirecto en los aspectos organizativos, administrativos y en la capacidad de operación.
La debilidad de los sistemas de agua potable puede ser física, organizativa, operativa y depende:
-
De las características de la infraestructura
De los recursos con los que se cuenta para el manejo del sistema.
De la capacitación del personal
Del mantenimiento
Del esquema administrativo, así como de la forma de organización.
Se reconoce que los daños físicos en los sistemas, la desorganización, la suspensión del servicio, las
pérdidas económicas y otros impactos producidos por un fenómeno natural catastrófico,
constituyen una real amenaza para el desarrollo y la salud de las poblaciones más pobres.
Disponer de sistemas de abastecimiento de agua potable seguros frente a las distintos peligros
naturales es una necesidad imperiosa. La experiencia ha demostrado que cuando ocurre un
desastre, el acceso al agua potable es indispensable para garantizar la salud de la población y para
facilitar las operaciones de respuesta, recuperación y retorno a la normalidad.
361
Tratamientos de las aguas y Desinfección de los sistemas abastecedores de agua
Podemos también disminuir el impacto y conseguir la rápida recuperación de los sistemas si
tomamos medidas tales como:
-
La identificación y tratamiento de puntos críticos ante el impacto de fenómenos naturales.
La incorporación de criterios de prevención en el diseño de los nuevos sistemas.
La implementación de medidas de reforzamiento en los sistemas constructivos
La capacitación del personal y el desarrollo y puesta en práctica de planes de mitigación y
de respuesta ante las emergencias.
362
Capitulo 5
Composición y
característica de las
aguas residuales
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Generalidades
Procedencia de las aguas residuales
Sustancias orgánicas e inorgánicas
Parámetros del estado de los líquidos residuales
Autodepuración de las aguas residuales
Disposición de los líquidos residuales
Normas de calidad de descarga según su destino final
Composición y Características de las Aguas Residuales
1. Generalidades
28.
Puede29.
decirse que solamente a partir de la década de 1os 60, términos tales como
contaminación del aire y del agua, protecci6n del medio ambiente, ecología, pasaron a ser
palabras de uso común. Antes de estas fechas estos términos o bien pasaron desapercibidos
para el ciudadano medio, o a todo lo mas eran base para ideas confusas. Desde entonces, el
género humano ha sido bombardeado continuamente por 1os medios de comunicaci6n
(periódicos, radio, TV) con la terrible idea de que la humanidad estaba trabajando
efectivamente para su autodestrucción, a través de procesos sistemáticos de contaminación
del medio ambiente, con el fin de conseguir un progreso material.
En algunos casos la gente ha sido arrastrada hasta casi un estado de histeria de masas.
Aunque la contaminaci6n es un problema serio y es por supuesto deseable que el ciudadano
sea consciente de ello, es dudoso que la histeria de masas sea en cualquier caso justificable.
El instinto de conservación de las especies es una motivación básica para la humanidad, y el
hombre este equipado para corregir el deterioro del medio ambiente antes de que sea
demasiado tarde. De hecho, la correcci6n de la contaminaci6n no es un problema técnico de
gran dificultad comparado con otros, mucho más complejos, resuelto con éxito en esta
década, tal como la exploraci6n de la luna por el hombre. Esencialmente, el conocimiento
técnico básico requerido para resolver el problema de la contaminaci6n está ya a disposici6n
del hombre y, en la medida en que quiera pagar un precio razonable por conseguirlo, la
pesadilla de la destrucci6n a través de la contaminaci6n nunca se hará realidad.
De hecho precios muy superiores han sido pagados por la humanidad para desarrollar y
mantener toda la maquinaria de guerra y armamento.
Como tema principal de este libro se considera el diseño científico de plantas de proceso
para tratamiento de aguas residuales tanto de origen doméstico o urbano como industrial.
Puede considerarse que solamente en los últimos años el diseño de estas plantas ha
evolucionado de ser meramente empírico a tener una sólida base científica. Además, la investigación fundamental en nuevos procesos de tratamiento tales como osmosis inversa y
electrodiálisis sólo recientemente se han convertido en algo verdaderamente accesible.
La función del técnico en reducción de contaminantes de las aguas
Necesidad de una aproximación multidisciplinar al problema de reducción de la
contaminación del agua
Aunque, como se ha dicho anteriormente, el problema de la contaminación del agua no es
técnicamente un problema difícil, el campo es de gran amplitud, y de suficiente complejidad
365
Composición y Características de las Aguas Residuales
como para justificar el que diferentes disciplinas deben conjuntarse para conseguir óptimos
resultados con un coste mínimo. Una aproximación sistemática a la reducción de la
contaminación de las aguas exige la participación de disciplinas distintas: ciencias aplicadas e
ingeniería (ingeniería sanitaria, de obras públicas, química, así como otros campos de la
ingeniería, mecánica, eléctrica, y ciencias básicas como la química, física); ciencias biológicas
(biología acuática, microbiología, bacteriología), ciencias de la tierra (geología, hidrología,
oceanografía); y ciencias sociales y económicas (sociología, derecho, ciencias políticas,
relaciones públicas, economía, administración).
Revisión de la contribución de la ingeniería a la reducción de la contaminación de las aguas
El ingeniero sanitario, hasta ahora generalmente con una base en el desarrollo de obras
públicas, históricamente ha sido la base para las actividades de ingeniería en lo que se refiere
a corrección de la contaminación de las aguas. Esta situación está basada en el inicio de la
actividad cuando, la mayoría de las aguas residuales eran de origen urbano-doméstico, cuya
composición no varía significativamente. En consecuencia los métodos de tratamiento están
relativamente normalizados, siendo muy limitado el número de procesos unitarios y
operaciones que integran las líneas de tratamiento. Los métodos de tratamiento tradicionales
incluían grandes depósitos de hormigón, donde se llevaba a cabo una sedimentación o
aireación, operación de filtros percoladores, cloración, cribado y ocasionalmente algunas
otras operaciones. El principal trabajo del técnico se centraba en los problemas constructivos
e hidráulicos y naturalmente la ingeniería de obras públicas era un requisito indispensable
para el técnico que pretendía hacer un diseño de estas instalaciones. Esta situación ha
cambiado últimamente, en un principio gradualmente y, más recientemente, de una forma
acelerada con la llegada de la industrialización.
Como resultado de la gran variedad de procesos industriales, se han comenzado a producir
aguas residuales de muy diverso tipo, lo que requiere tratamientos más complejos que han
ido apareciendo sucesivamente. El tratamiento de aguas residuales actualmente lleva consigo
tantos procesos de tratamiento y equipos, operaciones unitarias y de proceso que se hizo
evidente que, sobre todo, la ingeniería química debería tener una participación prioritaria en
la resolución de los problemas de aguas residuales. El concepto de operaciones unitarias,
desarrollado fundamentalmente en la ingeniería química a lo largo de los últimos 50 años,
constituye la llave de la aproximación científica a los problemas de diseño que se encuentran
en el tratamiento de aguas residuales.
De hecho, incluso las aguas residuales municipales actuales ya no son las aguas residuales o
aguas negras de antes. Prácticamente todos los municipios en zonas industrializadas deben
manejar una combinación de aguas residuales domésticas e industriales. Los problemas
técnicos y económicos que llevan consigo tales tratamientos obligan en muchos casos a hacer
366
Composición y Características de las Aguas Residuales
tratamientos separativos (segregación) de aguas industriales, antes de su descarga en el
alcantarillado municipal.
Asimismo, la composición de las aguas residuales verdaderamente domésticas ha cambiado
con la entrada en el mercado de una serie de productos nuevos, ahora accesibles al ama de
casa, tales como detergentes sintéticos y otros. Así pues, tratar las aguas residuales domésticas
de una forma óptima requiere modificaciones del enfoque tradicional.
En resumen, para el tratamiento tanto de las aguas residuales domésticas como industriales
hay que empezar a considerar nuevas tecnologías, nuevos procesos y en general nuevas líneas
de tratamiento, así como modificación de las antiguas. La imagen actual de una planta de
tratamiento no es la de grandes depósitos de hormigón, sino la de una serie de procesos
unitarios integrados. Estas operaciones, tanto físicas como químicas en su base, deben
diseñarse caso por caso para cada problema de aguas residuales. El técnico que deba
enfrentarse a este proceso, debe manejar con soltura estas operaciones unitarias y su integración, estando de esta forma cualificado para diseñar las plantas de tratamiento.
Presentación de un caso de tratamiento de aguas residuales industriales histórico
Un caso interesante en el que se pone de manifiesto el papel de la ingeniería química en el
diseño de las plantas de tratamiento de aguas residuales para una fábrica de pasta y de papel,
es objeto de discusión por Byrd. La fábrica de pasta y papel objeto del caso debía descargar
sus aguas residuales en un río con un gran valor recreativo, y con una población piscícola
muy equilibrada. Por esta razón se tomó especial cuidado en la planificación y diseño
detallado de las líneas de tratamiento. Asimismo se desarrollaron modelos matemáticos para
estudiar la capacidad de asimilación del río.
El diseño de la planta de tratamiento llevaba asimismo consigo un estudio de determinación
de cuáles eran los efluentes de aguas residuales que debían segregarse (corrientes) para su
tratamiento individual y cuáles de éstos deberían seguir un tratamiento combinado. Para
seleccionar finalmente el proceso de tratamiento se hizo una selección de alternativas.
Algunos de los procesos unitarios considerados en la planta de tratamiento, varios de ellos
desechados posteriormente y sustituidos por otras alternativas, eran los siguientes:
sedimentación, flotación con aireación, homogeneización, neutralización, filtración (filtros
rotativos), centrifugación, osmosis inversa, secado, oxidación en lecho fluidificado,
incineración en hornos, oxidación húmeda, adsorción con carbón activo, procesos de lodos
activos, lagunaje con aireación, floculación con polielectrolitos, cloración, vertedero
controlado y riego por aspersión. La integración de todas estas operaciones unitarias y
procesos en una planta con un diseño final optimizado constituía un proceso
367
Composición y Características de las Aguas Residuales
verdaderamente desafiante. La planta de tratamiento significaba un coste superior a los 10
millones de dólares y sus costes de operación superaban el millón de dólares por año.
La formación en ingeniería química como base del currículo para abordar el problema del
tratamiento de aguas residuales
La ingeniería química es una base sólida y considerable para la entrada en el campo de las
aguas residuales. El conocimiento de las cinéticas de reacciones, análisis de sistemas,
balances másicos, tiene un especial valor para la corrección y tratamiento de aguas residuales.
Puede asegurarse que la preparación básica en ingeniería química es significativa para entrar
en este tipo de actividades. Hasta el momento muchos de los ingenieros que trabajan en este
campo han sido sobre todo procedentes del campo de las obras públicas.
La naturaleza multidisciplinaria de esta actividad debe ser plenamente reconocida,
debiéndose además considerar que las personas con una sólida base en ingeniería química
deben abordar una serie de conocimientos complementarios estudiando microbiología,
debido a la gran importancia de los tratamientos biológicos de las aguas residuales, así como
hidráulica [ya que los temas tales como flujo en canales abiertos, modelos matemáticos,
receptores de aguas (ríos, estuarios, lagos, etc.) no reciben una atención significativa en los
cursos de mecánica de fluidos que normalmente reciben los especialistas en ingeniería
química.
¿Qué se entiende por reducción de la contaminación, o de las aguas residuales, mediante
modificación del proceso básico?
Esencialmente la reducción de la contaminación de las aguas residuales en origen lleva
consigo tres fases distintas.
Fase 1 Llevar a cabo una campaña de revisión de todos los efluentes de la planta. Esto
significa hacer un inventario de todas las fuentes, así como finalmente para cada corriente de
aguas residuales determinar los caudales y las cargas contaminantes.
(a) Caudales. Para caudales continuos basta con determinar dichas cifras (m³/h). Para
descargas intermitentes se suele proceder a estimar o bien los totales diarios o bien
los valores horarios y su evolución.
(b) Cargas contaminantes. La carga contaminante de las distintas corrientes (concentración o valores totales de productos contaminantes en dichas corrientes) se
expresa de muy distintas formas que se discuten en los capítulos siguientes. Para
compuestos orgánicos que están sometidos a oxidación bioquímica, la demanda
bioquímica de oxígeno (DBO) es la más normalmente empleada. En el caso que se
368
Composición y Características de las Aguas Residuales
discute en el punto se utiliza la DBO para medir la concentración en materia
orgánica.
Fase 2. Revisión de los datos obtenidos en la fase 1 para establecer los objetivos de reducción
de la contaminación posibles.
Algunos de éstos son:
(1) incrementar el reciclaje en los sistemas de aguas de refrigeración;
(2) eliminación de enfriamiento por contacto para gases de escape, por ejemplo sustitución
de condensadores barométricos por intercambiadores de tubos o sistemas de
refrigeración por aire;
(3) recuperación de productos químicos contaminantes: a veces pueden llegar a obtenerse
beneficios económicos de tales reciclajes de productos que de otra forma se descargan
en los alcantarillados. Puede llegar a diseñarse una planta para recuperación de estos
subproductos; (4) reutilización de aguas procedentes de tanques de acumulación,
condensadores de vacío, purgas de bombas. Tener en cuenta mayores usos consecutivos
o múltiples del agua;
(4) diseño de unidades de recuperación de calor para eliminar corrientes con vapores;
(5) eliminación de escapes y mejora del mantenimiento.
Fase 3. Evaluación de los ahorros potenciales en inversión y costes de operación de una
posible planta de tratamiento separada, si cada una de las corrientes consideradas en fase 1 y
fase 2 se eliminan o se reducen (reducción tanto en caudal como en cargas contaminantes).
Diseño de la planta de tratamiento para conseguir hacer frente a esta reducción de
contaminación. Comparación de los costos de inversión y operación de las distintas alternativas consideradas, es decir, coste correspondiente a la reducción de caudales y cargas
contaminantes, incluyendo la planta para hacer frente a dichas cargas reducidas, y los costes
de la planta de tratamiento necesaria en caso de que no se llevasen a cabo tales reducciones.
Los dos casos que se describen en la referencia son bastante reveladores a este respecto.
Para poder llevar a cabo un control (o reducción de la contaminación en origen, es decir en
los procesos básicos industriales) se requiere un gran conocimiento de los procesos y de las
posibilidades de modificación. En este aspecto la base en ingeniería química es fundamental.
2. Procedencia de las aguas residuales
30.residuales
Las Aguas
31.
La contaminación
actúa sobre el medio ambiente acuático alterando el delicado equilibrio de
los diversos ecosistemas integrado por organismos productores, consumidores y
369
Composición y Características de las Aguas Residuales
descomponedores que interactúan con componentes sin vida originando un intercambio
cíclico de materiales.
Aunque el hombre no es un ser acuático, ha llegado a depender intensamente del medio
ambiente acuático para satisfacer sus necesidades tecnológicas y sociales.
El hombre continúa utilizando el agua con su contaminación. Es difícil eliminar los
contaminantes y si el agua original tiene gran proporción de minerales, el problema se
complica.
No se pretende afirmar que antes de llegar el hombre con su tecnología, el agua era pura.
Aún después de la aparición del hombre, transcurrieron muchos años antes de que hubiera
ningún cambio en el ambiente. Cuando las poblaciones empezaron a verter sus desechos en
ríos y lagos fue cuando las aguas se deterioraron.
Las aguas residuales constituyen un importante foco de contaminación de los sistemas
acuáticos, siendo necesarios los sistemas de depuración antes de evacuarlas, como medida
importante para la conservación de dichos sistemas.
Las aguas residuales, contaminadas, son las que han perdido su calidad como resultado de su
uso en diversas actividades. También se denominan vertidos. Se trata de aguas con un alto
contenido en elementos contaminantes, que a su vez van a contaminar aquellos sistemas en
los que son evacuadas.
Del total de vertido generado por los focos de contaminación, sólo una parte será recogida
en redes de saneamiento, mientras que el resto será evacuado a sistemas naturales
directamente.
Origen y generación de las aguas residuales
Según su procedencia, las aguas residuales se dividen en agrícolas, domésticas, de escorrentía
e industriales. La clasificación se hace con respecto a su origen, ya que este origen es el que
va a determinar su composición.
Aguas residuales urbanas
Son los vertidos que se generan en los núcleos de población urbana como consecuencia de
las actividades propias de éstos.
Los aportes que generan esta agua son:
aguas negras o fecales
aguas de lavado doméstico
aguas de limpieza de calles
370
Composición y Características de las Aguas Residuales
aguas de lluvia y lixiviados
Las aguas residuales urbanas presentan una cierta homogeneidad cuanto a composición y
carga contaminante, ya que sus aportes van a ser siempre los mismos. Pero esta
homogeneidad tiene unos márgenes muy amplios, ya que las características de cada vertido
urbano van a depender del núcleo de población en el que se genere, influyendo parámetros
tales como el número de habitantes, la existencia de industrias dentro del núcleo, tipo de
industria, etc.
Aguas residuales industriales
Son aquellas que proceden de cualquier actividad o negocio en cuyo proceso de producción,
transformación o manipulación se utilice el agua. Son enormemente variables en cuanto a
caudal y composición, difiriendo las características de los vertidos no sólo de una industria a
otro, sino también dentro de un mismo tipo de industria.
A veces, las industrias no emites vertido s de forma continua, si no únicamente en
determinadas horas del día o incluso únicamente en determinadas épocas de año,
dependiendo del tipo de producción y del proceso industrial. También son habituales las
variaciones de caudal y carga a lo largo del día.
Son mucho más contaminadas que las aguas residuales urbanas, además, con una
contaminación mucho más difícil de eliminar.
Aguas agrícolas.
Son resultantes de la irrigación y otros usos agrícolas como la limpieza de establos que llega a
arrastrar grandes cantidades de heno y de orina. Estas aguas contienen sales, fertilizantes,
abonos, pesticidas y restos de las diversas substancias químicas que se utilizan.
Aguas de escorrentía.
Cuando llueve, el agua arrastra toda clase de suciedad. Este agua es, en términos generales,
más sucia que la que proviene del consumo doméstico. Algunos ayuntamientos las agrupan
para tratarlas conjuntamente. En otros, las aguas de lluvia disponen de una red de cloacas
diferente y son vertidas directamente sin ser tratadas.
Su alta carga unida a la enorme variabilidad que presentan, hace que el tratamiento de las
aguas residuales industriales sea complicado, siendo preciso un estudio específico para cada
caso.
371
Composición y Características de las Aguas Residuales
A las aguas negras también se les llama aguas servidas, aguas residuales, o aguas cloacales.
Algunos autores hacen una diferencia entre aguas servidas y aguas residuales en el sentido
que las primeras solo provendrían del uso doméstico y las segundas corresponderían a la
mezcla de aguas domésticas e industriales. En todo caso, están constituidas por todas aquellas
aguas que son conducidas por el alcantarillado e incluyen, a veces, las aguas de lluvia y las
infiltraciones de agua del terreno lo siguiente se resumen en las siguientes tablas donde se
describe la composición y origen de las aguas residuales.
Tabla 5.1 Equivalentes de población (contaminantes expresados en DBO o similar)
Fuente de desechos Equivalentes población Fuente de desechos Equivalentes población
Hombre
1
Vaca
16.4
Plaza de guardería
0.5
Caballo
11.3
Plaza de escuela
0.6
Gallina
0.014
Plaza de camping
0.7
Oveja
2.45
Plaza de hotel
2.1
Cerdo
3
Plaza de hospital
4.0
-
-
La tipología de los vertidos industriales es muy variada según el tipo de industria, ya que
diferentes industrias provocan diferentes tipos de residuos. Normalmente en los países
desarrollados muchas industrias poseen eficaces sistemas de depuración de las aguas, sobre
todo las que producen contaminantes más peligrosos, como metales tóxicos, ya que es vital
que se depuren antes de ser vertidos a colector urbano. En algunos países en vías de
desarrollo que carecen de legislación al respecto o sistemas de depuración, la contaminación
del agua por residuos industriales es muy importante.
372
Composición y Características de las Aguas Residuales
Tabla 5.2 Vertidos industriales producidos por los diferentes tipos de industria.
Sector industrial
Substancias contaminantes principales
Construcción
Sólidos en suspensión, metales, pH.
Minería
Sólidos en suspensión, metales pesados, materia orgánica, pH, cianuros.
Textil y piel
Cromo, taninos, tensoactivos, sulfuros, colorantes, grasas, disolventes orgánicos,
ácidos acético y fórmico, sólidos en suspensión.
Automoción
Aceites lubricantes, pinturas y aguas residuales.
Navales
Petróleo, productos químicos, disolventes y pigmentos
Siderurgia
Cascarillas, aceites, metales disueltos, emulsiones, sosas y ácidos.
Química inorgánica
Hg, P, fluoruros, cianuros, amoniaco, nitritos, ácido sulfhídrico, F, Mn, Mo, Pb, Ag, Se,
Zn, etc. y los compuestos de todos ellos.
Fertilizantes
Nitratos y fosfatos.
Pasta y papel
Sólidos en suspensión y otros que afectan al balance de oxígeno.
Plaguicidas
Organohalogenados, organofosforados, compuestos cancerígenos, biocidas, etc.
Fibras químicas
Aceites minerales y otros que afectan al balance de oxígeno.
Pinturas, barnices y
tintas
Compuestos organoestámicos, compuestos de Zn, Cr, Se, Mo, Ti, Sn, Ba, Co, etc.
La descarga de aguas residuales domésticas e industriales en las corrientes y cuerpos
superficiales de agua, conduce al deterioro de la calidad de dichas aguas superficiales hasta
un grado tal que las puede inutilizar como fuente de abastecimiento para la comunidad,
además de alterar y perturbar el equilibrio ecológico del ecosistema, y del medio en general.
Dichas aguas residuales contienen una serie de compuestos orgánicos e inorgánicos que
alteran significativamente la calidad de las aguas superficiales, bien por su simple presencia
en el agua, o bien por los cambios que tales compuestos sufren mientras están en dilución o
en suspensión en el agua.
Al mezclar las aguas residuales con las aguas superficiales, se produce un cambio
considerable en las características y calidades físico-químicas y biológicas del agua, lo cual
resulta en un deterioro de su calidad, y en la disminución de su potencial de uso como
fuente de abastecimiento para la población, la agricultura y la industria.
373
Composición y Características de las Aguas Residuales
Si se quiere evitar la aparición del fenómeno anterior, es preciso proceder a modificar las
características físico-químicas y biológicas del agua residual, antes de vertirlas a las aguas
superficiales. Se utiliza para ello un sistema de tratamiento que reduce efectivamente las
concentraciones de las sustancias presentes en el agua residual y disminuye, hasta niveles
aceptables, aquellas características físico-químicas y biológicas que la hacen indeseable como
fuente de abastecimiento.
La decisión sobre cuál sistema de tratamiento debe utilizarse se basa, entre otras
consideraciones, en las características físico-químicas y biológicas que presente el agua
residual a tratar. Es por ello que como etapa preliminar en todo estudio de control de
contaminación de corrientes y de diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales se
realiza una caracterización tanto de la corriente o cuerpo de agua receptor como de las aguas
residuales que en él se van a vertir, tanto en su fracción líquida como en la sólida.
Las aguas residuales contienen en solución una serie de compuestos orgánicos e inorgánicos,
algunos de los cuales pueden sufrir transformaciones en el medio acuático, merced a la
acción bioquímica de microorganismos, o bien por reacciones químicas, mientras que
algunos otros de dichos compuestos orgánicos o inorgánicos se acumulan, pues no están
sujetos a tales transformaciones. Además, se debe reconocer que en el agua pueden
encontrarse algunos compuestos orgánicos o inorgánicos que son tóxicos para la vida
acuática, o inhiben su fisiología.
Un estudio de caracterización de las aguas residuales y de las aguas de la corriente receptora,
deberá incluir, por lo tanto, suficiente información sobre los compuestos orgánicos e
inorgánicos presentes, su biodegradabílidad, su posible transformación por métodos físicoquímicos, y su potencial toxico o inhibidor de la fisiología de los microorganismos.
En términos generales se puede decir entonces que un estudio de caracterización de aguas
residuales debe cumplir con los siguientes objetivos:
1. Proveer toda la información necesaria para la selección y diseño del proceso de
tratamiento.
2. Proveer suficiente información para decidir sobre la inclusión en el diseño de la
planta de un sistema de compensación de flujo.
3. Indicar la necesidad de neutralizar las aguas residuales, antes del proceso de
tratamiento, y la posibilidad de recuperación de materiales.
4. Indicar la necesidad de tratamientos previos para eliminar o contrarrestar los efectos
de aquellas sustancias que sean tóxicas a los microorganismos o interfieran con su
fisiología.
5. Indicar el grado de tratamiento necesario, de acuerdo a normas que regulan la
calidad que deben tener las aguas antes del vertimiento, o de acuerdo a la capacidad
de asimilación de la corriente receptora.
374
Composición y Características de las Aguas Residuales
Consideraciones preliminares
Tal como ya se ha mencionado con anterioridad, las aguas residuales pueden contener en
solución o en suspensión una serie de compuestos orgánicos e inorgánicos, unos degradables
o transformables y otros acumulables. Los hay también que pueden presentar potencial
toxico o inhibir los procesos fisiológicos de los microorganismos.
La cantidad o la concentración de compuestos orgánicos presentes en las aguas generalmente
se cuantifican o miden en términos de la demanda de oxígeno que es necesaria para su
estabilización, o bien en términos de su contenido de carbono. En el primer caso se utilizan
los ensayos de laboratorio para la Demanda Bioquímica de Oxigeno, DBO, la Demanda
Química de Oxígeno, DQO, o la Demanda Total de Oxígeno, DTO. En el segundo caso se
utiliza el ensayo de Carbón Orgánico Total, COT.
En algunos casos, es preciso identificar aun más específicamente los compuestos orgánicos y
caracterizarlos en términos de su estructura como compuestos alifáticos cíclicos y aromáticos,
y aún en términos de los grupos funcionales tales como hidrocarbones, alcoholes, ácidos
grasos, aldehidos, etc. En tales casos, el tipo de industria de la que provienen las aguas
residuales puede indicar en qué términos debe hacerse la caracterización.
La caracterización de los compuestos inorgánicos, debe incluir aquellos ensayos o pruebas de
laboratorio, que provean información sobre el contenido de sustancias que sugieran o
requieran un tratamiento especial preliminar, tales como sólidos en suspensión, sólidos
volátiles, sólidos sedimentables, acidez o alcalinidad, pH, etc. También se debe evaluar la
concentración de compuestos nutrientes, a saber, fosforo y nitrógeno en sus diferentes
estados de oxidación y, por último, se debe evaluar la presencia y concentración de
compuestos o sustancias tóxicas, tales como metales pesados, amoníaco, etc., y de
compuestos inhibidores o que interfieran con el tratamiento, tales como cloruros y sulfatos.
No existen reglas precisas que indiquen, para todos los casos, en que debe consistir la
caracterización de las aguas residuales y cuáles ensayos deben incluirse. En términos
generales se puede decir que dicha caracterización debe satisfacer los objetivos indicados al
comienzo de este artículo, haciendo énfasis en la relación que existe entre las características
del desecho y su posible tratamiento.
Características físicas
375
Composición y Características de las Aguas Residuales
El agua residual es más del 99.9% agua, pero el material remanente tiene efectos muy
importantes sobre la naturaleza de la mezcla. El agua residual doméstica fresca tiene un olor
escasamente jabonoso o aceitoso, es turbia y contiene sólidos reconocibles, a menudo de
tamaño considerable. A medida que envejece, su carácter cambia como resultado de
fenómenos biológicos y químicos. El agua residual/descompuesta tiene un olor pronunciado
de sulfuro de hidrógeno, es gris oscura y contiene sólidos más pequeños aunque en
ocasiones reconocibles.
El cambio de agua fresca a descompuesta requiere entre 2 y 6 horas a una temperatura de
20° centígrados, dicho tiempo depende en primera medida de la concentración de materia
orgánica, la cual varía con el uso de agua por habitante, la infiltración y la cantidad de residuo
industrial que entra al sistema de recolección. La cantidad de residuos domésticos
producidos por persona es relativamente invariable sobre una base de sólidos secos, pero la
cantidad de agua de transporte no lo es.
Determinaciones de sólidos
Los sólidos en el agua residual pueden estar suspendidos o disueltos. Como se anotó antes,
la acción biológica tenderá a disolver algunos de los materiales orgánicos suspendidos a
medida que pasan a través de la alcantarilla. Los sólidos totales incluyen tanto especies
suspendidas como disueltas y se determinan mediante la evaporación, entre 103 y 105°
centígrados, de una muestra de peso o volumen conocido cuyo residuo es pesado. Los
resultados son expresados en miligramos por litro o en porcentajes (1% equivale a un gramo
de sólidos por 100 gramos de agua residual). Si se supone que el peso específico de la mezcla
es 1 (lo que es casi siempre justificable), esto es equivalente a 10 gramos por litro o 10,000
mg/L. En pruebas en un laboratorio único, la desviación normal de las diferencias entre
análisis para sólidos totales sobre muestras duplicadas fue 6 mg/L.
Las determinaciones de sólidos suspendidos y sólidos disueltos requieren filtración i de la
muestra, lo cual se hace a través de un filtro membrana similar a aquellos usados en análisis
bacteriológicos del agua. Si se van a determinar los sólidos suspendidos, el filtro es secado y
pesado previamente; luego, se hace pasar a través de él un volumen medido de muestra y
una vez más pesado dividido por el volumen de la muestra produce la concentración de
sólidos suspendidos. Un volumen medido del filtrado puede ser evaporado hasta la
sequedad y el residuo pesado para determinar la masa de sólidos disueltos. Si cualquiera de
las dos muestra dará la concentración de sólidos disueltos, es medida, la tercera puede ser
calculada como la suma o la diferencia una de las otras. En estudios realizados por dos
analistas que usaron 10 determinaciones, se encontró que la desviación normal de esta
prueba estaba en el rango de 5.2 mg/L a 15 mg/L hasta 13 mg/L a 1707 mg/L.
376
Composición y Características de las Aguas Residuales
Los sólidos volátiles se calcinan a 550°C. Se considera la concentración de sólidos volátiles
totales es una medida aproximada de contenido orgánico, mientras que los sólidos volátiles
suspendidos, en algunos" casos, se consideran una medida de concentración de los sólidos
biológicos tales como bacterias y protozoarios.
Los sólidos volátiles pueden ser medidos para la muestra total (sólidos volátiles totales), para
la fracción suspendida (sólidos volátiles suspendidos) o la filtrada (sólidos volátiles disueltos).
La determinación se hace por calcinación del residuo del total de sólidos ensayados en un
horno tapado. Para determinar sólidos suspendidos volátiles, el filtro se hace de vidrio (el
cual experimentará solamente una insignificante pérdida de peso, la cual es corregida) o de
acetato de celulosa (el cual no dejará ceniza).
La fracción volátil es determinada a partir de la diferencia entre el peso del residuo después
de secado y del resultante después de la calcinación. El residuo después de la calcinación se
denomina solido volátil o ceniza y es una medida aproximada del contenido mineral del agua
residual. La desviación normal de esta determinación fue 11 mg/L a 170 mg/L de sólidos
volátiles totales en estudios llevados a cabo en tres laboratorios sobre cuatro muestras y 10
réplicas.
Las muestras usadas para determinaciones de sólidos en aguas residuales son en general
pequeñas (10 a 100 ml) y. como se anoto antes, es probable que no sean en verdad
representativas del caudal total.
Características químicas
El agua residual contiene tanto químicos inorgánicos como orgánicos. Los constituyentes
inorgánicos están presentes en el agua transportada y se incrementan a causa del uso del
agua. De ordinario, el tratamiento del agua residual no tiene el objetivo de alterar la
concentración de contaminantes inorgánicos, aunque las concentraciones de fósforo y
nitrógeno son algunas veces importantes en procesos de tratamiento biológico. El tratamiento
terciario, que puede ser requerido en algunos casos para mantener la calidad del agua,
remueve contaminantes inorgánicos mediante técnicas similares a aquellas utilizadas en el
tratamiento de agua.
El nitrógeno puede estar presente en el agua residual tanto en forma inorgánica como
orgánica y tanto en estado reducido como en oxidado. En aguas residuales no tratadas está
presente principalmente como amonio o como un constituyente de proteínas (nitrógeno
orgánico). Su concentración es determinada por un proceso de digestión-destilación seguido
por análisis colorimétrico, volumétrico o electroforético. La desviación estándar relativa para
determinaciones de amonio varía de menos de 10 a casi 70%.
377
Composición y Características de las Aguas Residuales
Las determinaciones de nitrógeno orgánico tienen desviaciones estándares relativas que
fluctúan entre 40 a más de 100%.
El fósforo está presente principalmente en agua residual en forma de fosfatos las sales de
ácido fosfórico. Puede estar como compuesto en materia orgánica, de ahí que un paso
preliminar de digestión debe estar precedido por un análisis que utilice una variedad de
técnicas colorimétricas. El método preferido tuvo una desviación estándar relativa de
alrededor de 2 a 4% en ocho laboratorios.
La alcalinidad del agua residual es importante, ya que suministra un amortiguad contra
ácidos producidos por acción bacterial en sistemas anaeróbicos o de nitrificación.
Comoquiera que las aguas residuales se deterioran, su pH tiende a disminuir a causa de la
producción de ácidos orgánicos por metabolismo bacterial. Cuando el agua residual es
tratada o experimenta estabilización natural, estos ácidos son oxidados a dióxido de carbono
y agua y el pH aumenta. Los ácidos orgánicos generados por actividad biológica son ácidos
fuertes, similares en características al ácido carbónico, y pueden producir un evidente
incremento en la alcalinidad. No se puede lograr ninguna conclusión general acerca de la
exactitud de las determinaciones de alcalinidad en aguas residuales a causa de la variabilidad
potencial de sus constituyentes. En muestras que contienen solamente carbonates y
bicarbonatos, se puede esperar una desviación estándar de menos de 10%.
Los constituyentes orgánicos del agua residual pueden ser divididos en carbonates, proteínas
y grasas, pero rara vez se hacen análisis independientes de estos constituyentes. Más bien, la
cantidad total de material orgánico se mide al determinar de la cantidad de algún agente
oxidante que se requiere para convertirlo a CO2, H2O y otros productos finales oxidados.
Las técnicas actuales en uso, que se examinan en detalle a continuación, incluyen la demanda
bioquímica de oxígeno (DBO). La demanda química de oxígeno (DQO), y el carbono
orgánico total (COT). Estos métodos no miden las mismas cosas, por tanto, no son
comparables directamente.
Demanda bioquímica de oxígeno
Las bacterias puestas en contacto con material orgánico lo utilizarán como fuente de
alimento. En esta utilización, el material orgánico eventualmente será oxidado a productos
finales estables tales como CCL y agua. La cantidad de oxígeno usado en este proceso es
denominada demanda bioquímica de oxígeno y es considerada como una medida del
contenido orgánico del residuo. También representa, en algún grado, la cantidad de oxigeno
que se requeriría para estabilizar el residuo en un ambiente natural tal como una corriente o
un lago.
La determinación de DBO ha sido estandarizada1 y mide la cantidad de oxígeno utilizado
por los microorganismos en la estabilización del agua residual durante 5 días a 20°C. Para
378
Composición y Características de las Aguas Residuales
aguas residuales domésticas ordinarias, el valor de 5 días, o DBO5 representa
aproximadamente dos tercios de la demanda que sería ejercida si todo el material oxidable
biológicamente fuera, en realidad, oxidado.
Al realizar la prueba en aguas residuales domésticas, es posible suponer que un inoculo
bacterial conveniente estará presente. Si se van analizar residuos industriales relativamente
limpios, puede ser necesario añadir un inoculo. De ordinario, un inoculo conveniente puede
ser obtenido de un cultivo bacterial tomado de las aguas residuales domésticas para ser
llevado al agua residual a ser examinado.
La solubilidad del oxígeno en el agua es bastante limitada, por con siguiente, casi todas las
mediciones de DBO requieren que la muestra sea diluida. El agua de dilución es
cuidadosamente elaborada y contiene una mezcla de sales que suministran todas las trazas de
nutrientes necesarios para la actividad biológica más un amortiguador de fosfato para
mantener un pH neutral. El agua es aireada para saturarla con oxígeno antes de mezclarla
con la muestra de agua residual.
Demanda química de oxígeno
Si bien la prueba de DBO es la mejor representación disponible de lo que ocurrirá en un
agua natural, requiere un mínimo de 5 días, no siendo así útil en el control de procesos en
plantas de tratamiento de aguas residuales, que tienen tiempos de retención del orden de
horas. La prueba de la DQO involucra una oxidación acida del agua residual por dícromato
de potasio. A un volumen medido de residuo se añade un volumen medido de dícromato
estandarizado, la muestra se acidifica con ácido sulfúrico concentrado y se hierve la mezcla
(mientras está conectada a un condensador de reflujo) durante 2 horas. La muestra se enfría
entonces y se mide el dícromato remanente por titulación con sulfato ferroso amoniacal. En
general, no existe correlación clara entre la DBO y la DQO, pero en plantas específicas
puede ser posible establecer una relación entre los dos valores. Los valores de DQO son
por lo común mayores que los de DBO ya que el agente oxidante fuerte oxidará materiales
que sólo lentamente son biodegradables (si es que lo son). En niveles de DQO de cerca de
200 mg/L, las mediciones en diferentes laboratorios produjeron desviaciones estándares de
10 a 20 mg/L, dependiendo de la técnica usada.
Carbono orgánico total
La prueba de carbono orgánico total involucra la acidificación de la muestra para convertir
todo el carbono inorgánico a CO2 el cual es entonces desalojado. La muestra se inyecta
después dentro de un horno, donde se oxida en presencia de un catalizador. El CO2 que se
ha producido se mide por análisis infrarrojo y se convierte instrumentalmente al contenido
379
Composición y Características de las Aguas Residuales
de carbono orgánico original. La prueba es rápida, exacta y se correlaciona moderadamente
bien con la DBO. Los mayores obstáculos a su uso más extenso son los costos del equipo y
la técnica necesaria en su operación. La precisión de la prueba está limitada en especial por
la dificultad de obtener muestras de residuos que contengan materia particulada. En
muestras claras o muestras filtradas, la precisión fluctúa entre 1 y 2% ó 1 y 2 mg/L. cualquiera
sea mayor.
3. Sustancias orgánicas e inorgánicas
4.
Toda agua residual afecta en alguna manera la calidad del agua de la fuente o cuerpo de agua
receptor. 32.
Sin embargo, se dice que un agua residual causa contaminación solamente cuando
ella introduce
condiciones o características que hacen el agua de la fuente o cuerpo receptor
33.
inaceptable para el uso propuesto de la misma. Así, por ejemplo, no se puede decir que las
aguas de la alcantarilla domiciliar causan contaminación de las aguas del alcantarillado
sanitario municipal. En las tablas 5.3 y 5.4 se presentan, en forma muy breve y generalizada,
los efectos más importantes de los principales agentes de contaminación de las aguas
residuales.
El origen de los desechos líquidos (aguas residuales), es un determinante de las características
de cada uno de ellos como se describió en el apartado anterior, en el cual se definió cada
uno de ellos y como estos influyen en las características de estos.
Así será la cantidad de materia orgánica e inorgánica que contendrá, según su procedencia el
agua residual
Tabla 5.3. Efectos indeseables de las aguas residuales
Contaminante
Materia orgánica biodegradable
Efecto
Desoxigenación del agua, muerte de peces, olores indeseables.
Materia suspendida
Deposición en los lechos de los ríos; si es orgánica se descompone y flota mediante
el empuje de los gases; cubre el fondo e interfiere con la reproducción de los peces o
transforma la cadena alimenticia.
Sustancias corrosivas, cianuros,
metales, fenoles. etc.
Extinción de peces y vida acuática, destrucción de bacterias, interrupción de la
autopurificación.
Microorganismos Patógenos
Sustancias que causan turbiedad,
temperatura, color, olor, etc.
Las A.R.D. pueden transportar organismos patógenos, los residuos de curtiembre
ántrax
El incremento de temperatura afecta los peces; el color, olor y turbiedad hacen
estéticamente inaceptable el agua para uso público
Sustancias o factores que
transforman el equilibrio biológico.
Pueden causar crecimiento excesivo de hongos o plantas acuáticas las cuales alteran
el ecosistema acuática, causan olores, etc.
380
Composición y Características de las Aguas Residuales
Constituyentes Minerales
Incrementan la dureza, limitan los usos industriales sin tratamiento especial,
incrementan el contenido de sólidos disueltos a niveles perjudiciales para los peces o
la vegetación, contribuyen a la eutrofización del agua.
Tabla 5.4. Contaminantes de importancia en aguas residuales
Contaminante
Causa de su importancia
Sólidos Suspendidos
Pueden conducir al desarrollo de depósitos de lodos y condiciones anaerobias cuando se
descargan A.R. crudas en un medio acuático.
Materia Orgánica
Biodegradable
Está compuesta principalmente de proteínas, carbohidratos y grasas. Se mide en términos de
DBO y DQO generalmente. Si no es previamente removida puede producir agotamiento del OD
de la fuente receptora y desarrollo de condiciones sépticas.
Patógenos
Producen enfermedad.
Nutrientes
El C, N y P son nutrientes. Cuando se descargan en las aguas residuales pueden producir
crecimiento de vida acuática indeseable. Cuando se descargan en cantidad excesiva sobre el
suelo pueden producir contaminación del agua subterránea.
Materia Orgánica
Refractaria
Resiste tratamiento convencional. Ejemplos: detergentes, fenoles y pesticidas agrícolas.
Metales Pesados
Provienen de aguas residuales comerciales e industriales y es posible que deban ser removidos
para rehusó del agua.
Sólidos Inorgánicos
Disueltos
Algunos como el calcio, sodio y sulfatas son agregados al suministro doméstico original como
resultado del uso y es posible que deban ser removidos para reuso del agua.
Los compuestos que se pueden encontrar en los desechos líquidos le imparten
características indeseables, abajo se indican algunos componentes, las características que se
imparten y los tipos de industrias que los entregan en sus desechos:
a) Materia orgánica biodegradable necesita oxígeno para la oxidación y procede de
mataderos, curtiembres, centrales azucareras, fabricas de cerveza, destilados,
alimentos enlatados, pastas alimenticias, etc.
381
Composición y Características de las Aguas Residuales
b) Materia en suspensión se deposita en el lecho de ríos, lagos y estuarios; altera el
ecosistema y se origina en fábricas de jabones, aceites, grasas vegetales, cerveza,
destilados, hilados y tejidos, curtiembres y laboratorios de productos farmacéuticos.
c) Compuestos orgánicos que persisten en el ambiente (refractarios) tales como: i)
fenoles, se combinan con el cloro y dan sabor al agua; y ii) orgánicos sintéticos,
resisten la acción biológica, se acumulan en la cadena trófica y proceden a la industria
química, refinerías de petróleo, plantas de coque y productos sintéticos.
d) Sustancias toxicas y metales pesados (cianuros, biocidas, ácidos, álcalis, cobre, cromo,
níquel, zinc, plomo, cadmio, mercurio, etc.) en concentraciones bajas afectan a la
biota y al hombre, se acumulan en el organismo y producen afecciones crónicas
difíciles de reconocer. Provienen de la industria química y farmacéutica en general.
e) Agentes reductores inorgánicos (sulfitos, sulfuros y sales ferrosas), consumen oxígeno
al oxidarse: provienen de la industria de pulpa y papel y residuos de explotaciones
mineras principalmente.
f) Grasas, aceites, combustibles y materia flotante, dan apariencia desagradable al agua,
interfieren la transferencia de oxígeno, se volatizan o depositan sobre las paredes de
los conductos. Se origina en fábricas de grasas, aceites vegetales y jabones, productos
lácteos, lavado de metales y estaciones de servicio automotor principalmente.
g) Nitrógeno y fósforo son nutrientes esenciales al crecimiento de seres vivos. Fertilizan
las aguas y favorecen el crecimiento masivo de algas en lagos. Las fábricas de
fertilizantes, productos alimenticios ricos en proteínas y operaciones pecuarias son los
principales contribuyentes de la industria
h) Color y turbiedad afectan la apariencia estética del agua y puede llegar a interferir
pruebas de laboratorio. Provienen de plantas de pulpa y papel, la industria textil,
productos químicos y farmacéuticos y limpieza de metales.
i) Calor aumenta la temperatura del agua, afecta la biota acuática y se agrega en sistemas
de enfriamiento, plantas termoeléctricas, calderas de vapor y reactores nucleares.
Para comprender mejor el contenido de las sustancias orgánicas e inorgánicas de las aguas
residuales, porque son muy numerosos y de difícil clasificación, los principales
contaminantes, se detallan los compuestos en los siguientes cuadros que se presentan
continuación:
382
Cuadros resumen sobre las principales sustancias orgánicas e inorgánicas
MATERIA ORGÁNICA DEGRADABLE
Efectos en la salud
humana
Fuentes
Distribución
Niveles
Interacciones químicas:
Aguas
residuales
urbanas
(deyecciones humanas y de
animales domésticos, restos de
alimentos, etc.), residuos sólidos
urbanos,
desechos
agrícolas
(estiércol, purín, lisier, residuos de
cosechas), desechos industriales
(industrias agroalimentaria, de la
celulosa y del papel, textil, de la
madera y de la piel, etc.)
Agua dulce y
salada, suelo;
local.
Se expresan en términos
de demanda bioquímica de
oxígeno (DBO) y sus
niveles pueden variar entre
1 mg/litro en aguas
naturales no contaminadas
y 300-500 mg/litro en
aguas
residuales
domésticas.
Mezcla
compleja
de
proteinas,
carbohidratos y lípidos que van
degradándose principalmente por acción
microbiana
(biodegradación)
hasta
moléculas más sencillas (aminoácidos,
monosacáridos, glicerina, ácidos grasos,
bases púricas y pirimídicas) que a su vez
son degradadas hasta finalmente anhidrido
carbónico, agua, amoniaco o en moléculas
orgánicas intermedias.
Están relacionados con
enfermedades
transmitidas por el agua
cuyos
gérmenes
patógenos se encuentran
en
las
aguas
contaminadas
con
materia
orgánica
degradable.
Efectos en el medio
Principal contaminante de las
aguas
continentales
y
marítimas
(litorales).
Cantidades excesivas de
materia orgánica agotan el
oxígeno disuelto en el agua
para su degradación y pueden
contribuir a la eutrofización por
la gran cantidad de nutrientes
que aportan.
Observaciones:
Fuentes
Distribución
NITRATOS Y NITRITOS
Interacciones
Niveles
químicas:
Aplicación
de
fertilizantes agua dulce y salada; local muy variables, en agua los nitratos son reducidos a
nitrogenados; aguas residuales y regional; en los dulce hasta 5 mg/litro de nitritos y éstos reaccionan
urbanas (deyecciones humanas y alimentos
están nitrato y, ocasionalmente, con
compuestos
de animales domésticos, restos de presentes como aditivos hasta 100 mg/litro; las nitrogenados para dar
alimentos, etc.) y de instalaciones (conservas de carne y concentraciones de nitrito nitrosaminas; la flora
ganaderas (estiércol, purín, lisier); embutidos)
o
como son muy inferiores por la microbiana intestinal lleva
procesos
industriales
y constituyentes
reactividad elevada de a
cabo
estas
combustión de combustibles (espinacas, remolacha, este anión.
transformaciones.
fósiles (a partir de los óxidos de zanahorias).
nitrógeno); aditivos alimentarios
(conservación de carne y
derivados).
Observaciones: los nitratos y nitritos son también productos naturales procedentes de la degradación de rocas ígneas y,
formando parte del ciclo biogeoquímico del nitrógeno.
Efectos en la salud humana
las nitrosaminas son cancerígenas pero
se desconoce su papel en el cáncer
humano (cáncer de estómago y otros
cánceres digestivos); los nitritos del agua
y los alimentos se combinan con la
hemoglobina
y
dan
lugar
a
metahemoglobinemia infantil que cursa
con cianosis, dificultad respiratoria,
taquicardia, agitación, somnolencia y
coma que puede ser letal
Efectos en el
medio
los nitratos y nitritos
son nutrientes para los
vegetales
y
en
concentraciones
excesivas dan lugar al
proceso
de
eutrofización de las
aguas
sobre todo, de la descomposición de las biomoléculas nitrogenadas,
Composición y Características de las Aguas Residuales
FOSFATOS
Fuentes
Distribución
Aguas residuales urbanas y de
instalaciones ganaderas; aplicación de
fertilizantes fosfatados; detergentes
(en su formulación se incluyen
polifosfatos como mejoradores).
Agua dulce
salada; local
regional
Interacciones
químicas:
Niveles
y
y
Variables, en
agua
dulce
entre 0,3 y 1
mg/litro.
Efectos en la
salud
humana
En
la
salud
humana: no se
han comprobado.
Efectos en el medio
Concentraciones elevadas de fosfatos son responsables (con
nitratos y nitritos) de la eutrofización de masas de agua: crecimiento
excesivo de plantas acuáticas, agotamiento del oxígeno disuelto,
disminución e incluso desaparición de los peces y deterioro de la
calidad del agua. Los polifosfatos pueden producir gran cantidad de
espuma.
Observaciones: los fosfatos tienen también un origen natural como constituyentes del suelo y de los sedimentos marinos.
Fuentes
Distribución
Niveles
Accidentes del transporte
marítimo y terrestre de
petróleo
crudo,
combustibles y lubricantes
derivados; desechos de
este transporte (limpieza
de tanques y cubas,
derrames
en
las
operaciones de carga y
descarga y en los
depósitos);
refinerías;
extracción de petróleo
(marítima y terrestre).
agua
salada
(zonas costeras)
y dulce, suelo;
local y regional
Muy variables; en
aguas del Rin se
han encontrado
0,5 mg/litro de
hidrocarburos y en
aguas del Mosa
0,3 mg/litro.
PETRÓLEO
Interacciones químicas:
mezcla compleja de hidrocarburos
(alifáticos, alicíclicos, aromáticos),
grasas y aceites, etc.; el peso molecular
varía entre 16 (metano) y más de
20000; forman películas sobre el agua
que impiden los intercambios de
oxígeno
y
la
capacidad
de
autodepuración; estas películas son
dispersadas por acción del viento y el
oleaje interviniendo además otros
factores (evaporación, emulsificación,
disolución, sedimentación); la mayoría
de los componentes del petróleo son
biodegradables
y
pueden
ser
fotooxidados por acción de la luz solar
(con más intensidad en zonas tropicales
y subtropicales); producen sabor
desagradable.
Efectos en la salud humana
Efectos en el medio
Efectos en la salud humana: no se
han observado debidos a la
contaminación ambiental; muchos
componentes del petróleo son
tóxicos, mutágenos y cancerígenos
como se ha demostrado en
exposiciones ocupacionales; la
ingestión de derivados del petróleo
en cantidades de 1 mg/kg de peso
corporal produce irritación digestiva,
depresión del sistema nervioso
central,
taquicardia,
cianosis,
proteinuria, hematuria y daño
hepático; la ingestión de 10 mg/kg de
peso es letal.
concentraciones de 0,1 mcg/g inhiben
la división celular y el crecimiento de
fitoplancton; concentraciones del orden
de 1,0 mcg/g producen una mortalidad
elevada en el fitoplancton y
zooplancton; ictiotoxicidad: muerte por
asfixia de los peces al depositarse el
petróleo en las branquias; mortalidad
elevada en la avifauna acuática: el
recubrimiento de las plumas reduce la
capacidad
de
aislamiento,
la
flotabilidad e impide el vuelo, además
muchas aves confunden masas de
petróleo con alimento y se intoxican;
efectos
narcóticos,
teratógenos,
mutágenos y cancerígenos para
numerosas especies animales de
grupos taxonómicos diversos; los
hidrocarburos
alicíclicos
interfieren
procesos biológicos de organismos
marinos: selección de hábitat, búsqueda de
alimento, comportamiento reproductor.
Observaciones: en las zonas costeras es donde más intensidad adquieren los efectos deletéreos de la contaminación por petróleo; el empleo de detergentes para dispersar el petróleo es más
tóxico que el mismo petróleo, por otra parte los detergentes pueden hacer que el petróleo penetre más profundamente en la arena de las playas.
384
Composición y Características de las Aguas Residuales
FENOLES
Fuentes
Distribución
Interacciones
químicas:
Niveles
Aguas residuales urbanas e industriales Agua dulce y Muy
variables,
se
(actividades industriales diversas: refino del salada; local.
expresan en mg/litro; en
petróleo, petroquímica y carboquímica, fabricación
ocasiones se valoran con
de resinas sintéticas, medicamentos, colorantes,
la
materia
orgánica
explosivos, herbicidas, productos fotográficos,
degradable
(contiene
perfumes, industria de la celulosa y el papel, etc.).
fenoles naturales).
Observaciones: en el agua potable los fenoles no deben sobrepasar los 0,001 mg/litro.
Los
fenoles
son
biodegradados
con
rapidez
incluso
concentraciones de 500
mg/litro.
Efectos en
la salud
humana
Posible.
Efectos en el medio
Efectos en el medio: confieren al agua olor y
sabor desagradables; ictiotoxicidad a partir
de 0,02 mg/litro y en concentraciones
menores tóxicos para la flora microbiana
acuática con reducción de la capacidad de
autodepuración.
DETERGENTES
Fuentes
Distribución
Niveles
Aguas
residuales
urbanas
e
industriales (empleo
de detergentes en
viviendas, comercios
e industrias).
Agua dulce y
salada; local.
Variables, en ríos
contaminados
concentraciones
hasta de 3 mg/litro.
Interacciones químicas:
Efectos
en la
salud
humana
Efectos en el medio
Los detergentes incluyen en su formulación como componentes Toxicidad
Efectos en el medio: toxicidad para
mayoritarios, a los que deben su acción limpiadora, agentes muy
baja microorganismos, algas y peces cuando se
tensioactivos, sulfonatos de alquilo lineales que son para
el superan los 3 mg/litro; inhibición de las
degradados rápidamente por la flora microbiana del agua; hombre.
oxidaciones biológicas y químicas con
también llevan adicionados, entre otras sustancias, perborato
reducción
de
la
capacidad
de
sódico (blanqueante) y polifosfatos (reducen la dureza del
autodepuración del agua y disminución de la
agua) que aumentan el contenido en boro y fosfatos de las
capacidad de reoxigenación; producen sabor
aguas residuales; los detergentes son agentes emulsionantes,
desagradable.
espumantes y humectantes.
Observaciones: los detergentes constituyen un impedimento para la depuración de las aguas residuales (inhiben la sedimentación y la degradación microbiana).
385
Composición y Características de las Aguas Residuales
PESTICIDAS
Fuentes
Distribución
Niveles
Interacciones químicas:
Fabricación y formulación de
pesticidas;
utilización
de
pesticidas en agricultura,
silvicultura,
horticultura,
mantenimiento
de
los
márgenes de carreteras y
líneas
de
ferrocarril,
conservación de la madera,
etc.; los pesticidas llegan a las
aguas
continentales
por
escorrentía superficial y por
infiltración
y
acaban
contaminando las aguas
marítimas,
también
por
aplicación directa en la orilla
de ríos, canales y lagos o en
zonas pantanosas.
Aire, suelo, agua
dulce y salada;
local, regional y
global.
Muy variables; se especifican
en los análisis de cada
pesticida estudiado (cerca de
mil moléculas con las que se
formulan
unos
35000
productos
comerciales
diferentes) en mg/litro; la EPA
(Agencia
de
Protección
Ambiental
de
EE.UU)
considera
contaminantes
prioritarios endrina (insecticida,
fumigante),
lindano
(insecticida),
metoxicloro
(insecticida),
toxafeno
(insecticida, fumigante) y silvex
(herbicida,
regulador
del
crecimiento de las plantas).
los pesticidas organoclorados como
el
DDT
apenas
sufren
transformación y duran décadas en
el ambiente, otros como lindano y
heptacloro tienen una persistencia
similar, en cambio aldrina, dieldrina
y endrina tienen una vida media de
2,5
años;
los
pesticidas
organofosforados
(malatión,
paratión, diazinón, etc.) y los
carbamatos (carbarilo, aldicarb,
etc.)
son
biodegradados
rápidamente en el ambiente;
algunos pesticidas son degradados
en moléculas más tóxicas que las
originales.
Efectos en la salud
humana
los pesticidas son tóxicos para las
especies vegetales y animales
nocivas contra las que se usan y
para otras muchas especies del
medio natural; su empleo modifica
los
ecosistemas
eliminando
especies sensibles que son
sustituidas por otras resistentes;
poblaciones de insectos útiles
como abejas y avispas se han visto
mermadas en muchas zonas; los
pesticidas persistentes como el
DDT y otros organoclorados se
incorporan a las cadenas tróficas
de los ecosistemas acuáticos
donde son bioconcentrados; la
fotosíntesis de las algas puede ser
inhibida
por
determinados
pesticidas (p.ej.- atrazina); las
piretrinas y los piretroides
(pesticidas de origen natural o
semisintético
con
acción
insecticida) son poco tóxicos para
los animales de sangre caliente
pero muy tóxicos para los animales
de sangre fría (peces, crustáceos,
etc.); los peces son muy sensibles
a los pesticidas que les producen
disminución de la reproducción y
toxicidad con mortalidad elevada;
las aves y mamíferos que se
alimentan de peces contaminados
se ven afectados, son conocidos
los efectos del DDT en las aves
como
disminución
de
la
reproducción, debilidad de la
cáscara de los huevos, toxicidad
aguda en los polluelos, etc.
Observaciones: el empleo masivo de pesticidas desde 1940 ha mejorado los rendimientos de la agricultura y aumentado la disponibilidad de alimentos en el mundo; también ha mejorado la salud
386
Efectos en la salud humana:
muchos pesticidas son muy
tóxicos para el hombre pero
en el medio laboral (p.ej.agricultura); no se conocen
bien los efectos de la
exposición crónica a dosis
bajas por la ingestión de
agua
contaminada,
sospechándose
riesgos
cancerígeno,
neurotóxico,
teratógeno, inmunotoxicidad,
disminución de la fertilidad,
etc.
Efectos en el medio
Composición y Características de las Aguas Residuales
pública al combatir con eficacia las enfermedades transmitidas por artrópodos vectores (malaria, tifus exantemático, etc.);pero se han producido efectos colaterales importantes como toxicidad
humana y para la flora y fauna silvestres; una formación profesional apropiada de los agricultores, el control biológico de las plagas y nuevos pesticidas más selectivos e inocuos para el hombre y el
entorno ayudarían a resolver el problema.
BIFENILOS POLICLORADOS (PCB)
Fuentes
Distribución
Niveles
Interacciones químicas:
Industrias de artículos eléctricos
(condensadores, transformadores),
de materiales plásticos, aceites
lubricantes, pinturas, lacas y
barnices, bombas de vacío, prensas
hidráulicas, imprentas, fabricación y
empleo de pesticidas, incineración
de residuos sólidos urbanos e
industriales, efluentes industriales
diversos,
incendios
de
transformadores.
Agua dulce y salada;
local, regional y
global; alimentos muy
variados (pescado,
leche, huevos, etc.) y
leche materna.
Niveles: en el agua del
orden de una parte por
mil
millones;
concentraciones más
elevadas en peces,
aves y mamíferos
marinos
(1,04-124
ppm).
Efectos en la salud
humana
Efectos en el medio
Se conocen 209 PCB caracterizados por Exposiciones laborales a En
animales
de
su insolubilidad en el agua, los
PCB
ocasionan experimentación
son
liposolubilidad, termoestabilidad (hasta cloracné, daño hepático y teratógenos, mutágenos y
800º C) y gran estabilidad; inductores disminución
de
la cancerígenos; tóxicos para las
enzimáticos
a
muy
bajas fertilidad
aves y mamíferos; en las aves
concentraciones; bioconcentración en masculina;efectos
producen hepatotoxicidad con
los
ecosistemas
acuáticos, teratógenos
y mortalidad
elevada,
acumulándose en los tejidos ricos en carcinógenos potenciales. adelgazamiento de la cáscara
grasa (concentraciones: 0,0025 ppm en
de los huevos y perturban los
el fitoplancton, 0,123 ppm en el
hábitos reproductivos.
zooplancton, 4,83 ppm en truchas y 124
ppm en gaviotas).
Observaciones: prohibidos en Canadá y EE.UU desde 1976; uso restringido en muchos países industrializados, reservándose su uso a sistemas cerrados; millares de toneladas se han vertido en
las aguas continentales y marítimas que persistirán varias décadas; comportamiento similar tienen los bifenilos polibromados (PBB).
Fuentes
Distribución
Niveles
Aguas
residuales
urbanas
e
industriales (fabricación de pesticidas
organoclorados, industria papelera,
etc.), aguas de escorrentía de campos
tratados con pesticidas; combustión de
materia
orgánica
(incineradoras
municipales de basura, estufas de leña
o carbón, incendios forestales,
incendios
de
transformadores
eléctricos, centrales térmicas, tráfico
rodado, quema de PVC, etc.).
Aire, agua dulce y
salada,
suelo,
alimentos; las aguas
continentales
y
marítimas
se
contaminan a partir del
aire y del suelo; local,
regional.
Variables pero
siempre del
orden
de
picogramos
por litro.
DIOXINAS
Interacciones
químicas:
Se conocen 75 isómeros
de los que 17 son tóxicos;
son
sustancias
muy
resistentes
a
la
degradación
y
su
permanencia en una zona
puede durar más de seis
décadas.
Observaciones: las dioxinas se relacionan químicamente con los PCB de los que derivan.
387
Efectos en la salud
humana
La especie humana es más
resistente que otras especies
(rata, conejo de Indias); las
dioxinas
son
teratógenas,
mutágenas y cancerígenas y
tienen efectos sobre el sistema
endocrino; se han relacionado
con cloracné, disminución de la
fertilidad masculina, cáncer
testicular,
linfoma
no
hodgkiniano, sarcoma de partes
blandas, etc.
Efectos en el medio
Las dioxinas se incorporan a las cadenas
tróficas y se bioconcentran desde los
productores primarios (fotosintetizadores)
hasta los depredadores, por esta razón
aparecen en los alimentos (pescados,
etc.) y pueden estar presentes en la leche
materna; en animales de experimentación
tienen acción teratógena, mutágena,
cancerígena,
inmunosupresora
y
endocrina (disminución de la fertilidad).
Composición y Características de las Aguas Residuales
Fuentes
Distribución
Niveles
Aguas residuales de la
minería del oro y la plata,
siderometalurgia, refinerías
de petróleo, tratamiento de
superficies metálicas, etc.
Agua dulce y en
menor
medida
salada; local y
regional.
En
las
aguas
naturales
concentraciones por
debajo de 0,01
mg/litro.
CIANUROS
Interacciones químicas:
Los cianuros son sales del ácido
cianhídrico
que
tienen
un
comportamiento similar a los haluros;
en el agua se disocian alcalinizando la
solución y dando ácidos cianhídricos;
bastante estables, se hidrolizan
lentamente hasta carbonato y
amoniaco.
Observaciones: en el agua potable la concentración de cianuros debe ser inferior a 0,05 mg/litro.
Efectos en la salud humana
Efectos en el medio
Muy tóxicos, concentraciones de 5
ppm son letales ocasionando fallo
cardiorrespiratorio y neurológico con
cianosis rosada por inhibición de la
respiración celular al formar los
cianuros complejos con el hierro de los
fermentos respiratorios.
Muy tóxicos para todos los
organismos acuáticos, animales
y vegetales; mortalidad muy
elevada en los peces; toxicidad
para la avifauna acuática y los
mamíferos que beben o se
alimentan
de
peces
contaminados.
Cuadros resumen sobre las principales sustancias orgánicas e inorgánicas (no metales)
ARSÉNICO
Fuentes
Toxicidad
Minería, metalurgia, industria del vidrio, preparación y aplicación de pesticidas Teratógeno, mutágeno, cancerígeno (piel, hígado, pulmón, tubo digestivo, etc.);
arsenicales (insecticidas, fungicidas, herbicidas) empleados en viñedos, conservación manifestaciones generales: astenia, anorexia, depresión, adelgazamiento,
de la madera, esterilización de suelos, baños para ovejas y cabras, etc.
polineuropatía, dermatosis, hepatopatía, cardiopatía, arteriopatía periférica, etc.
Observaciones: el límite para el agua potable es de 0,05 mg/litro; fuentes naturales: suelos, rocas, aguas continentales y marítimas, seres vivos (animales y vegetales); más de
150 minerales contienen arsénico (arsenolita, rejalgar, oropimento, mispickel, cobaltita, arseniuros, etc.).
SELENIO
Fuentes
Toxicidad
Minería, metalurgia, industria electrónica y de material eléctrico, industria La exposición crónica produce alteraciones de la piel, los dientes y el pelo, astenia, depresión,
cerámica y del vidrio, industria química.
irritación de las mucosas, daño hepático y renal, etc.
Observaciones: el selenio es un oilgoelemento indispensable para el hombre y numerosas especies animales y vegetales (algunas plantas lo concentran); límite para el agua
potable 0,01 mg/litro.
Fuente: Autor
388
Composición y Características de las Aguas Residuales
Cuadros resumen sobre las principales sustancias orgánicas e inorgánicas (metales)
BARIO
Fuentes
Toxicidad
Metalurgia, industria del motor, cerámica y vidrio, industria química (jabones, insecticidas, rodenticidas, contrastes
radiológicos, etc.).
Observaciones: límite para el agua potable 0,1 mg/litro.
Debilidad muscular, hipertensión arterial, arritmias
cardiacas, etc.
CADMIO
Fuentes
Toxicidad
Minería del zinc y otros metales, recubrimientos metálicos, fabricación de pinturas y pigmentos,
industria electrónica y de material eléctrico, plásticos y fertilizantes, humo del tabaco.
Observaciones: límite para el agua potable 0,005 mg/litro.
Daño pulmonar, renal e hipertensión arterial, osteoarticular, neurológico,
etc.; teratógeno y carcinógeno potencial (próstata, pulmón).
CROMO
Fuentes
Toxicidad
Minería del cromo, metalurgia, industria química (colorantes, pigmentos, pesticidas, explosivos, Toxicidad: cáustico para la piel y las mucosas, daño cutáneo, pulmonar,
fertilizantes, detergentes, etc.), recubrimientos metálicos, curtido de pieles, fotograbado, teñido de renal, hemático, hepático y cardiovascular; carcinógeno (pulmón).
telas, etc.
Observaciones: los compuestos de cromo hexavalente son más tóxicos; oligoelemento indispensable para la homeostasis de la glucosa; límite para el agua potable 0,05 mg/litro.
PLOMO
Fuentes
Toxicidad
Metalurgia, soldadura, industria de material eléctrico, industria química (pinturas, Saturnismo con neurotoxicidad (encefalopatía, neuropatía periférica), anemia, daño renal
pigmentos, insecticidas, reactivos químicos, etc.), industria cerámica y del vidrio, (nefropatía, hipertensión arterial), dolor abdominal (cólico saturnino), alteraciones óseas,
antidetonante en gasolinas, tuberías.
etc.; toxicidad para los gametos y el embrión.
Observaciones: presencia en el medio natural creciente desde 1750 (aire, aguas continentales y marítimas, suelo, plantas y animales); minerales ricos en plomo: galena,
cerusita, anglesita; límite para el agua potable 0,05 mg/litro.
PLATA
Fuentes
Toxicidad
Industria electrónica y de material eléctrico, material científico, médico y odontológico, fotografía, joyería, cubertería, purificadores de
agua, esterilizadores, etc.
Observaciones: límite para el agua potable 0,01 mg/litro.
Decoloración grisácea de la piel y las
mucosas.
389
Composición y Características de las Aguas Residuales
MERCURIO
Fuentes
Toxicidad
Minería y metalurgia, industria de material eléctrico, fabricación de termómetros y espejos, pasta de papel y papel, fotografía, Teratógeno, neurotóxico (encefalopatía,
instrumentos científicos, quemado de combustibles fósiles, industria química (pesticidas, pigmentos, pinturas, explosivos, polineuropatía), alteraciones de la piel y la
medicamentos, sosa cáustica, cloro, catalizadores, etc.), ingestión de alimentos contaminados (pescado, marisco), práctica mucosa bucal, nefrotoxicidad.
odontológica (amalgamas).
Observaciones: límite para el agua potable 0,001 mg/litro; las fuentes naturales son importantes: vulcanismo, desgasificación de la corteza terrestre, erosión hídrica; el mercurio
elemental es biotransformado en metilmercurio (muy tóxico) que se incorpora a las cadenas tróficas de los ecosistemas acuáticos apareciendo en peces, moluscos y crustáceos.
Cuadros resumen sobre las principales sustancias orgánicas e inorgánicas (organismos patógenos)
ORGANISMOS PATÓGENOS
Fuentes
Distribución
Niveles
Interacciones químicas:
Efectos en la salud humana
Deyecciones humanas y de
animales domésticos y
salvajes; aguas residuales
urbanas y de explotaciones
agropecuarias;
aguas
naturales continentales y
marítimas contaminadas.
Distribución: agua
dulce y salada,
aire y suelo; local.
No
se
aplican.
Gran variedad de virus, bacterias,
protozoos y helmintos obtienen nutrientes
de la materia orgánica de origen biológico
presente en el agua; algunos organismos
patógenos parasitan organismos acuáticos
(gasterópodos, crustáceos, etc.), otras
veces el agua es asiento de larvas de
artrópodos vectores.
Enfermedades infecciosas y parasitarias de transmisión
hídrica (problema grave de salud pública sobre todo en
países en vías de desarrollo) como gastroenteritis (p.ej.Salmonella spp., Escherichia coli, Vibrio parahaemolyticus,
rotavirus, agente de Norwalk), disentería (Shigella spp.,
Balantidium coli, Entamoeba histolytica), fiebre tifoidea
(Salmonella typhi), hapatitis (virus de la hepatitis A, etc.),
poliomielitis (poliovirus), cólera (V. Cholerae), helmintiasis
diversas, etc.; destacan por otra parte las parasitosis
ligadas al agua como el paludismo (larvas acuáticas de los
mosquitos transmisores del gén. Anopheles), enfermedad
del sueño (larvas acuáticas de la mosca tsé-tsé),
esquistosomiasis (gasterópodos acuáticos liberan las larvas
de gusanos del gen. Schistosoma que atraviesan la piel de
los seres humanos), oncocercosis (larvas acuáticas de los
mosquitos del gén. Simulium que transmiten las filarias
causantes).
Observaciones:
390
Efectos en el
medio
Pueden
causar
enfermedades en
los
animales
domésticos
y
salvajes.
Composición y Características de las Aguas Residuales
CALOR
Fuentes
Agua de refrigeración de
centrales
térmicas
convencionales
y
nucleares, aguas de
refrigeración de procesos
industriales diversos.
Distribución
Agua; local.
Niveles
Interacciones químicas:
Las
aguas
de
refrigeración pueden
alcanzar
una
temperatura de hasta
12 ºC superior a la
del agua receptora.
El aumento de la temperatura del agua
acelera las reacciones químicas y
bioquímicas, disminuye el oxígeno
disuelto, aumenta la velocidad de
volatilización de numerosos poluantes,
su hidrosolubilidad y absorción por los
organismos acuáticos.
Efectos en la
salud humana
Directos no se han
comprobado;
indirectamente por la
proliferación
de
algunos organismos
patógenos.
Efectos en el medio
Aumento de la actividad metabólica de los organismos
acuáticos pero cuando se alcanza el nivel térmico
tolerado por muchas especies éstas desaparecen
(p.ej.- desaparición de salmónidos); aumento inicial de
la degradación de la materia orgánica; disminución del
oxígeno disuelto, menor capacidad de autodepuración
y modificación del reparto de especies (p.ej.- aumento
de los ciprínidos, proliferación de amebas patógenas).
Observaciones: la contaminación térmica de las centrales nucleares es un 50 por 100 más elevada que la de centrales térmicas convencionales.
Fuente: Autor.
Etas son algunas de las sustancias más comunes que se encuentran en la composición de las guas residuales de una ciudad urbanizada
completamente la que incluye todas las industrias.
391
4. Parámetros del estado de los líquidos residuales
5.
5.
Todos los organismos que se encuentran en el agua residual son importantes en el momento
de establecer el control de la calidad de la misma sin considerar si tienen su medio natural o
34.a poblaciones transitorias introducidas por el ser humano; si su crecimiento lo
pertenecen
35. los nutrientes presentes en el escurrimiento natural y en aguas residuales
propician
municipales o lo frenan los venenos procedentes de la actividad agrícola o industrial; y si
tienen capacidad para intoxicar a las personas y a los animales superiores.
Habitualmente los estudios están basados en un número de organismos significativos y
cuantitativamente determinables, en los cambios de las condiciones de su existencia y sus
efectos, y en la identificación sistemática y enumeración estadística de las poblaciones.
Se debe conocer la forma de los patógenos hídricos y determinar su presencia y origen, la
magnitud y oscilación de su número, el curso de su ciclo vital y el índice de su supervivencia.
A efectos prácticos, el interés se centra en la presencia e importancia de organismos sustitutos
como indicadores de la posible presencia de patógenos y sobre la necesidad de adoptar
medidas efectivas para la destrucción o control de estos.
Por otro lado hay también muchos organismos que sirven como índice de calidad del estado
de un agua.
Los parámetros biológicos en las aguas potables son de mucho interés. La normativa recoge
una serie de análisis microbiológicos según se efectúe sobre las aguas un análisis mínimo,
coliformes totales y fecales; uno normal, los anteriores más estos, bacterias aerobias a 37 °C,
estreptococos fecales, clostridios sulfito-reductores; o completo, los anteriores más aerobios a
22 ° C, microorganismos parásitos y/o patógenos.
Para completar el análisis microbiológico de aguas potables se hacen también los análisis que
indiquen la presencia de salmonellas, estafilococos patógenos, bacteriófagos fecales y
enterovirus. Además el agua no deberá contener algas ni organismos parásitos.
Los parámetros biológicos se usan como índices de calidad de aguas. Hay muchos seres vivos
que se emplean como indicadores de la calidad de un agua. Así, según predominen unos
organismos u otros, podremos saber el estado de un agua. Además sabemos que, en el caso de
un vertido, el contaminante se diluye en el agua y, a veces, se hace difícil su detección, pero el
efecto causado al ecosistema perdura durante más tiempo. Entre estos organismos podemos
citar a macroinvertebrados o a ciertas especies de algas, diatomeas.
Dentro de los parámetros de los líquidos residuales se encuentran orgánicos e inorgánicos, y
estos a su vez se subdividen entre ellos.
Composición y Características de las Aguas Residuales
PARÁMETROS ORGÁNICOS
Los parámetros o indicadores orgánicos de mayor utilización e importancia en la
caracterización de las aguas residuales son definidos en términos de la demanda de oxígeno
que exhibe la muestra, o en términos de la concentración de carbón orgánico. A continuación
se presenta una breve descripción de los principales parámetros, DBO, DQO, DTO y COT,
así como de las interrelaciones que existen entre ellos.
A. Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO
Esta prueba o ensayo de laboratorio es uno de los que mayor significado tiene, dentro de todo
el paquete rutinario mediante el cual se caracterizan las aguas residuales. A la Demanda
Bioquímica de Oxígeno se la define como la cantidad de oxígeno necesaria , para que una
población de microbiana heterogénea estabilice la materia orgánica biodegradable presente en
la muestra de aguas residuales.
La estabilización de la materia orgánica es el resultado del proceso de utilización de dicha
materia por parte de los microorganismos, los cuales la requieren para derivar de ella la
energía necesaria para sus procesos vivientes, y para sintetizar más masa celular. En tal
actividad, el oxígeno es necesario para lograr que el carbono y el nitrógeno alcancen sus
estados de mayor oxidación. La DBO representa, por lo tanto, una medida indirecta de la
concentración de materia orgánica e inorgánica degradable o transformable biológicamente.
Los procedimientos para efectuar el ensayo de laboratorio mediante el cual se determina la
Demanda Bioquímica de Oxígeno están descritos en los "Métodos normales para el análisis de
aguas y de aguas residuales" publicado por el AWWA y el APHA.
La DBO, sin embargo, está sujeta a muchas variables y restricciones, especialmente cuando se
trata de caracterizar aguas residuales industriales. A continuación se presentan algunas
consideraciones generales sobre dichas variables y restricciones.
1. Tiempo de incubación
El tiempo necesario para la estabilización completa de la materia orgánica presente en las
aguas residuales depende por lo general de la naturaleza del desecho, aunque frecuentemente
se considera que al cabo de 20 días ya se ha logrado una muy buena oxidación. Este ensayo de
laboratorio se le denomina Demanda Bioquímica de Oxígeno Ultima, DBO o DBO20. La
prueba o ensayo normal, sin embargo, se realiza midiendo la cantidad de oxígeno consumido,
o sea la demanda satisfecha, al cabo de cinco días, y se reporta como DBO5.
La importancia del tiempo de incubación de la botella de DBO como variable a incorporar en
el reporte de los resultados, se desprende de la ecuación matemática básica, mediante la cual
393
Composición y Características de las Aguas Residuales
se describe el proceso de satisfacción de la Demanda Bioquímica de Oxígeno. Esta ecuación
puede expresarse de la siguiente manera:
En donde:
S = concentración de materia orgánica reactante
K1 = coeficiente de reacción en base e
La anterior ecuación, luego de su integración y evaluación entre los tiempos 0 y t, arroja el
siguiente resultado:
En donde:
So = concentración inicial de materia orgánica, o demanda última de oxígeno
St = concentración de materia orgánica remanente al cabo del tiempo t, o demanda de oxígeno
aun sin satisfacer
K1 = coeficiente de reacción en base e.
Por consiguiente, la demanda de oxígeno satisfecha al cabo del tiempo t, viene dada por la
siguiente expresión:
En donde:
Y = DBO satisfecha en el tiempo t
Sí sustituimos las ecuaciones nos resulta, luego de reagrupar términos que:
La cual es la ecuación básica para definir la tasa de reacción de la DBO, si se acepta que la
reacción es una reacción de primer orden.
El mecanismo de oxidación más comúnmente aceptado indica que la reacción bioquímica
procede en dos etapas. En la primera, que puede tener una duración que varía entre 12 y 60
horas, los microorganismos presentan una alta tasa de crecimiento debido a la asimilación de
materia orgánica. La segunda etapa procede más lentamente y en ella los microorganismos
utilizan y oxidan la materia orgánica asimilada y se autooxidan.
Hasta el presente, no se ha desarrollado un modelo matemático basado sobre consideraciones
teóricas, y por lo tanto la mayoría de los ingenieros e investigadores continúan usando la
ecuación de reacciones de primer orden, para describir la tasa de reacción de la DBO. En la
figura 1 se muestra gráficamente estas reacciones.
394
Composición y Características de las Aguas Residuales
2. Nitrificación
Las ecuaciones anteriormente descritas se refieren al consumo de oxígeno en la oxidación de
la fracción carbonácea de la muestra de aguas residuales. Generalmente se considera que el
ensayo de la DBO sólo mide dicha fracción carbonácea de la muestra. Sin embargo, en el
proceso bioquímico que ocurre en la botella de DBO, donde se incuba la muestra, también
puede tener lugar la oxidación del material nitrogenado, con lo cual también se contribuye a
ejercer una Demanda Bioquímica de Oxígeno. Estas reacciones de oxidación pueden
representarse de la siguiente forma:
Las anteriores reacciones de oxidación están caracterizadas por una baja tasa de reacción, es
decir, la reacción procede muy lentamente. • Cuando se la compara con la velocidad a la cual
se oxida el material carbonáceo, se podrá constatar que la tasa de reacción de la oxidación del
material carbonáceo es mucho mayor que la de la reacción de oxidación del material
nitrogenado. Aunque ambas reacciones pueden ocurrir simultáneamente, la nitrificación sólo
se inicia cuando se ha satisfecho parcialmente la demanda de oxígeno de la fracción
carbonácea.
Oxigeno Utilizado O2
Las anteriores reacciones pueden representarse por la siguiente ecuación matemática:
Oxigeno Utilizado después del tiempo t, equivalente (So –St)
Tiempo (a)
395
S - DBO Remanente
Composición y Características de las Aguas Residuales
Materia Orgánica Oxidada
Materia Orgánica Remanente
Log S
Tiempo (b)
Un Ciclo Logaritmico
Tiempo (C)
Figura 5.1 Curvas generales de la DBO
Donde
Y = DBO total al cabo del tiempo t
So
= DBO última ejercida por la fracci6n carbonácea, en mg/l.
Som = DBO ultima ejercida por la fracción nitrogenada, en mg/l.
t = tiempo de incubación transcurrido
K1 = tasa de reacción para la demanda carbonácea
K2 = tasa de reacción para la demanda nitrogenada
En la figura 5.2 se tiene una representación gráfica de estas reacciones,
396
Composición y Características de las Aguas Residuales
Figura 5.2. Tiempo de Incubación (día)
Si se quiere determinar únicamente la Demanda Bioquímica de Oxígeno ejercida por la
fracción carbonácea de las muestras de aguas residuales se puede seguir uno de dos
procedimientos. El primero consiste en adicionar a la muestra unos reactivos que cumplen la
función de inhibir el proceso de nitrificación, de tal manera que sólo se satisfaga la DBO
ejercida por la fracción carbonácea. El segundo procedimiento consiste en permitir que tenga
lugar la nitrificación y reatar a la demanda total ejercida el valor correspondiente a la
nitrificación.
Sin embargo, es preciso afirmar que salvo circunstancias especiales, debe admitirse la
demanda de oxígeno ejercida por el material nitrogenado, puesto que la nitrificación por lo
general, siempre se presenta particularmente cuando las aguas residuales ya han recibido algún
tratamiento biológico. Por lo tanto, es una buena práctica incluirla en el cálculo total de
oxígeno que se demanda, pues así va a ocurrir en la corriente de agua receptora de la descarga
de aguas residuales.
3. Factores ambientales
Algunos factores ambientales, especialmente la temperatura y el pH, pueden afectar los
resultados de la DBO. El procedimiento de laboratorio especifica que el ensayo debe
397
Composición y Características de las Aguas Residuales
realizarse a una temperatura de 20 "C. Sin embargo, en muchas ocasiones no es posible
satisfacer esta exigencia, pues las condiciones reales del laboratorio o de campo no lo
permiten, y por consiguiente se usan otras temperaturas de incubación. En tal caso, es
necesario corregir el valor de la DBO obtenido en el laboratorio, mediante el uso de un factor
de corrección 6, que tiene en cuenta el efecto de la temperatura sobre la constante de reacción
K:
El valor de θ para la fracción carbonácea de la DBO tiene los siguientes valores:
θ = 1.135 para T entre 4 y 20°C
θ= 1.056 para T entre 20 y 30°C
El valor del pH de la muestra debe ajustarse a 7.2, si el valor original del pH está fuera del
rango 6.5 - 8.3, pues se pueden obtener valores erráticos tal como se muestra en la figura 5.3.
Figura 5.3 Efecto del pH en los resultados DBO
4. Aclimatación de la semilla
El factor de error más comúnmente responsable por resultados erróneos en la prueba de
DBO se debe al uso de "semilla biológica" no aclimatada o adaptada a las aguas residuales cuya
398
Composición y Características de las Aguas Residuales
DBO se quiere determinar. Este fenómeno tiene una mayor ocurrencia cuando se trata de
aguas residuales industriales. Por consiguiente, se aconseja como una práctica sana, aclimatar
el cultivo que se va a usar como "semilla" a cada agua residual cuya DBO se va a determinar.
Para ello, se alimentan aguas residuales a la semilla microbiana inicial, contenida en reactores
o tanques especiales (obtenida de instalaciones para tratamiento de aguas similares, si es
posible), aumentando gradualmente la concentración de aguas residuales hasta que se tenga la
concentración de máximo valor, al cabo de un cierto tiempo. El tiempo necesario para reducir
la dilución a cero depende de la concentración orgánica inicial y de otras características. Una
vez que se somete a tratamiento a las aguas residuales sin dilución se debe continuar aireando
la muestra hasta que la remoción de materia orgánica alcance su máximo nivel.
El tiempo necesario para obtener la aclimatación, depende del carácter del desecho y de la
naturaleza de la semilla. Para aguas residuales domésticas o mezclas de estas con aguas
residuales industriales se puede obtener la aclimatación o adaptación en menos de una
semana. Si las aguas residuales industriales contienen concentraciones altas de compuestos
orgánicos complejos, puede ser necesario un periodo de varias semanas,
5. Toxicidad
Algunos materiales o compuestos tóxicos presentes en la muestra de aguas residuales pueden
interferir significativamente con los resultados de la DBO, al tener un efecto biotoxico o
bacteriostático sobre los microorganismos que componen la "semilla biológica". Este efecto
generalmente se pone en evidencia por variaciones en los valores de la DBO, la cual aumenta
al aumentar la dilución de la muestra. Lo anterior es un índice de presencia de materias
tóxicas y, por lo tanto, será necesario predeterminar el valor de dilución por encima del cual,
los resultados de la DBO son consistentes. Si la toxicidad es debida a la presencia de metales
tóxicos, su efecto puede eliminarse por quelación.
B. Demanda Química de Oxígeno. DQO
La Demanda Química de Oxígeno, DQO es un ensayo de laboratorio que mide el equivalente
de oxígeno de la fracción de materia orgánica presente en la muestra, que es susceptible de
oxidación, en medio ácido, por parte del dicromato o del permanganato. Este es un ensayo
que se ha utilizado como parámetro para caracterizar el contenido de materia orgánica de las
aguas residuales desde hace unos treinta años.
A pesar de ello, aún persisten problemas de interpretación de los valores de la DQO debido a
la multitud de variables que pueden afectar el valor de la DQO de una muestra dada de aguas
residuales.
399
Composición y Características de las Aguas Residuales
Generalmente se debe esperar que el valor de la Demanda Bioquímica de Oxígeno Ultima,
DBO se aproxime al valor de la DQO. Sin embargo, algunos factores determinan que lo
anterior no suceda así, especialmente en el caso de las aguas residuales industriales. Entre tales
factores podemos mencionar:
a) Muchos compuestos orgánicos que son oxidables químicamente por el dícromato, no
son oxidables bioquímicamente.
b) Algunos compuestos inorgánicos tales como los sulfuros, sulfitos, tiosul-fatos, vitritos y
hierro ferroso son susceptibles a la oxidación por el bicromato, elevando así el valor de
la DQO, lo cual conduce a error cuando sólo se desea determinar la DQO debida al
contenido de materia orgánica de la muestra de aguas residuales.
c) Los resultados de la DBO, como se acaba de ver pueden estar afectados por el uso de
semilla biológica sin aclimatar adecuadamente, lo cual conduce a valores bajos de la
DBO. La prueba de la DQO es independiente de dicha variable. Este fenómeno es
más común en el caso de aguas residuales industriales.
d) Los cloruros interfieren con el ensayo de la DQO, y se debe prever esta interferencia,
ya que se pueden presentar valores altos de la DQO debidos a la oxidación de los
cloruros por el dícromato, como se aprecia en la siguiente reacción:
Los "Métodos normales para el examen de aguas y aguas residuales" recomiendan el uso de
sulfato de mercurio,
para eliminar esta interferencia. Se recomienda el uso de una
adición de 10 veces una cantidad de
, por cada cantidad de Cl~presente. La adición del
sulfato de mercurio elimina la posibilidad de que los cloruros se combinen con la plata
,
que es un catalizador esencial para la oxidación de los alcoholes y ácidos grasos alifáticos:
Existe otro método para corregir los errores en el valor de la DQO debidos a la presencia de
cloruros. Este método consiste en obtener una correlación gráfica entre la DQO y la
concentración de cloruros, utilizando una muestra estándar cuyo valor de la DQO sea
conocida, y a la cual se le va incrementando la concentración de cloruros para hacer
posteriormente la lectura de la DQO.
400
Composición y Características de las Aguas Residuales
C. Carbono Orgánico Total, COT
Este ensayo para determinar la concentración de materia orgánica presente en una muestra de
aguas residuales se viene utilizando desde hace ya bastante tiempo. S.in embargo, los métodos
de laboratorio utilizados hasta recientemente requieren una cantidad de tiempo muy
considerable en el proceso de combustión, por lo cual su uso no es muy frecuente. Este
ensayo involucra la oxidación de la materia orgánica mediante un proceso de combustión,
hasta que se obtenga dióxido de carbono y agua. El CO2 liberado se atrapa en una solución
caustica normalizada, y por titulación se mide la cantidad atrapada y de allí se obtiene el valor
del COT
Recientemente se desarrolló un instrumento de laboratorio mediante el cual se puede
determinar el COT en un tiempo muy rápido y de una manera bastante simplificada. Por
consiguiente, este método ha ganado popularidad entre los investigadores, ingenieros y
operadores de plantas de tratamiento de aguas residuales, y el COT como parámetro
indicador del grado de contaminación de una corriente de agua, o de las aguas residuales, o
del afluente de una planta de tratamiento, se está utilizando cada vez mas. Lo anterior
adquiere un mayor sentido si se tiene en cuenta que la determinación del COT está libre de
muchas de las variables, restricciones e interferencias que afectan las pruebas de DBO y de
DQO, con lo cual los resultados son más reproducibles y por lo tanto más confiables.
El instrumento analizador de carbono conlleva básicamente la oxidación completa de una
muestra, mediante el uso de un tubo de combustión. Un gas inerte transporta el CO2 y el
vapor resultante a un condensador, donde se elimina el vapor. El CO2 pasa posteriormente a
un analizador de luz infrarroja sensibilizado para detección de dióxido de carbono. Como la
cantidad de CO2 es proporcional a la concentración inicial de carbono en la muestra, la
respuesta del aparato puede compararse con una curva de calibración y determinarse en esa
forma el Carbono Orgánico Total, COT.
El Carbono Orgánico Total, COT, puede determinarse bien sea acidulando y purgando la
muestra, eliminando así de ella todo el carbono inorgánico antes de efectuar el análisis, o bien,
proveyendo el aparato analizador de doble tubo de combustión, uno para determinar el
carbono total y otro de combustión a baja temperatura para determinar el carbono inorgánico.
La diferencia entre estos dos valores, se toma como el Cargo Orgánico Total,- COT.
La concentración de carbono orgánico total de unas aguas residuales es una medida de un
grado de contaminación y estos valores pueden correlacionarse con la DQO y ocasionalmente
con la DBO. Con el tiempo que toma una determinación de COT, empleando el analizador
401
Composición y Características de las Aguas Residuales
de carbono es de sólo unos minutos, es evidente la eficacia de emplear este parámetro,
especialmente cuando se pueden establecer correlaciones de COT - DBO o COT - DQO.
D. Demanda Total de Oxígeno, DTO
Las pruebas de laboratorio utilizadas para caracterizar el contenido de materia orgánica de una
muestra de aguas residuales tienen todas como objetivo último indicar al ingeniero o
investigador, cual es el consumo potencial o la demanda potencial de oxígeno que dichas aguas
ejercerán sobre el cuerpo de agua receptor. De hecho todos los análisis se traducen en
términos de tal demanda, bien directamente o bien mediante correlaciones con parámetros
que evalúen dicha demanda.
En época reciente se ha desarrollado otro instrumento de laboratorio, mediante el cual se
puede determinar rápidamente la Demanda Total de Oxígeno, DTO, de una muestra de
aguas residuales, o de un efluente de una planta de tratamiento. La determinación se obtiene
por la medición de la concentración de oxígeno presente en una corriente de nitrógeno, N2, el
cual es el gas transportador.
El nitrógeno fluye a través de una cámara de combustión, catalizada con platino, en donde los
componentes oxidables de la nuestra son convertidos a óxidos estables. El oxígeno que se
encuentra en el gas transportador genera una superficie catalizadora, la cual temporalmente
altera el equilibrio de oxígeno del catalizador. Esta disminución se mide en una celda
electrolítica detectora y se relaciona directamente con la demanda de oxígeno de la muestra.
La Demanda Total de Oxígeno, DTO, de una sustancia tal como se determina en este
analizador, incluye sustancias orgánicas e inorgánicas, con diversas eficiencias de reacción. Las
reaccionas químicas que aparentemente tienen lugar en el instrumento son las siguientes:
1. El carbono se convierte en CO2
2. El hidrogeno se convierte en agua.
3. El nitrógeno con valencia - 3, se convierte a óxido nítrico.
4. El ion sulfito, se convierte parcialmente en sulfato.
5. El ion sulfuro, se convierte parcialmente en sulfato.
Las eficiencias de las reacciones de oxidación para los distintos elementos e iones arriba
mencionados, se presentan en la tabla 5.5.
El valor de la demanda de oxígeno de los compuestos orgánicos, tal como es determinado
mediante el analizador de DTO, se aproxima mucho más a la demanda teórica de oxígeno,
que el valor obtenido a partir de los métodos químicos.
402
Composición y Características de las Aguas Residuales
Tanto la Demanda Química de Oxígeno, como la Demanda Total de Oxígeno, miden la
concentración de contaminantes orgánicos e inorgánicos oxidables presentes en una muestra
de aguas residuales. Por lo tanto, cabe esperarse que entre dichos valores exista una muy
buena correlación. De la misma manera, es más lógico esperar una mejor correlación entre la
DBO y la DTO que entre la DBO y el COT, puesto que en el primer caso se comparan
demandas de oxígeno, mientras que en el segundo se trata de correlacionar demanda de
oxígeno con carbono oxido.
Tabla. 5.5 Eficiencia de las reacciones de oxidación de algunos elementos e iones en el
analizador de oxigeno
REACCIÓN
ESTADO DE OXIDACIÓN
MÁS ESTABLE
EFICIENCIA DE LA
REACCIÓN
95 - 100 %
95 - 100 %
aprox. 95%
aprox. 78%
aprox. 72%
Algunos de los aniones comúnmente presentes en las aguas residuales, tales como cloruros,
carbonatos, sulfatos y fosfatos no interfieren con los resultados de la DTO. Sin embargo, se
ha encontrado que los nitratos y los ácidos pueden alterar los resultados, pues pueden aportar
oxígeno a la corriente de gas transportador.
E. Correlaciones entre los distintos parámetros orgánicos
Anteriormente se ha indicado que pueden establecerse correlaciones entre los distintos
parámetros o indicadores, utilizados para caracterizar el grado de combinación orgánica que
presentan las aguas residuales. Hasta el momento se ha presentado una discusión somera de
los distintos parámetros. A continuación se presentan algunas consideraciones sobre las
correlaciones que se pueden establecer. En el caso de aguas residuales provenientes de las
actividades industriales, es absolutamente necesario establecer estas correlaciones, pues los
rendimientos de las pruebas de DBO y DQO varían con el tipo de compuestos que estén
presentes en la muestra.
403
Composición y Características de las Aguas Residuales
Correlaciones entre la DBO y la DQO
La correlación entre la Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO, y la Demanda Química de
Oxígeno, DQO, se puede obtener fácilmente para la mayoría de las aguas residuales. De la
correlación que con frecuencia se encuentra, se puede inferir que una fracción de materia
orgánica presente en el efluente de una planta de tratamiento que puede ser oxidada por el
dícromato, y por lo tanto medida por la DQO, no es oxidada bioquímicamente, bien sea por
no ser biodegradable, o bien por ser resistente a la oxidación bioquímica y por lo tanto, no es
medible por la DBO. Lo anterior se puede observar claramente en la figura 5.4
Figura 5.4 Relación entre DBO y la DQO
En la literatura se han reportado los valores de la DBO ejercida por muchos compuestos
orgánicos puros, que son de común presencia en las aguas residuales industriales (15). En la
tabla 2, se presentan algunos valores de la DBO la DQO y su comparación con la demanda
teórica de oxígeno, para algunos compuestos alifáticos, hidrocarburos aromáticos y
compuestos nitrogenados (3). Los rendimientos de cada prueba, en términos de la cantidad de
demanda de oxígeno que cada una mide pueden obtenerse de dicha tabla.
404
Composición y Características de las Aguas Residuales
Correlaciones entre la DBO, la DQO y el COT
Cuando se quiere obtener una correlación entre la DBO o la DQO 3|Al COT, especialmente
en el caso de aguas residuales industriales, se deben tener cuenta algunas consideraciones
especiales, que pueden afectar dichas correlaciones:
En el ensayo de la DQO de algunas aguas residuales industriales puede quedar
incluida la demanda de oxígeno ejercida por algunos compuestos inorgánicos, que
son susceptibles a oxidación por dícromato. Tal es el caso del ion ferroso, los sulfitos,
sulfuros y compuestos de nitrógeno. El ensayo del COT no incluye la demanda de
oxígeno ejercida por tales compuestos.
Los ensayos de la DBO y de la DQO no incluyen la demanda de oxígeno ejercida
por algunos compuestos orgánicos que son resistentes, total o parcialmente, a la
oxidación bioquímica o a la oxidación por dícromato. Sin embargo, el ensayo del
COT sí incluye todo el carbono orgánico de dichos compuestos.
El ensayo de la DBO puede verse afectado por algunas variables tales, como la
temperatura, pH, dilución, compuestos tóxicos, y aclimatación de la semilla biológica.
Los ensayos de la DQO y del COT son independientes de tales variables.
Teóricamente se debería esperar que la relación estequiometria entre la DQO y el COT se
aproximara a la relación molecular entre el Oxígeno y el Carbono
Sin embargo,
en la práctica se encuentra que dicha relación varía entre cero y 5.33 debido a la resistencia a
la oxidación por dícromato que presentan algunos compuestos orgánicos. Dicha relación
puede aun ser mayor de 5.33 cuando en la muestra de aguas residuales hay agentes reductores
inorgánicos.
La relación DQO/COT de aguas residuales industriales está sujeta a muchas variables,
incluyendo las mencionadas anteriormente y por lo tanto la relación no sigue ningún patrón en
particular.
En la práctica se puede encontrar que entre mayor sea la variedad en los componentes de las
aguas residuales industriales, mayores serán las variaciones en la correlación entre la DQO y el
COT. Por consiguiente, una medición del valor de la relación DQO/COT, y un análisis de las
variaciones de dicha relación,
405
Composición y Características de las Aguas Residuales
Tabla 5.6 Evaluación del rendimiento de la DQO y de la DBO con relación a la demanda
teórica para algunos compuestos orgánicos
DO TEÓRICA
(mg/mg)
GRUPO QUÍMICO:
ALIFATICOS
Metanol
Etanol
Etylén glicol
Isopropanol
Acido Maleico
Acetona
Metil etil cetona
Acetato de etilo
Acido Oxálico
AROMÁTICOS
Tolueno
Benzaldehido
Acido Benzoico Hydroquinona
O-Cresol
NITROGENADOS
Monoetanolamia
Acrylonitril
Anilina
REFRACTARIOS
Butanol Terciarlo
Dietylen glycol
Pyridina
DQO
MEDIDO
(mg/mg)
1.5
1.05
2.08
2.11
1.26
1.21
2.39
2.12
0.83
0.80
2.2
2.07
2.44
2.20
1.82
1.54
0.18
0.18
Promedio del grupo
3.13
2.42
1.96
1.89
2.52
1.41
1.98
1.95
1.83
2.38
%
DBO3
MEDIDA
(mg/mg)
%
70
100
96
89
96
94
90
85
100
91
1.12
1.58
0.36
0.16
0.64
0.81
1.81
1.24
0.16
75
76
29
7
77
37
74
68
89
56
45
80
100
100
95
0.86
1.62
1.45
1.00
1.75
28
67
74
53
70
Promedio del grupo
84
2.49
1.27
3.17
1.39
2.34
3.18
Promedio del grupo
51
44
74
28
0.83
1.42
34
0
44
26
2.18
1.06
0.05
Promedio del grupo
84
70
2
0
0.15
0.06
0
10
2
2.59
1.51
3.13
406
52
58
4
Composición y Características de las Aguas Residuales
Tabla 5.7 Relaciones teórico y experimentales entre la DQO y el COT
DQO/COT
DQO/COT
SUBSTANCIA: (CALCULADA) (MEDIDA)
Acetona
3.56
2.44
Etanol
4.00
3.35
Fenol
3.12
2.96
Benzeno
3.34
0.84
Piridina
3.33
Nada
Acido Salicílico
2.86
2.83
Metanol
4.00
3.89
Acido Benzoico
2.86
2.90
Sucrosa
2.67
2.44
Son una herramienta auxiliar muy útil para predecir cuál es la carga orgánica con la que se
debe diseñar la planta de tratamiento biológico. En la tabla 4 se presentan algunos valores de
la DBO, la DQO y el COT para las aguas residuales provenientes de algunas industrias
reportadas por Davis L. Ford en algunos reportes no publicados.
Es bastante difícil establecer una correlación entre la DBO y el COT para el caso de aguas
residuales industriales. Sin embargo, sí se han podido obtener algunos valores para el caso de
aguas residuales domésticas. Este hecho tiene su explicación razonable si se tiene en cuenta las
variaciones en la composición de las aguas residuales industriales, mientras que las domésticas
no sufren muchas variaciones en su composición. Se han reportado valores de la relación
DBO/COT que fluctúan entre 1.35 y 2.62 para aguas residuales domésticas sin tratamiento.
Al calcular dicha correlación debe tenerse en cuenta que la DBO ejerce aproximadamente un
90% de la demanda teórica de oxígeno, mientras que la DB05 es aproximadamente un 77% de
la DBO. En la tabla 5.9 se presentan algunos valores de la DBO, la DQO y el COT para
aguas residuales domésticas. En dicha tabla se puede apreciar que las variaciones en las
relaciones DBO/COT y DQO/COT no son tan pronunciadas como en el caso de las aguas
residuales industriales.
407
Composición y Características de las Aguas Residuales
En resumen, puede decirse que tanto el COT como la DTO son mediciones válidas de
contaminación y que ambas, en muchos casos, pueden correlacionarse con la DQO. Este
hecho es extremadamente útil, debido a lo corto del tiempo necesario para su determinación,
cuando se emplean los instrumentos analizadores. Es menos posible qué los valores de la
DBO puedan correlacionarse con la DTO, la DQO o el COT, a menos que los componentes
de las aguas residuales sean relativamente constantes. El uso en conjunto de estos parámetros
en términos de DBO, DQO, DTO o COT, puede ser muy útil para evaluar la naturaleza
orgánica de un agua residual desconocida. Las relaciones de los parámetros mencionados
anteriormente en términos de precisión (porcentaje de la demanda teórica de oxígeno o
concentración de carbono).
3. Otros parámetros orgánicos
Como consideración final es preciso afirmar que existen otros parámetros diferentes de la
DBO, la DQO, la DTO y el COT para medir los componentes orgánicos de las aguas
residuales. Entre ellos, vale la pena destacar los ensayos de contenido de aceites, grasas,
fenoles y otros compuestos orgánicos que contienen grupos funcionales potencialmente
tóxicos. En el caso de aguas residuales provenientes de refinerías y de industrias químicas y
petroquímicas es necesario caracterizar las aguas residuales, indicando su contenido de aceites
y fenoles, para poder seleccionar adecuadamente los procesos de tratamiento y de
pretratamiento cuando sea necesario.
Tabla 5.8 Valores de la DBO, la DQO y el COT para algunas aguas residuales industriales
DQO
(mg/l)
COT
(mg/l)
Químico *
4,260
t640
6.65
Químico *
Químico *
Químico
Químico
2,440
2,690
576 *
41,300
'370
420
1'22
9.500
6.60
6.40
4.72
4.35
580
160.
3.62
900
580
450
5,800
3.32
3.28
3.12
3.02
TIPO DE DESECHO:
DBO
(mg/f)
24,000.
Refinería química
DBO/COT
2.53
DQO/COT
Petroquímica
Química
Química
Química
850
700
8,000
3,340
1,900
1,400
17,500
Química
60,700
78,000
26,000
3.00
Química
Química
Química
62,000
143,000
165,000
15,000
48,140
58,000
5,500
2.96
2.84
2.72
5,700
408
1.47
1.55
1.38
1.76
Composición y Características de las Aguas Residuales
Polímero nylon
23,400
8,800
Petroquímica
2.70
2.70
Poltfnero nylon
Procesado olefinas
Procesado Butadieno
Química
Hule sintético
112,600 44,000
321
133
359
156
350,000 160,000
192
110
2.50
2.40
2.30
2.19
1.75
*Alta concentración de sulfuros y tiosulfatos
PARÁMETROS INORGÁNICOS
Al caracterizar una muestra de aguas residuales es preciso incorporar entre la serie de ensayos
de laboratorio a realizar algunos ensayos para determinar compuestos inorgánicos. En la
discusión anterior se indica la necesidad de conocer el contenido de algunos compuestos
inorgánicos presentes en la muestra, pues su presencia puede distorsionar los resultados. A
continuación se presenta una breve discusión de los parámetros inorgánicos más importantes.
A.
Acidez
Un parámetro importante a considerar en un análisis de aguas residuales es el que mide la
acidez de la muestra, o sea su capacidad para ceder protones. Por lo general, es deseable que
el agua residual a tratar tenga un pH cercano a 7.0, para que el tratamiento biológico sea
efectivo. En muchos casos, las autoridades encargadas de controlar la contaminación de
corrientes exigen que el pH de las aguas residuales que se van a descargar a una corriente este
dentro de ciertos límites estrictos.
La acidez atribuible a las fracciones no ionizadas de ácidos débilmente ionizables a la hidrólisis
de sales y a la acidez mineral libre. Esta última es quizás la más importante, y a veces dificulta
el cálculo de los requerimientos de compuestos para la neutralización, especialmente si en las
aguas residuales están presentes varias formas de acidez mineral libre. En algunos casos los
sistemas microbianos pueden reducir la acidez al oxidar bioquímicamente los ácidos grasos,
B.
Alcalinidad
En el mismo sentido general que la acidez, la alcalinidad es una prueba necesaria al
caracterizar unas aguas residuales. La alcalinidad es una medida de la habilidad del agua para
aceptar electrones, y por lo tanto es producida por bases débilmente ionizables y por bases
fuertes. Es necesario evaluar su valor, pues, aunque el proceso de oxidación biológica
contribuye a amortiguar el sistema al producir dióxido de carbono como producto final, en
algunos casos se requiere neutralización para que el proceso biológico opere bien. Se ha
estimado que por cada kg de DBO removida se neutralizan 0.5 kg de alcalinidad (6).
C.
Sólidos disueltos
409
Composición y Características de las Aguas Residuales
Los sólidos disueltos pueden causar un efecto perjudicial a los sistemas de tratamiento
biológico de aguas residuales. Se estima que la concentración máxima permisible de sólidos
disuelta es de 16,000 mg/l Esto se puede apreciar en la figura 5.6. Los cloruros en
concentraciones que oscilan entre 8,000 y 15,000 mg/l (como Cl) también afectan al sistema
de tratamiento biológico, pues no solo contribuyen a reducir las tasas de remoción de la DBO,
sino que también disminuyen la tasa de sedimentación de los lodos.
Figura 5.6 Efecto de concentración de sales en reacciones biológicas
D. Sulfuros y Nitrógeno Amoniacal
Los sulfuros se encuentran presentes en muchas aguas residuales, bien sea en forma de mezcla
(según el pH) o bien como compuestos orgánicos sulfonados, o como sulfuros
metálicos. El efecto perjudicial de los sulfuros a los sistemas microbianos se comienza a
percibir cuando las concentraciones son mayores de 100 mg/l (como S).
En el caso de lagunas de estabilización es preciso tener en cuenta que concentraciones aún tan
bajas como 7-10 mg/l afectan las poblaciones de algas
410
Composición y Características de las Aguas Residuales
METALES PESADOS
La influencia que los metales pesados pueden ejercer sobre el proceso de tratamiento
biológico de aguas residuales ha sido bastante estudiada. Es así como se han determinado los
umbrales de toxicidad para el Ca. Zn. Cd y para otros elementos más y su valor es cerca a 1.0
mg/l. Sin embargo, en la literatura científica se reporta que no se han presentado efectos
nocivos para los sistemas biológicos de tratamiento aún a concentraciones mayores.
En los "Métodos normales" se presentan los procedimientos de laboratorio para determinar
estos metales pesados. Sin embargo, es preciso mencionar que en la actualidad existen
instrumentos de laboratorio, tales como el espectrofotómetro de absorción atómica, con los
cuales se puede medir más fácilmente la concentración de metales pesados presentes en las
aguas residuales.
Finalmente, en la tabla 6 se presenta un resumen de los límites de tolerancia de los procesos
de tratamiento biológico, con relación a algunos parámetros y variables de operación, y se
sugiere el tratamiento previo que deben recibir las aguas residuales antes del tratamiento
biológico.
CARACTERIZACIÓN DE LA FRACCIÓN SOLIDA DE LAS AGUAS RESIDUALES
Poco esfuerzo se ha hecho por establecer una definición clara de la forma como deben
caracterizarse los lodos producidos en un sistema de trata -miento biológico, o la fracción
sólida de una muestra de aguas residuales. Este hecho contrasta con el trabajo realizado en
definir y normalizar los parámetros orgánicos e inorgánicos con los cuales se caracteriza la
fracción líquida de las aguas residuales o el efluente de una planta de tratamiento.
El anterior fenómeno adquiere mayor relevancia cuando se desea obtener información para el
diseño de un sistema o proceso de disposición de-lodos para una planta de tratamiento
cualquiera. A continuación se intenta sistematizar la información disponible, con la esperanza
de que pueda contribuir a normalizar la manera como se reporta la información relacionada
con la caracterización de la fracción sólida de las aguas residuales y de los lodos producidos en
el tratamiento biológico.
411
Composición y Características de las Aguas Residuales
Tabla 5.9 Requerimientos para tratamiento primario o para pretratamiento
CONSTITUYENTE
CONCENTRACIÓN
TRATAMIENTO
Sólidos Suspendidos (S.S)
> 125 mg/l.
Enlagunamiento, sedimentación
flotación
Aceite o g rasas
> 50 mg/l
Tanque desnatador o separador
Metales pesados
< 1.10 mg/l
Precipitación química o intercambio
iónico
Alcalinidad
0.5 Kg. alcalinidad, cono CaC03 , Neutralización de la alcalinidad
por kg de DBO removida
excesiva
Acidez
Acidez mineral libre
Neutralización
Variación en la carga orgánica > 4:1
basado en composición
de 4 horas).
Compensación de flujo u homogenización
Sulfuros
> 100 mg/l
Precipitación o separación
Cloruros
> 8,000-15,000 mg/l
Dilución, deionización
Fenoles
> 70-160 mg/l
Separación, proveer mezcla completa
Amoníaco
> 1,600 mg/l
Dilución, ajuste pH y aeración
Sales disueltas
> 16,000 mg/l
Dilución, intercambio iónico
A. Sólidos
La definición más aceptada de "sólidos" es aquella que los caracteriza como la materia residual
remanente después de evaporar y secar la muestra a 103 -105"C. Todo el material que ejerce
una presión de vapor significativa a dicha temperatura se pierde durante el proceso de
evaporación y secado. El residuo, o material solido remanente, representa aquella fracción del
material presente en la muestra que tiene una presión de vapor muy baja a dicha temperatura.
Debido a la gran variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos presentes en una muestra de
aguas, los ensayos de laboratorio son todos empíricos y simples de realizar. En todos los
casos se usan métodos gravimétricos para determinar los sólidos, con la excepción del ensayo
para medir sólidos sedimentables. El mayor problema en las pruebas para determinar los
"sólidos" de una muestra de agua se presenta cuando se quiere obtener información sobre las
varias clases de sólidos presentes, tales como sólidos disueltos, fijos, volátiles, suspendidos,
sedimentables, etc.
En los Métodos Normales se encuentra la descripción de todos los ensayos de "sólidos" que se
le pueden realizar a una muestra de agua o de aguas residuales.
412
Composición y Características de las Aguas Residuales
En este último caso los ensayos más importantes son los sólidos totales, sólidos volátiles,
sólidos disueltos y sólidos sedimentables.
B. Lodos, características generales
A continuación se presenta alguna información importante sobre las principales características
físicas y químicas de algunos lodos provenientes de tratamientos biológicos de aguas residuales
domésticas e industriales. También se incluye una breve descripción y discusión sobre el
significado y sobre las limitaciones de cada uno de los parámetros considerados. En la tabla
5.10 se presentan las principales características de los lodos de acuerdo a su proveniencia.
1. Características de sedimentación de los lodos
La sedimentabilidad de un lodo debe definirse en el contexto de condiciones bajo las cuales se
determina su tasa de sedimentación. Por ejemplo, la tasa de sedimentación de los sólidos
suspendidos en el afluente a la planta de tratamiento está gobernado por la concentración de
sólidos, la viscosidad del líquido, la temperatura, el tamaño y forma del tanque de
sedimentación, la naturaleza física y química del material en suspensión y por la adición o no
de sustancias coagulantes. Las tasas de sedimentación de estos sólidos en aquellas zonas del
tanque de sedimentación donde la concentración ha aumentado, se ven aún afectadas por
variables adicionales, especialmente si los sólidos son de naturaleza biológica.
La tasa de sedimentación de sólidos o lodos provenientes de un tratamiento biológico, tal
como lodos activados, depende también del tipo de flora.
Tabla 5.10 Características principales de los lodos
ORIGEN
DEL LODO
Sólidos
suspendidos
en el afluente
(lodos
primarios)
Lodos de
tratamientos
químicos
Exceso de
lodos
biol5gicos
Sólidos
suspendidos
en el efluente
FUNCIÓN DEL PROCESO UNITARIO
Colección y concentración del material
suspendido.
Coagulación, precipitación y concentración de
las partículas.
CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES
Concentración de sólidos sedimentables
Constituyentes inorgánicos
Constituyentes orgánicos Peso específico, sedimentabilidad
Facilidad para espesado
1. Todos los mencionados anteriormente
2. Efectos de cambios de pH
3. Efecto de las sustancias químicas del tratamiento,
sobre los procesos o usos subsecuentes del agua.
1. Parte de materiales inertes
2. Facilidad de digestión de la parte orgánica
Concentración, digestión, desecado, Secado al
3. Valor calorífico por unidad de peso de lodo
calor y combustión
4. Sedimentabilidad
5. Facilidad para espesado
1. Concentración de sólidos sedimentables ,
2. Actividad biológica en térmicas de demanda de oxígeno
3. Composición del lodo efluente, en términos de nutrientes,
tanto orgánico como inorgánico.
4. Análisis microscópico
413
Composición y Características de las Aguas Residuales
Predominante, la cual a su vez está relacionada con la carga orgánica aplicada al sistema, la
naturaleza de las aguas residuales que se están tratando y con otros factores (8). Este parámetro
tiene otras limitaciones, entre las cuales se cuentan:
- Efecto de la profundidad inicial de los lodos sobre la velocidad de sedimentación.
- Mecanismo y velocidad de agitación y efecto de las paletas de arrastre de lodos.
- Efecto del diámetro de los cilindros graduados de laboratorio cuando se mide en ellos
la tasa de sedimentación.
- Falta de reproducibilidad de los datos cuando la tasa se mide en los cilindros de
laboratorio.
- Agua atrapada al interior del floc biológico en el caso de los lodos provenientes del
tratamiento por lodos activados afecta la tasa de sedimentación pues reduce el peso
específico de los sólidos.
A pesar de las limitaciones anteriormente expuestas, las cuales indican que la tasa de
sedimentación de un lodo representa una caracterización pobre de él, este parámetro tiene
bastante utilidad como indicador de lo que puede suceder en los tanques de sedimentación
primaria o secundaria, si se tienen en cuenta las variables que afectan al parámetro. En algunos
valores que describen las características de sedimentabilidad de los lodos provenientes de
tratamiento por lodos activados.
2. Resistencia específica del lodo
La resistencia específica de los lodos es un parámetro utilizado para caracterizar la filtrabilidad
de los lodos. Se define como la resistencia de un peso unitario de pasta de lodos, por unidad
de área, a una presión dada. se encuentran algunos valores reportados para diversos lodos.
3. Valor calorífico de los lodos
El valor calorífico de los lodos es un parámetro importante, y en combinación con su
contenido de humedad y contenido volátil, constituye un factor para el diseño de los
incineradores de lodos. Actualmente no se conoce una lista adecuada de los valores
caloríficos de los lodos. Se presenta una relación parcial en la tabla 10. Es importante notar
que al emplear polímeros orgánicos para acondicionar el lodo, en lugar de usar cloruro férrico
y cal, puede aumentarse el poder calorífico del lodo en 1500 a 4000 BTU/lb de sólidos secos.
El contenido de cenizas en el horno de incineración también se reducirá en un 5 a 20%. Si se
conoce la composición química del lodo puede utilizarse la fórmula de Dulong para estimar el
poder calorífico del lodo:
414
Composición y Características de las Aguas Residuales
Donde:
Q= BTU/lb
C = % carbono
H = % hidrógeno
O = % oxígeno
4. Composición química de los lodos
Se ha reportado muchos análisis químicos de lodos y los valores reportados son útiles por
muchas razones. Hay una gran variación en el valor fertilizante de los lodos de aguas
domésticas y de aguas residuales industriales. Un análisis químico puede establecer el nivel de
utilización del lodo para este fin. La concentración de nitrógeno, de ácido fosfórico y el
contenido de potasio de.los lodos, así como su contenido orgánico, son indicadores de su
valor fertilizante. Adicionalmente, el grado de digestión al cual ha sido sometido el lodo es
también factor importante, ya que la digestión, reduce el nitrógeno del lodo y la materia
orgánica digerible y con esto, su valor fertilizante.
Una investigación más completa ha reportado algunos valores sobre la composición de los
lodos de diversas aguas residuales. partículas del agua residual contiene más DQO y más
nitrógeno orgánico que la porción soluble y se manifiesta así el potencial de contaminación de
los lodos. Una clasificación más específica de la fracción sólida El material orgánico
recuperado al usar las técnicas analíticas prescritas es de aproximadamente un 80% de la
concentración de sólidos volátiles para aguas residuales domesticas.
Existen menos publicaciones relacionados con el contenido de materia inorgánica de los lodos
secos. Los componentes inorgánicos son controlados en primer término por las características
del agua de abastecimiento, por la naturaleza de las descargas industriales y por la ganancia de
contaminantes por parte del lodo durante el tratamiento, ya sea por adsorción o por
intercambio iónico. Los componentes inorgánicos reportados para lodos activados y para
lodos digeridos.
Una forma más útil y explícita para describir el contenido orgánico de un lodo puede ser en
términos de kilogramos del DBO, DQO, COT o DTO por kilogramo de lodo seco. Estos
valores pueden determinarse al analizar tanto la muestra total homogeneizada como el líquido
filtrado. Se puede atribuir la diferencia de los valores a la contribución de los sólidos o del
lodo.
5. Caracterización biológica de los lodos
La caracterización biológica de los lodos provenientes del tratamiento de aguas residuales
domésticas o industriales se constituyen en un parámetro importante para considerar sus
posibilidades de tratamiento o su efecto contaminante potencial. Se ha propuesto diversos
415
Composición y Características de las Aguas Residuales
parámetros para evaluar la fracción biológica presente en una muestra de lodos. Entre ellos
cabe destajarse la concentración de DBO del lodo, la concentración de ácido.
Desoxirribonucleico, ADN, el recuento de colonias y la tasa de consumo de oxígeno
expresada por unidad de concentración de los sólidos suspendidos volátiles. Los tres primeros
ensayos mencionados tienen algunas limitaciones debidas a su complejidad y a su falta de
especificidad.
La determinación de la tasa da consumo de oxígeno por unidad de concentración de sólidos
suspendidos volátiles es un mejor indicador (mg/l) de 02 utilizado/unidad de tiempo/mg/l. de
SSV), aunque debido a que los lodos presentan tasas muy bajas de consumo de oxígeno, lo
cual puede afectar la precisión del parámetro. Una manera quizás más práctica de caracterizar
biológicamente a los lodos puede ser la medición de su actividad enzima tica, por unidad de
peso de los sólidos suspendidos volátiles. Algunos autores han presentado resultados
satisfactorios al medir la actividad biológica del lodo mediante el uso de cloruro de trifenil
Tetrazolio, CTT, el cual mide la actividad de la enzima dehidrogesa presente en los
microorganismos.
5. Autodepuración de las aguas residuales
Parámetros del estado de los líquidos residuales
Proceso
6. de auto depuración de las aguas residuales
El problema
36. de las aguas residuales urbanas domésticas lo constituye el hecho de que el
efluente va a desembocar, en la mayoría de los casos a los cauces de los ríos o a las quebradas
37.
como componentes de las cuencas hidrográficas. Esto provoca una alteración en los
equilibrios físico-químicos y biológicos al agua.
Este efluente puede proceder de plantas de depuración o de aguas no tratadas. Si el agua
vertida ha sido previamente tratada o depurada, el impacto que producirá será menor respecto
a una procedencia bruta. La situación se complica aún más cuando el caudal de los ríos sirve
de fuentes básicas para múltiples usos.
La dinámica de contaminación que se desarrolla en los ríos a partir de los vertidos explica
Hernández (1994), da inicio con una reducción de la capacidad de reaireación de las aguas,
acompañado de una degradación estética, debido a las sustancias flotantes sin condición de
mezclarse.
416
Composición y Características de las Aguas Residuales
Las sustancias sedimentabas que se acumulan, dependiendo de las condiciones físicas e
hidráulicas del río., adyacente del puesto del vertido, originan acumulaciones considerables en
el fondo de materia orgánica, con facilidad de descomposición, generando una demanda de
oxígeno del agua y llevando a condiciones anaerobias en el fondo y una degradación general
del habitat en dichas zonas.
Las sustancias de forma coloidal, disueltas o de densidad similar a la del agua tienen gran
capacidad de trasladarse a gran distancia aguas abajo del punto del vertido. Entre sus efectos
destacan el consumo de oxígeno del agua del río, la toxicidad para las especies que en él
habitan, la transmisión de enfermedades y el paso de compuestos y elementos no degradables,
bioacumulables.
Asimismo son peligrosos los contenidos elevados de metales pesados y organoclorados
presentes en dichas aguas, en caso de consumo humano de éstas, aunado a que pueden inhibir
el proceso de auto depuración de los cauces receptores.
Si las aguas residuales urbanas están contaminadas, entonces debemos relacionarlo
directamente con la calidad del agua, para lo cual, se debe recurrir a las características físicas,
químicas y biológicas que ésta debe mostrar, y que se explicaron en apartados anteriores.
En este sentido, es necesario definir el concepto de autodepuración, el cual es explicado por
Metcalf-Eddy como " un proceso controlado por el oxigeno de tal forma que la capacidad auto
depuradora de las aguas residuales se mide por el balance de oxigeno disuelto." Según Poch
(1990) la " autodepuración es la suma de los procesos que tienden a retornar las aguas
contaminadas a su estado natural"
En este proceso de autodepuración natural intervienen factores físicos, químicos y biológicos
como se explico anteriormente. El rol principal lo llevan los microorganismos vivos (bacterias,
algas, protozoos, hongos e insectos) que emplean la materia orgánica en su proceso
metabólico, transformándola en materia viva, o logrando flocularla, permitiendo así su
sedimentación posterior en el caso de alcanzar densidad suficiente. De este modo garantizan la
permanencia de la vida y sustentan los ciclos esenciales del nitrógeno y carbono. Este
metabolismo estará limitado por la temperatura y la presión.
Según Poch (1990), la presencia de ecosistemas es fundamental para producirse la
autodepuración. El sistema trófico es capaz de transformar los contaminantes biodegradables,
siempre que se mantengan las condiciones de concentración de oxígeno y dilución
conveniente.
Conocer la autodepuración de los ríos es una tarea esencial, ésta a su vez, depende de los
caudales de ¡as corrientes, de la fuente de vertido, de los afluentes, de las depuraciones previas
417
Composición y Características de las Aguas Residuales
que se realicen a los vertidos y de ríos distintos usos asignados a los tramos establecidos en el
río y de la influencia de los factores geográficos
La autodepuración de las aguas residuales depende de varios factores como se mencionó
anteriormente, sin embargo, la acción se va desarrollando por varias vías:
Los elementos flotantes o productos tensoactivos que van quedando retenidos por las
plantas y el propio terreno de las orillas. Acción de limpieza que se ve favorecida por
los remansos.
Los elementos pesados, dependiendo de su densidad y de la corriente del agua, van
quedando depositados en el fondo del cauce, pero a medida que el río discurre sus
aguas van quedando libre de sus partículas sedimentabas.
Los componentes ácidos y bases de los vertidos, en la homogeneización producida en
el río se neutralizan.
Los microorganismos existentes en las aguas o incorporados en los vertidos trabajan
con la materia orgánica.
Por otro lado el proceso de los microorganismos se puede llevar a cabo en un ambiente
aerobio o anaerobio.
a. Proceso aerobio
La capacidad aerobia depende directamente del aporte de oxigeno, este es dado, por la
fotosíntesis de las plantas, la interface entre la lámina de agua y la atmósfera Donde la
temperatura constituye un factor determinante.
b. Proceso anaerobio20
El otro proceso que se puede generar es el anaerobio. Es un proceso biológico en el que se
produce metano como resultado de la actividad metabólica de tres grupos de
microorganismos, quienes son capaces de recuperar la energía almacenada en el sustrato en
forma de biogás (CH4 CCb) con un rendimiento teórico superior al 93%. Por tanto, elimina la
sustancia orgánica y degrada los sólidos en suspensión y los que se encuentran en forma
coloidal.
Bioquímicamente el proceso se lleva a cabo en tres etapas metabólicas básicas a saber:
20
Estos procesos se explican con más detalle el capitulo 6, Tratamiento de las aguas residuales.
418
Composición y Características de las Aguas Residuales
La hidrólisis, donde los microorganismos hidrolíticos catabolizan las moléculas
orgánicas complejas (carbohidratos, proteínas, lípidos) y latransfomación en sus
correspondientes subunidades.
La acetogenesis, participan los microorganismos denominados acidogémcos, estos
catabolizan los diversos ácidos orgánicos, alcoholes y compuestos aromáticos,
producidos por la bacterias hidrolíticas y los transforman en ácidos
e hidrógeno.
La metanogénesis, intervienes los microorganismos metanogénicos, éstos producen
metano por catabolismo bien del acetato, del dióxido de carbono e hidrógeno
Respecto a la degradación de los sólidos en suspensión y coloides, se considera que los
microorganismos anaerobios por medio de la actividad de las bacterias hidrolíticas, tienen un
gran potencial para hidrolizar los sólidos orgánicos en suspensión y emulsión mediante su
transformación en moléculas solubles, anhídrido carbónico e hidrógeno.
MODELO DE AUTODEPURACION
Según el problema concreto de calidad abordado, el modelo que se diseñe y aplique puede
ser químico, (oxígeno disuelto, demanda bioquímica de oxígeno, nitrógeno, metales),
ecológico (flora, fauna), y térmico (difusión térmica del agua)
El propósito del modelo de autodepuración se fundamenta en determinar el contenido de
oxígeno disuelto real mediante su evolución en las aguas residuales. Con esto se busca conocer
los valores mínimos exigibles y de esta manera mantenerlos por encima de éstos según la
utilización asignada.
Por la complejidad que representa por sí mismo el sistema fluvial, aunado a la cantidad de
contaminantes vertidos sobre los ríos y quebradas o cuerpos de agua, el proceso de
autodepuración depende de las interacciones que se desarrollen. Van a intervenir diferentes
parámetros en relación directa con las características de las aguas, así como los factores
climáticos locales. Esto conllevará a marcar escenarios específicos de trabajo.
Las características homogéneas entre sí, se debe considerar el caudal circulante asimilable a
régimen permanentes, los vertidos constantes.
En este sentido, interesa en forma concreta el desarrollo del modelo de oxigeno disuelto.
1. Modelo de Oxígeno disuelto (OD)
-
Antecedentes
419
Composición y Características de las Aguas Residuales
A nivel de investigación, el modelo fue trabajado por Streeter y Phelp en el año de 1925.
Describió la respuesta natural a los vertidos de materia biodegradable y el consumo de
oxígeno di suelto en el agua
Se caracteriza por ser de índole matemático, utilizando ecuaciones algebraicas.
Constituye el modelo que más se ha aplicado en los estudios de calidad de agua, gracias a los
resultados que proporciona Se le considera un modelo unidimensional, simple, que tiene un
bajo requerimiento de datos del río, donde la calidad del agua se describe con base en dos
parámetros el Oxigeno disuelto y demanda biológica de oxígeno.
Donde:
z = Distancia
v (z) = Velocidad del flujo del rio
DBO = Demanda bioquímica de oxígeno mg/l
OD = Oxígeno disuelto mg/l
T = Temperatura
r (DBO. OD, T) = Cinética del proceso
El modelo acepta que la DBO desaparece por un proceso de biodegradación y, según una
cinética de primer orden, el OD presenta una cinética de desaparición de primer orden
respecto de la DBO, que coincide con la desaparición de la DBO y de primer orden respecto
al déficit de OD, obteniéndose las ecuaciones siguientes:
-
Para la autodepuración de la materia biodegradable:
-
Para el oxígeno disuelto, expresado como déficit de oxigeno.
Donde:
ODsat = Oxígeno disuelto de saturación mg/l
Sin embargo, el planteamiento original ha tenido modificaciones, resultado de las múltiples
aplicaciones realizadas por diferentes investigadores, ios cuales han encontrado que el modelo
420
Composición y Características de las Aguas Residuales
presentaba limitaciones debido a las simplificaciones realizadas. Las ecuaciones iníciales
utilizadas por Streeter y Phelps han sido modificadas con el propósito de describir mejor las
cinéticas de las sustancias que intervienen o incluir nuevos términos que proporcionen una
mejor información del estado del rio. (Poch. Sola y Rigola 1985)
En este sentido, al modelo original se le incorporó en su balance de oxígeno nuevos
componentes, a saber:
Aporte/consumo debido a las plantas acuáticas Consumo de sedimentos
Siguiendo con la búsqueda de representatibihdad a los diferentes fenómenos que contribuyen
al proceso de auto depuración se tienen los siguientes aportes:
- Tilomas. 1948. Propuso una conexión que tuviera en cuenta la desaparición de la
DBO por causas distintas de la descomposición microbiológica, y adicionó el término
K1 como constante cinética global de los fenómenos de sedimentación, floculación.
-
Camps. 1963 y Dobbins 1964. Propusieron modificaciones similares
Donde:
R = Velocidad de adición de la DBO a la corriente del agua por resuspensión de los lodos
depositados en el fondo. (Camps) y aportación superficial local (Dobbins)
A = Adición neta resultante de la acción fotosintética de las plantas y de la respiración mas el
efecto combinado de la descomposición de los lodos depositados en el fondo del río.
Dresnack y Dobbins. 1968 Establecen una relación más compleja de A. Donde A
representaría la suma de la velocidad de desaparición del OD por la descomposición de Jos
lodos del fondo, la desaparición por respiración de las plantas y la formación de oxígeno por
fotosíntesis,
Hausen y Frankel, 1965. Incorporan las variaciones diurnas del OD, agregando Pm x cos (gt F)
Donde:
421
Composición y Características de las Aguas Residuales
Pm = Amplitud de las oscilaciones diurnas de la velocidad de adición de OD por las
actividades fotosintéticas y respiratorias del sistema biótico
g = Período de las oscilaciones
F = Retardo de fase
O'connor 1967 y O'connor-Ditoro 1970. Incorporaron las variaciones diurnas de OD
mediante series de Fourier, haciendo la distinción entre la DBO de origen carbonoso de la
DBO nitrogenada
Con base a todos aquellos aportes sobre el proceso de oxigenación y desoxigenación a que
llegaron los diferentes investigadores, algunos de ellos citados en este trabajo, se estableció un
esquema general del BALANCE DE OXIGENO
Dinámica del proceso
Retomando el esquema anterior, la dinámica del proceso parte, de que, en la corriente de
agua se presenta un balance de oxigeno disuelto que depende de su capacidad para
reoxigenarse. Esta capacidad es función de los procesos de transporte ya sea por advección y/o
difusión que se producen en el sistema y de los aportes y consumo de oxígeno.
La advección o transporte de un constituyente aparece como consecuencia del flujo del agua
en el que éste está disuelto o suspendido. La difusión es el resultado de la turbulencia de las
aguas, donde se lleva a cabo un mezclado localizado, influenciado por las variaciones de
velocidad y gradientes de concentración que se producen en las mismas. La velocidad de
transporte de masa es proporcional al gradiente de concentración.
Este aporte y consumo de oxígeno se conoce como reoxigenacion. La mayor fuente de
oxígeno proviene de la reaireación atmosférica, de la fotosíntesis de algas, plantas acuáticas y el
oxígeno aportado por los afluentes.
La reaireación es proporcional al déficit de oxígeno disuelto. La cantidad de oxígeno aportado
por la fotosíntesis está en función del tamaño de la población de las algas y de la luz solar que
reciban. La concentración de oxígeno disuelto puede variar entre el día y la noche por la
acción de la radiación solar
Descripción de los componentes de aporte dentro del balance de oxigeno:
-
Aporte del cauce y del vertido
Según Hernández (1994 ), si se parte de que el cauce viene definido por un caudal Q = F (t) y
una concentración de oxígeno COX = f (t), y que el vertido viene definido con un caudal q = F
422
Composición y Características de las Aguas Residuales
(t) y una concentración de oxígeno C'ox = f' (t), siendo t el tiempo, la concentración de oxigeno
en el punto donde se han homogenizado ambos caudales será :
Corresponde determinar en éste "punto" el valor de DBO5 de las aguas homogenizadas.
Definido como LO con variación a lo largo del tiempo, esto debido a las variaciones de caudal
y a las cargas aportadas tanto por el rio como por los vertidos
Acción fotosintética
Su comportamiento está en relación con la contaminación del cauce, de la velocidad de la
corriente, de la profundidad, de la temperatura, del contenido de nutrientes
Reaireación superficial
Es la absorción de oxígeno captado de la atmósfera por la superficie de interface. Según
Metcalf- Eddy (1995), cuando la concentración de oxígeno disuelto de una lámina de agua
expuesta libremente se encuentra por debajo de la de saturación, se produce un flujo neto de
oxígeno entre la atmósfera y el agua. Este flujo es proporcional a la diferencia entre la
concentración de OD presente y la concentración de saturación. Explica que para un volumen
de control con una superficie libre de contacto, la velocidad del aumento de la cantidad de
OD debido a la reaireación superficial se puede expresar como:
Donde:
= ganancia de oxígeno por unidad de tiempo y de volumen de agua, debida
reaireación superficial, M/TL3
KR = Velocidad de flujo de reaireación L/T
A = Superficie de contacto con la atmósfera del volumen de control,
V = Volumen de volumen de control L2
a la
Cs = Concentración de saturación del oxigeno disuelto. M/TL3
C = Concentración de oxígeno disuelto, M/L;
H = Profundidad del volumen de control, L
K2 = Velocidad de reaireación superficial 1/T
• Cálculo de la reaireación
¿Cómo se calcula la reaireación? Mediante la tasa de reaireación, explicada por Metcaf -eddy
(1985), con base al siguiente método;
Esta tasa de reaireación se le denominar y se define como:
423
Composición y Características de las Aguas Residuales
Donde:
K2' = Constante de reaireación, d* (base e)
Cs = Concentración de saturación de oxígeno disuelto, mg/l
C = Concentración de oxígeno disuelto, mg/l
La constante de reaireación puede estimarse determinando las características de las aguas y
usando una de las fórmulas empíricas que han sido propuestas por O'Connor y Dobbins
(1956) para corrientes naturales.
Donde,
Df = Coeficiente de difusión molecular para el oxígeno m² /día
V = Velocidad media de la corriente, m/s
H = Profundidad media del flujo, m.
La variación del coeficiente de difusión molecular con la temperatura, puede aproximarse
mediante la siguiente expresión
= Coeficiente de difusión molecular para el oxígeno a 20 °C,
= Coeficiente de difusión molecular para el oxígeno a la
temperatura T °C.
T= Temperatura. °C
Haciendo referencia siempre a OTonnory Dobbins, pero citado por Linfield C. Brown y
Thomas O. Barnwell en la traducción realizada por Francisco Cubillo González de la
publicación The enhanced stream water quality models QUAAL2E and QUAL2E -UNCAS.
Consideraron además las características de turbulencia de una corriente, desarrollando las
siguientes ecuaciones para determinar K2
Para velocidades bajas y condiciones isotrópicas:
424
Composición y Características de las Aguas Residuales
Para ríos con velocidades altas y condiciones no isotrópicas, la relación es:
Donde;
So = Pendiente del cauce pies
d = Calado medio pies
u = Velocidad media en pies/día
K2 =
Coeficiente de reaireación día. Se expresa en función de la velocidad y el calado.
(Calado .superficie que alcanza la superficie del agua sobre el fondo).
Dm = Coeficiente de difusión molecular (pies /día) que se puede calcular
Como:
Siendo T la temperatura
Sin embargo, la constante de reaireación ha sido trabajada por otros autores a partir de la
incorporación de otras características, según casos concretos de investigación, entre
ellos se tienen:
Streeter. 1926. Formula genérica de la cual partieron los restantes investigadores
Donde:
v = Velocidad horizontal del agua (m/s)
H = Profundidad de la corriente (m)
c y n = coeficientes
Churchill, Elmore y Buckingham (1962). K2 a 20ÚC
Donde:
u = Velocidad media en el río, pies/seg
d = Calado medio del río, pies
K2= Coeficiente de reaireación 1/día
Owens, Edwards y Dibbs (1964). Aplicado principalmente para ríos rápidos y poco profundos.
Para comentes con velocidades entre 0.1 y 5 pies por segundo y calados entre 0.4 y 11 pies.
Donde:
425
Composición y Características de las Aguas Residuales
u = Velocidad media en pies/seg
d = Calado medio en pies
Thackston y Krenkel (1966). Resultado del análisis de varias vertientes del valle del tennessee.
Donde:
F = Número de Froude, se obtiene por la fórmula:
u=
Velocidad ft/seg
Siendo:
d = Calado medio ft
g = Aceleración de la gravedad, ft/sec²
st = Pendiente de la línea de energía
u = Velocidad media, ft/sec
n = Coeficiente de Manning
Tsivoglou y Vallace (1972). Establece que el coeficiente de reaireación para un tramo es
proporcional al cambio de cota de la lámina de agua en este tramo e inversamente
proporcional al tiempo que el agua tarda en recorrerlo.
Donde:
c = Constante de proporcionalidad, (ft-1)
∆h = Diferencia de cotas en lámina de agua en el tramo (ft)
tt = Tiempo de recorrido del tramo ( días )
Se asume que el régimen es uniforme, donde la diferencia de cotas de agua es
Donde:
Se = Pendiente de la línea de energía, ft/ft
∆x = Longitud del tramo, ft
Dado el tiempo de recorrido del tramo por
426
Composición y Características de las Aguas Residuales
u = Velocidad media en el tramo
Sustituyendo los valores se tiene
Las constantes de 3600 y 24 convierten la velocidad a unidades de pies por día La pendiente
se puede dar directamente o calcularse mediante la siguiente fórmula:
Donde:
d = Profundidad media ft
n = Coeficiente de Manning
El coeficiente c se determina empíricamente. TenEch (1978) recomienda:
Asimismo con base a otros estudios se han establecido constantes de reaireación K2 para
temperatura de 20ÚC para distintas masas de aire. Lo anterior permite accesar al K2 mediante
el uso de la tabla 5.11:
Tabla 5.11
Intervalo de KT 2 a 20°C
Masa de agua
( base e)
Pequeñas charcas y aguas estancadas
0.10 – 0.23
Comentes de lento discurrir y grandes lagos
0.23 – 0.35
Corriente grandes de poca velocidad
Corriente grandes de velocidad normal
0.35 – 0.46
Corrientes rápidas
0.46 – 0.69
Rápidos y cascadas
0.69 -1.15
>L15
Fuente Metcalf-eddy. 1885
Debido a que el K2 se definió para temperatura de 20°C, se convierte en una ¡imitante a la
hora de contemplar otras temperaturas diferentes a esta.
Al abordar el tema de la contaminación ambiental por la presencia de aguas residuales
urbanas de origen doméstico, significa enfrentarse a una alteración de su composición natural,
eliminación y/o reducción de su capacidad autodepuradora, resultado de la incorporación de
ciertos elementos o sustancias en concentraciones o niveles determinados. Lo anterior
427
Composición y Características de las Aguas Residuales
conlleva a generar un impacto ambiental, con efectos tanto para el sistema fluvial como para la
salud y bienestar del hombre.
El estudio sobre el proceso de autodepuración de aguas residuales urbanas de origen
doméstico en una cuerpo de agua debe realizarse bajo un enfoque integral, donde incorpore al
sistema fluvial, a los factores físico geográficos y demográficos. Justificado en que existe una
interrelación entre estos componentes y, por ende, una aportación y/o reducción del proceso
auto depurador, en relación con la dinámica del balance de oxigeno que se desarrolle.
El elemento perturbador de las condiciones, lo que constituye las aguas residuales urbanas de
origen domésticas al ser vertidas ya sea en forma puntual o difusa. Estas presentan una
composición heterogénea formada por productos orgánicos, inorgánicos y microorganismos,
éstos se distribuyen en el agua de acuerdo a su densidad, ya sea en sólidos decantables,
suspensión. Así mismo presenta características físico-químicas y biológicas. Entre las
características físicas se tiene los sólidos totales ( sedimentables, coloidales, suspensión y
disueltos ), olores, temperatura, color , densidad y turbidez.. A nivel químico se presenta la
materia orgánica, la materia inorgánica, el pH, la conductividad, cloruros, alcalinidad,
nitrógeno y fosforo. Y por último los microorganismos existentes son las bacterias, las algas, los
protozoos, plantas y animales.
6. Disposición de los líquidos residuales
38.
Técnicas de
disposición
Los líquidos
39.
residuales de fuentes industriales y domésticas deben eventualmente ser
dispuestos de alguna manera, sea mediante nuevo uso, descarga a aguas superficiales, por
inyección o percolación a aguas subterráneas o por evaporación a la atmósfera. En casi todos
los casos, el agua debe primero ser tratada para remover el grueso de contaminantes, sea como
un asunto de necesidad de ingeniería o para conseguir los requerimientos de los reglamentos
estatales y federales.
Para determinar el grado de tratamiento que se requerirá, es necesario considerar los efectos
que los diversos contaminantes producen en el ambiente en el cual serán descargados, como
también cualquier requerimiento estatutario o regulatorio que pueda haber sido establecido.
Efectos de descarga en corrientes
En las corrientes de agua naturales existe un balance entre la vida vegetal y la animal, con
considerable interdependencia entre las varias formas de vida. Las aguas de buena calidad se
428
Composición y Características de las Aguas Residuales
caracterizan por multiplicidad de especies sin predominio de alguna en particular. La materia
orgánica que entra a la corriente es metabolizada por bacterias y convertida en amonio,
nitratos, sulfatos, dióxido de carbono, etc., que son usados, a su vez, por plantas y algas para
producir carbohidratos y oxígeno. La vida vegetal es alimentada por animales microscópicos
(protozoarios, rotíferos, etc.) que sirven como fuente de alimento para crustáceos, insectos,
gusanos y peces. Algunos de los animales se alimentan de los residuos de otros, contribuyendo
así a la degradación bacteriana.
La introducción de cantidades excesivas de contaminantes puede afectar este batanee natural
en una variedad de formas. Cambios en el pH o en la concentración de algunas especies
orgánicas e inorgánicas pueden ser tóxicas para formas de vida específicas. Excesivas
cantidades de material orgánico pueden causar rápido crecimiento bacterial y agotamiento de
las fuentes de oxígeno disuelto de la corriente. Por lo común, las aguas contaminadas se
caracterizan por números muy grandes de pocas especies y la ausencia de formas superiores.
Dado que la concentración de contaminantes es reducida por efectos de la dilución, la
precipitación, la aireación, la oxidación bacterial y otros procesos naturales, el ciclo normal y la
distribución de las formas de vida tenderán a restablecerse. Las normas de calidad de agua se
basan en el mantenimiento de concentraciones mínimas de oxígeno disuelto, concentraciones
no tóxicas de especies químicas específicas y un pH cercano al neutro. Cuando en una
corriente se mantiene un ambiente saludable, su capacidad asimilativa natural puede usarse
para ayudar en el tratamiento del residuo sin afectar adversamente a los usuarios aguas abajo.
La autopurificación de aguas naturales resulta de una variedad de fenómenos físicos, químicos
y biológicos.
La dilución disminuye enormemente el impacto de todos los contaminantes y es el único
mecanismo que reduce de manera natural la concentración de algunas especies químicas.
Además, la dilución de un flujo contaminado contigua relativamente limpia mejorará el
ambiente biológico y aumentará los procesos de estabilización natural.
Las corrientes ayudan en la dispersión del residuo en el agua receptora, reduciendo así la
probabilidad de altas concentraciones locales de contaminantes. La ausencia de corrientes,
como en remolinos y zonas muertas de ríos, pueden fomentar la sedimentación de sólidos, la
formación de depósitos de lodo y la producción de olores. La sedimentación remueve
contaminantes del agua que está pasando, mejorando de este modo su calidad, pero crea
condiciones desfavorables en los sitios donde los contaminantes se acumulan. Los depósitos
pueden ser también arrastrados por velocidades posteriores más altas, y los contaminantes
resuspendidos pueden causar problemas en la calidad del agua aguas abajo. Las altas
velocidades mejoran la transferencia de oxígeno de la atmósfera y el desalojo de
429
Composición y Características de las Aguas Residuales
contaminantes volátiles del flujo. También transportan los contaminantes volátiles más
rápidamente y. por tanto, pueden hacer que sus efectos sean más ampliamente distribuidos.
La sedimentación resulta de diferencias de densidad entre los sólidos contaminantes y el agua
que los transporta. Si la velocidad del flujo es suficientemente grande para arrastrar los sólidos
del fondo resuspendiéndolos así, la sedimentación podrá generar una mejora de la calidad del
agua aguas abajo. Sin embargo, el ambiente en los sitios donde los sólidos se acumularán, será
afectado en general adversamente y, como se planteó antes, caudales mayores en otras
estaciones pueden resuspender el material que ha sido removido.
Los depósitos de fondo y las fuentes no puntuales de escorrentía suministran fuentes difusas
de contaminantes que pueden causar degradación de la calidad del agua. Los materiales en los
depósitos de fondo, cualquiera que sea su fuente, pueden liberar contaminantes solubles al
agua a medida que se descomponen. Las fuentes no puntuales de escorrentía producidas por
precipitaciones sobre campos urbanos o agrícolas pueden contribuir con cargas contaminantes
significativas a aguas superficiales y deben ser incluidas en una evaluación previa de calidad de
agua.
La luz del sol actúa como un desinfectante y estimula el crecimiento de algas. Las algas
producen oxígeno durante el día (algunas veces creando niveles de oxígeno disuelto súper
saturado), pero utilizan oxígeno en la noche. Las aguas que contienen crecimientos algales
densos pueden tener así altos niveles de oxígeno disuelto durante las horas en que hay
radiación solar y ser anaeróbicas en la noche.
La temperatura afecta la solubilidad del oxígeno en el agua, la tasa de actividad bacterial y la
tasa a la cual los gases son transferidos hacia y desde el agua. Con respecto a los niveles de
oxígeno disuelto, la condición crítica es generalmente en tiempo cálido cuando las tasas de
utilización bacterial son altas, la condición de saturación es reducida y los caudales más bajos
limitan los efectos de la dilución.
Descargas en lagos y océanos
Los fenómenos de autopurificación en lagos, estuarios y el océano son similares a los que
ocurren en los ríos. Dado que las corrientes son normalmente menos pronunciadas en
grandes cuerpos de agua, es más probable que la sedimentación ocurra en la vecindad
inmediata de la descarga. La inversión cíclica del flujo suministrada por acción de la marea en
estuarios puede también generar en tiempos de flujo largos para contaminantes. La
descomposición que ocurre en aguas profundas puede ser retrasada por bajas temperaturas y
falta de oxígeno disuelto, el cual es suministrado sólo por difusión desde la superficie. No es
poco común, aun en ausencia de descargas de aguas residuales, encontrar que ¡as capas
superiores en estanques y lagos contienen suficiente oxígeno disuelto y mantienen plancton y
430
Composición y Características de las Aguas Residuales
peces de aguas limpias, mientras los niveles más bajos muestran las características de aguas
contaminadas, es decir, oxígeno disuelto bajo, descomposición anaeróbica y producción de
olores. Los lagos poco profundos presentan condiciones favorables para una rápida
autopurificación, ya que tienen una gran superficie del agua en relación con su volumen y
suficiente oportunidad para el crecimiento de algas, reaireación y mezcla por corrientes
generadas por el viento.
La concentración de saturación de oxígeno disuelto en el agua tiende a disminuir con el
incremento del contenido salino. En el agua de mar la concentración de saturación es
aproximadamente el 80% de la de agua dulce.
La densidad de aguas salinas es mayor que la de aguas dulces; por tanto, el agua residual
puede tender a difundirse, sin mezcla, sobre la superficie. Cuando la mezcla está limitada por
grandes diferencias de densidad, la dilución será proporcionadamente menor. La menor
dilución junto con la menor disponibilidad de oxígeno en aguas salinas puede conducir a
condiciones molestas que no ocurrirían en una agua dulce estancada.
Modelos de calidad de agua bi y tridimensionales que emplean técnicas de división en
elementos finitos y suministran soluciones numéricas a las ecuaciones diferenciales parciales
han sido desarrollados. Un ejemplo de tales modelos es WASP3, que pueden ser aplicado en
una, dos o tres dimensiones y está disponible de la EPA en una versión para computador
personal (PC). La teoría y el desarrollo de tales modelos rebasan el alcance de este texto, pero
su aplicación es casi directa, siempre y cuando los datos necesarios para su calibración estén
disponibles. Los resultados de cualquier técnica de simulación, sin importar que tan sofisticada
sea, son solamente tan buenos como los datos usados en su calibración.
Emisarios finales submarinos
Las ciudades localizadas a lo largo de las líneas costeras pueden elegir descargar sus aguas
residuales al mar. El grado de tratamiento exigido por la EPA puede ser menor para las
descargas al océano que para las descargas a ríos, lagos y estuarios. El NPDES. National
Pollutional Discharge Elimination System. (Sistema Nacional de Eliminación de Descargas
Contaminantes) permite límites que dependen de las circunstancias específicas y están basados
en una evaluación cuidadosa del impacto ambiental potencial de varios niveles de tratamiento.
Donde se ha mostrado que la dilución es muy grande, se han aprobado niveles de tratamiento
menores que el secundario. Como mínimo, el tratamiento debe incluir remoción de todos los
sólidos fácilmente separables por sedimentación, ya que éstos pueden flotar en agua salada y
ser retornados a la costa por la marea y corrientes generadas por el viento.
Los emisarios finales submarinos son costosos. Los costos iníciales son altos y se requiere casi
siempre bombeo. La prevención de impactos adversos en actividades costeras puede requerir
emisarios de varios kilómetros de longitud. Los emisarios finales son construidos de concreto
431
Composición y Características de las Aguas Residuales
reforzado, hierro o acero. La tubería de hierro puede ser provista de un recubrimiento de
mortero de cemento. La tubería de acero usada para este propósito es casi siempre recubierta
ya sea con mortero o material asfáltico y también puede ser provista de protección catódica.
Las uniones en la tubería deben tener refuerzo mecánico sustancial y ser resistentes a ataques
biológicos y químicos. Con frecuencia se usan uniones de bola y enchufe para tubería de
hierro, mientras que las tuberías de acero son en general soldadas. La tubería puede ser
instalada en zanjas o fondos de roca suave, arena o grava. En fondos inestables, el pilotaje es
necesario para asegurar la tubería contra daños por la acción de las olas. Los emisarios finales
pueden emplear salidas simples o una variedad de estructuras difusoras. El difusor común
consta de un gran número de pequeños orificios distribuidos sobre una gran longitud de la
tubería, quizás un tercio de su longitud total. Los orificios pueden ser simples aberturas o
ajustarse con tees para descargar el agua residual en dos direcciones.
Disposición y tratamiento en el terreno
El agua residual puede ser descargada al terreno ya sea para disposición o para tratamiento
previo a la descarga en aguas superficiales. Aunque las plantas, las formas microscópicas de las
capas superiores del suelo y la matriz del suelo en sí misma tienen la habilidad de tratar
residuos domésticos ordinarios y muchos residuos industriales a un grado muy alto, de
ordinario se suministra algún tratamiento antes de la aplicación al terreno. Tal procedimiento
se debe a la reducción en el esfuerzo sobre él sistema del suelo, a la minimización de
condiciones molestas y a la necesidad de almacenar el agua residual por extensos periodos de
tiempo cuando las condiciones locales son desfavorables para la disposición. En los estados
del norte de los EE.UU., la disposición en el terreno puede ser físicamente imposible o
prohibida por agencias reguladoras durante buena parte del invierno, y en cualquier área los
periodos lluviosos pueden saturar el suelo sin adición suplementaria de aguas residuales. Los
volúmenes de almacenamiento requeridos varían con el clima y las características del suelo y
pueden oscilar entre ir caudal mínimo, como el de una semana, hasta un gran caudal, como el
de cuatro meses
De manera amplia, la disposición en el terreno puede clasificarse en: técnicas de tasa lenta, de
infiltración rápida, de flujo sobre el terreno, de humedal y subsuperficiales, Las técnicas de
tasa lenta, infiltración rápida y subsuperficiales dependen del movimiento del agua
descendente a través del suelo, estando así limitadas por la capacidad de infiltración y de
percolación. La capacidad de percolación es una función de las características del suelo
mientras la infiltración depende del grado de taponamiento en el punto de aplicación. Si el
taponamiento es minimizado la percolación limitará la tasa a la que el líquido puede ser
aplicado. En la tabla 5.12 se presenta una comparación de las características de los diferentes
sistemas y en la tabla 5.13 se resumen las características requeridas in situ.
432
Composición y Características de las Aguas Residuales
Los sistemas de tasa lenta también han sido denominados, sistemas de irrigación, ya que las
técnicas de aplicación son normalmente idénticas a aquellas empleadas en irrigación agrícola.
La escorrentía superficial del residuo aplicado no es en general permitida; todo el caudal debe
percolar al agua subterránea o ser retornado a la atmósfera por evapotranspiración. Entre los
beneficios potenciales de los sistemas de tasa lenta se hallan el tratamiento del agua residual, la
producción de cosechas con un valor efectivo y la conservación de agua, nitrógeno y fósforo.
Entre los problemas potenciales están la transmisión de enfermedades por difusión de gotitas a
través del aire o por contaminación superficial de cultivos, el incremento en la concentración
de nitratos en el agua subterránea debajo del sitio y los cambios en la vegetación natural a
causa del incremento del contenido de humedad en la zona de raíces. Casi todos los cereales y
pastos son cultivos que responden bien a los sistemas de tasa lenta. El maíz y el pasto de heno
remueven cantidades significantes de nutrientes del residuo y son potencialmente; vendibles.
El maíz requiere arado y plantado anual mientras que los pastos sólo necesitan ser cosechados.
Además, los pastos tienen un sistema de raíces establecido en su totalidad en el comienzo de
la estación y pueden suministrar de inmediato canales ascendentes de nutrientes. Las áreas
boscosas pueden ser afectadas adversamente por la irrigación con aguas residuales, quizá a
través de la saturación de la zona de raíces; sin embargo se han reportado amplias aplicaciones
exitosas en silvicultura".
La infiltración rápida puede ser usada ya sea para disposición de residuos, recarga de aguas
subterráneas, o ambas. El agua es aplicada en relativamente altas tasas y percola, ya sea vertical
u horizontalmente, lejos de la zona de aplicación. Los sitios de aplicación, son de ordinario
grandes cuencas que están debajo de arena y suelos de alta permeabilidad. El fondo de la
cuenca puede ser cubierto por pastos tales como la bermuda o el lengua de canario, que
pueden tolerar tanto condiciones húmedas como secas. El líquido es aplicado durante
periodos de cerca de dos semanas seguidos por una a tres semanas de secado, dependiendo
del clima, estación, características del suelo y otros factores. El percolado puede ser
recuperado por debajo del sitio mediante drenajes o pozos y es casi siempre de alta calidad, es
decir, comparable a aquella suministrada por sistemas de tratamiento avanzado de aguas
residuales. Los problemas encontrados Los en sistemas de infiltración rápida se asocian en
general con errores en la estimación de la capacidad de infiltración/percolación del sito. Tales
errores pueden resultar de la inadecuada exploración subsuperficiales, de fallas al considerar
interacciones hidráulicas entre cuencas individuales, de la reducción en la permeabilidad por
actividad de construcción y de la presencia de sólidos suspendidos excesivos en el agua
residual. Antes del diseño de un sistema de infiltración rápida, el perfil del suelo debe ser
investigado a profundidad considerable (30 m o más) y se debe establecer el rango de
variación del nivel piezométrico. Durante la construcción debe tenerse cuidado de asegurar
que la superficie de los suelos no esté compactada y que no hay acumulación de finos en el
nivel final.
433
Composición y Características de las Aguas Residuales
El flujo sobre el terreno no es un sistema de disposición verdadero, ya que la mayor parte del
flujo debe ser recolectado después de que ha pasado sobre el suelo. Los procesos consisten en
la aplicación de agua residual a lo largo de niveles altos de campos inclinados cubiertos de
pasto y recolectándola en el fondo en zanjas que interceptan el flujo superficial. Este método
es aplicado sobre todo en áreas con suelos de baja permeabilidad, aunque también puede ser
usado con efectividad bajo otras condiciones. Alguna percolación y evapotranspiración ocurre
y algunos nutrientes son removidos por el crecimiento de las plantas. La calidad del efluente es
razonablemente buena, algo mejor que lo que de ordinario se alcanza en sistemas de
tratamiento secundario. Son ventajas de los sistemas de flujo sobre el terreno la reducción de
requerimientos para el tratamiento y el almacenamiento. La calidad del efluente algo reducida,
la contaminación potencial del agua lluvia en el sitio del tratamiento y la necesidad de
preparación más extensa del sitio son desventajas de este método.
Los humedales, ya sean naturales o artificiales, tienen una capacidad sustancial para la
renovación de aguas residuales. El material orgánico es oxidado por bacterias en suspensión o
sobre la superficie de plantas acuáticas, mientras que los nutrientes}' muchos metales pesados v
otros contaminantes pueden ser tomados por las plantas mismas. Las plantas acuáticas deben
ser cosechadas si la remoción que ellas suministran se toma como una ventaja, ya que, de otro
modo, sus constituyentes serian liberados en el agua cuando ellas muriesen. Aun entonces, el
grueso de la masa de las plantas está bajo el terreno, reciclándose así todavía la mayoría del
material nutriente. Los sistemas de humedales son similares a los sistemas de flujo sobre el
terreno en el hecho de que son procesos primarios de tratamiento con poca disposición de
flujo. La calidad del efluente, como la del flujo sobre terreno, es en general ligeramente mejor
que la obtenida en sistemas secundarios.
La aplicación subsuperficial es una alternativa ampliamente usada en sistemas de pequeña
escala que emplean tanque séptico en áreas de suelos permeables. El método se ha extendido
a áreas con condiciones de suelos desfavorables mediante la construcción de montículos de
tierra que contienen materiales permeables que suministran un lugar para la estabilización
bacterial del material orgánico y captaciones vegetales de nutrientes. Si el montículo está
ubicado por debajo de suelos impermeables, el agua producida debe ser recolectada por
drenajes. Si la subsuperficie consta de roca fracturada, debe permitirse que el efluente fluya al
agua subterránea siempre y cuando no resulten impactos adversos de esta descarga.
La mayor actividad en sistemas de suelos ocurre en los 30ü mm (12 pulg) superiores del
manto del suelo. La adsorción de fosfatos y metales pesados puede ocurrir a niveles más
profundos cuando la capacidad de las capas superiores está agotada. Rápidamente, los
componentes biodegradables son oxidados en los pocos milímetros superiores del suelo.
Entre 0.45 y 1 kg/m² de material orgánico se requiere cada año para el equilibrio general del
suelo, niveles éstos que rara vez son alcanzados en sistemas de tratamiento en el terreno. Otros
compuestos orgánicos, tales como pesticidas, celulosa, polisacáridos y materiales húmicos que
434
Composición y Características de las Aguas Residuales
pueden estar presentes en el agua residual son adsorbidos a la matriz del suelo y degradados
lentamente.
El nitrógeno puede estar presente como nitrógeno orgánico, amoníaco, nitrato o
combinación de dos o más especies. Los nitratos pueden percolar al agua subterráneas si no
son removidos por captaciones vegetales o reducidos a nitrógeno por acción bacterial; El
amoníaco puede ser adsorbido en el suelo o ser fijado en arcilla. Es removido por plantas y
oxidado a nitratos por bacterias del suelo en un ambiente aeróbico. La oxidación es lenta, y el
retraso en el paso a través del suelo incrementa la posibilidad de utilización vegetal. El
nitrógeno orgánico es liberado como amoníaco en la oxidación del material orgánico del cual
hace parte.
El fósforo es utilizado por plantas como un nutriente y es fijado por adsorción y por
reacciones de intercambio con compuestos en el suelo que contienen aluminio o hierro. La
capacidad adsortiva de los suelos de textura fina es alta (hasta 2.25 kg/m²) y ofrece una vida útil
del sitio hasta de 100 años bajo condiciones favorables. Los sistemas de escorrentía sobre el
terreno y de humedales no suministran mucha remoción de fósforo, ya que se involucra poca
interacción con el suelo.
Los metales pesados y los cationes monovalentes son compuestos inorgánicos que pueden ser
dañinos. Los metales pesados son removidos por adsorción en partículas del suelo. Aunque
no existe un límite claro a la capacidad, se considera que la capacidad adsortiva excede el nivel
de tolerancia de las plantas, de ahí que el primer efecto sería sobre los cultivos y no sobre el
agua subterránea. Debe notarse, sin embargo, que el uso agrícola del terreno puede ser
destruido por envenenamiento con metales pesados. Bajo condiciones acidas, los metales
pesados pueden ser lixiviados del suelo.
En la matriz del suelo los iones monovalentes tienden a intercambiarse por iones bivalentes.
En algunas arcillas, tales intercambios llevan a expansión y pérdida de permeabilidad. Además,
la alta salinidad disminuye la facilidad de utilización del agua por parte de las plantas. El agua
cuya composición iónica es conveniente para uso agrícola general no causará expansión de
materiales arcillosos.
435
Composición y Características de las Aguas Residuales
Tabla 5.12 Comparación de características de diseño para procesos de tratamiento en el
terreno
Procesos principales
Características
Técnicas de
aplicación
Tasa de
aplicación
anual, pies
Área requerida
del campo,
acrest
Tasa de
aplicación
típica semanal,
pulgadas
Tratamiento
preaplicación
mínimo
requerido en
los Estados
Unidos
Disposición de
agua residual
aplicada
Necesidad de
vegetación
Otros procesos
Tasa lenta
Infiltración
rápida
Rociador o superficial
Usualmente
superficial
Flujo
sobre el
terreno
Rociador o
superficial
2 a 20
20 a 560
56 a 560
Humedales
Subsuperficiales
Rociador o
superficial
Tubería
subsuperficial
10ª 70
4 a 100
8 a 87
2 a 56
16 a 110
11 a 280
13 a 140
0.5 a 4
4 a 120
2.5 a 6
6 a 16
1 a 25
2 a 20
Sedimentación
Primaria
Sedimentación
Primaria
Sedimentación
Primaria
Sedimentación
Primaria
Evapotranspiración
Percolación
Percolación
principalmente
Requerida
Opcional
436
Tamizado
y remoción
de arena
Escorrentía
superficial
y
Evapotranspiraci
evapotrans
ón percolación y
piración
escorrentía
con
algunas
percolación
Requerida
Requerida
Percolación con
algunas
evapotranspiración
Opcional
Composición y Características de las Aguas Residuales
Tabla 5.13 Comparación de características del sitio para procesos de tratamiento en el terreno
Procesos principales
Otros procesos
Características
Tasa lenta
Infiltración
rápida
Flujo
sobre el
terreno
Humedales
Subsuperficiales
Pendiente
Menos de 20% en
terreno cultivado, menos
de 40% en terrenos no
cultivados
No critica
pendientes
excesivas
requieren mucho
terraplén
Pendientes
terminadas
de 2 a 8 %
Usualmente
menor que 5%
No critica
Moderadamente baja a
moderadamente rápida
Rápida (arenas,
arenas con capa
vegetal(
Lenta
(arcillas,
limos y
suelos con
barreras
impermeabl
es)
Lenta a moderado
Lenta a rápida
Profundidad al
agua subterránea
2 a 3 pies (mínimo)
10 pies
(profundidades
menores son
aceptables
donde se
suministra)
No critica
No critica
No critica
Restricciones
climáticas
Almacenamiento a
menudo necesario para
tiempo frio y
precipitaciones
Ninguna
(posibilidad de
operación
modificada en
tiempo frio)
Almacenami
ento a
menudo
necesario
para tiempo
frio
Almacenamiento
puede ser
necesario para
tiempo frio
Ninguna
Permeabilidad del
suelo
Selección de un sistema de disposición
No hay un sólo sistema que sea más conveniente para la disposición de todas las aguas
residuales. El ingeniero debe investigar cada sistema físicamente practicable para determinar la
técnica más económica que sea ambiental y socialmente aceptable.
La disposición en corrientes es la técnica más común en los Estados Unidos y en general es la
más barata, ya que, los estándares de calidad de aguas suministradas no requieren tratamiento
avanzado.
La disposición en terrenos es a menudo social y políticamente deseable; puede ser económica
en áreas pobres en agua donde se dispone del terreno conveniente y las normas de corrientes
437
Composición y Características de las Aguas Residuales
son restrictivas. Los sistemas en el terreno pueden también requerir algo menos de técnica en
la operación, lo que es un factor significante en el aseguramiento de la protección del
ambiente. Vista simplemente corno una técnica de disposición en áreas donde se
almacenamiento sustancial, la disposición en el terreno es de ordinario bastante costosa en
comparación con la descarga a aguas superficiales.
La evaporación es practicable solamente en áreas limitadas, en áreas donde él puede ser más
provechoso si se usa para recargar aguas subterráneas o regar cultivos. En tal caso, el
diseñador debe sopesar el costo más elevado del sistema de disposición en terrenos contra el
valor del beneficio obtenido.
7. Normas de calidad de descarga según su destino final
Generalidades
La norma técnica sobre aguas residuales establece clasificaciones de las aguas superficiales y
40.
costeras de acuerdo a su uso preponderante. Más importante aún, está destinada a proteger la
41.de estos cuerpos hídricos a través del control de los efluentes líquidos producidos por
calidad
las diferentes actividades antropogénicas.
Su fin es proteger las cuencas hidrográficas y sus cuerpos receptores de los efluentes líquidos
vertidos, tanto desde fuentes puntuales como no-puntuales, por los diferentes sectores de
servicios y producción de la sociedad. Estos vertidos tienen el potencial de degradar la calidad
de nuestras aguas, y consecuentemente, afectar de forma negativa otros componentes del
medio ambiente y la salud humana.
El deterioro del medio acuático tiene serias implicaciones socioeconómicas, higiénico
sanitarias, ambientales y estéticas. Por tanto, es imprescindible contar con un instrumento legal
que regule las descargas residuales, establezca los estándares de calidad de los cuerpos de agua
y sirva de apoyo a la investigación y creación de planes y estrategias que conlleven tanto a la
prevención y mitigación de la contaminación de estos cuerpos receptores, como a la
reparación de daños causados con anterioridad.
Los potenciales efectos perjudiciales de los vertidos de diferentes orígenes, sólo se mitigarán a
través del establecimiento de condiciones de calidad requeridas a todo generador de aguas
residuales. Estas aguas están destinadas a ser descargadas a los diferentes cuerpos hídricos
receptores.
Por otro lado, las descargas representan pérdidas de materiales y energía, por tanto, el control
de las emisiones, particularmente cuando se incorporan en el proceso representan una
438
Composición y Características de las Aguas Residuales
oportunidad de reducir los costos y hacer un uso más eficiente de los recursos como se
contempla en el desarrollo sostenible.
La diversidad de usos del agua impone, necesariamente, que para el mantenimiento de su
calidad se requiera de una amplia gama de requisitos.
Los requisitos que establece cualquier normativa dependen, principalmente, del tipo de uso
actual y/o potencial del cuerpo receptor, y, en menor medida, del origen o procedencia de los
vertidos. Éstos pueden variar desde muy específicos hasta generales.
Idealmente, una norma de aguas residuales, para ser efectiva, debe considerar entre otros,
varios aspectos importantes:
1. Aspectos socio-económicos y culturales, de manera que antes de convertirse en un
obstáculo al desarrollo sirva como un instrumento más al
2. Tomar en consideración el concepto de desarrollo sostenible que combina
adecuadamente el crecimiento económico y social con la conservación y preservación
de los recursos naturales. De esta manera se propicia el necesario desarrollo sin poner
en riesgo el futuro usufructo de los recursos naturales por las generaciones venideras.
3. La norma debe también ser dinámica en su esencia, de manera que pueda adecuarse, a
través del tiempo, a la realidad socio-económica y ambiental del país, así como a los
continuos adelantos técnicos y científicos.
Por último, para su correcta implementación, las normas debe incluir aspectos de seguimiento,
control y adecuación que permitan asegurar y facilitar su aplicabilidad.
Las normas serán acompañadas por normas y reglamentaciones que cubrirán algunos
aspectos específicos como son los procedimientos de muestreo, análisis y control, entre otros.
OBJETIVOS, ALCANCE Y APLICACIÓN DE LAS NORMAS.
Los objetivos principales de esta norma son: proteger, preservar, conservar y mejorar la
calidad de las fuentes de suministro de agua a la población, los cuerpos naturales y artificiales,
tanto superficiales como subterráneas.
Específicamente, esta norma establece los requisitos que deben cumplir las personas físicas o
jurídicas responsables de descargas de aguas residuales a los cuerpos hídricos receptores. De la
misma manera, clasifica las aguas superficiales y las costeras según su utilidad principal y en
función de las características que se desea el cuerpo receptor (o sección del mismo) adquiera21.
21
Fuente Publicaciones Técnicas USAID
439
Composición y Características de las Aguas Residuales
Esta norma es de observancia obligatoria. Los requerimientos contenidos en ella se aplicarán a
todas las personas físicas o jurídicas (tanto públicas como privadas) responsables de descargas
de aguas residuales generadas por actividades industriales, comerciales, agropecuarias, de
servicios, domésticos, municipales, actividades recreativas y de cualquier otro tipo.
DEFINICIONES
Acuífero: formación geológica porosa subterránea saturada con agua, capaz de almacenar y
rendir agua en cantidades significativas a pozos y manantiales.
Aguas residuales: aguas cuya composición y calidad original han sido afectadas como resultado
de su utilización. Estas aguas provienen de uso municipal, industrial, agropecuario y otros. El
uso al que han sido sometidas ha degradado su calidad original al cambiar su contenido en
materiales disueltos y/o suspendidos.
Sinónimos de aguas residuales son aguas negras, aguas cloacales y aguas servidas.
Agua subterránea: agua que se encuentra entre los espacios de las partículas de suelo y grietas
de las rocas subterráneas. Es un recurso natural que se usa como fuente de agua potable, para
recreación, uso industrial y cultivos agrícolas.
Aguas superficiales: cualquier fuente de agua, natural o artificial que incluye corrientes, lagos,
estanques, embalses, canales, sistemas de riego e irrigación.
Área de captación: área limitada por una divisoria topográfica que drena el agua de
precipitación por escorrentía superficial y sub-superficial hasta un cuerpo hídrico. Se conoce
también como cuenca hidrográfica.
Área de recarga: es el área de captación que alimenta un acuífero por infiltración del agua de
lluvia o de cuerpos hídricos superficiales.
Calidad de agua: concepto complejo que implica un juicio subjetivo que es función del uso.
Relación de parámetros físicos, químicos y biológicos que determinan su composición, grado
de alteración, y su utilidad a los seres humanos y el medio ambiente.
Capacidad de asimilación: propiedad del cuerpo receptor para absorber o soportar agentes
externos, sin sufrir deterioro tal que afecte su propia regeneración, o impida su renovación
natural en plazos y condiciones normales, o reduzca significativamente sus funciones
ecológicas.
Carga másica de un efluente: masa total de contaminante descargado por unidad de tiempo.
440
Composición y Características de las Aguas Residuales
Caudal de diseño de control: caudal específico seleccionado en un curso de agua para servir
de base al diseño de control de la contaminación del mismo y, por lo tanto, de control de los
vertidos o efluentes líquidos contaminantes que sean descargados en él. La estipulación del
caudal de diseño de control fija las condiciones hidrológicas para las cuales se aplican las
normas de calidad de aguas y la capacidad de asimilación de contaminantes del curso de agua
receptor, a los fines de control de vertidos o efluentes.
Condiciones naturales: aquellas condiciones imperantes en algún ecosistema determinado
antes de que agentes externos al mismo alteraran su equilibrio natural.
Coliforme fecal: parte del grupo de los coliformes asociado a la flora intestinal de los animales
de sangre caliente. Es usado como indicador de la presencia potencial de organismos
patógenos.
Contacto primario: cualquier actividad, recreativa o no, en el agua, que conlleva a un contacto
prolongado con el medio líquido y por tanto, expone a los individuos a una ingestión de éste
en cantidades suficientes que pueden perjudicar la salud si el agua contiene patógenos.
Generalmente incluye la inmersión completa de órganos sensibles, ojos nariz y oídos, en el
agua (Ej. natación, buceo).
Contacto secundario: actividades acuáticas en las que el contacto con el agua es indirecto y los
órganos sensibles como la nariz, ojos y oídos no son inmersos en el agua (Ej. pesca, ski,
caminata en la playa).
Contaminación del agua: acción y/o efecto de introducir en el agua, elementos, compuestos,
materiales o formas de energía, que alteran la calidad de ésta para usos posteriores, que
incluyen uso humano y su función ecológica. La contaminación del agua altera sus
propiedades físico-químicas y biológicas de forma que puede producir daño directo o
indirecto a los seres humanos y al medio ambiente.
Cuerpo receptor: toda masa de agua, corriente o no, natural o artificial, superficial o
subterránea (río, arroyo, laguna, lago, embalse, acuífero, alcantarillado) susceptible a recibir
directa o indirectamente vertidos o descargas de aguas residuales.
Demanda biológica de oxígeno (DBO): es una medida indirecta del contenido de materia
orgánica (M.O.) biodegradable, expresada mediante la cantidad de oxígeno necesaria para
oxidar biológicamente la materia orgánica en una muestra de agua, a una temperatura
estandarizada de 20°C. Si la medición se realiza al quinto día, el valor se conoce como DBO5,
mientras que si esta es tomada luego de que la muestra se ha estabilizado, el valor obtenido se
conoce como DBOu. Sus unidades son mg O2/L.
441
Composición y Características de las Aguas Residuales
Demanda Química de Oxígeno (DQO). es una medida indirecta del contenido de materia
orgánica e inorgánica oxidable, mediante el uso de un fuerte oxidante en una muestra de agua.
Sus unidades son mg O2/L. Su valor siempre será mayor o igual al obtenido en los ensayos de
DBO.
Descarga o vertido: la acción de descargar o verter aguas residuales a los cuerpos hídricos
receptores o a sistemas de alcantarillado.
Efluentes industriales: aguas residuales resultantes de procesos industriales.
Estuario: parte de la desembocadura de una corriente de agua en el mar en la cual el agua
dulce entra en contacto con ésta y donde el efecto de flujo y reflujo de la marea es perceptible.
Nivel freático: profundidad en el subsuelo donde la presión de la zona saturada es igual a la
presión atmosférica. Es el límite superior del agua subterránea en acuíferos libres, indica el
nivel bajo el cual los materiales de suelo y roca están saturados con agua.
Tasa de dilución: es la relación entre el caudal del cuerpo receptor y el caudal del efluente.
ESPECIFICACIONES
Para los fines de esta norma los cuerpos receptores de descargas de aguas residuales se
clasificarán en cuatro tipos:
• Cuerpos de aguas superficiales: corrientes (ríos y arroyos), estuarios, lagos,
lagunas y embalses
• Medio marino-costero
• Suelo y subsuelo: zona no-saturada (vadosa) y zona saturada (acuífero-agua
subterránea)
• Red de alcantarillado sanitario
Clasificación de aguas según su utilidad.
La calidad de las aguas de los cuerpos receptores (o segmento de estos) es determinada por
sus características físico-químicas y biológicas presentes, o por las características que esta
Secretaría de Estado establezca como meta a lograr, para dicho cuerpo hídrico. De este modo,
esta Secretaría establecerá la clasificación de cada cuerpo receptor, de acuerdo al uso actual o
potencial de sus aguas.
Los fines perseguidos mediante esta clasificación son crear estrategias a seguir para el
mantenimiento y/o mejoramiento de dichos cuerpos hídricos, así como planificar y ordenar el
surgimiento de nuevas industrias o la ampliación de las existentes. Esta planificación será
basada en las cargas contaminantes descargadas por las industrias y los niveles de
contaminación presentes en los cuerpos hídricos..
442
Composición y Características de las Aguas Residuales
Para los fines de clasificación antes mencionados, los cuerpos hídricos receptores de aguas
superficiales y de aguas costeras se clasificarán de la siguiente forma:
Aguas superficiales:
1. Clase A: aguas destinadas al abastecimiento público e industrial de agua potable sin
necesidad de tratamiento previo, excepto filtración y simple desinfección. Aguas
destinadas a fines agrícolas, incluyendo regadío de vegetales de consumo crudo, uso de
recreo con contacto directo (ej. natación).
2. Clase B: aguas destinadas a la preservación de la fauna y la flora; aguas aprovechables
para regadío de cultivos, deportes acuáticos sin contacto directo, aquellas utilizadas en
algunos procesos industriales y pecuarios; y aguas para abastecimiento de agua potable
después de un proceso de tratamiento.
3. Clase C: aguas utilizadas para transporte (navegación fluvial), y con limitada interacción
con el medio ambiente.
Aguas costeras:
1. Clase D: áreas de preservación en condiciones naturales, por su calidad o valor
ecológico, tales como corales en áreas de arrecifes coralinos. Los usos de estas áreas
incluyen demostraciones e investigaciones científicas, actividades estéticas y
paisajísticas, y actividades relacionadas con manejo y conservación que no alteren el
ambiente. Todas estos ecosistemas deben conservase en ―condiciones naturales‖,
refiriéndose a aquellas condiciones imperantes antes de que existieran agentes externos
que modificaran su equilibrio natural.
2. Clase E: zonas de conservación de otros recursos naturales como mangles y zonas de
reproducción y nutrición de organismos marinos y áreas para acuacultura marina,
incluyendo moluscos, camarones, peces y pesca comercial. Además, áreas de deportes
acuáticos y otras actividades de contacto directo con el agua como natación, buceo, ski
acuático y otros.
3. Clase F: zonas de deportes acuáticos y otras actividades que no conllevan contacto
directo con el agua como veleros, pesca deportiva y otros.
4. Clase G: zonas de actividades industriales, portuarias y de transporte naviero. Los
efluentes industriales en estas áreas deben de ser previamente tratados hasta
acomodarse a los requisitos establecidos.
443
Composición y Características de las Aguas Residuales
Las definiciones y descripciones anteriormente se presentaron son referente a la noma
internacional sobre descargas de aguas a residuales a cuerpos de aguas, pero en nuestro país se
rige por la norma salvadoreña sobre descarga de aguas residuales, acentuación se presenta los
parámetros que la norma rige:
OBJETO
Esta Norma establece las características y valores físico-químicos, microbiológicos y radiactivos
permisibles que debe presentar el agua residual para proteger y rescatar los cuerpos
receptores.
CAMPO DE APLICACION
Esta Norma se aplica en todo el país para la descarga de aguas residuales vertidas a cuerpos de
agua receptores superficiales. Deberá observarse el cumplimiento de los valores permisibles
establecidos en esta norma, de forma que no se causen efectos negativos en el cuerpo
receptor, tales como color, olor, turbiedad, radiactividad, explosividad y otros.
REQUISITOS
Los niveles máximos permisibles de los parámetros de esta Norma deberán ser alcanzados por
medio de los tratamientos respectivos. Para alcanzar dichos niveles no será permitida la
dilución.
Tabla 5.14. Valores máximos de parámetros de aguas residuales de tipo ordinario, para
descargar a un cuerpo receptor.
ACTIVIDAD
AGUAS RESIDUALES DE TIPO ORDINARIO
Sólidos
Sólidos
Aceites y
DQO DBO5
Sedimentables Suspendidos
grasas
(mg/l) (mg/l)
(ml/l)
Totales (mg/l)
(mg/l)
150
60
444
1
60
20
Composición y Características de las Aguas Residuales
Tabla 5.15. Valores máximos permisibles de parámetros para verter aguas residuales
especial al cuerpo receptor por tipo de actividad.
Sólidos
Sólidos
DQO DBO5
Suspendidos
Sedimentables
ACTIVIDAD
(mg/l) (mg/l)
Totales
(ml/l)
(mg/l)
de tipo
Aceites
y
grasas
(mg/l)
I. ANIMALES VIVOS Y PRODUCTOS DEL REINO ANIMAL
1. Producción agropecuaria1)
800
300
15
150
50
2. Matanza de ganado y preparación y
400
200
15
125
50
conservación de carnes
3. Procesamiento de camarón, mariscos en
750
250
350
350
130
forma congelada
4. Enlatados de mariscos y fabricación de sus
300
150
15
100
50
harinas
5. Productos avícolas
800
300
15
150
50
6. Porcicultura
18002)
300
15
150
50
II. PRODUCTOS DEL REINO VEGETAL
1. Productos de molinería
400
200
15
200
50
2. Beneficiado de café
2500 2)
20002)
40
1000
30
3. Fabricación de productos de panaderías
250
200
15
70
100
4. Fabricas y refinerías de azúcar
600
400
30
150
30
5. Fabricación de cacao, chocolate y artículos
400
250
15
150
100
de confitería
6. Elaboración de alimentos preparados para
250
60
15
100
50
animales
7. Industria del tabaco
100
60
15
60
20
III. GRASAS Y ACEITES ANIMALES Y VEGETALES
1. Extractoras de aceites y grasas
700
400
15
150
200
2. Refinadora de aceites y grasas
300
150
15
100
200
IV. PRODUCTOS DE LAS INDUSTRIAS ALIMENTARIAS, BEBIDAS, LIQUIDOS ALCOHOLICOS, TABACO Y SUCEDÁNEOS
1. Fabricación de productos lácteos
900
600
75
300
75
2. Envasado y conservación de frutas y legumbres,
400
150
15
150
60
incluyendo la elaboración de jugos
3. Elaboración de productos alimenticios diversos
400
150
15
150
45
4. Destilación, rectificación y mezclas de bebidas
3500
3000
15
1000
20
espirituosas
5. Bebidas malteadas y de malta
30
400
200
15
70
6. Industrias de bebidas no alcohólicas y aguas
100
30
400
200
30
gaseosas
V. PRODUCTOS MINERALES
1. Extracción de minerales no ferrosos
2. Fabricación de objetos de barro, loza y porcelana
3. Fabricación de vidrio y productos de vidrio
4. Fabricación de productos minerales no metálicos
5. Industrias básicas de hierro y acero
6. Industrias básicas de metales no ferrosos
100
300
100
100
200
200
60
100
60
60
60
60
1) No estarán incluidas en esta actividad las ya expuestas en la tabla
2) Siempre y cuando el cuerpo receptor lo permita.
445
15
15
15
15
10
10
100
100
40
100
30
30
20
20
30
20
30
30
Composición y Características de las Aguas Residuales
ACTIVIDAD
Sólidos
DQO DBO5
Sedimentables
(mg/l) (mg/l)
(ml/l)
VI. PRODUCTOS DE LAS INDUSTRIAS QUIMICAS
1. Fabricación de abonos
180
60
10
2. Fabricación de resinas sintéticas, materias plásticas
500
250
15
y fibras artificiales, excepto el vidrio
3. Fabricación de pinturas, barnices y lacas
300
100
15
4. Fabricación de productos farmacéuticos y
300
100
15
medicamentos
5. Fabricación de jabones y preparados de limpieza,
450
300
15
perfumes, cosméticos y otros productos de tocador
6. Refinación y/o Fabricación de productos diversos
600
200
30
derivados del petróleo y del carbón
7. Industrias de llantas y cámaras
100
60
15
8. Expendios de combustibles
100
60
15
9. Lavado de vehículos
100
40
15
10. Lavanderías, tintorerías
300
100
15
11. Rellenos sanitarios y otras instalaciones de
1500
500
15
manejo de desechos
12. Fabricación de baterías
400
200
15
VII. MATERIAS PLASTICAS, CAUCHO Y SUS MANUFACTURAS
1. Fabricación de productos plásticos
100
50
15
VIII. PIELES, CUEROS, TALABARTERÍA Y PELETERIA
1. Curtidurías y talleres de acabado
1500
850
15
IX. PASTAS DE MADERA, PAPEL Y CARTÓN, MANUFACTURAS Y APLICACIONES
1. Fabricación de pulpa de madera, papel y cartón
350
200
15
2. Fabricación de envases y cajas de cartón
400
150
15
3. Fabricación de envases y cajas de papel y de
400
150
15
cartón
X. MATERIAS TEXTILES Y SUS MANUFACTURAS
1. Hilados, tejidos y acabados textiles
400
200
15
XI. CALZADO Y ARTICULOS ANÁLOGOS
1. Fabricación de productos de cuero y artículos
180
60
15
sucedáneos de cuero
XII. PERLA, PIEDRAS Y METALES PRECIOSOS
1. Fabricación de joyas y artículos conexos
300
100
15
XIII. METALES COMUNES Y SUS MANUFACTURAS
1. Fabricación de cuchillería, herramientas manuales y
300
100
15
artículos generales de ferretería
2. Fabricación de muebles y accesorios
300
100
15
principalmente metálicos
3. Fabricación de productos metálicos estructurales
300
100
15
4. Fabricación de productos metálicos exceptuando
300
100
15
maquinaria y equipo
1) No estarán incluidas en esta actividad las ya expuestas en la tabla
2) Siempre y cuando el cuerpo receptor lo permita.
446
Sólidos
Suspendidos
Totales
(mg/l)
Aceites
y
grasas
(mg/l)
50
100
30
20
100
100
30
30
200
40
200
30
60
70
60
100
200
20
20
30
30
20
800
20
60
30
150
50
300
100
100
20
30
30
150
35
60
30
100
30
100
30
100
30
100
100
30
30
Composición y Características de las Aguas Residuales
ACTIVIDAD
Sólidos
DQO DBO5
Sedimentables
(mg/l) (mg/l)
(ml/l)
XIV. MAQUINARIA Y APARATOS, MATERIAL ELECTRICO Y MANTENIMIENTO
1. Construcción de maquinaria para trabajar los
300
100
15
metales y la madera
2. Construcción de materiales y equipos
300
100
15
especiales para las industrias, excepto la
maquinaria para trabajar los metales y la
madera
3. Construcción de maquinas y aparatos
300
100
15
eléctricos industriales
4. Fabricación y reparación de automóviles,
300
100
15
motocicletas
5. Fabricación de equipos para diferentes usos
300
100
15
6. Fabricación de instrumentos de música
300
100
15
7. Fabricación y ensamble de componentes
1500
100
15
electrónicos
Sólidos
Suspendidos
Totales
(mg/l)
Aceites y
grasas
(mg/l)
100
30
100
30
100
30
100
30
100
100
100
30
30
30
1) No estarán incluidas en esta actividad las ya expuestas en la tabla
2) Siempre y cuando el cuerpo receptor lo permita.
Dependiendo del tipo de industria o actividad productiva, la caracterización del vertido deberá
incluir, además de los análisis descritos en las tablas 5.14 y 5.15, otros parámetros de calidad
para determinar y controlar la presencia de los contaminantes de las aguas residuales, descritos
en la tabla 5.16 de esta norma, de conformidad con la clasificación de actividades contenidas
en el Reglamento Especial de Aguas Residuales.
Tabla 5.16. Parámetros Complementarios sobre Valores Permisibles para Aguas Residuales
Descargadas a un Cuerpo Receptor
Valores máximos
Parámetros (mg/l)
permisibles
Aluminio (Al)
Arsénico (As)
Bario total (Ba)
Berilio (Be)
Boro (B)
Cadmio (Cd)
Cianuro total (CN-)
Cinc (Zn)
Cobalto (Co)
Cobre (Cu)
Coliformes fecales NMP/100ml
Coliformes totales NMP/100ml
Color
Compuestos fenólicos sintéticos
447
5
0.1
5
0.5
1.5
0.1
0.5
5
0.05
1
2000
10000
1)
0.5
Composición y Características de las Aguas Residuales
Parámetros (mg/l)
Cromo hexavalente (Cr+6)
Cromo total (Cr)
Detergentes (SAAM)
Fluoruros (F-)
Fósforo total (P
Organofluorina
Fosfatina
Benzimidazol
Piretroides
Bipiridilos
Fenoxi
Triazina
Fosfónico
Hierro total (Fe)
Litio (Li)
Manganeso total (Mn)
Materiales flotantes
Mercurio (Hg)
Molibdeno (Mo)
Níquel (Ni)
Nitrógeno total (N)
Organoclorados
Organofosforados y Carbamatos
pH Unidades
Plata (Ag)
Plomo (Pb)
Selenio (Se)
Sulfatos (SO4-2)
Sustancias radiactivas
Temperatura °C
Turbidez (Turbiedad) NTU
Vanadio (V)
2)
Valores máximos
permisibles
0.1
1
10
5
15
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
10
2
2
Ausente
0.01
0.1
0.2
50
0.05
0.1
5.5-9.0 2)
0.2
0.4
0.05
100
0
20-35 °C
4)
1
El valor de pH 5,5-9,0 aplica para descargas en aguas limnicas; definiéndose un valor de pH entre
6.0-9.5 para vertidos en aguas costero marinas
3) En todo caso la temperatura del H2O de descarga al cuerpo receptor no podrá alterar ± 5 °C, con
respecto a la temperatura natural del cuerpo hídrico receptor.
4) No se incrementara en 5 Unidades la turbidez del cuerpo receptor.
448
Composición y Características de las Aguas Residuales
Tabla 5.17. Requerimiento para toma de muestras Recipientes para Muestreo y Preservantes
de Componentes en Agua.
Parámetros
Aceites y
grasas
Acido
fenoxiacético,
herbicida
Aluminio
Arsénico
Bario
Berilio
Boro
Cadmio
Carbamato
(plaguicida)
Cianuro
Recipientes
Vidrio
Vidrio
Polietileno
Polietileno
Polietileno
Polietileno
Polietileno
Polietileno
Vidrio
Polietileno
Cinc
Color
Cromo
DBO
DQO
Fenoles
Polietileno
Polietileno
Polietileno
Polietileno
Polietileno
Vidrio
Fluoruro
Fósforodisuelto
inorgánico
ortofosfato total
Polietileno
Vidrio
Hierro
Litio
Manganeso
Mercurio
Polietileno
Polietileno
Polietileno
Vidrio o
teflón
Molibdeno
Níquel
Nitrógeno
amoniacal por
Kjeldahl
nitrato+nitrito
Pentaclorofenol
Polietileno
Polietileno
Polietileno
pH
Polietileno
Vidrio
Preservante
5 mL (1+1) H2SO4/L muestra.
Enfriar a 4 °C
H2SO4 a pH < 2, inferior a 4°C
2 ml. Conc. HNO3/L muestra
Enfriar 4 °C
2 ml. Conc. HNO3/L muestra
2 ml. Conc. HNO3/L muestra
Enfriar 4 °C
2 ml. Conc. HNO3/L muestra
H2SO4 a pH < 4 y 10 g
Na2SO4/L muestra
1 mL NaOH al 10 % / 100 mL
muestra
2 ml. Conc. HNO3/L muestra
Enfriar 4 °C
2 ml. Conc. HNO3/L muestra
Enfriar 4 °C
Enfriar 4 °C
H3PO4 a pH < 4 y 1,0 g
CuSO4/L, enfriar 4 °C
Enfriar 4 °C
Filtrando in situ, usando
membrana
filtrante de 0,45 μm
enfriar 4 °C
2 mL. conc. HNO3/L muestra
2 mL. conc. HNO3/L muestra
2 mL. conc. HNO3/L muestra
1 mL. conc. H2SO4 y 1 mL
solución
K2Cr2O7 al 5% / 100 mL muestra
2 mL. conc. HNO3/L muestra
2 mL. conc. HNO3/L muestra
Enfriar 4 °C
H2SO4 a pH < 4 y 0,5 g
CuSO4/L enfriar 4 °C
Ninguno
449
Tiempo máximo
de
almacenamiento
24 horas
Vol. mínimo
de muestra
mL
1 000
Preferible extraer
inmediatamente
1 000
6 meses
6 meses
6 meses
6 meses
6 meses
6 meses
Preferible extraer
inmediatamente
24 horas
1 000
1 000
1 000
1 000
1 000
1 000
2 500
6 meses
24 horas
24 horas
4 horas
24 horas
24 horas
1 000
500
24 horas
1 000
1 000
1 000
7 días
24 horas
300
1 000
6 meses
6 meses
6 meses
1 mes
1 000
1 000
1 000
1 000
6 meses
6 meses
24 horas
1 000
1 000
1 000
24 horas
1 000
Preferible tomar de
inmediato
200
500
Composición y Características de las Aguas Residuales
Parámetros
Recipientes
Plaguicidas
organoclorados
Plata
Vidrio
Polietileno
Tiempo máximo
Vol. mínimo
de
de muestra mL
almacenamiento
Enfriar 4 °C
Preferible extraer
2 500
inmediatamente
0,4 g disódico EDTA/100 mL muestra
10 días
1 000
Plomo
Polietileno
2 ml. conc. HNO3/L muestra
Selenio
Sulfato
Preservante
Polietileno Enfriar 4 °C
Polietileno Enfriar 4 °C
6 meses
1 000
6 meses
7 días
1 000
1 000
METODOS DE ANALISIS
Tabla 5.18 Métodos de Análisis para la Determinación de los Parámetros
Contemplados en la Norma
Número de referencia
Standard Methods
Aceites y grasas
5520
Aceites y grasas (Refinerías de petróleos) 5520
Aluminio
3500 -Al
Arsénico
3500 -As
Bario total
3500 - Ba
Berilio
3500 - Be
Boro
4500 - B
Cadmio
3500 - Cd
Cianuro total
4500- CN
Cinc (Zinc)
3500 -Zn
Cloruros
4500 -Cl
Cobalto
3500 -Co
Cobre
3500 -Cu
Coliformes fecales
9221
Coliformes totales
9221
Color
2120
Compuestos fenólicos sinteticos
5530 y 6420
Cromo hexavalente
3500 -Cr
Cromo total
3500 -Cr
DBO (aguas domésticas)
5210
DBO (aguas industriales)
5210
Detergentes aniónicos
5540
DQO (aguas industriales)
5220
DQO (aguas domésticas
5220
DQO (aguas domésticas)
5220
Fluoruros
4500-F
Fósforo total
4500 -P
Herbicidas totales
6640 y
Parámetros
450
Número de referencia
ASTM
D 3921 – 96
D 3921 – 96
D 857 – 02
D 2972 – 97
D 4382 – 02
D 3645 – 02
D 3082 – 92
D 3557 – 02
D 2036 – 98
D 1691 – 02
D 512 – 89
D 3558 – 94
D 1688 – 02
D 1783 – 01
D 5257 – 97
D 1687 – 92
D 1252 – 02
D 1252 – 02
D 1252 – 02
D 1179 – 99
D 515 – 88
D 5812 – 96
Composición y Características de las Aguas Residuales
Número de referencia Número de referencia
Standard Methods
ASTM
Hierro total
3500 - Fe
D 1068 -96
Litio
3500 - Li
Manganeso total
3500 - Mn
Material flotante
2530
Mercurio
3500 -Hg
D 3223 – 02
Molibdeno
3500 - Mo
D 3372 – 02
Níquel
3500 - Ni
D 1886 – 94
Nitrógeno total
4500- N
D 3590 – 02
Organoclorados
6630
D 5812 - 96
Organos fosforados y carbamatos
6610
pH
4500 - H+
D 1293 – 99
Plata
3500 -Ag
D 3866 – 02
Plomo
3500 -Pb
D 3559 – 96
Recolección y preservación de las muestras 1060
Selenio
3500 - Se
D 3859 – 98
Sólidos sedimentables
2540 F
Sólidos suspendidos (aguas domésticas)
2540 D
Sólidos suspendidos (aguas industriales)
2540 D
Sulfatos
4500 – SO4-2
D 516 – 02
Temperatura
2550
Trihalometanos
6232
Turbidez (Turbiedad)
2130
D 1889 – 00
Vanadio
3500 -V
D 3373 – 93
Nota 1. Se recomienda el uso de los métodos ―ASTM‖ y ―STANDARD METHODS‖. Pueden
utilizarse también los métodos empleados para los laboratorios acreditados por el CONACYT.
Parámetros
451
Composición y Características de las Aguas Residuales
452
Tratamiento de las Aguas Residuales
Capitulo 6
Tratamientos de las
aguas Residuales
1. Distintos tipos de tratamiento.
2. Su necesidad de acuerdo al destino final.
3. Grados de tratamiento, Cámaras o tanques sépticos.
4. Cámara de sedimentación, tanques Imhoff.
5. Pretratamiento, Tamices, Rejas, Tipos desarenadores.
6. Separadores de grasas y aceite.
7. Tratamiento primario.
8. Espesadores de lodos.
9. Tratamiento secundario.
10. Lechos percoladores.
11. Sistemas de barros activados.
12. Tratamientos de barros.
13. Digestores anaerobios.
14. Digestores aerobios.
15. Playas de secado.
16. Otros procedimientos: filtros de arena, lechos de contacto.
Tratamiento terciario.
Tratamiento de las Aguas Residuales
1. Distintos tipos de tratamiento
42.
GENERALIDADES
El principio básico en el tratamiento de aguas residuales es la separación del líquido de los
constituyentes indeseables, o la alteración de sus propiedades físico-químicas o biológicas con
el objeto de alcanzar niveles compatibles con los requisitos de descarga. En la mayoría de los
casos, los constituyentes son separados en forma de sólidos, por lo que los procesos de
tratamiento y disposición de lodos constituyen un aspecto de importancia dado que son parte
significativa de los costos iníciales y de operación de las plantas.
En este campo existe una variedad de procesos que pueden ser utilizados para el tratamiento
tanto del desecho líquido como de los lodos.
La selección de alternativas dentro de esta gran variedad de procesos existentes es efectuada
en atención a consideraciones de orden técnico-científico y económico. En el presente
capítulo se hace una revisión de los criterios técnicos que sirven para esta toma de decisiones.
NOMENCLATURA Y ESTADO DE LA TECNOLOGÍA
La mayoría de operaciones utilizadas han sido desarrolladas en el campo de la ingeniería y
adaptadas para el tratamiento de aguas residuales en la ingeniería sanitaria. Los procesos de
tratamiento de aguas residuales están formados por combinaciones de estas operaciones
unitarias. En general, las operaciones unitarias pueden categorizarse como de transporte de
momento, masa o calor, pero debido a que la mayoría de ellas comprende combinaciones de
estos tipos de transporte, se prefiere categorizar-las en otras formas más simples. Una de
ellas es como operaciones o procesos físicos, químicos y biológicos.
En la ingeniería sanitaria los términos operación v proceso se han usado indistintamente;
pero para los propósitos de esta introducción se adoptará la categorización de procesos
como:- preparatorios, primarios, secundarios, avanzados y de disposición de lodos (llamados
a veces etapas de tratamiento).
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Hasta ahora hemos aprendido que las aguas para abastecimiento humano deben ser tratadas,
con mucho más razón las aguas residuales, que resultan después de que el agua es utilizada
para satisfacer las necesidades humanas, ya sean domésticas, agrícolas o industriales porque
contienen compuestos y organismos que son altamente peligrosos para la salud humana.
Además de que su aspecto y olor resultan desagradables también pueden contaminar
453
Tratamiento de las Aguas Residuales
cuerpos de agua que se utilizan para la pesca, para practicar la natación o como fuentes de
abastecimiento de agua potable. En virtud de que los microorganismos patógenos que se
encuentran en las aguas residuales consumen el oxígeno disuelto que se encuentra en las
mismas, el parámetro que se utiliza para medir esta característica es la demanda bioquímica
de oxígeno (DBO) que nos sirve también para medir la carga de materia orgánica que entra
en las plantas de tratamiento y la efectividad de las mismas.
Las plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan gran variedad de métodos para
remover los contaminantes. Los más comunes son una combinación de métodos físicos,
químicos y biológicos. Existen tres niveles de tratamiento de aguas residuales en las plantas:
primario, secundario y terciario. El tratamiento primario es el primer paso que involucra
tratamientos físicos como la filtración y la sedimentación que se utilizan para remover sólidos
de gran tamaño. El tratamiento secundario utiliza microorganismos para llevar a cabo la
digestión de la materia orgánica y eliminar este tipo de residuos.
Los procesos más utilizados en los tratamientos secundarios son las lagunas aireadas, filtros
de lodos activados y contactares biológicos rotatorios. Con relación a las bacterias, éstas se
dividen en aerobias y anaerobias, las primeras son las que utilizan oxígeno para activar su
metabolismo y las segundas no toleran el oxígeno libre, pero utilizan agentes oxidantes y
reductores como alimento para su metabolismo.
En las plantas modernas de tratamiento, las aguas que se obtienen después de los
tratamientos biológicos deben desinfectarse por cloración o por cualquier otro método para
este fin, dado que las bacterias que se utilizan para estos tratamientos, una vez que han
cumplido su función de destruir la materia orgánica no hay garantía de que no puedan
ocasionar enfermedades.
En una comparación entre los diferentes métodos, es importante analizar en qué cantidad se
reduce la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y los sólidos suspendidos (SS). En la
sedimentación se reduce la DBO 35% y los SS 50%. En los tratamientos biológicos en ambos
parámetros se obtiene una reducción de 85%. Lo anterior es importante mantenerlo
presente en virtud de que en cualquier tratamiento lo que se busca es la reducción de la
DBO, de los sólidos suspendidos, del nitrógeno total, del fósforo y del amoniaco.
De los tratamientos de aguas se obtienen como productos secundarios los lodos residuales.
El manejo de estos Iodos y su disposición es un problema grave que tiende a incrementarse
dado que varía considerablemente su composición. Algunos se encuentran libres de
sustancias tóxicas y pueden ser utilizados como abono para el suelo, otros contienen altas
concentraciones de materia orgánica, inorgánica, contaminantes tóxicos y organismos
patógenos, por lo que resulta difícil su disposición final.
También es importante mencionar que las plantas de tratamiento de aguas residuales
municipales no están diseñadas para remover ciertos contaminantes, por lo que fas industrias
454
Tratamiento de las Aguas Residuales
deben eliminarlos a través de un preparamiento. Uno de los contaminantes difíciles de
remover es el plomo proveniente de baterías y cianuros que, además, puede dificultar el
tratamiento de las aguas residuales porque interfiere en algunas reacciones de remoción de
contaminantes e incrementa los costos por su difícil disposición.
Los problemas que se pueden evitar aplicando un pretratamiento son la corrosión,
explosiones e incendios, interferencia en la remoción de sustancias, exposición de los
empleados y dificultad para la disposición de lodos.
TRATAMIENTO SECUNDARIO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de filtros: pueden ser utilizados para tratamiento aeróbico de aguas residuales
industriales y domésticas, y su efectividad es de 85% para reducir la demanda bioquímica de
oxígeno (DBO) y los sólidos suspendidos totales (SST). Requieren de supervisión técnica
mínima y sus costos de operación comparados con otros tratamientos (sistemas de Iodos
activados) son mucho más bajos. El sistema de filtros consta de los siguientes componentes
en el orden en que se enlistan: cribas, tanques de remoción de arena, clarificador primario,
filtro, clarificador secundario, sistema de desinfección y tratamiento y disposición de lodos.
Después de la sedimentación primaria, el agua residual es bombeada a una cama de arena y
se le hace pasar a través de ésta. En esta forma, una cama de bacterias se forma a la mitad y
se remueve la materia orgánica del agua residual. El agua residual y los sólidos son
transportados a un tanque de sedimentación secundaria en donde son separados. Una
porción del agua residual tratada es reciclada nuevamente al filtro para mejorar la calidad del
efluente final.
El lodo producido en el sistema de filtros proviene de la clarificación primaria y los sólidos,
que incluyen la biomasa y son recolectados en los clarificadores finales. Este lodo es digerido
aeróbica o anaeróbicamente y después se dispone en rellenos sanitarios.
Sistema de lodos activados: es un proceso de tratamiento biológico donde O adicional es
2
utilizado para activar las bacterias aerobias. Estos lodos activados se adicionan en los sólidos
residuales sedimentados que serán tratados. La mezcla se agita utilizando aire comprimido
del centro del tanque la cual maximiza la absorción del oxígeno de la atmósfera. Los
microorganismos en los lodos activados oxidan la materia orgánica soluble y capturan
partículas sólidas para convertirlas en otras de mayor tamaño en presencia de oxígeno
molecular disuelto. La mezcla de microorganismos, partículas sólidas y aguas residuales es
aireada y después sedimentada para separar los sólidos biológicos del agua tratada. La mayor
porción a los recipientes de aireación para ser combinados con el agua residual entrante.
Una variación del proceso de lodos activados que es aplicable en situaciones donde el flujo
es muy grande es la oxidación continua. El sistema recircula el agua de manera continua en
455
Tratamiento de las Aguas Residuales
canales cerrados donde se lleva a cabo la aireación. El agua residual se circula de 18 a 24
horas y se utilizan aireadores mecánicos para mezclar y mover el agua, y no sólo provee el
oxígeno necesario para la oxidación sino que también remueven los sólidos remanentes.
Lagunas: son los métodos que se utilizan con más frecuencia en el tratamiento de aguas
residuales. Pero no pueden tratar residuos al nivel requerido legalmente sin tener que utilizar
procesos adicionales. Todas las lagunas funcionan bajo un mismo principio, utilizando las
propiedades naturales de las bacterias o las algas para reducir el contenido de materia
orgánica en las aguas residuales. Durante el día, la fotosíntesis de las algas proveen el oxígeno
necesario para la respiración de las bacterias. Existen diferentes tipos de tratamientos que
incorporan sistemas de aireación adicional.
Sistemas de lagunas de estabilización: se clasifican en dos tipos;
1) las lagunas de estabilización, que no tienen una profundidad mayor a 1.8 metros,
trabajan con bacterias aerobias y se llevan más de 30 días en destruir los residuos, y
2) las lagunas de aireación, que pueden procesar mayor volumen de aguas residuales y
requieren de menor tiempo para destruir los contaminantes. Este tipo de lagunas
tiene una profundidad entre 1.2 y 1.8 metros.
El agua que se encuentra cerca de la superficie es aeróbica debido al oxígeno en la atmósfera
y la respiración de las algas, la parte del fondo es anaerobia y contiene sólidos sedimentados
y a la parte de la mitad se le llama zona facultativa. Las algas que se encuentran cerca de la
superficie toman el dióxido de carbono y lo transforman en oxígeno y este fenómeno hace
que se eleve el pH arriba de 10, lo cual ayuda a volatilizar el amoniaco de la laguna. El
oxígeno producido por las algas es utilizado por las bacterias para destruir el material
orgánico de la superficie. Estas lagunas se mezclan utilizando aireadores flotantes de
superficie. La remoción efectiva de materia orgánica soluble se puede conseguir con el
tiempo apropiado de mezclado. El siguiente paso después del proceso de aireación es la
descarga del efluente en los receptores del agua que están conformados por grandes
estanques o secciones de la laguna de aireación aislada por diques. En algunos casos, estas
lagunas se utilizan como dispositivos de pretratamiento. La diferencia principal entre este
proceso y el de iodos activados es que la biomasa no es reciclada entre la etapa de
sedimentación y la de aireación.
Remoción de los compuestos orgánicos biodegradables: en las lagunas de aireación depende
de muchos factores, como el tiempo de retención, temperatura y la naturaleza del residuo.
Este proceso reduce considerablemente la demanda bioquímica de oxígeno y se pueden
tratar aguas residuales con una gran variedad de compuestos orgánicos presentes si se
456
Tratamiento de las Aguas Residuales
diseñan adecuadamente. Los problemas que llegan a presentarse con las lagunas de aireación
son el excesivo crecimiento de algas, olores desagradables por la presencia de sulfatos y el
poco oxígeno disuelto.
Filtración: los filtros intermitentes de arena se utilizan como tratamiento adicional para los
efluentes de las lagunas o de los sistemas de tanques sépticos. Esta operación se puede
realizar sólo en una ocasión cuando el agua residual se mueve a través del filtro de arena o en
más de una ocasión cuando es recirculada. En cualesquiera de los casos, el sistema de
filtración consiste en una cania de arena con un grosor de aproximadamente tres pies
instalándose una bomba debajo de la grava para que drene. El área total de la cama de arena
se divide en dos o más filtros. El agua residual se pasa en ciclos alternados que permiten que
el lecho de arena drene completamente, lo cual es necesario para mantener las condiciones
aeróbicas.
Métodos de tratamiento por tierra: existen gran cantidad de sistemas de aplicación por tierra
que pueden ser utilizados como sistema de disposición de efluentes o como un tratamiento
avanzado de efluentes. Este tipo de sistemas de tratamiento tiene grandes beneficios como la
recuperación de nutrientes, la recarga del agua subterránea y la conservación del agua por
irrigación de las distintas áreas. Estos sistemas son muy recomendables en áreas donde los
requerimientos de descarga en la superficie del agua son estrictos y la tierra es relativamente
barata. El tipo de suelo y su textura deben ser adecuados para el tratamiento de tierra. La
aplicación por tierra es un método abalizado pero sencillo de tratamiento de aguas
residuales. El agua residual pretratada, se aplica a la tierra por infiltración, flujo o métodos de
irrigación y se lleva a cabo a través de un proceso natural en el que el efluente fluye a través
de la vegetación y el suelo, el nitrógeno es removido por las plantas a través del ocio del
nitrógeno. Cierta cantidad del agua residual se pierde por transpiración y evaporación, pero
la mayoría se reincorpora al agua a través de la percolación del suelo.
Algunas veces en este tipo de tratamiento por tierra, el agua residual se aplica en las áreas de
terreno altas y se colecta en el centro de la colina, después, se desinfecta y se descarga a un
cuerpo de agua. En este proceso los sólidos suspendidos que contiene el agua se dispersan
en la vegetación y se descomponen. Las bacterias del pasto y del suelo consumen la materia
orgánica y los nutrientes consumidos por la vegetación. El efluente resultante reduce
notablemente los contaminantes más que los sistemas de tratamiento secundario. La
demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y los sólidos suspendidos totales (SST) se remueven
entre 85 y 92%, el nitrógeno entre 60 y 80% y el fósforo entre 20 y 50%. Este tipo de sistema
es muy efectivo y requiere de un equipo mínimo.
Una variación del sistema de tratamiento por tierra es la irrigación de suelos, en el cual el
agua residual se bombea a diferentes áreas en suelos con alta permeabilidad. En este sistema
457
Tratamiento de las Aguas Residuales
convergen diferentes tratamientos como la filtración, adsorción y actividad microbiana
cuando se percola el agua a través del suelo.
Disposición de lodos: como se ha mencionado previamente, la mayoría de los tratamientos
de aguas residuales generan lodos que deben ser tratados de forma apropiada para su
disposición final; sin embargo, antes deben estabilizarse, lo que removerá organismos
patógenos y reducirá el contenido de materia orgánica. Después de la estabilización, en
algunas ocasiones se elimina el agua de los lodos para eliminar su volumen total y son
depositados en la tierra como disposición final. La estabilización es complementada por
digestión aerobia o aplicación de lime, donde los lodos son bombeados a un digestor y
retenido por un periodo de entre 20 y 30 días para reducir los sólidos suspendidos y los
patógenos. Durante esta etapa de estabilización, los lodos son aireados y mezclados de
manera rutinaria. En el método de aplicación de lime, éste se le agrega para aumentar el
valor del pH a más de 12, lo cual reduce los organismos patógenos. La eliminación del agua
se complementa de manera sencilla utilizando camas.
Algunos los limpios se pueden utilizar como acondicionadores del suelo en virtud de que
contiene nutrientes como el nitrógeno, fosforo y potasio. Esto hace a los lodos un excelente
complemento a los fertilizantes comerciales. También los lodos pueden ser aplicados debajo
de la tierra por inyección o cuando se les ha eliminado el agua se pueden expandir sobre la
superficie de la tierra.
2. Su necesidad de acuerdo al destino final.
3.
43.
PRINCIPIOS UTILIZABLES PARA LA SELECCIÓN
Naturaleza de los desechos
Esta puede describirse según su composición química y variabilidad de descarga. En la tabla
6.1 se presenta en forma tabular la composición típica de las aguas residuales domesticas.
De los valores indicados se puede concluir que, en su gran mayoría, éstos están compuestos
por agua. Se presenta una clasificación de los sólidos presentes, los que en su mayor parte
son sólidos disueltos. La porción de estos sólidos asociada con la DBO corresponde
principalmente a los sólidos orgánicos.
En el cual se presentan intervalos usuales de varios constituyentes de desechos industriales,
únicamente para propósitos de comparación. A nivel de diseño, la caracterización de estos
desechos es usualmente efectuada en términos de masa de los diversos parámetros, por
458
Tratamiento de las Aguas Residuales
unidad de producción. Por ejemplo, para un matadero se utilizaría: kg de DBO descargados
por cabeza de animal degollado. Existiendo una industria al interior de una ciudad, la
caracterización del desecho combinado se efectúa sumando la masa de descarga de la ciudad
y la industria. Por lo general, se emplea el término de "población equivalente" que no es otra
cosa que el número de habitantes que descargarían una masa dada de contaminante
(usualmente DBO). Esta masa total dividida para una "descarga o contribución per cápita de
contaminante" resulta en la población equivalente. Para países en desarrollo, una
contribución per cápita de DBO de aproximadamente 54 kg/d es usual.
Los desechos de origen doméstico son fácilmente tratables mediante la utilización de
procesos biológicos convencionales; sin embargo, la presencia de desechos industriales
puede causar dificultades. En el cuadro 6 se presenta una lista de características limitantes
para el tratamiento biológico y se sugieren correcciones necesarias. Un buen balance de nutrientes es requisito importante para una exitosa y eficiente biooxidacion de la materia
orgánica.
Los requisitos mínimos de nitrógeno han sido determinados como 3-4 kg de nitrógeno por
cada 100 kg de DBO removidos, y los requisitos mínimos de fosforo como 0.6 kg de fosforo
por cada 100 kg de DBO removidos. Una relación de DBO: N: P de 100: 5: 1 en un
desecho se considera como adecuada pata la provisión de nutrientes en el tratamiento
biológico. Se presenta esta relación para varios desechos industriales; de allí se puede
observar los desechos que requerirían una suplementarían de nutrientes para ser aptos en el
tratamiento biológico,
La presencia de metales pesados puede 'inhibir la actividad biológica, se dan los límites de
tolerancias de dos tipos de tratamiento biológico ante la presencia de cuatro metales pesados,
indican los tipos de metales pesados usualmente presentes en los diversos desechos
industriales.
NECESIDAD DEL TRATAMIENTO
En la concepción, planeamiento y diseño de un sistema de tratamiento si pueden considerar
objetivos diferentes, teniendo en cuenta la disponibilidad de recursos económicos y técnicos,
así como los criterios estableen dos para descarga de efluentes o eficiencias mínimas y,
eventualmente motivaciones ecológicas.
En un desarrollo gradual de sistemas de tratamiento se pueden considerar como objetivos
iníciales principales, del tratamiento de aguas residuales] los siguientes:
Remoción de DBO.
Remoción de Sólidos Suspendidos.
Remoción de patógenos.
459
Tratamiento de las Aguas Residuales
Tabla 6.1 Composición típica de tres clases de aguas residuales domesticas
Constituyente
Concentración, mg/l
Alta Media Baja
Sólidos totales
1200 700
350
Disueltos totales
850 500 250
Fijos
525 300 145
Volátiles
325 200 + 105
En suspensión totales
350 200 100
Fijos
75
50 30
Volátiles
275 150 +
70
Sólidos sedimentables, ml/l
20
1.0
5
DBO (5 días, 20°C)
300
200
100
DQO
300
200
100
Nitrógeno total (como N)
85
40
20
Orgánico
35
15
8
Amoniacal
50
25
12
Fósforo total (como P)
20
10
6
Cloruros
100
50
30
Alcalinidad (como CaCO3)
200
100
50
Grasas
150
100
50
Calcio (como Ca)
110**
10*
Magnesio (como Mg)
8**
10*
Sodio (como Na)
100**
23*
* Agua blanda
** Agua dura
Posteriormente ha sido común agregar:
Remoción de nitrógeno y fósforo.
Finalmente se involucra:
Remoción de sustancias orgánicas refractarias como los detergentes fenoles y
pesticidas.
Remoción de trazas de metales pesados.
Remoción de sustancias inorgánicas disueltas.
La complejidad del sistema de tratamiento es, por lo tanto, función de lo objetivos
propuestos.
Teniendo en cuenta la gran cantidad de operaciones y procesos disponibles para tratamiento
de aguas, es común hablar de pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y
tratamiento terciario d avanzado de aguas residuales.
La figura 6.1 resume los principales procesos de tratamiento de aguas residuales y su
agrupación más frecuente. En general, el pretratamiento tiene como objeto remover de las
460
Tratamiento de las Aguas Residuales
aguas residuales aquellas constituyentes que pueden causar dificultades de operación y
mantenimiento en los procesos posteriores o que, en algunos casos, son incompatibles de ser
tratados conjuntamente con los demás componentes del agua residual. El tratamiento
primario se refiere comúnmente a la remoción parcial de sólidos suspendidos, materia
orgánica u organismos patógenos, mediante sedimentación u otro medio; y constituye un
método de preparar el agua para el tratamiento secundario.
PRETRATAMIENTO
TRATAMIENTO PRIMARIO TRATAMIENTO SEGUNDARIO
TRATAMIENTO TRATAMIENTO DISPOSICION DISPOSICION
QUIMICO FISICO ORG. DISUELTOS REMOCION DE SOLIDOS TERCIARIO
LODOS
LODOS LIQUIDOS
Figura 6.1 Proceso de tratamiento de las aguas residuales
Típicamente el tratamiento primario remueve alrededor del 60% de los sólidos suspendidos
del agua residual cruda y un 35% de la DBO. El tratamiento secundario convencional se usa
principalmente para remoción de DBO soluble y sólidos suspendidos e incluye, por ello, los
procesos biológicos de lodos activados, filtros percoladores, sistemas de lagunas y
sedimentación.
El tratamiento terciario y avanzado supone, generalmente, la necesidad de remoción de
nutrientes para prevenir eutrofización de las fuentes receptoras o de mejorar la calidad de un
efluente secundario para adecuar el agua para su reuso.
Dentro del propósito de proveer tratamiento secundario a las aguas residuales municipales,
la agencia de protección ambiental de los Estados Unidos, USEPA, ha establecido los
criterios presentados en la tabla 2.1. Para lagunas de estabilización y filtros percoladores la
USEPA acepta concentraciones promedio mensuales de DBO y sólidos suspendidos de 45
mg/L o concentraciones promedio semanales de SS/DBO de 65 mg/L.
Tabla 6.2. Criterios para efluentes secundarios (10).
Parámetro
Unidad
Promedio
Promedio
mensual
semanal
DB05
mg/L
30*
45
Sólidos Suspendidos
mg/L
30*
45
PH
Unidad
6-9
6-9
DB05C
mg/L
25
40
* La remoción promedio debe ser mayor del 85%.
El rendimiento de las lagunas de estabilización se acostumbra evaluarlo con base en la DBO5
total, en los sólidos suspendidos totales y en los conformes fecales del efluente. La DBO5
total es función de la DBO5 soluble y de la concentración de sólidos suspendidos totales del
efluente. En general, la DBO que aportan los sólidos suspendidos totales excede la DBO5
soluble y, por lo tanto, es importante minimizar los sólidos suspendidos totales excluyendo
las algas del efluente.
5
461
Tratamiento de las Aguas Residuales
Los diferentes procesos en el tratamiento de las aguas residuales se desarrollaran a lo largo
de este capítulo, donde se abordaran cada uno de los diferentes elementos y definiciones.
La descarga de aguas residuales a las fuentes receptoras ha sobrepasado, en muchos casos, la
capacidad autopurificadora de dichas aguas y, por ello, muchos ríos son convertidos en
verdaderas alcantarillas. La solución es proporcionar el tratamiento adecuado a las aguas
residuales, dependiendo de la carga que es capaz de aceptar el río, lago o cuerpo de agua
receptor.
El ingeniero de tratamiento de aguas diseña la planta de tratamiento para efectuar la
remoción de los agentes contaminadores, según los requerimientos de calidad del efluente.
La disposición final de los efluentes de aguas residuales se hace, generalmente, por dilución
en fuentes receptoras, por descarga sobre el suelo o, en algunos casos, por percolación hacia
el agua subterránea, o por evaporación. El método más común, obviamente, ha sido la
disposición por dilución en ríos, lagos, estuarios o el mar. La tesis fundamental para el
control de la contaminación por aguas residuales, ha sido tratar las aguas residuales en
plantas de tratamiento que hagan parte del proceso de remoción y dejar que la naturaleza lo
complete en el cuerpo receptor. Por ello, el nivel de tratamiento es función de la capacidad
de autopurificación natural de la fuente receptora.
A la vez, la capacidad de autopurificación natural es función, principalmente, del caudal de la
fuente receptora, de su contenido de oxígeno y de su habilidad para reoxigenarse.
Además, la proporción de capacidad natural de autopurificación que puede utilizarse
depende de los usos a que piense someterse la fuente receptora, de los deseos o intereses de
la comunidad y de los factores económicos que determinen la explotación del recurso
hídrico. El control de la contaminación del agua incluye, por lo tanto, el desarrollo de los
métodos y medios para mantener una calidad adecuada de agua y el establecimiento de los
criterios necesarios para calidad de agua según los usos de ella. Por ello existen criterios,
normas o guías de calidad de agua para consumo humano, para uso industrial, para uso
agrícola, recreación, peces, estética, navegación, etc.
CRITERIOS DE CALIDAD DEL AGUA
Una vez establecidos los usos benéficos, para cada recurso hídrico, es posible formular
criterios de calidad, con la restricción de que ninguna descarga puede crear condiciones que
violen dichos criterios. Sin embargo, este tipo de normas es difícil de hacer cumplir cuando
la capacidad de autopurificación es excedida por la combinación de varias descargas diferentes y no es fácil definir cuál de ellas es la culpable del deterioro observado. Por estas
razones, en muchos casos, se prefiere establecer criterios de descarga de efluentes.
462
Tratamiento de las Aguas Residuales
Para efectos ilustrativos se presentan, a continuación, algunas de las normas, criterios o
expresiones, usadas para clasificación de las fuentes de agua, según los usos diversos; así
como para descarga de efluentes, semejantes a los de la tabla 6.2.
Tabla 6.3 Según el artículo 72 del decreto 1594 de 1984, todo vertimiento a un cuerpo de
agua deberá cumplir, por lo menos, con las siguientes normas:
REFERENCIA
PH
Temperatura
Material flotante
Grasas y Aceites
Sólidos suspendidos, domésticos
o industriales DBO:
- Para desechos domésticos
- Para desechos industriales
USUARIO EXISTENTE
USUARIO NUEVO
5-9
5-9
40°C
40°C
Ausente
Ausente Remoción 80% en carga
Remoción 80% en carga
Remoción 80% en carga
Remoción
50% en carga
Remoción
Remoción
30% en carga
20% en carga
Remoción 80% en carga
Remoción 80% en carga
Para prevenir inhibición o interferencia con el tratamiento en plantas municipales se prohíbe
descargar al sistema de alcantarillado público los siguientes materiales:
Materiales que puedan crear riesgos de incendios o explosiones.
Materiales corrosivos o aguas con pH menor de 5.
Materiales sólidos o viscosos que interfieran u obstruyan el flujo del agua.
Materiales que por su volumen o concentración impidan el funcionamiento normal
de la planta de tratamiento.
Materiales que por su temperatura disminuyan la actividad biológica o incrementen la
temperatura del afluente a la planta a más de 40 °C.
En Inglaterra fue ampliamente usado, en la práctica, el estándar para efluentes 20/30; es
decir D.B.O. menor de 20 mg/L y Sólidos Suspendidos menor de 30 mg/L. Dicho
estándar se originó en las recomendaciones de la Comisión de la Corona para
Disposición de Aguas Residuales, en 1912, la cual consideraba que con un factor de
dilución de 8 las aguas superficiales tendrían una D.B.O. menor de 4 mg/L y se evitarían
los problemas de contaminación.
463
Tratamiento de las Aguas Residuales
Tabla 6.4. Criterios de calidad para aguas superficiales (1).
Uso del agua
Suministro público
de agua
Recreación
Propagación de
peces y vida
silvestre
Industrial
Agrícola
Cría de mariscos
O.D.
mínimo
permisible
mg/L
Sólidos
disueltos
mg/L
Otros Sólidos
Coliformes, máximo
Permisible en 100
mL
4
500-750
Ningún sólido
flotante o sedimentables que forme
depósitos
2000 Fecales
4-5
--
ídem
200 Fecales 1000
Totales
4-6
--
ídem
5000
3-5
3-5
4-6
750-1500
750-1500
—
ídem
ídem
ídem
—
—
70
E1 tratamiento de las aguas residuales es una combinación de operaciones físicas y de
procesos biológicos y químicos que remueven el material suspendido, coloidal o disuelto de
dichas aguas. En el tratamiento convencional se utilizan rejillas para remoción de materiales
gruesos, desarenadores para remoción de arena, sedimentación para remoción de material
sedimentable y tratamiento biológico para oxidación de la materia orgánica disuelta y
coloidal. Existen dos grandes tipos de actividad biológica que ejecutan los organismos en la
descomposición de la materia orgánica de las aguas residuales: oxidación aerobia y oxidación
anaerobia.
Mediante la actividad microbial se desarrollan flóculos y películas biológicas o, simplemente,
cultivos de microorganismos que descomponen la materia orgánica biodegradable. A través
de reacciones de catabolismo y anabolismo o síntesis celular se oxidan o mineralizan los
compuestos orgánicos y se produce biomasa. La retención de la biomasa y la evaporación de
los productos gaseosos formados permiten efectuar el tratamiento del agua o remoción de
DBO. El proceso se esquematiza en figuras como la 6.2 y 6.3.
464
Tratamiento de las Aguas Residuales
Figura 6.2. Descomposición microbial de la materia orgánica.
Figura 6.3. Simbiosis microbial en una laguna de estabilización
465
Tratamiento de las Aguas Residuales
3. Grados de tratamiento, Cámaras o tanques sépticos.
4.
GRADO DE TRATAMIENTO O CALIDAD DEL EFLUENTE REQUERIDOS
44. de procesos de tratamiento son factibles de ser diseñados para diversos grados de
La mayoría
efectividad, aunque siempre existe un límite inferior por debajo del cual es difícil mantener la
actividad biológica, y uno superior, por encima del cual el tratamiento biológico no está en
posibilidad de metabolizar las sustancias resistentes a la actividad biológica.
En la tabla 6.4 se presenta un sumario de las aplicaciones, límites y eficiencias de varios
procesos de tratamiento. En la figura 6.4 se indican alternativas de diferentes procesos que
componen tres niveles de tratamiento en base a la calidad deseada en el efluente.
En la tabla 6.5 se presenta un sumario de las características del efluente de varias alternativas
de tratamiento. En la figura 6.5 se ofrece un diagrama de flujo para un tratamiento completo
y la composición del efluente de cada proceso para agua residual doméstica.
Tabla 6.5 Sumario de procesos convencionales más comunes de tratamiento de aguas
residuales
Proceso
Aplicación común
Límite de aplicación
Cambios principales en
el aspecto de calidad
Sedimentación
después de
coagulación química
Sedimentación simple
Separación por gravedad
Desarenado de aguas
residuales crudas
No especificado
Tratamiento primario con o sin
remoción de natas
No especificado
Concentración de
lodo activado de
retorno en tratamiento secundario
Licores con
Contenidos de sólidos de 15001800mg/lt
Reducción de DBO y
sólidos en suspensión
en desechos industriales orgánicos e inorgánicos
No especificado
Aguas residuales
domesticas
No especificado
Desechos industriales
Depende del
tipo de desecho
Remoción de fosfatos de
aguas residuales
No especificado
466
Remoción de sólidos pesados
en suspensión no transportables a una
velocidad de30 cm/seg
25-40% reducción de DBO
40-70% reducción de sólidos
en suspensión
± 50% reducción de turbiedad
25-75% reducción de bacterias
2% reducción de detergentes
(SAL)
Concentra el lodo al 20-50%
de su volumen original
Concentra el lodo de 2 a 10
veces su contenido de
sólidos original
Altamente dependiente de
la naturaleza del desecho
a tratarse
50-85% reducción de DBO
70-90% reducción de sólidos
en suspensión
40-80% reducción de bacterias
Variable dependiendo de la
naturaleza del desecho
Reduce fosfatos solubles
a cantidades trazas
Tratamiento de las Aguas Residuales
Lagunas de
estabilización
Lodos activos
con
sedimentación
secundaria
Filtros
percoladores
con
sedimentación
secundaria
Tratamiento biológico
Proceso
Tratamiento
secundario de aguas
residuales
domésticas y
desechos industriales
biodegradables
Tratamiento
secundario de aguas
residuales
domésticas y
desechos industriales
biodegradables
Tratamiento
secundario de aguas
residuales
domésticas y
desechos industriales
biodegradables
Aplicación común
Presencia de
sustancias
toxicas
Presencia de
sustancias
toxicas
Presencia de
sustancias
toxicas
Límite de aplicación
60-85% reducción de DBO
70-90% reducción de salidos
en suspensión
90-95% reducción de bacterias
30-35% reducción de SAB
80-90% reducción de SAL
70-98% reducción de DBO
85-98% reducción de sólidos
en suspensión
95-98% reducción de bacterias
30-50% reducción de SAB
90-99% reducción de SAL
75-95% reducción de DBO
90-99% reducción de sólidos
en suspensión
98-99.9% reducción de bacterias
30% reducción de SAB
56-93% reducción de SAL
Cambios principales en
el aspecto de calidad
Aeración
por
aspiración
o con
cascada
Aeración
mecánica
superficial
Aeración con aire
comprimido
Aeración
Desarenadores aerados, separación de
grasa, separación de
solides por flotación,
tratamiento biológico,
fraccionamiento de
espuma, trasferencia
de oxígeno
Tratamiento biológico, mezcla de
biomasa,
trasferencia de
oxígeno
Tratamiento de desechos industriales
Alto costo en favor de
aeración mecánica superficial
Mantener condiciones aeróbicas Contrarrestar
fuerza de gravedad en flotación Reducción de SAB
o SAL a
1-2 mg/lt
Mantener condiciones aeróbicas
No especificado
Variables o no especificados
Desprendimiento de gases Remoción parcial ce H2S
y otros gases de descomposición
Cribas finas
Filtración
Aguas residuales
domesticas
Desechos industriales: pulpa y papel,
enlatadoras, etc.
Ninguna especificada
5-10% reducción de DBO
2-20% reducción de sólidos en suspensión
10-20% reducción de bacterias
Ninguna especificada
Varía con la naturaleza del desecho
467
Clarificación de
efluentes de plantas
de tratamiento de
aguas residuales
Tratamiento de desechos industriales
Tratamiento terciario
de agua residual
Sistemas de
reclamación
de agua
Tratamiento terciario
de agua residual
domestica
Proceso
Aplicación común
Tratamiento
avanzado de aguas
residuales
domésticas después
de coagulación,
sedimentación,
remoción de
amoníaco y filtros
rápidos Remoción de
complejos orgánicos
disueltos
Cloro líquido y
compuestos de cloro
Tratamiento avanzado de agua residual domestica para
remoción de fosforo,
sólidos en
suspensión y
complejos orgánicos
disueltos
Filtración de
efluente de lodos
activados en
carbón activado
(adsorción)
Filtros rápidos
en efluente secundario Filtros rápidos
después de coagulación en efluente
Filtros lentos
química
secundario
Microcribas
Tratamiento de las Aguas Residuales
Desinfección de
efluentes de plantas
de tratamiento de
aguas residuales
Ayuda en remoción
de grasas, control de
moscas en filtros,
limpieza de difusores, remoción de H2S
y NH3, control de
formación de películas biológicas en
alcantarillado
Tamaño de partículas más
pequeñas o más grandes que
microcriba
Turbiedad relativamente baja
87-96% reducción en organismos microscópicos
60-90% reducción en partículas microscópicas
50-60% reducción de sólidos en suspensión de
efluente de filtro biológico
30-40% reducción en turbiedad
90-95% reducción de DBO
85-95% reducción de sólidos en suspensión
95-98% reducción de bacterias
90-99% reducción de surfactantes
52-70% reducción de DBO
72-91% reducción de sólidos .en suspensión
Alta turbiedad
Cerca de 100% reducción de turbiedad
90-99% reducción en bacterias
90-95% reducción en sólidos en suspensión
Alta turbiedad
Límite de aplicación
Cambios principales en
el aspecto de calidad
Filtración
Pretratamiento indicado
Efluente con: 0-1 mg/lt DBO
5-15 mg/lt DQO
0.1-1 mg/lt turbiedad
0-1 mg/lt sólidos s.
0.1-1 mg/lt fosfatos
1-10 mg/lt nitrógeno amoniacal (N)
Cloración
99.9% reducción en bacterias
1) Con 15 min contacto
No especificado
a) Primario 20-25 mg/lt
b) Filtros biológicos 15 mg/lt
c) Lodos activados 8 mg/lt
d) Aeración extendida 5 mg/lt
2) Con 2 h contacto Lagunas de estabilización
15 mg/lt
Digestión
468
Digestión
anaeróbica
Tratamiento de las Aguas Residuales
Estabilización de
lodos primaria y
secundaria
pH < 6.8. Ausencia de sustancias
tóxicas
50% reducción de sólidos
volátiles en suspensión
Mineralización de lodos
Tabla 6.6 Características de desechos domésticos después de varios grados de tratamiento
A
B
C
D
E F G
DBO (mg/l)
200 132 12
12 10 < 1 < 2
Sólidos, en
250 103 < 20 < 20 5
0
0
suspensión (mg/l)
P0,(mg/l cono PO.) 40.0 40.0 26.0 26.0 < 1 <1 < 1
NH3 (mg/l como N)
30.0 30.0 20
< 1 < 1 <1 < 1
N 0rg.(mg/l como N) 20
16
5
<4 < 4 <4 < 1
STD (mg/l)
620 620 435 435 **
** < 50
DQO (mg/l).
550 275 100 100 40 12 < 5
(*) Grado de tratamiento
A. Afluente crudo
B. Efluente de tratamiento primario
C. Efluente de lodos activados o filtro percolador estándar
D. Efluente de lodos activados + Nitrificación +Denitrificacion
E. Efluente de lodos activados + Nitrificación +Denitrificacion + Cal
F. Efluente de lodos activados + Nitrificación +Denitrificacion + Cal + Filtro rápido +
Carbón activado
G. Efluente de lodos activados + Nitrificación + Denitrificacion + Destilación
(**) Concentración de STD en efluente depende de la calidad del agua potable
STD = So1idos totales disueltos
DQO = Demanda química de oxígeno
El grado de desinfección posible en el efluente de diversos procesos está dado en la tabla 6.6.
Como puede observarse, la laguna de estabilización es el proceso más eficiente en la
destrucción de coliformes.
Los desechos tratados en lagunas de estabilización sufren cambios con el período de
retención.
469
Tratamiento de las Aguas Residuales
Tabla 6.7 Contenido de coliformes esperado en varios efluentes
Descripción
Reducción máxima %
Domestico crudo
Primario
Filtro biológico después de primario
Lodos activados después de primario
Laguna de estabilización
Efluente primario clorado
20 mg/l, - contacto 15 min
Efluente clorado de
lodos activados
8 mg/l, - contacto 15 min
Efluente clorado laguna estabilización
15 mg/l, - contacto 2 h
75
95
98
99.9
99.9
NMP
No./100 ml
4001000,000
1001000,000
51000,000
21000,000
40,000
99.9
10,000
99.9
200
99.9
4
Conceptos prácticos
Aunque no se hace una revisión de principios del tratamiento biológico, debe recordarse que
la producción de sólidos en sistemas biológicos salé de un balance de producción de nuevas
células por síntesis biológica y destrucción por respiración endógena. Por lo general, los
sistemas de alta síntesis y baja respiración endógena corresponden a procesos biológicos de
alta velocidad en donde se obtiene una gran cantidad de lodos para disposición. En estos
casos, los procesos de tratamiento y disposición de lodos son más elaborados.
Los sistemas de alta respiración endógena corresponden a procesos biológicos de bajas tasas
de aplicación, como la "aeración prolongada", en donde se obtiene una menor cantidad de
sólidos de más fácil disposición.
Algunos conceptos prácticos de ingeniería se analizan para dos procesos similares de
tratamiento secundario. En la tabla 6.7 se indican similitudes y diferencias para los procesos
de lodos activados y filtro biológico.
Las características de diversos parámetros de ingeniería para los dos procesos biológicos
están dadas en la tabla 6.8. Finalmente, en la tabla 6.9 se indican problemas operacionales
comúnmente presentes en lodos activados y filtros biológicos.
470
Tratamiento de las Aguas Residuales
Tabla 6.8 similitudes y diferencias entre los procesos de lodos activados y filtros biológicos
Similitudes
1. La estabilización del desecho
es efectuada por asimilación
de materia orgánica a células
y productos finales del metabolismo
2. Reacción aeróbica
3. Nivel de tratamiento similar
excepto para aeración extendida
Diferencias
1. Recirculación de lodo en. Lodos activados.
"Recirculación de efluente en filtros
2. Biomasa en suspensión en lodos activados y
3. adherida al medio
4. en filtros biológicos
5. Oxígeno abastecido artificialmente en lodos activados y por
corrientes de convección en filtros biológicos
Lodo más fácilmente tratable en lodos
activados para cargas bajas
Problemas operaciones diferentes
Tabla 6.9 Comparación de lodos activados y filtros biológicos en términos de conceptos de
ingeniería
Lodos activados
Parámetro
Producción de lodo
Nitrificación
Filtro biológico
Alta carga Baja carga Alta carga Baja carga
Alta
Baja
Alta
Baja
Incompleta Completa Incompleta Completa
Remoción de nutrientes
Buena
Baja
Buena
Baja
Relación F/M
Alta
Baja
Alta
Baja
Edad de lodo
Baja
Alta
Baja
Alta
Reacción a cargas
shock
Altamente
inestable
Estable
Inestable
Estable
Tabla 6.10 Problemas operacionales comunes en lodos activados y filtros biológicos
Lodos activados
Filtros biológicos
1. Abultamiento de lodos
2. Valores erráticos de IVL
3. Dificultad de mantener licor mezclado y OD en tanque
de aeración
4. Espuma excesiva
5. Sobrenadante de digestor causa alteraciones al proceso
6. Dificultad de mantener relación C/M
471
1. Olores en periodos de carga muy reducida o
muy alta
2. Moscas
3. Taponamiento del medio filtrante
4. Taponamiento de distribuidores de flujo
5. Posibilidad de congelamiento del líquido en
climas fríos
Tratamiento de las Aguas Residuales
Cámaras o Tanques Sépticos
Los tanques sépticos se utilizarán por lo común para el tratamiento de las aguas residuales de
familias que habitan en localidades que no cuentan con servicios de alcantarillado o que la
conexión al sistema de alcantarillado les resulta costosa por su lejanía. El uso de tanques
sépticos se permitirá en localidades rurales, urbanas y urbanas marginales.
Las aguas residuales pueden proceder exclusivamente de las letrinas con arrastre hidráulico o
incluir también las aguas grises domésticas (generadas en duchas, lavaderos, etc.).
El tanque séptico con su sistema de eliminación de efluentes (sistema de infiltración),
presenta muchas de las ventajas del alcantarillado tradicional. No obstante, es más costoso
que la mayor parte de los sistemas de saneamiento in situ. También requiere agua corriente
en cantidad suficiente para que arrastre todos los desechos a través de los desagües hasta el
tanque.
Los desechos de las letrinas con arrastre hidráulico, y quizás también de las cocinas y de los
baños, llegan a través de desagües a un tanque séptico estanco y herméticamente cerrado,
donde son sometidos a tratamiento parcial. Tras un cierto tiempo, habitualmente de 1 a 3
días, el líquido parcialmente tratado sale del tanque séptico y se elimina, a menudo en el
suelo, a través de pozos de percolación o de zanjas de infiltración. Muchos de los problemas
que plantean los tanques sépticos se deben a que no se tiene suficientemente en cuenta la
eliminación del efluente procedente del tanque séptico.
Uno de los principales objetivos del diseño del tanque séptico es crear dentro de este una
situación de estabilidad hidráulica, que permita la sedimentación por gravedad de las
partículas pesadas. El material sedimentado forma en la parte inferior del tanque séptico una
capa de lodo, que debe extraerse periódicamente. La eficiencia de la eliminación de los
sólidos por sedimentación puede ser grande, Majumder y sus colaboradores (1960)
informaron de la eliminación del 80% de los sólidos en suspensión en tres tanques sépticos
de Bengala occidental, y se han descrito tasas de eliminación similares en un solo tanque
cerca de Bombay. Sin embargo, los resultados dependen en gran medida del tiempo de
retención, los dispositivos de entrada y salida y la frecuencia de extracción de lodos (período
de limpieza del tanque séptico). Si llegan repentinamente al tanque grandes cantidades de
líquido, la concentración de sólidos en suspensión en el efluente puede aumentar
temporalmente, debido a la agitación de los sólidos ya sedimentados.
La grasa, el aceite y otros materiales menos densos que flotan en la superficie del agua
formando una capa de espuma pueden llegar a endurecerse considerablemente. El líquido
pasa por el tanque séptico entre dos capas constituidas por la espuma y los lodos.
472
Tratamiento de las Aguas Residuales
La materia orgánica contenida en las capas de lodo y espuma es descompuesta por bacterias
anaerobias, y una parte considerable de ella se convierte en agua y gases. Los lodos que
ocupan la parte inferior del tanque séptico se compactan debido al peso del líquido y a los
sólidos que soportan. Por ello su volumen es mucho menor que el de los sólidos contenidos
en las aguas servidas no tratadas que llegan al tanque. Las burbujas de gas que suben a la
superficie crean cierta perturbación en la corriente del líquido. La velocidad del proceso de
digestión aumenta con la temperatura, con el máximo alrededor de los 35°C. El empleo de
desinfectantes en cantidades anormalmente grandes hace que mueran las bacterias,
inhibiendo así el proceso de digestión.
El líquido contenido en el tanque séptico experimenta transformaciones bioquímicas, pero se
tiene pocos datos sobre la destrucción de los agentes patógenos. Tanto Majumber y sus
colaboradores (1960) hallaron que, aunque los tanques sépticos estudiados habían destruidos
del 80% al 90% de los huevos de anquilostomas y Ascaris, en términos absolutos el efluente
aun contenía grandes cantidades de huevos viables, que estaban presentes en el 90% de las
muestras.
Como el efluente de los tanques sépticos es anaerobio y contiene probablemente un elevado
número de agentes patógenos, que son una fuente potencial de infección, no debe usarse
para regar cultivos ni descargarse canales o aguas superficiales sin permiso de la autoridad
sanitaria de acuerdo al reglamento nacional vigente.
Definiciones Utilizadas en el diseño de Cámaras o tanques Sépticos
Aguas servidas: Son todas las aguas de alcantarillado ya sean de origen domésticos
(aguas de las casas habitación, edificios comerciales, etc.) o industrial, una vez que
han sido utilizadas por el hombre.
Afluente: Líquido que llega a una unidad o lugar determinado, por ejemplo el agua
que llega a una laguna de estabilización.
Cámara o compartimiento: Compartimiento estanco, en que se divide el tanque
séptico para mejorar el tratamiento de las aguas residuales.
Caudal: Volumen de agua que pasa por un punto dado por unidad de tiempo. Se
expresa normalmente en l/seg o m3/seg.
Efluente: Líquido que sale de una unidad o lugar determinado, por ejemplo agua que
sale de una laguna de estabilización.
Lodos: Sólidos que se encuentran en el fondo del tanque séptico.
Nata: Sustancia espesa que se forma sobre el agua almacenada en el tanque séptico,
compuesto por residuos grasos y otro tipo de desechos orgánicos e inorgánicos
flotantes.
473
Tratamiento de las Aguas Residuales
Sólido sedimentable: Partícula presente en el agua residual, que tiene la propiedad de
precipitar fácilmente.
Tanque séptico: Sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas provenientes
de una vivienda o conjunto de viviendas que combina la separación y digestión de
lodos.
Consideraciones a tener en cuenta
El ingeniero responsable del proyecto, debe tener en claro las ventajas y desventajas que
tiene el emplear el tanque séptico para el tratamiento de las aguas residuales domésticas,
antes de decidir emplear esta unidad en una determinada localidad.
Tabla 6.11 Ventajas y Desventajas de los tanques sépticos.
Ventajas
Apropiado
para
comunidades
rurales,
edificaciones, condominios, hospiles, etc.
Su limpieza no es frecuente.
Tiene un bajo costo de construcción y operación.
Mínimo grado de dificultad en operación y
mantenimiento si se cuenta con infraestructura de
remoción de lodos.
Desventajas
De uso limitado para un máximo de 350 habitantes22.
También de uso limitado a la capacidad de infiltración del
terreno que permita disponer adecuadamente los
efluentes en el suelo.
Requiere facilidades para la remoción de lodos (bombas,
camiones con bombas de vacío, etc.).
Conocido las ventajas y desventajas del tanque séptico, quedará a criterio del ingeniero
encargado del proyecto si es conveniente emplear estas unidades en la localidad donde se
desea tratar las aguas residuales de uso doméstico.
Principios de diseño de tanque séptico
Los principios que han de orientar el diseño de un tanque séptico son los siguientes:
-
Prever un tiempo de retención de las aguas servidas, en el tanque séptico, suficiente
para la separación de los sólidos y la estabilización de los líquidos.
Prever condiciones de estabilidad hidráulica para una eficiente sedimentación y
flotación de sólidos.
Asegurar que el tanque sea lo bastante grande para la acumulación de los lodos y
espuma.
Prevenir las obstrucciones y asegurar la adecuada ventilación de los gases.
A continuación se presenta la metodología a seguir para el diseño de un tanque séptico.
22
Norma de diseño de Tanques Sépticos del Reglamento Internacional de la OMS
474
Tratamiento de las Aguas Residuales
Diseño de tanque séptico
a) Periodo de retención hidráulica (PR, en días)
Donde:
P: Población servida.
Q: Caudal de aporte unitario de aguas residuales, litros/(habitante * día).
El periodo de retención mínimo es de 6 días.
b) Volumen requerido para la sedimentación (Vs, en m³)
c) Volumen de digestión y almacenamiento de lodos (Vd, en m³)
Donde:
N: Intervalo deseado en años, entre operaciones sucesivas de remoción de lodos.
d) Volumen de lodos producidos23
La cantidad de lodos producidos por habitante y por año, depende de la temperatura
ambiental y de la descarga de residuos de la cocina. Los valores a considerar son:
- Clima cálido 40 litros/habxaño
- Clima frió 50 litros/habxaño
En caso de descargas de lavaderos u otros aparatos sanitarios instalados en restaurantes y
similares, donde exista el peligro de introducir cantidad suficiente de grasa que afecte el buen
funcionamiento del sistema de evacuación de las aguas residuales, a los valores anteriores se
le adicionara el valor de 20 litros/habxaño.
e) Volumen de natas
Como valor se considera un volumen mínimo de 0.7 m³.
f) Profundidad máxima de espuma sumergida (He, en m)
Donde:
A: Área superficial del tanque séptico en m².
g) Profundidad libre de espuma sumergida
23
Especificaciones Técnicas para el diseño de Tanque Séptico (2003). UNATSABAR-CEPIS/OPS.
475
Tratamiento de las Aguas Residuales
Distancia entre la superficie inferior de la capa de espuma y el nivel inferior de la Tee de
salida o cortina deflectora del dispositivo de salida del tanque séptico, debe tener un valor
mínimo de 0.10 m.
h) Profundidad libre de lodo (Ho, en m)
i) Profundidad mínima requerida para la sedimentación (Hs, en m)
j)
Profundidad de espacio libre (Hl, en metros)24
Comprende la superficie libre de espuma sumergida y la profundidad de lodos.
Seleccionar el mayor valor, comparando la profundidad del espacio libre mínimo total
(0.1+Ho) con la profundidad mínima requerida para la sedimentación (Hs).
k) Profundidad neta del tanque séptico.
La suma de las profundidades de natas, sedimentación, almacenamiento de lodos y la
profundidad libre de natas sumergidas.
Figura 6.4 Esquema de Tanque Séptico
24
Norma de diseño de Tanques Sépticos del Reglamento Internacional de la OMS
476
Tratamiento de las Aguas Residuales
Dimensiones internas del tanque séptico
Para determinar las dimensiones internas de un tanque séptico rectangular, además de la
Norma S090 y de las ―Especificaciones técnicas para el diseño de tanque séptico‖ publicadas
por la Unidad de Apoyo Técnico para el Saneamiento Básico del Área Rural
(UNATSABAR)-CEPIS/OPS-2003, se emplean los siguientes criterios:
a) Entre el nivel superior de natas y la superficie inferior de la losa de cubierta deberá
quedar un espacio libre de 300 mm, como mínimo.
b) El ancho del tanque deberá ser de 0.60 m, por los menos, ya que ese es el espacio
más pequeño en que puede trabajar una persona durante la construcción o las
operaciones de limpieza.
c) La profundidad neta no deberá ser menor a 0.75 m.
d) La relación entre el largo y ancho deberá ser como mínimo de 2:1.
e) En general, la profundidad no deberá ser superior a la longitud total.
f) El diámetro mínimo de las tuberías de entrada y salida del tanque séptico será de
l) 100mm (4‖).
g) El nivel de la tubería de salida del tanque séptico deberá estar situado a 0.05m por
debajo de la tubería de entrada.
h) Los dispositivos de entrada y salida de agua residual al tanque séptico estarán
constituidos por Tees o pantallas.
i) Cuando se usen pantallas, éstas deberán estar distanciadas de las paredes del tanque a
no menos de 0.20 m ni mayor a 0.30 m.
j) La prolongación de los ramales del fondo de las Tees o pantallas de entrada o salida,
serán calculadas por la fórmula (0.47/A+0.10).
k) La parte superior de los dispositivos de entrada y salida deberán dejar una luz libre
para ventilación de no más de 0.05 m por debajo de la losa de techo del tanque
séptico.
477
Tratamiento de las Aguas Residuales
l) Cuando el tanque tenga más de un compartimiento, las interconexiones entre
compartimiento consecutivos se proyectaran de tal manera que evite el paso de natas
y lodos.
m) Si el tanque séptico tiene un ancho W, la longitud del primer compartimiento debe
ser 2W y la del segundo W.
n) El fondo de los tanques tendrá una pendiente de 2% orientada al punto de ingreso de
los líquidos.
o) El techo de los tanques sépticos deberá estar dotado de losas removibles y registros
de inspección de 150 mm de diámetro.
Figura 6.5 Detalles de la norma aplicados en el tanque séptico
Consideraciones a un tanque sépticos con compartimientos
a) El número de compartimientos no deberá ser mayor a cuatro y cada uno deberá
tener un largo de 0.60 m como mínimo.
b) El tanque séptico puede estar dividido por tabiques, si el volumen es mayor a 5 m³.
478
Tratamiento de las Aguas Residuales
c) Cuando el tanque séptico tenga dos o más compartimientos, el primer
compartimiento deberá tener un volumen entre 50% y 60% de sedimentación,
asimismo las subsiguientes compartimientos entre 40% a 50% de volumen de
sedimentación425.
d) En el primer compartimiento pueden tener lugar la mayor parte de los procesos de
sedimentación y digestión, en cuyo caso sólo pasaran al segundo algunos materiales
en suspensión. De este modo cuando llegan repentinamente al tanque séptico
grandes cantidades de aguas servidas, si bien la eficiencia de sedimentación se reduce,
los efectos son menores en el segundo compartimiento.
e) En el dibujo de detalla algunas de las dimensiones que se podrían tomar para un
tanque séptico con dos compartimientos.
4. Cámara de sedimentación, tanques Imhoff.
Las cámaras de sedimentación emplean la fuerza de la gravedad para separar las partículas
5.
más gruesas. El agua residual entra en una cámara en la que disminuye su velocidad
45. sedimentar las partículas más gruesas y densas en el fondo de esta y así poder
pudiendo
hacer la recolección. Se usan usualmente como tratamiento previo a otros tratamientos para
eliminar la fracción más gruesa del material en suspensión. Son utilizados para la captura de
partículas de diámetro mayor de 10 mm, aunque sólo atrapan de manera efectiva a partículas
de más de 50 mm.
CAMARA SEDIMENTADORAS PRIMARIOS.
Consiste en utilizar las fuerzas de gravedad para separar una partícula de densidad superior con
densidad superior a la del líquido hasta una superficie o zona de almacenamiento. Para que pueda
haber una separación efectiva se precisa, además, que la fuerza de gravedad tenga un valor
suficientemente elevada con relación a sus efectos antagonistas: efectos de turbulencia, rozamiento,
repulsión electrostática, corrientes de convección, etc. Para facilitar la comprensión de los
fenómenos que intervienen deben distinguirse los efectos relacionados con el movimiento de la
partícula y los relacionados con el movimiento del líquido.
Las cámaras sedimentadoras se suelen encontrar de tres tipos más comunes son:
25
Especificaciones Técnicas para el diseño de Tanque Séptico. UNATSABAR-CEPIS/OPS.
479
Tratamiento de las Aguas Residuales
1. Cámara sedimentadora horizontal
2. Cámara sedimentadora de varios pisos
3. Cámara sedimentadora Circulares
Cámara sedimentadora horizontal
La superficie libre de estos decantadores puede ser cuadrada, rectangular o circular. Los
fangos se reúnen en una fosa en donde son extraídos mediante un eyector hidrostática.
Cámara sedimentadora de varios pisos
Un decantador seta tanto eficaz cuando su superficie horizontal sea más grande, dada una
superficie de terreno ocupada y un determinado volumen de obre. Un decantador será tanto
más eficaz cuanto su superficie horizontal sea más grande. Dada una superficie de terreno
ocupado y un determinado volumen de obra, fácilmente concluiremos que debemos utilizar
decantadores de varios pisos o de superficie de sedimentación laminar.
El factor de forma L/H, que debe elegirse lo menor posible con tal de mantener una
velocidad de derrame mínima necesaria para obtener la repartición y la estabilidad del
derrame, muestra que los diferentes pisos deben ser utilizados preferentemente en paralelo y
no en serie.
La estabilidad de derrame se logra para:
Los decantadores de varios pisos permiten, en consecuencia, utilizar velocidades más lentas
(L menor).
Cámara sedimentadora Circulares
Pueden considerarse como una yuxtaposición de sedimentadores horizontales formados por
sectores. El cálculo de los sedimentadores horizontales puede aplicarse con la condición de
que se tenga en cuenta la progresiva disminución de la velocidad media horizontal.
Se obtiene como expresión de la velocidad de caída de la partícula retenida en el decantador:
480
Tratamiento de las Aguas Residuales
Donde:
R = radio del decantador radial;
S = R2 = superficie del fondo.
DISPOSICION DE ENTRADA Y DE DRENAJE DE SALIDA
Debe evitarse que los flóculos, para cuya constitución han sido necesarios tantos cuidados,
no se rompan en su recorrido hasta el decantador; por otra parte, debe repartirse por igual el
caudal entre los diversos sedimentadores (en el caso de que haya varias construcciones en
paralelo) y repartir equitativamente el caudal, tanto como pueda hacerse, a lo largo de la
sección transversal de cada sedimentador. Dicha equidad requiere la introducción de
pérdidas de carga, y por tanto variaciones de velocidad, lo cual hace que las anteriores
exigencias resulten contradictorias.
Debe hacerse una primera observación en lo que respecta a la re-partición equitativa del
caudal entre los diferentes decantadores (o diversos pisos) funcionando en paralelo; como los
flóculos residuales que salen del decantador son pequeños y no frágiles y la eficacia de los
filtros está en relación directa con el tamaño de los mismos, es conveniente asegurar la
equidad del reparto mediante dispositivos situados a la salida del decantador, ya que es mejor
que colocarlos en la entrada de los mismos.
Queda el problema de la equidad de reparto en toda la superficie transversal; debe aceptarse
aquí un compromiso y servirse tanto de las formas de los dispositivos de entrada como de la
inserción en el recorrido del caudal de obstáculos que provoquen el mínimo de pérdida de
carga (una pared con orificios da muy buen resultado en la equirrepartición, cuando la
superficie no agujereada corresponde a un 10 o 20 % de la sección total) pero deben evitarse
velocidades de circulación superiores a 15 cm/s si se desea conservar intactos los flóculos.
ELIMINACION DE LOS BARROS SEDIMENTADOS
Los flóculos que entran en el sedimentador horizontal son relativamente heterogéneos,
sedimentando una gran mayoría en la primera parte del decantador.
La evacuación de barros puede realizarse por medios mecánicos (rasquetas) que se adaptan a
la forma del decantador, o hidráulicos (tuberías perforadas). El primer sistema se utiliza para
evacuar fangos espesos (100 g/l) y el segundo cuando son más diluidos (2 a 10 g/l).
481
Tratamiento de las Aguas Residuales
En muchos casos los fangos se almacenan y sólo se vacían de vez en cuando mediante lavado
del decantador (arrastre hidráulico). Paradójicamente, con este último sistema se obtienen
unas pérdidas de agua muchos menores que las utilizadas con purgas de agua frecuentes, y la
inversión que exige es prácticamente nula.
La masa de barros puede ser muy grande: 1 g de cloruro férrico comercial produce
alrededor de un 28 % de flóculos, a los cuales hay que añadir las materias que precipitan a
partir del agua y los demás reactivos empleados (carbón activo, por ejemplo). Un agua
tratada con 35 g de coagulante, que contenga 20 g de materias minerales en suspensión y a la
que se le añade una dosis de 20 g de carbón activo en polvo depositará por metro cúbico
alrededor de 50 g de materias (peso seco) por m³ tratado (45 g en el decantador y 5 g en los
filtros).
Si se tratan 100 000 m³/día, el peso de fangos depositado en el decantador será del orden de
4,5 t o sea, 45 m³ de barro amontonado. Deberá procederse a una eliminación continua
mediante rasquetas o mediante purga hidráulica, o bien a vaciados totales del sedimentador
con una frecuencia aproximada de tres meses. Sin embargo, en muchos casos los aportes de
sólidos provenientes del agua a tratar y de las dosis de reactivos aplicadas son mucho
menores, y pueden eliminarse los dispositivos de extracción continua limitándose a efectuar
vaciados semestrales o incluso anuales. Los barros prácticamente no fermentan, sobre todo si
se ha realizado una precloración o una preozonización en el proceso de tratamiento, o si los
barros tienen una proporción suficiente de carbón activo.
TANQUES IMHOFF
El tanque imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remoción de
sólidos suspendidos.
Para comunidades de 5000 habitantes o menos, los tanques imhoff ofrecen ventajas para el
tratamiento de aguas residuales domésticas, ya que integran la sedimentación del agua y a
digestión de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo también se les llama
tanques de doble cámara.
Los tanques imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas; sin
embargo, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos
de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena.
El tanque imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimentos:
- Cámara de sedimentación.
- Cámara de digestión de lodos.
- Área de ventilación y acumulación de natas.
482
Tratamiento de las Aguas Residuales
Durante la operación, las aguas residuales fluyen a través de la cámara de sedimentación,
donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes
inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando a la cámara de digestión a
través de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador. El traslape tiene la
función de impedir que los gases o partículas suspendidas de sólidos, producto de la
digestión, interfieran en el proceso de la sedimentación. Los gases y partículas ascendentes,
que inevitablemente se producen en el proceso de digestión, son desviados hacia la cámara
de natas o área de ventilación.
Los lodos acumulados en el digestor se extraen periódicamente y se conducen a lechos de
secado, en donde el contenido de humedad se reduce por infiltración, después de lo cual se
retiran y dispone de ellos enterrándolos o pueden ser utilizados para mejoramiento de los
suelos.
Definiciones utilizadas en el diseño de los tanques imhoff
Afluente: Líquido que llega a una unidad o lugar determinado, por ejemplo el agua
que llega a una laguna de estabilización.
Aguas servidas: Todas las aguas de alcantarilla, ya sean de origen domésticos (aguas
de las casas habitación, edificios comerciales, etc.) o industrial, una vez que han sido
utilizadas por el hombre.
Cámara de digestión: Unidad de los tanques imhoff, donde se almacenan y digieren
los lodos.
Cámara de sedimentación: Unidad del tanque imhoff, donde se remueven gran parte
de los sólidos sedimentables.
Caudal: Volumen de agua que pasa por un punto dado por unidad de tiempo. Se
expresa normalmente en l/seg o m³/seg.
Demanda bioquímica de oxígeno (D.B.O.): Cantidad de oxígeno utilizado en la
oxidación bioquímica de la sustancia orgánica, en un tiempo y a una temperatura
especificada. Depende enteramente de la disponibilidad de materia utilizable como
alimento biológico y de la cantidad de oxígeno utilizado por los microorganismos
durante la oxidación.
Deshidratación de lodos: proceso de remoción del agua contenida en los lodos.
Eficiencia: Relación entre la capacidad real y la teórica total de una unidad o equipo.
Usualmente se expresa en %.
Efluente: Líquido que sale de una unidad o lugar determinado, por ejemplo agua que
sale de una laguna de estabilización.
Infiltración: Efecto de penetración o infiltración del agua en el suelo.
483
Tratamiento de las Aguas Residuales
Lecho de lodo: Lugar donde se deshidratan los lodos estabilizados provenientes del
tanque imhoff.
Lodos: Sólidos que se encuentran en el fondo del tanque imhoff y que son evacuados
a un lecho de secado.
Nata: Sustancia espesa que se forma sobre el agua almacenada en el tanque imhoff
compuesto por residuos grasos y otro tipo de desechos orgánicos e inorgánicos
flotantes.
pH: Concentración de iones de hidrógeno.
Sólido Sedimentable: Partícula presente en el agua residual, que tiene la propiedad
de precipitar fácilmente.
Consideraciones a tener en cuenta
El ingeniero responsable del proyecto, deberá tener en claro las ventajas y desventajas que
tiene al emplear el tanque imhoff para el tratamiento de las aguas residuales domésticas de
una población.
Tabla 6.12 Ventajas y Desventajas de los tanques imhoff.
Ventajas
Contribuye a la digestión de lodo, mejor que en un
tanque séptico, produciendo un líquido residual de
mejores características.
No descargan lodo en el líquido efluente, salvo en
casos excepcionales.
El lodo se seca y se evacúa con más facilidad que
el procedente de los tanques sépticos, esto se
debe a que contiene de 90 a 95% de humedad26.
Las aguas servidas que se introducen en los
tanques imhoff, no necesitan tratamiento
preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la
separación de las arenillas.
El tiempo de retención de estas unidades es
menor en comparación con las lagunas.
Tiene un bajo costo de construcción y operación.
Para su construcción se necesita poco terreno en
comparación con las lagunas de estabilización.
Son adecuados para ciudades pequeñas y para
comunidades donde no se necesite
una atención constante y cuidadosa, y el efluente
satisfaga ciertos requisitos para evitar la
contaminación de las corrientes.
26
Desventajas
Son estructuras profundas (>6m).
Es difícil su construcción en arena fluida o en roca y
deben tomarse precauciones cuando el nivel freático
sea alto, para evitar que el tanque pueda flotar o ser
desplazado cuando esté vació.
El efluente que sale del tanque es de mala calidad
orgánica y microbiológica.
En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando
su funcionamiento sea correcto.
Alcantarillado y Tratamiento de Aguas Negras (1961). Harold E. Babbitt
484
Tratamiento de las Aguas Residuales
Conocidas las ventajas y desventajas del tanque imhoff, quedará a criterio del ingeniero
encargado del proyecto si es conveniente emplear esta unidad, en la localidad donde se
desea tratar las aguas residuales de uso doméstico.
Cabe resaltar que esta alternativa resulta adecuada en caso no se cuente con grandes áreas de
terreno para poder construir un sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas, como
es el caso de las lagunas de estabilización, además de que el tanque imhoff deberá está
instalado alejado de la población, debido a que produce malos olores.
El tanque imhoff elimina del 40 al 50% de sólidos suspendidos y reduce la DBO de 25 a
35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque imhoff se extraen periódicamente y se
conducen a lechos de secados.
Debido a esta baja remoción de la DBO y coliformes, lo que se recomendaría es enviar el
efluente hacia una laguna facultativa para que haya una buena remoción de microorganismos
en el efluente.
Diseño de tanque imhoff
Para el dimensionamiento de tanque imhoff se tomarán en consideración los criterios de la
Norma IS090 ―Planta de Tratamiento de Aguas Residuales‖ del Reglamento Nacional de
Construcción.
El tanque imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos:
a) Cámara de sedimentación.
b) Cámara de digestión de lodos.
c) Área de ventilación y cámara de natas.
Figura 6.6 Tanque imhoff
485
Tratamiento de las Aguas Residuales
Además de estos compartimientos se tendrá que diseñar el lecho de secados de lodos.
Diseño del sedimentador
-
Caudal de diseño, m³/hora
Dotación, en litro/hab/día.
Área del sedimentador (As, en m²).
Donde:
Cs: Carga superficial, igual a 1 m³/ (m²*hora).
Volumen del sedimentador (Vs, en m³).
R: Periodo de retención hidráulica, entre 1.5 a 2.5 horas (recomendable 2 horas).
-
El fondo del tanque será de sección transversal en forma de V y la pendiente de los
lados respecto a la horizontal tendrá de 50° a 60°.
En la arista central se debe dejar una abertura para paso de los sólidos removidos
hacia el digestor, esta abertura será de 0.15 a 0.20 m.
Uno de los lados deberá prolongarse, de 15 a 20 cm, de modo que impida el paso de
gases y sólidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador, situación que
reducirá la capacidad de remoción de sólidos en suspensión de esta unidad de
tratamiento.
Longitud mínima del vertedero de salida (Lv, en m).
Donde:
Qmax : Caudal máximo diario de diseño, en m³/dia.
Chv: Carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre 125 a 500 m³/(m*dia), (recomendable
250).
Diseño del digestor
-
Volumen de almacenamiento y digestión (Vd, en m³).
Para el compartimiento de almacenamiento y digestión de lodos (cámara inferior) se tendrá
en cuenta la siguiente tabla:
486
Tratamiento de las Aguas Residuales
Tabla 6.13
Temperatura °C
5
10
15
20
>25
Factor de capacidad relativa
(fcr)
2.0
1.4
1.0
0.7
0.5
Donde:
fcr : factor de capacidad relativa, ver tabla 6.12.
P: Población
El fondo de la cámara de digestión tendrá la forma de un tronco de pirámide invertida (tolva
de lodos), para facilitar el retiro de los lodos digeridos.
Las paredes laterales de esta tolva tendrán una inclinación de 15° a 30° con respecto a la
horizontal.
La altura máxima de los lodos deberá estar 0,50 m por debajo del fondo del sedimentador
Tiempo requerido para digestión de lodos
El tiempo requerido para la digestión de lodos varia con la temperatura, para esto se
empleará la tabla 6.13.
Tabla 6.13
Temperatura °C Tiempo de digestión en días
5
110
10
76
15
55
20
40
>25
30
Frecuencia del retiro de lodos
Los lodos digeridos deberán retirarse periódicamente, para estimar la frecuencia de retiros
de lodos se usarán los valores consignados en la tabla 6.13.
La frecuencia de remoción de lodos deberá calcularse en base a estos tiempo referenciales,
considerando que existirá una mezcla de lodos frescos y lodos digeridos; estos últimos
ubicados al fondo del digestor. De este modo el intervalo de tiempo entre extracciones de
lodos sucesivas deberá ser por lo menos el tiempo de digestión a excepción de la primera
extracción en la que se deberá esperar el doble de tiempo de digestión.
487
Tratamiento de las Aguas Residuales
Extracción de lodos
El diámetro mínimo de la tubería para la remoción de lodos será de 200 mm y
deberá estar ubicado 15 cm por encima del fondo del tanque.
Para la remoción se requerirá de una carga hidráulica mínima de 1,80 m.
Área de ventilación y cámara de natas
Para el diseño de la superficie libre entre las paredes del digestor y el sedimentador (zona de
espuma o natas) se tendrán en cuenta los siguientes criterios:
El espaciamiento libre será de 1.0 m como mínimo.
La superficie libre total será por lo menos 30% de la superficie total del tanque.
El borde libre será como mínimo de 0.30 cm.
5. Pretratamiento, Tamices, Rejas, Tipos desarenadores.
Introducción al pretratamiento de aguas residuales
6.
La selección de los procesos de tratamiento de aguas residuales o la serie de procesos de
46.
tratamiento depende de un cierto número de factores, entre los que se incluyen:
a) Características del agua residual: DBO, materia en suspensión, pH, productos
tóxicos.
b) Calidad del efluente de salida requerido.
c) Coste y disponibilidad de terrenos: por ejemplo ciertos tratamientos biológicos
(lagunaje, estanques de estabilización) son económicamente viables únicamente en el
caso de que se disponga de terrenos de bajo coste.
d) Consideración de las futuras ampliaciones o la previsión de límites de calidad de
vertido más estrictos, que necesiten el diseño de tratamientos más sofisticados en el
futuro.
488
Tratamiento de las Aguas Residuales
Los pretratamientos de aguas residuales implican la reducción de sólidos en suspensión o el
acondicionamiento de las aguas residuales para su descarga bien en los receptores o para
pasar a un tratamiento secundario a través de una neutralización u homogeneización.
Tratamientos preliminares
Los tratamientos preliminares son destinados a preparar las aguas residuales para que
puedan recibir un tratamiento subsiguiente sin perjudicar a los equipos mecánicos y sin
obstruir tuberías y causar depósitos permanentes en tanques. Sirven también para minimizar
algunos efectos negativos al tratamiento tales como grandes variaciones de caudal y de'
composición y la presencia de materiales flotantes, como aceites, grasas y otros.
Las unidades de tratamiento preliminar más importantes son:
a) Rejas
b) Desmenuzadores
c) Desengrasadores
d) Tanques de compensación
e) Desarenadores
De estos, prácticamente todas las plantas de tratamiento incluyen rejas y desarenadores. Las
demás unidades son más frecuentemente empleadas para residuos líquidos industriales.
1. Rejas
Son dispositivos constituidos por barras metálicas paralelas e igualmente espaciadas.
Las barras pueden ser rectas o curvadas.
Su finalidad es retener sólidos gruesos, de dimensiones relativamente grandes que estén en
suspensión o flotantes. Las rejas, por lo general, son la primera unidad de una planta de
tratamiento.
Los materiales retenidos son principalmente papel, estopa de talleres, trapos, productos de
higiene femenina, cascaras de frutas, restos de vegetales, pedazos de madera, tapones de
botella, latas, materiales plásticos, cepillos y otros objetos que puedan pasar por los inodoros
o por las aberturas de pozos de inspección de la red de alcantarillado.
Las rejas son empleadas para proteger contra obstrucciones las válvulas, bombas, equipos de
aeración, tuberías y otras partes de la planta. También contribuyen a dar una mejor
apariencia a la planta y reducen el volumen de fletantes (espuma).
489
Tratamiento de las Aguas Residuales
En el caso de disposición de las aguas residuales por simple dilución, las rejas resguardan el
aspecto estético.
Abertura o espaciamiento de las barras
El espaciamiento libre entre las barras depende de la finalidad que se pretende lograr:
Tipo de Reja
Calibre de Abertura
Rejas gruesas
Rejas medias
Rejas finas
40 hasta 100 mm o mas
20 hasta 40 mm (son las más comunes)
10 hasta 20 mm
0.25 a 2.5 mm (equipo moderno capaz de sustituir
Rejas rotativas muy finas los sedimentadores en determinados casos).
El nombre comercial es "Rotostrainet"
Las rejas gruesas son instaladas aguas arriba de bombas de gran capacidad, turbinas, etc. y a
veces preceden a rejas más finas. No son empleadas antes de bombas de tornillo, o cuando
lo son, tienen espaciamiento superior a los 150 mm.
Las rejas más frecuentes en los Estados Unidos son las de 25 mm de abertura. Imhoff
(Alemania), recomienda 40 a 50 mm para que no se retenga mucha materia fecal.
Las rejas finas presentan muchas veces problemas de operación y mantenimiento, siendo
entonces en general mecanizadas.
Tipos de rejas
Con relación al sistema de limpieza las rejas pueden ser clasificad; en dos categorías:
1. Rejas sencillas, de limpieza manual
2. Rejas mecanizadas, de accionamiento mecanizado
Las rejas sencillas, de limpieza manual, son empleadas en instalación pequeñas y, con
espaciamiento relativamente grande, son instaladas aguas ari de rejas mecanizadas, bombas
de gran capacidad, turbinas, etc. En estos cas no se esperan grandes volúmenes detritos
removidos, debido a que se destinar a la retención de objetos de grandes dimensiones
(baldes, animales ahogados, "zapatos) que podrían dañar esos equipos.
Las rejas mecanizadas requieren una labor de mantenimiento muy cuidadosa motivo por el
cual solo deben ser empleadas cuando es estrictamente necesario: Principalmente en
pequeñas instalaciones es más recomendable el empleo de rejas manuales.
Dimensiones de las barras
490
Tratamiento de las Aguas Residuales
En general las barras tienen sección rectangular de 5 a 15 mm de espesor por 30 a 60 mm.
Las dimensiones dependen mucho del largo de las barras y di mecanismo de limpieza.
En general las barras de rejas gruesas van hasta 13 x 60 mm (las más grandes); las
instalaciones pequeñas tienen barras de sección mínima de 6 x 40 mm. Entre estos dos
ejemplos hay una variedad muy grande.
Inclinación de las barras
En las instalaciones de limpieza manual las rejas de barras generalmente son instaladas
haciendo un ángulo-de 30 a 45 grados con la horizontal.
En las instalaciones mecanizadas este ángulo es establecido en función de las condiciones
locales de acuerdo con el tipo de equipo empleado. En general las rejas mecanizadas
forman un ángulo de 60 hasta 90 grados con la horizontal (más frecuentemente 75°).
Diseño
Las dimensiones principales de una reja son establecidas para que se tenga una sección de
flujo con velocidad adecuada. Velocidades muy bajas a través de las barras pueden
contribuir para un aumento indeseable de material retenido y también para la sedimentación
de la arena en el canal de acceso. Al revés, velocidades muy grandes fomentan el arrastre de
material que debería quedar retenido.
Velocidades recomendadas (a través de barras limpias):
Mínima 0.40 m/s
Máxima 0.75 m/s
Imhoff recomienda un mínimo de 0.60 m/s. Hay que verificar esos límites para el caudal
mínimo, medio y máximo.
Fijada la velocidad del agua a través de las barras, se puede calcular el área útil (o área libre):
Conociéndose la abertura entre las barras, (a) , así como el espesor de las mismas (t), se
puede calcular el área total o sección de flujo aguas arriba de la reja (S):
491
Tratamiento de las Aguas Residuales
El denominador
= E es denominado impropiamente por "eficiencia" de la reja pero no
representa más que la relación entre el área libre y el área total del caudal.
Se tiene entonces
La "eficiencia" E_ varía entre 0.60 a 0.85, siendo más comunes valores alrededor de 0.75.
El nivel de agua, aguas arriba de la reja es determinado por el nivel de agua de la unidad o
canal subsiguiente y por la pérdida de carga en la reja.
Conocida la profundidad de aguas arriba, resulta el ancho total de la reja (ancho del canal).
En instalaciones mecanizadas el ancho está condicionado al tipo padronizado de equipo, el
cual varía de 0.60 hasta 3.60 m., pudiendo ser considerado el empleo de rejas múltiples.
Las rejas mecánicas son suministradas con altura total desde 3 hasta 12 metros.
Perdida de carga en la reja
Ya fueron propuestas varias formulas para el cálculo de la perdida de carga de corriente del
paso del agua a través de las barras; entre estas pueden ser citadas las de Kirschmer,
Fellenius, Escande, Spangler, etc.
Formula de Kirschmer:
hf = pérdida descarga, en metros
K = factor que dependo de la forma de la sección de las barras:
sección rectangular: K = 2.42
sección circular: L = 1.79
a = abertura o espaciamiento libre (útil) de las barras
t = espesura de la barra o la más grande dimensión normal de la dirección del flujo (a y t
deben ser expresados en la misma unidad)
b = ángulo que las barras hacen con la horizontal
v = velocidad aguas arriba de la reja, en m/s
g = aceleración gravitacional 9.8 m/s²
La expresión conocida como la de "Metcalf & Eddy" es caracterizada por su simplicidad:
hf, y g son como arriba
V= es la velocidad a través de las barras (0.50 a 0.75 m/s)
492
Tratamiento de las Aguas Residuales
v =es la velocidad aguas arriba de las rejas: v = V.E (E es la "eficiencia‖)
Hay que verificar también la pérdida de carga para el caso en que la reja quede 50%; "sucia",
es decir, para un valor V1 igual a 2 veces V.
Cantidad de material retenido
La cantidad de material que queda en las rejas es influenciada por condiciones locales,
costumbres de la población, época del año, etc. y depende, mucho de la abertura (a)
especificada.
En los Estados Unidos la cantidad de material retenido en rejas con aberturas de la orden de
25 mm generalmente está comprendida entre 0.015 y 0.030 litros por m de agua residual.
En la ciudad de Sao Paulo han sido encontradas entre 0.010 y 0.025 1/m.
Datos de Schroepfer presentan la variación de la cantidad de material retenido en función de
la abertura de las rejas:
Aberturas, mm Cantidad, l/m³
20
0.023
35
0.009
20
0.023
35
0.009
Imhoff cita 2 a 3 litros por habitante por año.
Naturaleza del material retenido
Este material es constituido principalmente por papel, trapos, detritos de cocina y estopa,
contiene entre 70 y 90% de agua y pesa de 0.7 a 1.0 kg/litro.
Un ejemplo de composición en Sao Paulo es:
Papel
10 a 70% El promedio de los tres primeros
Estopa
10 a 20% grupos es de: 60%
Trapos y tejidos
5 a 15% (variando de 40 hasta 80%)
Materiales diversos 20 a 60%(Promedio 40%)
Promedio de humedad: 85%
493
Tratamiento de las Aguas Residuales
Remoción y disposición final del material retenido
En las pequeñas instalaciones la limpieza es ejecutada por rastrillos manuales y el material
sacado es enterrado o incinerado.
En grandes instalaciones los detritos son removidos mecánicamente, incinerados, digeridos o
desmenuzados y devueltos al flujo.
Para evitar el problema de malos olores, el material, cuando es enterrado, debe ser
recubierto con una capa de tierra de 0.30 a 0.50 m de espesor.
La incineración es hecha después de un secado parcial, a una temperatura por arriba de
700°C Los incineradores requieren el empleo de un combustible suplementario: gas, aceite
o carbón.
La digestión del material retenido por las rejas en los propios digestores de las plantas de
tratamiento no ha sido satisfactoria debido a la formación de gran cantidad de flotantes
difícilmente digeribles.
El material sacado de las rejas puede aun ser desmenuzado y devuelto a las aguas residuales.
Esta solución en general es indeseable, pues presenta dificultades de mantenimiento del
equipo, además de ocupar mucho espacio en los digestores y problemas con la estética de las
instalaciones.
Detalles de los canales de las rejas
Las instalaciones mecanizadas deben ser diseñadas con dos o más unidades, o por lo menos
con un "by-pass" dotado de una reja gruesa simple.
El ancho del canal de las rejas acostumbra a ser bien más grande que el diámetro o el ancho
del emisario y debe igualar el ancho de las propias rejas, evitándose espacios muertos.
El canal de acceso debe ser suficientemente largo para que sea evitada la turbulencia junto a
las barras. El fondo del canal es generalmente de 10 a 15 centímetros más bajo que la solera
del emisario. El área útil para la determinación de la velocidad del flujo a través de las barras
es considerada en proyección vertical.
Las rejas son instaladas en guías laterales de perfilados metálicos en "u", pudiendo asentar la
base sobre un perfilado "L" en el fondo.
En las instalaciones de limpieza manual generalmente se dispone el tope de las barras sobre
una pequeña plataforma de hormigón, con pequeña declividad, para facilitar la operación de
limpieza y permitir el escurrimiento del exceso de agua.
494
Tratamiento de las Aguas Residuales
La perdida de carga en las rejas manuales en general no pasa de 0.15 metros. Las rejas
mecanizadas son accionadas automáticamente siempre que la pérdida de carga alcance un
valor predeterminado, en general entre 0.20 y 0.40 metros.
Las rejas mecanizadas pueden ser instaladas al aire libre, pero por cuestiones de clima frío o
factores estéticos, puede ser recomendado que se instalen en pabellones cerrados.
DESMENUZADORES
Los desmenuzadores son raramente utilizados por presentar numerosos problemas y
proporcionar poca utilidad.
Son empleados a veces en conjugación con rejas mecánicas y normalmente tienen capacidad
para desmenuzar 20 a 40 kgs de material húmedo por hora y por cv (caballo - vapor). Los
motores necesarios generalmente tienen potencia de 25 a 50 caballos.
La presencia de ciertos detritos resistentes provoca la intervención frecuente de los
operadores.
Los desmenuzadores pueden ser instalados abajo del nivel de agua. En este caso son
asociados a cribas o rejas, en general de barras paralelas horizontales, y realizan
simultáneamente las operaciones de cribado y desmenuzamiento .
Los desmenuzadores son constituidos por una pieza rotativa con ranuras horizontales de 6 a
10 mm de apertura y son equipados internamente con cortadores especiales.
Para protección de las partes mecánicas es recomendable la instalación de los
desmenuzadores aguas abajo de desarenadores.
La potencia de los motores eléctricos varía con la capacidad de los equipos y está en general
comprendida entre 0.5 y 2.5 cv.
La perdida de carga es determinada de acuerdo con las características de los equipos
normalmente varía de 0.05 hasta 0.25 metros.
Los desmenuzadores sumergidos ocupan espacio menor que las rejas con desmenuzadores
separados.
Los desmenuzadores requieren reparaciones y revisiones frecuentes y periódicas de las
piezas de corte y presentan para las plantas de tratamiento los mismos problemas de
aumento de volumen de flotantes.
DESENGRASADORES
Los desengrasadores en general solo son empleados
a. cuando hay desechos industriales conteniendo grandes cantidades de aceites y grasas
495
Tratamiento de las Aguas Residuales
b. previo al lanzamiento submarino de aguas residuales.
Los líquidos, pastas y demás cuerpos no miscibles con el agua, pero que tienen un peso
específico menor y por lo tanto tienen' tendencia a flotar en su superficie, pueden ser
retenidos en dispositivos muy simples, denominados tanques desengrasadores o tanques
retentores.
Los desengrasadores deben propiciar una permanencia tranquila del agua residual durante el
tiempo suficiente para que una partícula a ser removida pueda recorrer la trayectoria entre el
fondo y la superficie.
Tiempo de retención
Con aceites animales o hidrocarburos (aceites "minerales"), cuya densidad está alrededor de
0.3 kg/litro, basta la permanencia de 3 minutos en las pequeñas unidades (hasta los 10 1/s),
de 4 minutos en las medias (10 a 20 1/s) y 5 minutos en las mayores (mayores más de 20
1/s). Este aumento de tiempo con el aumento de caudal se origina del hecho que el
recorrido es más largo en las mayores unidades, debido a la mayor profundidad (normas
alemanas DIN 4040, ítem 3.1)27
Forma de los desengrasadores
El fondo debe ser fuertemente inclinado en dirección a la salida para evitar la acumulación
de sólidos sedimentables y arrastrarlos hasta la salida.
Una cortina junto a la entrada evita la turbulencia, mientras que otra, junto a la salida,
llegando casi hasta el fondo, ejecuta la doble función de retener la grasa, aceites y solventes y
de sacar por el fondo el lodo formado por las partículas sedimentadas. Así es minimizada la
frecuencia de limpiezas necesarias.
Las normas alemanas DIN 4040, 4041 y 4042 suministran informaciones detalladas para el
diseño de excelentes tanques desengrasadores, de construcción muy simple y grande
eficiencia.
Estos tanques pueden servir también para la recuperación de solventes arrastrados para las
alcantarillas de las industrias. Tales solventes son por ejemplo, benzol, hexano, éter de
petróleo, bencina, terebintina, sulfuro de carbono, tretracloruro de carbono, tricliroetileno y
otros que frecuentemente son botados por las industrias.
27
Tomado de las normas Alemanas DIN
496
Tratamiento de las Aguas Residuales
Diseño
Los tanques son dimensionados para retención de 3, 4 6 5 minutos, como ya fue citado.
La relación entre largo y ancho debe ser de 1.8:1.0 (Normas DIN).
El área superficial se calcula por la tasa de aplicación de 4 1/s.m , o sea, el área deberá ser de
0.25 m² para cada 1/s de caudal.
El caudal para diseño es el máximo instantáneo.
Otros tipos de desengrasadores
Hay desengrasadores con introducción de aire difuso en el fondo, para lograr un efecto
beneficioso adicional, arrastrando para la superficie partículas muy pequeñas y coloidales.
Además, no hay riesgo de sedimentación de materia orgánica. El tanque es de forma
alargada, con gran superficie y las paredes son fuertemente inclinadas junto al fondo.
Longitudinalmente hay dos cortinas dotadas de ranuras para que el aceite y la grasa pasen del
compartimiento central turbulento para los laterales tranquilos. El tiempo de detención es
de 3 minutos.
El tanque retenedor de aceite de la API (American Petroleum Institute) es otro ejemplo de
desengrasador. Es empleado principalmente para desechos industriales ricos en aceites,
como de las refinerías de petróleo. Es construido en dos cámaras en serie, siendo la primera
mecanizada, y posee tablas raspadoras arrastradas por corrientes que remueven el lodo del
fondo y a la vuelta el aceite acumulado. La segunda cámara no es mecanizada y sirve para
remover un poco más de aceite.
Los tanques API son muy grandes en comparación con los anteriores, pues el tiempo de
retención es de una hora.
TANQUES DE COMPENSACIÓN
Estos tanques sirven para disminuir los efectos de la gran variación de caudal o de
concentración de las aguas residuales.
Los tanques de compensación son poco empleados en plantas de tratamientos municipales, a
no ser en dos casos:
a) cuando hay contribuciones industriales intermitentes, con gran variación de caudal;
b) para aumentar la capacidad de una planta existente, con unidades dimensionadas por
el caudal máximo. Con el tanque de compensación es posible ganar algo en
497
Tratamiento de las Aguas Residuales
capacidad, pues aquellas unidades irán a ser operadas a un caudal medio y no
máximo.
Operación
En su forma más simple, el tanque de compensación es un reservorio de forma arbitraria con
capacidad suficiente para almacenar el flujo de agua residual que ultrapase un cierto valor
fijo. Este exceso puede ser desviado del flujo por un vertedero de rebose y alimentar el
tanque de compensación por gravedad o por bombeo. Cuando el caudal se reduce bajo un
valor prefijado, el líquido almacenado es devuelto al proceso de tratamiento, por gravedad o
por bombeo.
Como el agua residual tiene sólidos en suspensión, estos podrán causar problemas de
sedimentación y descomposición con desarrollo de malos olores Se puede evitar eso de
diversas maneras.
1.
Instalando un mecanismo de recolección del material sedimentado condiciéndolo
hasta la boca de la tubería de salida.,
2.
Burbujeando aire comprimido en cantidad suficiente para que no haya
sedimentación.
3.
Instalar equipos de mezcla con la misma finalidad.
4.
Construir el fondo del tanque con la forma de una o varias pirámides invertidas con
salida por el vértice inferior de modo que siempre salga el material sedimentado
junto con el líquido sacado en las horas de menor caudal.
El tanque de compensación con aeración tiene la ventaja que el agua residual es mantenida
en condiciones aeróbicas, por lo tanto no presenta problemas de malos olores.
Diseño. Ejemplo
Para determinar el volumen de un tanque de compensación es necesario conocer bien el
ciclo de variación de caudal y el grado de uniformidad que se pretende, o sea el máximo y el
mínimo de caudal pretendido. Arriba del máximo se almacena y bajo el mínimo se
devuelve.
El proceso más simple para determinar el volumen necesario es medir el caudal variable a
intervalos de tiempo regulares (por ejemplo, de hora en hora) y calcular cuál es el exceso o
falta en cada uno de esos intervalos. Finalmente se calcula el "flujo de volúmenes", es decir,
empezando con un primer valor en exceso del máximo deseado y se va sumando
sucesivamente los excesos y las faltas (estas con señal negativa naturalmente).
498
Tratamiento de las Aguas Residuales
El mayor valor positivo resultante es el volumen necesario del tanque.
El cálculo puede ser sistematizado en un cuadro, ejemplo:
Con un caudal muy variable se pretende no tener ningún caudal mayor de 50 m³/hora ni
menor de 35 m³/hora. Determinar el volumen del tanque de compensación necesario.
Tabla 6.14 Tabla de ejemplo de diseño
Suma
Volumen que Máximo Híniroo Exceso
Falta
algebraica
Hora
llega
deseado deseado (m3/hora (m3/hora ne(m )
(m3/hora ) (m3/hora) (m3/hora) positivos) gativos)
6-7
7-8
8-9
9-10
10 -11
11- 12
12- 13
13 -14
14 -15
t
t
i
i
15
65
22
95
120
20
50
0
12
f
t
t
t
50
50
50
50
50
50
50
50
50
t
i
i
t
35
35
35
35
35
35
35
35
35
i
i
t
t
.
15
45
70
—
t
i
i
i
.
13
15
35
23
i
i
i
i
—
15
2
47
117
102
102
67
44
t
i
i
t
En este caso por ejemplo, si se tratara de regularizar el caudal entre las 7 y las 15 horas, sería
necesario un tanque de compensación con 117 m de capacidad.
Si el operador percibe que el tanque, después de un ciclo completo (por ejemplo de 24
horas), no se vacía completamente, podrá sacar la cantidad suficiente para completar 50
m³/hora en lugar de solamente 35 m³/hora. Se procederá al revés si le interesara llenar más
rápido el tanque.
Si se dispone de un registro continuo de caudal (curva limnimétrica) se puede aplicar un
cálculo gráfico como -en el caso de reservorios de regularización de ríos, a través del
diagrama de Rippl. Pero en general es más cómodo aplicar el cálculo tabular ejemplificado.
DESARENADORES
Concepto
Los desarenadores son unidades destinadas a retener la arena y otros detritos minerales
inertes y pesados que se encuentran en las aguas residuales (cascotes, guijarros, pedazos de
ladrillo, partículas metálicas, carbón, tierra y otros). Estos materiales son originados de
operaciones de lavado, así como de riadas, infiltraciones, desechos industriales, etc.
499
Tratamiento de las Aguas Residuales
La remoción de la arena tiene como finalidad proteger las bombas contra desgaste; para
evitar obstrucciones de tuberías y para impedir la formación de depósitos de material inerte
en el interior de sedimentadores y digestores.
Principio de funcionamiento
Las condiciones dinámicas de una corriente líquida, en especial la turbulencia, son
responsables por el transporte de partículas solidas más densas que el agua. Esas partículas
son conducidas en suspensión o son arrastradas por tracción junto al fondo de los canales o
tuberías.
En el régimen laminar no se verifica el transporte de sólidos en suspensión.
La capacidad de transporte de las aguas en movimiento varía con la sexta potencia de su
velocidad. La cantidad de material en suspensión que un curso de agua puede transportar es
siempre una función de su grado de turbulencia. La sedimentación de este material es
lograda por la alteración del régimen dinámico de la corriente líquida.
En canales o tanques apropiados se reduce la velocidad del agua hasta valores que permitan
la deposición de las partículas, lo que se verifica en dependencia de las velocidades de
sedimentación:
Tamaño de las Formula de Alien Valores
Prácticos
Partículas
(mm/s)
(mm/s)
(mm)
1.0
85
100
0.5
43
50
0.3
26
30
0.2
17
20
0.1
9
10
Estos valores son para granos de arena de peso específico igual a 2.65 g/ml a 15°C en agua
tranquila. En las plantas de tratamiento es deseable remover las partículas de diámetro medio
igual o superior a 0.2 mm.
Tipos de desarenadores
Los desarenadores pueden ser diseñados como canales con velocidad controlada o como
tanques de sección cuadrada o circular y de área adecuada a la sedimentación de las
partículas a remover.
500
Tratamiento de las Aguas Residuales
Los desarenadores pueden ser o no ser equipados con mecanismos. En general solo se
emplean equipos mecanizados en las grandes plantas de tratamiento. Modernamente son
empleadas cada vez más desarenadores con aeración con movimiento en espiral,
prácticamente insensibles a grandes variaciones de caudal.
Número de Unidades "By-Pass"
Generalmente son previstos dos desarenadores en paralelo, de modo que el retiro de una
unidad de operación, para limpieza o reparación, no impida el trabajo de la otra aunque
sobrecargada.
Es deseable la construcción de un canal paralelo para situaciones de emergencia ("by-pass").
En las grandes plantas pueden ser previstas cámaras múltiples.
En las plantas de tratamiento muy pequeñas se podrá admitir la construcción de un solo
desarenador, con un "by-pass".
Velocidad en los desarenadores
En los canales de remoción de arena la velocidad recomendable es del orden de 0.30 m/s.
Velocidades inferiores a 0.15 m/s causan la deposición simultánea de cantidades
relativamente grandes de materia orgánica, y al revés velocidades arriba de 0,40 m/s permiten
el arrastre de partículas perjudiciales de arena.
Por esto se debe procurar controlar y mantener la velocidad del flujo alrededor de 0.30 m/s
con tolerancia de 20% para más o para menos
El caudal varía continuamente en las plantas de tratamiento, pudiendo alterarse en
consecuencia la altura de la lámina de agua.
Para que se mantenga la velocidad dentro de límites deseables se hace el diseño del
desarenador coa una sección adecuada y se instala aguas abajo un vertedero apropiado que
tendrá también la función de dispositivo controlador. Existe una interdependencia íntima
entre la sección transversal del canal y la geometría del vertedero (tipo, forma y tamaño).
Área de los desarenadores
Destinándose a la sedimentación de partículas granulares discretas, los desarenadores
pueden ser dimensionados por la teoría de sedimentación de Hazen. Como la experiencia
indica que las partículas de arena nocivas son las de tamaño igual o superior a 0.2 mm cuyo
peso específico es de 2.65 g/cm³ y velocidad de sedimentación del orden de 2.0 cm/s, se
constata que los desarenadores deben ser diseñados con tasas de aplicación de 600 a 1,200
m³/m²/día.
501
Tratamiento de las Aguas Residuales
Estos valores permiten determinar el área necesaria para los desarena dores.
Profundidad de la lamina líquida
En los desarenadores de tipo "canal" la profundidad del agua para el caudal mínimo, medio y
máximo es determinada partiéndose de las condiciones de funcionamiento del controlador
de velocidad (vertedero de salida). Cada vertedero tiene su ecuación que relaciona la altura
del agua con el caudal.
Largo de los desarenadores
Partiéndose de los valores anteriores (tasas de aplicación superficial) se puede calcular el
largo necesario para los canales de retención de arena:
Donde:
Q = caudal
S = sección transversal máxima del flujo
H = altura máxima de la lámina de agua
b = ancho medio de la sección del flujo
A = área superficial
L = largo que se pretende calcular
Q/A = tasa de aplicación superficial
V = velocidad óptima del flujo (0.30 m/s)
Aplicándose el modelo para Q/A = 1,200 m³ /m² .día, se obtiene la relación
Por una cuestión práctica se adopta
Con excepción de los desarenadores aerados, constituye un error calcular el largo en función
de un tiempo de detención.
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Tratamiento de las Aguas Residuales
Ancho de los desarenadores
Una vez conocida la profundidad, se determina el ancho de los canales de manera que sea
mantenida la velocidad óptima de 0.30 m/s.
Si la sección de flujo fuera rectangular,
Frecuentemente son diseñados desarenadores con sección trapezoidal y en estos casos las
dimensiones son establecidas en función del caudal (variable) y las correspondientes alturas
de lámina de agua.
Regularización de la velocidad y medición de caudal
El caudal del agua residual varía en continuidad, pudiendo variar, por tanto, la altura de la
lamina de agua en los canales.
Para que se mantenga la velocidad prácticamente constante en los desarenadores, es
indispensable que el diseño de la sección de flujo esté en concordancia con las características
del elemento controlador aguas abajo. .
Es costumbre adoptar un vertedero convencional (Parshall o Sutro por ejemplo) para
establecer una lámina ya conocida para cada caudal. Estos datos están consignados en tablas
de fácil obtención. Conocido el caudal y su lámina correspondiente, se puede determinar la
forma o el perfil de la sección transversal del canal del desarenador, para que sea obedecida
la velocidad de 0.30 m/s.
Tabla 6.15 Son comunes las siguientes asociaciones de vertedero y canal del desarenador:
Vertedero
Modelo
Forma matemáticamente Sección práctica
Matemático
perfecta
Sutro (vertedero proporcional)
Rectangular
Rectangular
Vertedero
Parabólica
Trapezoidal
Vertedero rectangular
Parabólica
Trapezoidal
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Tratamiento de las Aguas Residuales
Obviamente los vertederos citados, además de servir de dispositivo regulador de velocidad,
también sirven para la medición del caudal.
Presencia de materia orgánica
Como la sedimentación de las partículas minerales pesadas es realizada en función de la
velocidad de sedimentación, es imposible evitar la deposición simultánea de arena y materia
orgánica. Las partículas orgánicas que están cerca del fondo sedimentan simultáneamente
con los granos de arena que entran más arriba en el desarenador, y que tienen mayor
velocidad de sedimentación.
Así es que la sedimentación de partículas orgánicas en los desarenado-res es indeseable, pero
no puede ser totalmente impedida.
Cantidad de material retenido en el desarenador
La cantidad de material retenido por los desarenadores dependen del sistema de
alcantarillado (unitario o separador), del tipo de ocupación del área servida (industrial,
residencial, pavimentada o no) además de otros factores.
En los Estados Unidos de Norteamérica las cantidades retiradas generalmente están
comprendidas entre
