Tratamiento de aguas para consumo humano

Pretratamiento, coagulación-floculación, decantación, filtración y desinfección.

• Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco

• Facultad de Ingeniería• Cátedra Química Industrial

Cribado o cernido◦ Consiste en la eliminación de los sólidos de gran tamaño

Hojas, ramas de árbol, piedras, etc.◦ Utilización de:

Tamices Rejas

◦ Desarenadores (si el contenido de arena es elevado) Aireación

◦ Incrementa la proporción de O2 disuelto, facilitando la depuración por medio de bacterias aerobias Dejando caer el agua como una cascada Ingresando el agua a la cuba o tanque por medio de inyección por debajo de

éste Oxidación primaria

◦ Destruye las sustancias precursoras de trihalometanos (también actuando como etapa de predesinfección)

Ajuste de pH◦ Para acidificar: HCl, H3SO4

◦ Para alcalinizar: Na(OH), Ca(OH)2

Pretratamiento

Agentes coagulantes que dan lugar a cationes multivalentes con cargas positivas que compensan la carga negativa de partículas coloidales eliminan Frepulsión facilitan coalescencia partículas de + tamaño◦ Sales trivalentes de hierro o aluminio

Agentes floculantes que aglutinan partículas formadas en la coagulación partículas de + tamaño

Agitación lenta para inducir los flóculos

Coagulación- floculación

Decantación◦En esta etapa los flóculos sedimentan en

tanques, obteniéndose por la parte superior el agua clarificada y extrayéndose por debajo el lodo Variante: decantación lastrada

◦Se utilizan partículas de arena para incrementar el peso y tamaño de los flóculos ↑ velocidad de decantación

Flotación◦Se inyecta diminutas burbujas de aire

presurizadas (elevan los flóculos)

Decantación/flotación

El agua pasa por un lecho filtrante que separa materia de menor tamaño en suspensión y líquido◦ Arena◦ Carbón activado (granular o en polvo)

Además de producir la separación, se elimina por adsorción sustancias orgánicas evita olores y sabores en agua filtrada

◦ Membranas de filtración Microfiltración: tamaño de poro desde 0.03 um hasta 10 um Ultrafiltración: tamaño de poro desde 0.01 um hasta 0.03 um. Se

utiliza para eliminar arena, limo, arcilla, algas y algunas bacterias y virus.

Nanofiltración: poros menores a 0.001 um. Se utilizan para eliminar durezas

◦ Osmosis inversa◦ Electrodiálisis: separación de sales del agua fuente◦ Intercambio iónico: resinas especiales para eliminar contaminantes

cargados eléctricamente como Arsénico, Cromo, nitratos, Calcio, Radio, Uranio y exceso de floruro.

◦ Alumina activada: se eliminan arsénico y fluoruros. Costos elevados◦ Destilación solar

Filtración

Se ablanda el agua. Se eliminan◦ Sales minerales de calcio◦ Sales minerales de magnesio◦ Radón◦ Arsénico

Procedimiento◦ Se agrega cal◦ Esto eleva el pH provocando la precipitación de

CaCo3◦ Posteriormente se reduce el pH y el agua se filtra

con medios granulares.

(Opcional) Ablandamiento con cal

Extracción, desactivación o eliminación de los microorganismos patógenos que existen en el agua. ◦ Cloración: utiliza Cl o derivados. Ventajas: bajo costo. Desventajas:

subproductos (halometanos) carcinógenos. [NaClO]= 5% (una gota/L agua). Su efectividad permanece durante 72 h.

◦ ClO2: gas inestable (se sintetiza in situ). No produce subproductos◦ O3: el poder de desinfecciones 3000 veces superior al Cl. No

produce trihalometanos. Tiene más costo y su efectividad desaparece a los 30’

◦ Luz ultravioleta (UV): entre 100-400 nm. Desnaturalizan ADN de elementos patógenos. No elimina la materia orgánica de la cual están formados los patógenos (no se dispone de un agente oxidante). Opcional= luz solar

◦ NH2CL/Cloraminas: bajo costo. Elimina muchas bacterias pero no otros contaminantes. Sus subproductos tardan mucho en el agua.

Desinfección

Enfermedades de tipo◦Virósica Hepatitis A

◦Parasitaria Criptosporidiosis

◦Bacteriana Tifoidea Cólera

Con la desinfección eliminamos algunos patógenos que generan:

AGUA PARA USO INDUSTRIALParámetros de calidad

1) Dureza• Se expresa como la concentración de Ca

y Mg como ppm de carbonatos.• Distintos tipos:

• Dureza temporal• Dureza permanente

2) Sólidos en suspensión3) Concentración de sílice4) Concentración de hierro y manganeso5) Concentración de sodio y potasio6) Alcalinidad7) Gases disueltos

• CO2• O2• H2S• NH3

8) pH9) Microorganismos

• 1) Precipitación– Eliminación de hierro y manganeso• Oxígeno

Oxidación forzosa, así precipitan como hidróxido férrico o dióxido de manganeso.

4(CO3H)2 Fe + O2 +2H2O 4Fe(OH)3 +8CO2

2Mn++ +O2 +2H2O 2MnO2 + 4H+

• Cloro• Permanganato potásicoSi el hierro y el manganeso están formados porun complejo orgánico se recomienda:

–Coagulación y floculación

Operaciones unitarias de tratamiento

◦ Descarbonatación y ablandamiento con calAdición de cal en frío para reducir la alcalinidad y

ablandar el agua de alimentación a las calderas

CO2H- + OH- CO3-- + H2O

CO3--+ Ca++ CaCO3

Si hay magnesio presente

Mg++ + Ca(OH)2 + Ca++

2) Separaciones sólido-líquido Sedimentación, decantación

Hidrociclones

Centrífugas

Filtración

Ultrafiltración

Intercambio iónicoSe utilizan resinas que en contacto con la soluciónacuosa elimina selectivamente los iones disueltos.

Tipos de resinas:Catiónica fuerte: elimina todos los cationes del aguaCatiónica débil: captan calcio y magnesioAniónica fuerte: eliminan todos los aniones del aguaAniónica débil: captan Cl-, SO4

--, NO3-

Separaciones de gases y sólidos disueltos

DesgasificaciónProceso de transferencia de masa

Ósmosis inversaProceso en el cual el solvente de una solución

pasa través de una membrana semipermeable

ElectrodiálisisSeparación por membranas selectivas, las cuales

dejan pasar los iones pero no el agua

Destilación

• Tratamiento externo previo

• Tratamiento interno: cuyo objetivo es reducir y evitar:– Formación de incrustaciones–Corrosión–Arrastre

• Control de calidad del agua en el ciclo de revaporización-condensación mediante una purga

Tratamientos de agua para calderas

Tratamiento interno anti incrustante◦ Causas:

Contaminantes presentes en el agua de aporte

Corrosión interna del sistema Contaminantes introducidos en el condensado

como fugas

◦ Consecuencias: Produce recalentamiento del metal que puede

llegar a la rotura

◦ Solución: Uso de polímeros. No reaccionan, funcionan

por adsorción sobre la superficie de los precipitados evitando su aglomeración

Tratamiento interno anti corrosivo◦ Causas

Ataque al acero del oxígeno. Acelerado a altas T° y bajo pH

◦ Soluciones Mantener el nivel de oxígeno lo mas bajo

posible Controlar el pH Con el desgasificador externo se pueden

alcanzar bajos niveles de oxígeno, pero en caso de que este falle, se utiliza además un reductor químico (secuestrante), como por ejemplo: Sulfito Sódico Hidrazina (cancerígeno)

Tratamiento interno para evitar arrastre

◦ Soluciones: Controlar el contenido de sólidos Evitar la formación de espumas Procurar buena separación y generación de

vapor sin gotas de agua.

Problemas ◦ Corrosión◦ Incrustaciones◦ Crecimiento microbiológico◦ Depósito de fangos/lodos

Tratamiento, depende del sistema de enfriamiento◦ Un solo paso, no es económico ya que utiliza

grandes volúmenes de agua◦ Abiertos, si se emplea agua de calidad ya que

las pérdidas son pequeñas.

Tratamiento de agua para enfriamiento

Control de la corrosión◦ Uso de una mezcla de inhibidores

Control de depósitos◦ Reducen la eficiencia ya que actúan como

aislantes◦ Aceleran la corrosión

Control microbiológico

Tratamiento deAguas Residuales•Consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que buscan eliminar los contaminantes en el agua residual. Se lo suele llamar depuración de aguas residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas potables.

•Objetivo: producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición o reuso.

El 59% del consumo total de agua en los países desarrollados se destina a uso industrial, el 30% a consumo agrícola y un 11% a uso doméstico, según el primer informe de Naciones Unidas sobre el desarrollo de los recursos hídricos del mundo (marzo 2003).

En 2025, el consumo de agua destinada a uso industrial alcanzará los 1.170 km3 / año, cifra que en 1995 se situaba en 752 km3 / año.

Para tener en cuenta…

Aguas Residuales Domésticas Aquellas procedentes de zonas de vivienda y de servicios generadas principalmente por el metabolismo humano y las actividades domésticas.

Aguas Residuales IndustrialesTodas las aguas residuales vertidas desde locales utilizados para actividad comercial o industrial, que no sean aguas residuales domésticas ni aguas de escorrentía pluvial. Aguas UrbanasLas aguas residuales domésticas o la mezcla de las mismas con aguas residuales industriales y/o aguas de escorrentía pluvial. Se recogen en un sistema colector y son enviadas a una planta EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales). Las industrias que realicen el vertido de sus aguas residuales en esta red colectora, habrán de acondicionar previamente sus aguas

Tipos de Aguas Residuales

El proceso de tratamiento del agua residual se puede dividir en cuatro etapas:

Pretratamiento Primaria Secundaria Terciaria Algunos autores llaman a las etapas

preliminar y primaria unidas como etapa primaria

Etapas del proceso

Esquema de Planta de Tratamiento

Incluyen: rejillas, tamices, trituradores, desgrasadores y desarenadores.

Se puede realizar preaireación para:

a) Eliminar los compuestos volátiles presentes en el agua servida(malolientes).

b) Aumentar el contenido de oxígeno del agua, lo que disminuye la producción de malos olores en las etapas siguientes del proceso de tratamiento.

Tratamiento preliminar

Eliminan los sólidos en suspensión por medio de un proceso de sedimentación simple por gravedad o asistida por coagulantes y floculantes.

Se pueden agregar compuestos químicos (sales de hierro, aluminio y polielectrolitos floculantes) con el fin de precipitar el fósforo, los sólidos en suspensión muy finos o aquellos en estado de coloide.

Incluye: cribado, mallas de barreras, flotación o eliminación de grasas y la sedimentación.

Tratamiento Primario

Cribado

Desarenador

Estanques de sedimentación oclarificadoresprimarios

Están diseñados para suprimir aquellas partículas que tienen tasas de sedimentación de 0,3 a 0,7 mm/s.

El período de retención es de 1 a 2 h. Con estos parámetros, la profundidad del estanque fluctúa entre 2 a 5 m.

Se elimina por precipitación alrededor del 60 al 70% de los sólidos en suspensión. Su forma puede ser circular, cuadrada a rectangular.

Eliminan la materia orgánica en disolución y en estado coloidal mediante un proceso de oxidación de naturaleza biológica seguido de sedimentación.

Los tratamientos secundarios son procesos biológicos, en los que la depuración de la materia orgánica biodegradable del agua residual se efectúa por la actuación de microorganismos (fundamentalmente bacterias), que se mantienen en suspensión en el agua o bien se adhieren a un soporte sólido formando una capa de crecimiento.

Los procesos biológicos pueden ser de dos tipos principales: aerobios y anaerobios (en ausencia de aire); en general, para aguas con alta carga orgánica (industrias agroalimentarias, residuos ganaderos, etc.) se emplean sistemas anaerobios y para aguas no muy cargadas, sistemas aerobios.

Tratamiento Secundario

Entre las variables a controlar se encuentran la temperatura (en

anaerobios esencialmente), oxígeno disuelto, el pH, nutrientes, sales y la presencia de inhibidores de las reacciones.

Tratamientos aerobios: lodos activados y tratamientos de bajo coste: filtros percoladores, biodiscos, biocilindros, lechos de turba, filtros verdes. La materia orgánica se descompone convirtiéndose en dióxido de carbono, y en especies minerales oxidadas.

Tratamientos anaerobios. La descomposición de la materia orgánica por las bacterias se realiza en ausencia de aire (reactores cerrados), la mayoría de las sustancias orgánicas se convierte en dióxido de carbono y metano. Los productos finales de la digestión anaerobia son el biogás (mezcla gaseosa de metano, dióxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno), que se puede aprovechar para la producción energética, y los lodos de digestión.

Suprimen algunos contaminantes específicos presentes en el agua residual tales como los fosfatos que provienen del uso de detergentes domésticos e industriales y cuya descarga en curso de agua favorece la eutrofización, es decir, un desarrollo incontrolado y acelerado de la vegetación acuática que agota el oxígeno, y mata la fauna existente en la zona.

Tratamiento Terciario

Arrastre con vapor de agua o aire “stripping”: eliminación de compuestos orgánicos volátiles (COV), como disolventes clorados (tricloroetileno, clorobenceno, dicloroetileno, etc.) o contaminantes gaseosos (amoníaco, etc.).

Procesos de membrana: el agua residual pasa a través de una membrana porosa, mediante la adición de una fuerza impulsora, consiguiendo una separación en función del tamaño de las moléculas presentes en el efluyente y del tamaño de poro de la membrana.

Intercambio iónico: eliminan sales minerales, las cuales son eliminadas del agua residual que atraviesa una resina, por intercambio con otros iones (H+ en las resinas de intercambio catiónico y OH- en las de intercambio aniónico) contenidos en la misma.

Adsorción con carbón activo: eliminan compuestos orgánicos. Se puede utilizar en forma granular (columnas de carbón activado granular: GAC) y en polvo (PAC).

Procesos de oxidación: eliminan o transforman materia orgánica y materia inorgánica oxidable.

Los principales procesos de oxidación se pueden clasificar en: Procesos convencionales de oxidación: Procesos de oxidación avanzada: Procesos a alta temperatura y presión Detoxificación solar Procesos de reducción Precipitación química:

Se busca: Reducción de volumen: concentración del

fango para hacer más fácil su manejo. Reducción del poder de fermentación:

reducción de materia orgánica y de patógenos, para evitar la producción de olores y la evolución del lodo sin control.

Tratamiento de fangos

Espesamiento: reducción de volumen en tanques de sedimentación o flotación.

Digestión: para fangos de naturaleza orgánica. En procesos de carácter aerobio (similar a fangos activos) o anaerobio (aprovechamiento energético).

Deshidratación y secado: para eliminar lo más que se pueda el agua del fango.

Métodos más utilizados: filtros de vacío, filtros prensa, filtros banda, centrífugas, evaporación térmica o en eras de secado.

Evacuación: depósito o destino final de los lodos. Métodos principales: vertedero de seguridad o de residuos

sólidos urbanos; incineración con o sin adición de combustible adicional según el poder calorífico de los lodos, descomposición biológica controlada de la materia orgánica, en condiciones aerobias, con el fin de obtener “compost”.

Etapas del tratamiento de fangos

¡Muchas gracias!