Tratamiento de Agua Para Consumo Humano

7/30/2019 Tratamiento de Agua Para Consumo Humano

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

ESCUELA DE INGENIERIA AMBIENTALFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

TRATAMIENTO DE AGUAS PARA

CONSUMO HUMANO

MODULO DEL CURSO:


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El tratamiento del agua puede dividirse en trescategoras:

La purificacin de uso domestico.

El tratamiento para aplicaciones industriales.

El tratamiento de las aguas residuales.

TRATAMIENTO Y USO DEL AGUA


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El tipo y grado de tratamiento dependefuertemente de la fuente y del uso que sepretende dar al agua.

El agua para uso domstico debe desinfectarsecompletamente para eliminar los microorganismosque causan enfermedades, pero puede contenerniveles apreciables de calcio y magnesio disueltos(dureza).

El agua que va a usarse en calderas puedecontener bacterias, pero debe ser muy blandapara evitar la formacin de incrustaciones .

TRATAMIENTO Y USO DEL AGUA


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TRATAMIENTO DE AGUAS PARA CONSUMO HUMANO

Plantas de tratamiento de agua

Uno de los grandes logros de la tecnologa modernaha sido la reduccin drstica de las enfermedades de

transmisin por agua como el clera y la fiebretifoidea.La clave de este avance fue el reconocimiento deque la contaminacin del abasto pblico de agua con

desechos humanos era la fuente principal deinfecciones y se poda eliminar tratando el agua demanera ms eficaz y eliminando los residuos de unaforma ms apropiada.


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Las operaciones de tratamiento de agua llevan a cabouna o ms de tres tareas fundamentales:

Separacin de sustancias particuladas.

Extraccin de sustancias disueltas.

Destruccin de bacterias y virus patgenos.


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Las principales operaciones unitarias queintervienen en el tratamiento de aguas superficiales

son:

El tamizado.

La Coagulacin / Floculacin.

Sedimentacin.

Filtracin.

Desinfeccin.


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Tamizado

Filtracin Sedimentacin

Adicin decoagulante

MezcladoRpido

Coagulacin/floculacin

Lago, rio o embalse

Desinfeccin

Almacenamiento Red de distribucin de agua potable

ESQUEMA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAFUENTE SUPERFICIAL


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Aireacin Ablandamiento AlmacenamientoDesinfeccin

Red de distribucin de agua potable

ESQUEMA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAFUENTE SUBTERRANEA

AGUAS

SUBTERRANEAS

EQUIPO DEBOMBEO


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Eliminacin de Materia Particulada

Las operaciones unitarias que se emplean paraeliminar la materia particulada del agua comprende lasde tamizado, sedimentacin, coagulacin/floculacin yfiltracin.

El Tamizado

Se utiliza para separar slidos grandes, comotroncos, ramas, trapos, etc es la primera etapa del

tratamiento del agua.Asi mismo es importante para protejer los equipos debombeo y obstruir las tuberas y canales.


10/48Tratamiento Biolgico10


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http://www.headworksusa.com/html/combinedscreen.html


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Tratamiento Biolgico14


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La Sedimentacin

La forma de tratamiento de agua msantigua y de uso mas extendido, emplea elasentamiento por gravedad para separar laspartculas del agua. Es un mtodorelativamente sencillo y econmico que seaplica en estantes redondos, cuadrados orectangulares.

La sedimentacin se puede hacer despusde la coagulacin/floculacin u omitirse porcompleto para aguas de turbidez moderada.


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Las partculas suspendidas en las aguas desuperficie varan en cuanto a tamao: 10-1 a

10-7 mm de dimetro que es el tamao de laarena fina y de las pequeas partculas dearcilla respectivamente.

La turbidez o nebulosidad del agua se debea las partculas mayores de 10-4 mm, entanto que las de menos de 10-4 mm

contribuyen al color y sabor del agua.Este tipo de partculas muy pequeas sepuede considerar, para fines de tratamiento

como disueltas.


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El agua que contiene materia particulada

fluye con lentitud a travs de un tanque desedimentacin, y de esta manera se retieneel tiempo suficiente para que las partculasmas grandes se asientes en el fondo antes

de que el agua clarificada salga del tanquepor un vertedero en el extremo de salida.


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DECANTADORES CIRCULARES


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Las partculas que se han sedimentado enel fondo del tanque se extraen en forma

manual o por medio de raspadoresmecnicos para descargarse en unaalcantarilla, para su tratamiento ydisposicin final.

Se sedimentan partculas cada vez mspequeas a medida que se incrementa el

tiempo de retencin utilizando tanques masgrandes. La sedimentacin de partculascada vez mas pequeas por sedimentacinsimple seria poco prctica debido al alto

costo de construccin de un tanque.


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El tiempo de retencin tpico para undecantador, es de 3 horas en tanques de 3a 5 mts de profundidad. Las partculasdemasiado pequeas para sedimentarseen este tiempo, se deben eliminar por

filtracin o por otros mtodos.


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SEDIMENTACION DE UNAPARTICULA EN UN FLUIDO

Los principios que gobiernan la sedimentacin

de una partcula en un fluido son aplicacionespara la eliminacin de los slidos en suspensinde un ro, el diseo de clarificadores en eltratamiento de agua o el tratamiento de aguas

residuales y la sedimentacin de particulados enel aire.


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PARTICULA

FD FB

FE

FR

FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE UNA PARTICULA QUE SEDIMENTAEN UN FLUIDO ESTATICO

F = F - F - FR E B D

F = Fuerza resultanteR

F = Fuerza externaE

F = Fuerza flotacinB

F = Fuerza de friccinD


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Estas fuerzas se pueden expresar como:

R

E E

B

p

E

p

= densidad del fluido = densidad de la partculap


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Sustituyendo los valores de F , F , F y FR E B D y reordenando tenemos:

F = F - F - FR E B D

p

p

D


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D

D p2

Experimentalmente, se ha encontrado que la fuerza de friccin es:

F = Fuerza de friccinD

Ap = rea proyectada de la partcula en ngulorecto a la direccin de la sedimentacin.

C = Coeficiente de resistencia al avance o de friccinD

p

p

D p 2


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Ahora si suponemos que la partcula es esfera:

p2p

p3

p pp

Despejando y sustituyendo los valores en la ecuacin anterior, tenemos:

pD

p

2

p p


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La velocidad de sedimentacin terminal :t

se alcanza muy pronto. En este punto :

Por lo tanto despejando t, obtenemos:

p p

D

1/2

t

Esta ecuacin es aplicable a partculas en proceso de sedimentacin ( > ) , as como a partculas en ascenso ( < ), como aceite o aire en

agua.

pp


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Experimentalmente se ha encontrado que C es una funcin del nmero deReynolds adimensional Re:

D n

D

En donde los valores de b y n son los que se indican en la siguiente tabla:

Flujo Re b n ComentarioLaminar < 2 24 1

Predomina laresistencia al avancepor friccin.

Intermedio 2 - 500 18.5 0.6

La resistencia al

avance por friccin ypor la forma sonimportantes.

Turbulento500

200,0000.44 0

Predomina laresistencia al avance

por forma.


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El nmero de Reynolds, Re, se define como:

p

Donde es la viscosidad dinmica ( absoluta) del medio.

Para condiciones de flujo laminar: b = 24 y n = 1

D

p

D n


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Sustituyendo en la ecuacin, siguiente:

p p

D

1/2

t

Obtenemos la siguiente relacin:2

t

p p

NOTA: Esta es la ecuacin terminal de Stokes, aplicable slo si el flujo

es laminar y las partculas son esfrica


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La materia es suspensin en aguas naturalesy aguas residuales y las emisiones departiculados que sedimentan en el aire raravez son de forma esfrica. Estas partculastienen un rea superficial por unidad de

volumen mayor que la de una esfera y, porconsiguiente, se asientan con mayor lentitudque las esferas de volumen equivalente. Parapartculas de forma irregular se ha definido unndice llamado esfericidad, de modo que :

p

p p


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p

p p

= ndice relativo de la redondez de la partcula y es adimensional

Para una esfera = 1, en tanto que para partculas no esfricas essiempre menor a la unidad.

Por ejemplo, para escamas de mica = 0.28, para arena de silex irregular

= 0.66, para carbn pulverizado = 0.73


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La aplicacin de prctica de la ecuacin develocidad terminal de Stokes es mscomplicada, puesto que las partculassuspendidas en agua o aire no son

normalmente partculas discretas y el medioacuoso o areo no es esttico. Por tanto,casi siempre es necesario emplear mtodos

tanto experimentales como empricos parael diseo de tanques de sedimentacin paraagua.


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Ejemplo: Calcule la velocidad de

sedimentacin de dos partculas esfricas a)0.1 mm y b) 0.001 mm de dimetro en aguainmvil con una temperatura de 20 C. La

densidad relativa de las partculas es 2.65Kg/m3. Suponga condiciones de flujo laminar.Un tiempo de retencin comn para tanquesde sedimentacin es de 2 horas. Se

asentarn estas partculas hasta el fondo deun tanque de 3.5 m de profundidad en esetiempo?


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La Coagulacin / Floculacin

Es un procedimiento qumico y fsico por elcual las partculas que son demasiadopequeas para separarse por sedimentacin

simple se desestabilizan y se aglomeran paraacelerar su asentamiento.

Un porcentaje significativo de partculas en

suspensin en el agua es tan pequeo que susedimentacin hasta el fondo del tanquetomara das o semanas. Estas partculascoloidales nunca se asentaras por

sedimentacin simple.


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La coagulacin es un proceso qumico que seutiliza para desestabilizar partculas coloidales.Consiste en agregar un producto qumico queaporta iones con carga positiva al agua que

contiene coloides con carga negativa. Lasreacciones que se producen reducen latendencia de los coloides a repelerse entre si.


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Se requiere un mezclado rpido de alrededor de30 segundos para dispersar el coagulante. Enseguida, se lleva a cabo un mezclado suave dela suspensin, llamado floculacin, a fin defavorecer el contacto entre partculas.

El tiempo se retencin en el tanque de

coagulacin/floculacin vara por lo comn entre20 y 40 minutos en tanques de 3 a 4 metros deprogundidad.


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Por medio del proceso qumico y fsicocombinado de coagulacin/floculacin, laspartculas coloidales que no se asientan porsedimentacin simple se aglomeran paraformar slidos grandes llamados flculos.


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Los flculos tienen aspecto de grumosesponjosos de forma irregular y son capacesde atrapar las partculas pequeas nocoaguladas al asentarse en el fondo.


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El sulfato de aluminio (alumbre) es elcoagulante ms comn, pero se puede utilizartambin polmeros orgnicos, solos o encombinacin con el alumbre, para mejorar la

floculacin. La suspensin de los flculos setransfiere con cuidado de los tanques decoagulacin/floculacin a tanques desedimentacin, o directamente a filtros donde

se separan los flculos.


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La qumica de la coagulacin es compleja, peroel proceso se puede ilustrar por medio deecuaciones simplificadas. Los cationes con

carga positiva que se necesitan para coagularlos coloides con carga negativa pueden seraportados por sales metlicas, de las cuales lassales de aluminio y hierro son las ms

comunes.


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Se considera que el proceso de coagulacin

con alumbre para filtros, Al2(SO4)3 14.3H2O(el coagulante normal para tratamiento deagua), se verifica en las tres etapassiguientes:

1. El alumbre se ioniza en el agua y produce iones Al +3 y SO4 -2.Algunos de los iones Al(OH)3 neutralizan la carga negativa delos coloides, pero

2. La mayor parte de los iones Al+3 se combinan con iones OH-(del agua) para formar Al(OH)3 coloidal, el cual adsorbe iones

positivos de la solucin:

Al2(SO4)3 + 6H2O --------- 2 Al(OH)3 + 6H+ + 3SO4-2


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3. Entonces, el Al(OH)3 en solucin con carga positiva ayuda aneutralizar los coloides negativos, y el exceso es neutralizado por elSO4 para producir un precipitado de Al(OH)3 y sulfatosadsorbidos.

Observe que el exceso de iones H+ que seforma en la etapa 2 tiende a deprimir el pH, lo

cual detendra la formacin del Al(OH)3puesto que depende del pH. Normalmente, elexceso de iones H+ es neutralizado por laalcalinidad (HCO3)- presente en el agua de

acuerdo con la ecuacin:6H+ + 3 SO4 -2 + 3 Ca(HCO3)2 3 CaSO4 + 6 CO2 +6 H2O


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La reaccin global que combina las ecuacionesanteriores es:

Al2SO4.14.3 H2O + 3Ca(HCO3)2---- 2 Al(OH)3 + 3CaSO4+6CO2 + 14.3 H2O

El efecto qumico global es una disminucin del

pH del agua, una conversin de parte de ladureza de calcio [Ca(HCO3)2] en dureza desulfato (CaSO4), y la produccin de CO2. Si laalcalinidad presente en el agua es insuficiente

para que esta reaccin se lleve a cabo, se debeaumentar el pH adicionando cal [Ca(OH)2],carbonato de sodio (Na2CO3) o sosa (NaOH).


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El pH ptimo para la coagulacin con alumbrees aproximadamente 6. La coagulacin no

requiere mucho control adicional del pH, porque la introduccin del alumbre reduce el pH delas aguas superficiales, que casi siempre sonneutras, a un valor aceptable.


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