Unidad 4 Capítulo - Centro de Investigación y Desarrollo...

Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico del Agua - CIDTA

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Unidad 4

Capítulo 1. General

Sección 1. General

El agua posee unas determinadas características físicas, químicas y bacteriológicas.

La comparación de estas características con las requeridas por el agua destinada al uso humano indicará la necesidad de su tratamiento.

Este tratamiento puede efectuarse de forma más o menos completa, según los defectos que deban corregirse. Pueden ser necesarios varios procedimientos y, en este caso, deberá estudiarse su combinación de la forma más razonable.



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Capítulo 2. Tratamiento Previo - Pretratamiento

Sección 1. General

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Sección 2. Desbaste

Según la naturaleza de las aguas que se toman se realizará: - Desbaste. - Desarenado. - Predecantación. - Desaceitado. - Desengrase. - Tamizado.

El desbaste tiene por objeto proteger a la estación de la posible llegada de grandes objetos que puedan provocar obstrucciones en las distintas unidades de la instalación o dificultar los restantes tratamientos.



El desbaste permite separar y evacuar fácilmente las materias voluminosas arrastradas por el agua bruta, que podrían disminuir la eficacia de los tratamientos siguientes, o complicar la realización de los mismos.

El desbaste consiste en eliminar componentes sólidos del agua por medio de rejas que están formadas por barrotes paralelos.

Las rejas pueden ser : - De gruesos : distancia entre barrotes de 5-10 cm ó de finos : distancia entre barrotes de 1,5-3 cm - Fijas ó Móviles - Horizontales, Verticales, Inclinadas ó Curvas.

En función de la forma en que se realiza la retirada de sólidos retenidos, las rejas se clasifica: - Rejas de limpieza manual - Rejas de limpieza automática.



Es recomendable evitar la colocación de rejas de limpieza manual por razones de mantenimiento y explotación. En estas los residuos recogidos deben ser eliminados de manera discontinua.

A medida que los sólidos van siendo retenidos por las rejas, el agua experimenta una dificultad mayor en atravesar este dispositivo, especialmente en las de finos.

La limpieza de las rejas es una operación de mantenimiento de gran importancia, ya que la pérdida de carga aumenta a medida que crece el grado de obturación.

Las rejas de limpieza manual presentan una inclinación de 30-45º mientras que las de limpieza automática pueden colocarse totalmente verticales, o con inclinaciones de hasta 30º.



El parámetro de control fundamental en la comprobación de rejillas es la velocidad de paso del agua entre los barrotes.

La velocidad de paso a través de la reja debe ser suficiente para conseguir que la retención de las partículas sea máxima y la perdida de carga mínima.

En general se adoptará velocidad media de 0,6 m/seg y máxima de 1,4 m/s.

La evacuación de los residuos se realiza por procedimientos manuales o automáticos.



Los residuos deben someterse a un proceso de escurrido para eliminar el agua antes de su vertido o tratamiento.

Los residuos recogidos de los enrejados son perjudiciales, e incluso peligrosos. Los trabajadores deben adoptar medidas de seguridad e higiene al manipularlos.

Los residuos son depositados en vertederos controlados o procesados en plantas de tratamiento de sólidos.



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Sección 3. Desarenado

El desarenado consiste en extraer del agua bruta la grava, arena y partículas minerales más o menos finas.

Con el desarenado se consigue: - evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones - proteger las bombas y otros aparatos contra la abrasión

- evitar sobrecargas en las fases de tratamiento siguientes.

Los desarenadores son generalmente rectangulares, de tipo canal.



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Sección 4. Predecantación

La superficie horizontal del desarenador es función de la velocidad de sedimentación de las partículas de menor tamaño que deben retenerse y del caudal máximo que circulará por el mismo.

La sección transversal es función de la velocidad horizontal de flujo.

La predecantación es una operación que se efectúa, antes de la clarificación, con aguas superficiales muy cargadas.



Tiene por objeto eliminar la totalidad de la arena fina y la mayor cantidad posible de barro.

El nivel de concentración marcado a la entrada del clarificador determina la necesidad de una predecantación. Al igual que los decantadores, los predecantadores son de forma rectangular o circular.

En la predecantación se generan unos fangos que se extraen por los procedimientos habituales.



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Sección 5. Desaceitado - Desengrasado

Excepcionalmente cuando sea necesario se llevará a cabo la operación de desaceitado- desengrasado.

El desaceitado es una operación de separación líquido-líquido, en tanto que el desengrase es una operación de separación sólido-líquido (siempre que la temperatura del agua sea suficientemente baja para permitir la coagulación de las grasas).



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Sección 6. Tamizado

El tamizado es proceso de filtración sobre que se utiliza en numerosos campos del tratamiento del agua.

Si el agua arrastra hojas o hierbas que pasan las rejas de desbaste en este caso añadimos un tamizado (generalmente con mallas de 1 a 5 mm).

Los tamices pueden ser de limpieza manual o automática. Los tamices de autolimpieza pueden clasificarse en - Estáticos - Rotativos



Tamices estáticos: Reja con barras horizontales de sección triangular, de acero inoxidable. La reja tiene una inclinación que disminuye progresivamente entre 65º y 45º.

Tamices rotativos: Reja cilíndrica de eje horizontal que gira formada por barras de sección trapezoidal, de acero inoxidable.

Según las dimensiones de los orificios del soporte, se distinguen: -macrotamizado -microtamizado



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Capítulo 3. Precloración

Sección 1. Precloración

La precloración es un proceso de acondicionamiento del agua para que posteriores etapas sean más eficaces y eficientes. Precloración — consiste en añadir el agente generador de formas activas de cloro a la entrada de la planta depuradora.

Favorece la coagulación y elimina sustancias inorgánicas reductoras.

Elimina algas en las instalaciones.



Elimina microorganismos formadores de limo en los filtros de arena.

Uno de los inconvenientes es que la demanda de cloro del agua es mayor antes de realizarse otros tratamientos como coagulación - floculación, ablandamiento, filtración, etc...

Efectuado antes de la decantación.

Actúa por oxidación sobre: - Materia inorgánica: iones ferrosos y manganosos, el amoniaco para dar cloraminas o destruirlas al pasar el punto crítico, nitritos que se transforman en nitratos.



Actúa sobre: - Materia orgánica oxidándola - Microorganismos (bacterias, algas, plancton) interfiriendo sus procesos bioquímicos y biofísicos.

La precloración puede ser una: - simple cloración. -cloración al punto crítico - supercloración.

El límite de la precloración debe ser ligeramente superior al punto crítico para la mejor eliminación de algas, microorganismos, y materias orgánicas e inorgánica.

En el caso en que se sobrepase, es necesario eliminar el cloro en exceso utilizando dióxido de azufre o tiosulfato sódico. TODA PRECLORACION DEBE SUPEDITARSE A ENSAYOS PREVIOS



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Capítulo 4. Tratamientos específicos

Sección 1. General

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Sección 2. Eliminación de iones metálicas

Cuando el agua presenta determinados problemas se plantea la necesidad de diseñar tratamientos específicos.

En los sistemas naturales los iones metálicos en razón de las características que se encuentra se presentan en forma de especies químicas diferentes.



La eliminación de cada ion requerirá un procedimiento específico.

Los procesos generales para la eliminación de iones metálicos son: A) Oxidación —Reducción B) Precipitación C) Filtración D) Tratamientos biológicos E) Tratamientos especiales

En aguas subterráneas el hierro y manganeso se encuentra fundamentalmente en disolución en formas reducidas (estado de oxidación +2) no siendo factible su eliminación mediante técnicas de coagulación-floculación.

La oxidación del hierro se realiza con agua oxigenada mientras que en el caso del manganeso la oxidación es más enérgica (dióxido de cloro, permanganato potásico u ozono) originándose precipitados en ambos casos.



La adición de una base favorece la precipitación de hidróxidos. En presencia de CO2 y el medio básico se produce una descarbonatación precipitando carbonatos e hidróxidos.

D) Tratamientos biológicos: El metabolismo de algunos microorganismos autótrofos se basa en la oxidación del hierro y del manganeso. El hierro es oxidado en el intervalo de pH comprendido entre 6 y 7,5 por Gallionela, Leptothrix, Siderococcus y Pseudomona y la del manganeso algunas especies de Sphaerotilus, Leptothrix, Pseudomonas, Citrobacter, Metallogenium y Gallionella.

E) Tratamientos especiales: Intercambiadores de iones Carbón activo



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Sección 3. Descarbonatación

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Sección 5. Eliminación de sulfatos y cloruros

Si el agua no se encuentra en equilibrio carbónico y contiene un exceso de este gas, debe procederse a su eliminación. Por aereación y adición de reactivos alcalinos o por filtración sobre productos alcalinotérreos. Mediante estos procedimientos se consigue simultáneamente un incremento en la mineralización de los contaminantes del agua.

En el caso de grandes caudales de agua de mar, o de aguas salobres, se emplea normalmente la desalinización por destilación instantánea. Si son caudales pequeños y medios, es la desalinización a través de membranas: Electrodiálisis y Ósmosis inversa.



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Sección 6. Fluoración y eliminación del flúor

En la fluoración se utilizan hexafluorosilicato sódico, ácido hexafluorosilícico, fluoruro sódico.

El flúor debe estar en el agua en una concentración de 0,4 a 1 mg/l, un defecto o un exceso de flúor deberán ser corregidos.

Para la eliminación del flúor se lleva a cabo un tratamiento con fosfato tricálcico, un tratamiento con alúmina, un ablandamiento con cal o con una filtración sobre carbón activo.



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Sección 7. Eliminación de compuestos nitrogenados

El ión amonio puede eliminarse por nitrificación siempre que estén presentes hierro y manganeso y aireación. En este caso se prescinde, lógicamente, de la precloración para no eliminar las bacterias implicadas en este tratamiento.

Los nitritos se oxidan a nitratos en presencia de cloro u ozono.

Los nitratos se eliminarían por: desnitrificación biológica en condiciones de anaerobiosis, intecambio iónico u ósmosis inversa.



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Sección 8. Eliminación de algas y plancton

El método más empleado para eliminar las algas es la precloración y la reducción con cal del CO2 asimilable.

La eliminación del plancton se realiza por microtamizado o mediante oxidación por precloración seguida de una coagulación.



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Sección 9. Eliminación de materia orgánica

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Sección 10. Eliminación de malos sabores y olores. Desodorización

Para una eliminación óptima se debe realizar las siguientes etapas: 1ª Una coagulación - floculación y posterior decantación adicionando carbón activo en polvo. 2ª Una filtración sobre un lecho de carbón activo granulado y a continuación sobre lechos de arena. 3ª Una oxidación química.

Los malos sabores puede ser: a) debido a la proliferación de microorganismos b) originados en la cloración o precloración por formación de clorofenoles y tricloruro de nitrógeno.



La eliminación de sabores y olores de origen se realiza por aireación, utilizando un oxidante enérgico o con carbón activo.

Utilizamos para su eliminación: Ozono que se combina con carbón activo en polvo, cloración ,dióxido de cloro, permanganato potásico combinado con carbón activo y tratamiento con agua oxigenada seguido de una filtración sobre dióxido de manganeso.

Cuando el mal sabor es producido por el tratamiento, se elimina por una supercloración seguida de una eliminación total del cloro residual. Otros tratamientos serían con dióxido de cloro o con utilización de carbón activo.



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Sección 11. Eliminación de microcontaminantes

Eliminación de microcontaminantes: 11. A) Fenoles y compuestos fenólicos 11. B) Hidrocarburos 11. C) Detergentes 11. D) Pesticidas 11. E) Metales pesados

A) Fenoles y compuestos fenólicos Puede eliminarse con dióxido de cloro pero si el contenido es elevado se utilizará ozono, carbón activo o una combinación de ambos.

B) Hidrocarburos La películas de hidrocarburos que sobrenadan se eliminan mediante carbón activo. Los hidrocarburos policíclicos del tipo 3-4 benzopireno se destruyen con ozono.



B) Hidrocarburos La películas de hidrocarburos que sobrenadan se eliminan mediante carbón activo. Los hidrocarburos policíclicos del tipo 3-4 benzopireno se destruyen con ozono.

C) Detergentes Se eliminan: por formación de espuma, por acción del ozono, por acción del carbón activo o por acción combinada del ozono y del carbón activo.

D) Pesticidas El mejor procedimiento de eliminación de los pesticidas es con el empleo de carbón activo tanto en polvo como en grano.

E) Metales pesados Dependiendo del metal pesado que queremos eliminar utilizaremos coagulantes, carbón activo, filtros de arena, filtros de carbón activo o una combinación de ellos. La cloración mejora la eliminación de metales pesados sobre todo cuando la dosis de cloro es ligeramente superior al punto crítico.



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Capítulo 5. Ensayos de Tratamiento

Sección 1. General

Para determinar la calidad del agua bruta, en las potabilizadoras se realizan controles diarios de: pH, conductividad, turbidez, materia orgánica y color.

Un cambio en los valores de estos parámetros indicará que las características del agua han cambiado y será necesario realizar los ensayos de tratamiento para ajustar las dosis de reactivos.

Los ensayos a realizar serán: - Ensayos de Oxidación - desinfección: a) Ensayos de cloración b) Ensayos con permanganato potásico c) Ensayos con dióxido de cloro d) Ensayos con ozono - Ensayos de coagulación-floculación (Ver Unidad 5 del curso) - Ajuste de pH - Ensayos de agresividad de un agua - Ensayo de ablandamiento



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Sección 2. Ensayos de Oxidación - Desinfección

Los ensayos de Oxidación- desinfección son: a) Ensayos de cloración b) Ensayos con permanganato potásico c) Ensayos con dióxido de cloro d)Ensayos con ozono

El ensayo de cloración proporciona la dosis de cloro para la cual, después de las reacciones correspondientes entre el oxidante y las sustancias del agua, se obtiene una concentración de cloro residual libre que pueda ser idónea para su aplicación en planta: esta suele ser de alrededor de 1 mg/l de Cl2 libre en agua tratada.

Se adicionan cantidades crecientes de disolución de cloro de concentración conocida a un agua problema.



Se añaden dosis crecientes de la disolución del permanganato potásico al agua problema y consideraremos la dosis óptima a la concentración mínima a partir de la cual no se aprecia coloración rosada residual en el agua tratada.

El problema del ensayo con dióxido de cloro es que es un reactivo químico generado in situ. Por ello se realizarán ensayos con disoluciones de ClO2 obtenidas industrialmente y ensayos con disoluciones de ClO2 preparadas en el propio vaso.

Como paso previo se valorará la concentración de la disolución de ClO2 disponible y se va añadiendo a la muestra problema una serie creciente de dosis del oxidante. Se leerán los residuales de ClO2 y la dosis óptima del ensayo estará en 0,20 mg/l de ClO2.

Se acidifica el agua problema y se añaden cantidades calculadas de clorito sódico. Se medirá el ClO2 residual y la dosis óptima estará en 0,20 mg/l de ClO2.



El ozono es un reactivo químico no convencional, porque tiene que generarse in situ durante el proceso de tratamiento de agua. La producción de ozono se basa en la reacción química global: ......∆E 3O2 ----> 2O3 Debe operarse con aire extremadamente seco y razonablemente exento de impurezas o bien con oxígeno puro.

La dosificación del ozono al agua a ensayar se hace burbujeando el gas durante un tiempo exactamente medido en función de la dosis deseada y de la riqueza en ozono del fluido gaseoso (calculada por espectrofotometría UV o recogiendo el aire en agua con KI en exceso).

En el ensayo se va dosificando el ozono durante tiempos controlados sobre el agua problema y se calcula el ozono residual o aquellos parámetros para cuya reducción sea el oxidante. La dosis máxima de ozono que se puede dosificar a un agua destinada a consumo público según la normativa de nuestro país es de o 10 mg/l.



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Capítulo 5. Ensayos de tratamiento

Sección 3. Ensayo de Coagulación - Floculación

Las condiciones óptimas de funcionamiento para la coagulación se determinan con tanta frecuencia como sea posible utilizando un sencillo procedimiento denominado el test de la probeta o "jar-test" (SOLT y SHIRLEY, 1991).

El test de la probeta permite una comparación bajo condiciones estandarizadas, de las diferentes combinaciones de dosis de coagulante y pH, después de las cuales se mide la turbidez del sobrenadante (agua clarificada).

A una primera serie de probetas con agua bruta (sin alterar el pH) se le añade una dosis creciente de coagulante en un rango adecuado. Después de unas condiciones dadas de velocidad de agitación (1ª fase rápida; 2ª fase de agitación lenta y por último un tiempo de agitación nula), tiempo de agitación y tiempo de sedimentación, se observa el comportamiento del agua problema.



Utilizando la dosis óptima de coagulante obtenida en la prueba anterior, se repite el test variando el pH en un determinado rango. Así se determina el pH óptimo.

Finalmente el test se repite una 3ª vez incrementando la dosis de coagulante en las condiciones de pH óptimo.Esto determina la dosis exacta de coagulante al pH óptimo. Estos valores son utilizados para hacer funcionar el proceso de coagulación.

Otra forma de determinar la dosis de coagulante es mediante la técnica de potencial Z, que se verá en la unidad 8.

Una vez obtenida la dosis óptima de coagulación mediante un jar-test previo, se puede proceder a la realización de un ensayo de "floculación".



Sobre una serie de probetas se añade agua bruta, la dosis óptima de coagulante y cantidades crecientes de floculante. Después de unas condiciones dadas de tiempo y velocidad de agitación, se deja sedimentar.

Se compara entre ellas la velocidad de asentamiento de los flóculos, la claridad final y el volumen del lodo producido. A partir de estos datos se determina la dosis óptima de floculante.

Para que este ensayo sea operativo, la dosis de floculante debe necesariamente mejorar el resultado óptimo logrado con coagulante sólo. De lo contrario, no sería utilizable en una planta.



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Sección 4. Ajuste de pH

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Sección 5. Ensayo de agresividad del agua

Consiste en probar distintas dosis de reactivo hasta conseguir el pH adecuado. Buscamos con el ensayo obtener la dosis de reactivo requerida para obtener el Deberán respetarse las dosis máximas autorizadas por la normativa.

Los reactivos más usado para elevar el pH son NaOH, Na2CO3 y Ca(OH)2 y los más aplicados para rebajar el pH son HCl y H2SO4 y también CO2. Se preparan disoluciones de 1 g/L.

Se considera un agua agresiva cuando presenta un contenido alto en CO2, ya que en esas condiciones puede disolver el calcio de los minerales que lo contienen:



Cuando el contenido en CO2 disminuye, se produce la precipitación del CaCO3 formandose depósitos que pueden ocasionar obstrucciones en las tuberias (agua incrustante).

Tipos de ensayo de agresividad de un agua: - Ensayo al mármol. - Ensayo al plomo.

Ensayo al mármol: se hace un análisis previo de la alcalinidad total (TAC) y pH del agua en origen y después transcurrido un tiempo de reacción entre el agua y una cantidad en exceso de mármol. El tiempo será el suficiente para que el agua alcance su equilibrio carbónico.

Ensayo al plomo: Determinamos la cantidad de plomo que pasa por disolución a un agua en íntimo contacto con él.



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Sección 6. Ensayo de ablandamiento

Con el ablandamiento se pretende la reducción de su contenido en calcio y magnesio.

Se requiere la dosificación al agua de reactivos con capacidad para ablandar Ca(OH)2, Na2CO3, NaOH y al final determinar los residuales de dureza asociada a los bicarbonatos, sulfatos y cloruros.

El ajuste de pH a más de 8,5 para cualquier agua provoca una importante precipitación de las sales que provocan su dureza. Esto es importante para estructurar un ensayo de ablandamiento.

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