UNIDAD IV

PLANTAS DE TRATAMIENTO 4.1 Condiciones para el tratamiento 4.2 Equipos de una planta de tratamiento 4.3 Floculador 4.4 Unidades de floculación 4.5 Decantadores 4.6 Filtros 4.7 Teoría de la filtración 4.8 Filtros rápidos 4.9 Filtros lentos 4.10 Desinfección

4.1 CONDICIONES PARA EL TRATAMIENTO El tratamiento del agua puede ser de lo más sencillo hasta

los sistemas más complicados, dependiendo de las condiciones físicas, químicas y bacteriológicas con que se presente el agua en la naturaleza. El tratamiento sencillo es solamente la desinfección del agua, y debe ser apta para el consumo humano, por lo tanto debe ser apropiada para el uso doméstico y para una amplia variedad de usos industriales.

Las causas que son necesarias someter al agua para el tratamiento son las siguientes:

Cuando hay que eliminar gérmenes productores de

enfermedades. Cuando el sabor es desagradable. Cuando el agua tiene mal olor. Cuando hay que eliminar los gases. Cuando el agua tiene opacidad. Cuando tiene color.

Las aguas superficiales que se presentan en la naturaleza, necesitan el tratamiento porque presentan muchas de las causas que se han señalado.

Mientras que las aguas de subsuelo son por lo general más limpias y no requieren de tratamientos complicados. Pero, existen aguas de subsuelo que se presentan mal olientes, con elementos químicos, con sales y gases.

4.2 EQUIPOS DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO Las plantas de tratamiento de agua potable son instalaciones que sirven para tratar las aguas superficiales o de subsuelo y convertirlas en agua potable.

Las plantas de tratamiento de aguas superficiales, para grandes poblaciones tienen los siguientes equipos:• Floculador• Decantador• Filtros Rápidos• Desinfección

Plantas de tratamiento de aguas superficiales, para pequeñas poblaciones tienen los siguientes equipos• Floculador• Decantador• Filtros Lentos• Desinfección

Plantas de tratamiento de aguas de subsuelo se puede necesitar solamente desinfección

Plantas de tratamiento de aguas de subsuelo puede presentarse que necesite dos tratamientos• Aereación• Desinfeción

4.2.1 ESQUEMAS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO

Existen muchas formas de instalar una planta de tratamiento, pero los esquemas nos muestran el flujo que sigue el agua

Plano de una pequeña instalación de tratamiento de agua, con tanque mezclador, tanque de decantación y filtros.

Esquema Tratamiento de Agua potable Planta Llancahue

Esquema Tratamiento de Agua potable Planta Cuesta Soto

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE “LA TOMILLA”

4.3 FLOCULADOR

La floculación es el proceso de mezclar con el agua un producto químico, coagulante, que actúa en forma muy pronunciada sobre la formación del precipitado gelatinoso.

Se trata de usar la mejor condición de mezclado y reacción química con el fin de que el producto que se adiciona tenga un buen procedimiento para coagular las partículas muy pequeñas, agrupándolas en otras mayores

En el agua existen partículas de arena finamente divididas y de arcillas coloidales, que es imposible eliminarlas en un tanque decantador, en las condiciones naturales a menos que se mantenga el agua largo tiempo en reposo.

El periodo de retención de la floculación se calcula en la prueba de jarras, varían entre 15 a 30 minutos, la velocidad del agua tiene importancia, si es demasiado elevada él coagulo se rompe; la velocidad varía de 20 a 30 cm/seg.

Cuando se tiene aguas muy turbias, se usa otros productos químicos como polímeros.

La floculación realiza el proceso de mezclado y empieza con una agitación rápida para producir la reacción química y es seguida de un suave desplazamiento del agua; existiendo varios sistemas de floculación.

4.3.1 COAGULANTES MÁS USADOS• Sulfato de alúmina,

Conocido ordinariamente con el nombre de alumbre, cuando el agua contiene bicarbonatos naturales la reacción química es la siguiente:

Al2(SO4)3+18 H2O+3 Ca (HCO3)2 =2Al(OH)3+3CASO4 + 18 H2O + 6CO2

El hidróxido de aluminio es el que forma los grumos o coágulos

• Polimeros

Se ha introducido el uso de polímeros orgánicos sintéticos para tratar el agua. Los polímeros son sustancias de alto peso molecular, de origen ya sea natural o sintético. Pueden ser catiónicos, aniónicos o no iónicos.

La dosificación de estos productos químicos, se estudia en laboratorio, utilizando el equipo llamado “Prueba de Jarras”.

Consiste en hacer varias dosificaciones de sulfato de aluminio, se le disuelve en una misma cantidad de agua en cada jarra, se realiza el mezclado con las paletas del equipo en un determinado tiempo y luego se deja en reposo para que se produzca la reacción y se forme los flocks o grumos, estos se decantan en la jarra con una velocidad de sedimentación, se apreciará en una de las jarras la mejor dosificación, quedando el agua clara y sin turbidez, se tomando el tiempo de la decantación que se produce.

Esta prueba de laboratorio permite aplicar a cualquier polímero u otros productos coagulantes y aplicarlo en el equipo de dosificación de la planta de tratamiento

4.7 UNIDADES DE FLOCULACIÓN

Entre los floculadores Hidráulicos los más usados son los de Pantallas y Helicoidales; los de Medios Porosos y Tuberías son poco usados

Entre los floculadores Mecánicos son los de Paletas y Turbinas

Entre los Eléctricos los más usados son los de Agitación Mecánica.

Entre los de Manto de Lodos los más usados son los de Agitación Mecánica y Fludificación Meumática

FLOCULADOR HIDRÁULICO DE PANTALLA

Floculador Hidráulico de Pantalla flujo vertical

Floculador Hidráulico de Pantalla flujo vertical por orificios

FLOCULADOR HELICOIDAL

Tipo Alabama

Floculador Hidráulico tipo vertical Tipo Cox

FLOCULADOR HIDRÁULICO MEDIOS POROSOS

En esta unidad el agua flocula al pasar a través de los espacios o poros de un material granulado, los cuales desempeñan la función de pequeños compartimientos, es de gran eficiencia.

Los materiales que pueden utilizarse son: piedra de ½” a ¾”, bolitas de plástico, residuos de las fábricas de plástico, segmentos de tubos o cualquier otro tipo de material similar no putrescible ni contaminante.

Floculador Mecánico de Paletas flujo vertical

Floculador Mecánico de varias paletas flujo vertical

Floculador Mecánico de varias paletas flujo vertical

FLOCULADOR MECÁNICO DE TURBINA

4.5 DECANTADOR

Son estructuras llamadas decantadores, que almacenan agua para que las partículas en suspensión se precipiten al fondo de la estructura cuando el agua se encuentra en reposo o parcialmente en reposo.

Las arenas finamente divididas y la arcilla coloidal en el agua, son tan pequeñas, que es imposible eliminarlas en un tanque decantador, en condiciones ordinarias se necesitaría un largo tiempo en reposo. Ha sido necesario, por ello, buscar procedimientos para coagular las partículas muy pequeñas, agrupándolas en otras mayores, que tengan una velocidad de sedimentación más alta. Para ello, se añade al agua ciertos productos químicos que forman precipitados pesados, gelatinosos o en grumos que envuelven y arrastran a las partículas suspendidas. Este proceso tiene una naturaleza electrolítica, ya que los iones del precipitado poseen una carga eléctrica positiva y atraen a la arcilla coloidal cargada negativamente.

Los tanques decantadores pueden tener secciones horizontales cuadradas, rectangulares o circulares. Las rectangulares son las más usadas, en una relación longitud/ancho de 2 a 5 y una relación longitud/altura de 6 a 20.

La profundidad del tanque afecta el rendimiento, por ésta razón se ha llegado a profundidades de 1,80 metros; los más comunes son de 3,00 a 4,50 metros de profundidad; algunas veces se diseñan tanques hasta de 6,00 metros de profundidad. El proyectista debe estimar la cantidad de material depositado, su espacio que requiere y el intervalo de limpieza.

DECANTADOR DINAMICO CON DEFLECTORES HORIZONTALES Y CON USO DE TABIQUES

El decantador circular se emplea generalmente con eliminación mecánica para los materiales depositados en el fondo, son generalmente de corriente vertical.

ESQUEMA DE PLANTA COMPACTA CON LODOS FLOTANTES

PLANTA COMPACTA CON LODOS FLOTANTES

PLANTA DE TRATAMIENTO COMPACTA CON SUSPENSION DE LODOS

CANALETA DE PLANTA COMPACTA PARA RECOLECCION DE AGUA DECANTADA

4.6 FILTROSLos filtros son las unidades más complejas de una planta de tratamiento de agua, depende de su medio filtrante para los sistemas de gravedad.

La sedimentación, con o sin coagulación, no proporciona ordinariamente, un tratamiento suficiente del agua. La producción de agua limpia y brillante que ofrezca la máxima seguridad de que no puede transmitir enfermedades, exige el empleo de un filtro. La filtración también ayuda a la eliminación del color, sabor y olor, así como de las impurezas de hierro y manganeso

Los filtros que han sido empleados son de dos tipos El filtro lento de arena, se utilizó primeramente en Gran Bretaña, en el siglo XIX. El filtro rápido de arena, que también se conoce con la denominación de filtro mecánico americano, se desarrollo en los Estados Unidos durante el periodo 1900-1910, desplazando al uso del filtro lento.

4.7 TEORÍA DE LA FILTRACIÓNLos filtros consisten en lechos filtrantes de arena que tienen ordinariamente un espesor de 70 á 75 cm. La arena actúa en la eliminación de las bacterias, arcillas finamente divididas y material coloidales de dimensiones menores.

La arena del lecho filtrante tiene pequeños espacios vacíos actuando como minúsculas cámaras de sedimentación, lo que permite que las partículas suspendidas establezcan contacto con las superficies de la arena; la adherencia sobre esta superficie llega a ser bastante marcada.

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4.8 FILTROS RÁPIDOSLos filtros rápidos consisten en lechos de arena que tienen ordinariamente un espesor de 75 cm. La acción de la arena es eliminar la bacteria, la arcilla finamente dividida y las materias coloidales de dimensiones menores. La arena se encuentra sobre un lecho de grava.

El efecto de la filtración se consigue en la capa de la parte superior de la arena de unos pocos centímetros de espesor, sin embargo, se requiere un lecho de 75 cm. de profundidad.

El agua filtrada que llega a la grava, se recoge en tubos para transportarla al proceso de desinfección; estos mismos tubos también distribuyen el agua para el proceso del lavado del lecho filtrante

4.8.1 FILTRO CON FONDO WHEELER En este tipo de filtro en el fondo tiene bolas de Wheeler, son los más eficientes y para su lavado se utiliza carga de agua

El fondo filtrante de Wheeler, se dispone un pavimento de hormigón con depresiones en forma de pirámide invertida, por debajo del cual se extiende una cámara de presión en la que se descarga el agua de lavado recogida en las depresiones piramidales con presión uniforme en la totalidad de la capa.

Unas pequeñas aberturas descargan el agua filtrada en la cámara. La acción de los chorros es evitada mediante la colocación de una bolas de loza de barro y encima de éstas se coloca grava cribada de tamaño graduado

4.8 2 FILTROS LAVADO CON AGUA O SIMULTÁNEO Y

AIRE

Puede realizarse el lavado de los filtros con lavado agua o simultáneo de aire y agua, utilizando el fondo de hormigón cubierto, como se muestra en la figura.

4.8.3 FILTRO RAPIDO Y LAVADO PROVENIENTE DE LOS OTROS FILTROS Los filtros están en serie y se aprovecha la gradiente hidráulica de los otros para producir su lavado de arena.

4.8.4 FILTRO DE PRESION

DETALLE DE VÁLVULAS EN FILTRO A PRESION

4.9 FILTROS LENTOSEl filtro lento de arena tiene las siguientes características: la reducida velocidad de operación, 28 a 57 millones de litros por hectárea y día; la necesidad de un tratamiento previo del agua con floculación y sedimentación, y el método de limpiar los lechos por raspado y remoción de la arena. El agua debe estar clarificada sino los filtros lentos no pueden dar buenos resultados con las aguas extremadamente turbias.Son muy usados para poblaciones pequeñas, son de concreto armado techados y abiertos de forma rectangular.

En la superficie de un lecho ya maduro se forma una película delgada llamada Schmutzdecke, que consta de una gran variedad de microorganismos, biológicamente muy activos, que descomponen la materia orgánica, mientras gran parte de la materia inorgánica en suspensión queda retenida por acción del colado.

FILTRO LENTO TECHADO

FILTRO LENTO ABIENTO

4.10 DESINFECCIÓN La desinfección del agua se realiza para la destrucción de organismos que pueden ser peligrosos para el ser humano, la industria y otros usos en el abastecimiento a una población, la desinfección involucra un tratamiento especializado, mediante el empleo de un agente físico o químico.El desinfectante es el agente que destruye los gérmenes patógenos.

En el caso del agua se puede considerar tres categorías de organismos: Virus, Bacterias y Quistes de Amebas

Los virus, tales como los que causan la parálisis infantil y la hepatitis infecciosa, son resistentes a ciertos desinfectantes, como ocurre con el cloro.

Las bacterias patógenas, capaces de producir enfermedades de origen intestinal, son por lo general menos resistentes a la desinfección.

Los quistes, son también resistentes y no son por lo general destruidos por la desinfección con cloro

4.10.1 AGENTES FÍSICOS Y QUÍMICOS

Los agentes de la desinfección pueden ser clasificados de acuerdo con su acción o el mecanismo de destrucción

Los agentes físicos se aplican por energía bajo la forma de calor o luz (rayos ultravioleta)

Los agentes químicos se aplican con sustancias químicas que actúan sobre los organismos y pueden ser oxidantes i ionizantes

Sustancias oxidantes: Halógenos (cloro, bromo, yodo) Ozono (O3) Permanganato de potasio (KO4) Agua oxigenada (H2 O2)Sustancias ionizantes Plata Álcalis Ácidos En la técnica la desinfección de las aguas de abastecimiento público se usa por lo general los siguientes agentes en ordende frecuencia: Cloro Ozono Luz ultravioleta Iónes de plata

4.10.2 EL CLORO COMO DESINFECTANTE

El cloro, en sus varias formas, se emplea casi universalmente para la desinfección del agua. Es barato, seguro y no ofrece grandes dificultades de manejo. El cloro y el agua reaccionan de acuerdo con la siguiente ecuación: Cl2 + H2 O = HOCl + HCl

El ácido hipocloroso, HOCl, se disocia rápidamente en ácido clorhídrico, HCl, y oxígeno. El oxígeno liberado, no tiene gran actividad para producir la desinfección.

La oxidación exige prácticamente unos 10 minutos para completarse y transcurrido este tiempo debe quedar un exceso de cloro para asegurar la desinfección. Este exceso debe estar en un 0,5 p.p.m.

CLORADOR TIPO DE VACIO

CLORADOR DE REGULACION MANUAL Y ALIMENTACION EN SOLUCION

4.10.3 HIPOCLORITO COMO DESINFECTANTE

El hipoclorito de calcio, es una sustancia que, cuando se coloca en el agua desprende cloro. Tiene el inconveniente de deteriorarse con el tiempo y ser de manejo desagradable. Su máximo contenido en cloro es de 30 a 35 por ciento.

La utilización del hipoclorito se aplica en un gran número de pequeñas instalaciones o en casos de emergencia cuando los suministros de cloro son deficientes.

4.10.4 AIREACIÓN

La aireación del agua cumple numerosas funciones útiles. Elimina rápidamente el ácido sulfhídrico y los olores producidos por las materias orgánicas en descomposición.

El anhídrido carbónico puede eliminarse en 70 % y los efectos de corrosión se evitan.

La aireación se considera como de carácter físico o mecánico que permite eliminar las materias inadecuadas que contiene el agua, reemplazándolas por oxígeno y otros gas contenidos en el aire.

También se emplea para eliminar el hierro y el manganeso.