Subido por MIJHAEL PAUL RAMIREZ BARRETO

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Programa Especializado en Tratamiento
de Agua Potable
INTRODUCCIÓN A LA
POTABILIZACIÓN DEL AGUA
PARTE (I)
R E AL I Z AD O P O R :
I N G . J O S É D AN I E L VI Z C AR R A L L E R E N A
CONTENIDO
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Introducción.
Ciclo hidrológico del agua.
Balance Hídrico.
Calidad del agua.
Composición de las aguas Naturales.
Tipos de aguas Naturales.
Introducción
¿QUÉ ES EL AGUA?
• El agua es una
necesidad fundamental
de la humanidad.
• Según Naciones Unidas
cada persona en la
tierra requiere al menos
20 a 50 litros de agua
potable limpia y segura
al día para beber,
cocinar y simplemente
mantenerse limpios.
El agua como Fin de
vida.
¿QUÉ ES EL AGUA?
El agua se encuentra en nuestro planeta en
forma líquida, sólida y gaseosa. El total de
agua en la Tierra se estima en unos 1.400
millones de km3 , de los cuáles un 3% del
total corresponde a agua dulce. La
provisión global de agua en la Tierra
(invariable desde hace miles de millones de
años) está sometida al denominado "Ciclo
Hidrológico" que consiste en una serie de
cambios de fase, de características físicas,
químicas, y microbiológicas, e incluso, de
emplazamiento
físico
(mares,
nubes,
glaciales, ríos, aguas subterráneas) cuyo
último efecto es la "renovación" periódica
de la dotación de agua en las grandes
acumulaciones de ésta del planeta:
océanos, ríos y lagos, atmósfera y litosfera.
El motor del "Ciclo Hidrológico" es la
radiación solar recibida por la Tierra que
provoca la evaporación de agua desde la
superficie libre de océanos y mares hasta la
atmósfera.
¿QUÉ ES EL AGUA?
• El agua es una sustancia de
capital importancia para la
vida
con
excepcionales
propiedades
consecuencia
de
su
composición
y
estructura. Es una molécula
sencilla formada por tres
pequeños átomos, uno de
oxígeno y dos de hidrógeno,
con enlaces polares que
permiten establecer puentes
de hidrógeno entre moléculas
adyacentes. Este enlace tiene
una gran importancia porque
confiere al agua propiedades
que se corresponden con
mayor masa molecular.
AGUA POTABLE
• Llamamos agua potable al agua
que podemos consumir o beber
sin que exista peligro para nuestra
salud. El agua potable no debe
contener
sustancias
o
microorganismos
que
puedan provocar enfermedades
o perjudicar nuestra salud.
• Por eso, antes de que el agua
llegue a nuestras casas, es
necesario que sea tratado en
una planta potabilizadora. En
estos lugares se limpia el agua y se
trata
hasta
que
está
en
condiciones adecuadas para el
consumo humano.
• Desde
las
plantas
potabilizadoras, el agua
es
enviada
hacia
nuestras casas a través
de una red de tuberías
que llamamos red de
abastecimiento o red
de distribución de agua.
ABASTECIMIENTO DE AGUA
• El abastecimiento de agua
en los centros laborales
reviste gran importancia para
la vida, salud, la higiene de
los
trabajadores
y
los
diferentes
procesos
industriales.
• El grado de pureza que
requiere el agua depende
del uso al que sea destinado,
ya
sea
para
consumo
humano,
doméstico,
Industrial, agrícola, recreativo
y/o para la preservación de
flora y fauna.
ABASTECIMIENTO DE AGUA
Para conseguir un sistema de abastecimiento eficaz, son
varios los aspectos que habrán de considerarse.
• Adecuada Capacidad en la captación y transporte del
sistema.
• Calidad
de
acuerdo
a
la
correspondiente
reglamentación en los punto de suministro, ligada en
gran medida a la calidad de las fuentes y al proceso de
tratamiento aplicado.
• Integridad de la red que evite fugas y agua no
contabilizada.
• Adecuada gestión económico-administrativo, que en
definitiva, posibilitan el conseguir los puntos anteriores.
OBJETIVO PRINCIPAL DEL
ABASTESIMIENTO DE AGUA
Lograr un agua potable que cumpliendo con los
requisitos legales mínimos de calidad exigidos,
satisfaga las necesidades de los consumidores tanto
en calidad como en cantidad en los diferentes
puntos del sistema y en toda época.
Ciclo Hidrológico del Agua
CICLO DEL AGUA
• El ciclo del agua y el
balance del agua global
son el modelo básico
para
entender
el
funcionamiento
del
sistema
hídrico
atmosférico
movido
básicamente
por
la
energía solar, el cual es
el enlace vital entre el
océano y el continente,
mediante la circulación
y transformación del
agua a través de la
atmósfera, la hidrosfera,
la litosfera y la biósfera.
CICLO DEL AGUA
• Se estima que el volumen
total de agua contenido en
la hidrósfera es de 1386
millones de Km3.
• De este volumen, el 96.5%
se
encuentra
en
los
océanos
como
agua
salada.
• el 3.5% restante como agua
dulce
proveniente
del
continente.
• De este último porcentaje
el 69% se encuentra en
forma
sólida
en
los
glaciares
• el
30%
como
agua
subterránea
• 1% que conforma los ríos y los
cuerpos de agua.
CICLO DEL AGUA
• El ciclo hidrológico está gobernado por procesos
naturales que ocurren de manera continua. El agua cae
sobre la superficie terrestre en forma líquida o solida
(nieve, granizo, etc), parte de la cual puede ser
evaporada antes de tocar la superficie terrestre.
• Aquella fracción que alcanza la vegetación es
parcialmente retenida por las hojas de las plantas
(intercepción).
• De allí una parte es evaporada nuevamente hacia la
atmósfera, en tanto que la fracción restante cae hacia
el suelo, donde puede infiltrarse o escurrir por las
laderas, siguiendo la dirección de las mayores
pendientes del terreno.
Balance Hídrico
BALANCE HÍDRICO
• El balance hídrico se basa en la ley física universal de
conservación de masas. Representa una de las herramientas de
mayor uso en la práctica hidrológica para el estudio de la
variación espacial y temporal de los elementos constitutivos del
ciclo hidrológico; expresa la igualdad existente entre los aportes
de agua que entran por un lado en una unidad hidrogeográfica
determinada y la cantidad de agua que es evacuada por el
otro, considerando además las variaciones internas en el
almacenamiento de humedad ocurridas durante el período de
tiempo determinado.
• Los balances hídricos, tanto globales como regionales y locales,
permiten determinar la disponibilidad hídrica natural de las áreas
en consideración y conocer el comportamiento de la oferta del
agua, tanto superficial como subterránea, a través de estudios
de las diferentes fases del ciclo hidrológico.
BALANCE HÍDRICO
• La concentración y crecimiento de la demanda del agua
en zonas donde la oferta es limitada, la deforestación, el
aprovechamiento y el uso indiscriminado y no planificado
de los recursos naturales, alteran seriamente el ciclo
hidrológico y los componentes del balance hídrico y
modifican la disponibilidad del agua, tanto en términos de
cantidad como de calidad.
• La alteración de los procesos que incluyen la
sedimentación de los cauces y la agudización de los
periodos de sequía e inundación pueden causar efectos
catastróficos
sobre
las
actividades
humanas
y
socioeconómicas.
Calidad del Agua
CALIDAD DEL AGUA
• La calidad de las aguas es una
variable descriptora fundamental del
medio hídrico, tanto desde el punto
de vista de su caracterización
ambiental,
como
desde
la
perspectiva de la planificación y
gestión hidrológica, ya que delimita
la aptitud del agua para mantener
los ecosistemas y atender las
diferentes demandas.
• La calidad de las aguas puede verse
modificada
tanto
por
causas
naturales
como
por
factores
externos.
Cuando
los
factores
externos que degradan la calidad
natural del agua son ajenos al ciclo
hidrológico,
se
habla
de
contaminación.
La
prevención,
control y resolución de los problemas
derivados de la contaminación de
las aguas constituye uno de los
objetivos que deben plantearse en
cualquier política avanzada de
gestión de recursos hídricos.
CALIDAD DEL AGUA
• En esencia se realiza el tratamiento con el objeto fundamental de
mejorar la calidad física, química y bacteriológica del agua
proveniente de las obras de toma, a fin de entregarla al consumo,
apta, inocua y aprovechable para el hombre, animales, agricultura
e industrias y cuyo tratamiento debe incidir en los siguiente aspectos
básicos:
• Higiene: eliminar o reducir del agua las bacterias, protozoos, quistes, parásitos
y en especial aquellos que son patológicos para el hombre. Reducir la
excesiva mineralización o materias orgánicas que pueden originar trastornos
fisiológicos de diferente orden y agregar substancias que aminores o reducen
el desarrollo de ciertos trastornos orgánicos propios de los consumidores.
• Estético: hay factores físicos característicos de las aguas tales como color, olor,
turbiedad y sabor, que son los que mas impresiona al público consumidor, y
aunque no constituyen un problema que afecte la salud pública, deben
reducirse su concentración para que el público no las rechace.
• Económico: el efecto corrosivo o incrustante del agua hace que las cañerías
tengan menor vida útil.
CONTAMINACIÓN DEL AGUA
COMPONENTES O IMPUREZAS A
ELIMINAR EN EL AGUA POTABLE
Tipo de contaminante
Operación Unitaria
Sólidos gruesos
Desbaste
Partículas coloidales
Coagulación-Floculacióndecantación
Sólidos en Suspensión
Filtración
Materia Orgánica
Afino con carbón activado
Amoniaco
Cloración
Germenes Patógenos
Desinfección
Metales no deseados
Precipitación por Oxidación
Sólidos disueltos
Osmosis Inversa.
PARÁMETROS DE CALIDAD Y NIVELES
DE TRATAMIENTO
Grado de Tratamiento
Composición del
tratamiento
Descripción
Tipo A1
Tratamiento físico
simple y desinfección
Filtración rápida +
desinfección
Tipo A2
Tratamiento Físico
Normal, tratamiento
químico, desinfección
Precloración +
Coagulaciónfloculacióndecantación +
filtración +
desinfección
Tipo A3
Tratamiento Físico y
Químico Intensivo,
Afino, desinfección
Precloración +
coagulacionfloculacióndecantación +
filtración + afino con
carbón activado +
desinfección
Composición de las Aguas
Naturales
COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS
NATURALES
• La composición del agua natural depende de muchos
factores, tales como el tipo de agua (subterránea,
marina, atmosférica), de su localización geográfica, de
la estación del año que se considere, de la influencia
antropogénica, etc.
Composición
de las aguas
naturales
Se estudiaran
Químicas
Físicoquímicas
PRINCIPALES ESPECIES QUÍMICAS
PRESENTES EN AGUAS NATURALES
Gases
• Los gases más abundantes son los provenientes de
la disolución de gases atmosféricos (CO2, N2 y O2
principalmente), los producidos por la actividad de
los seres vivos (CO2 y O2) y los originados por la
descomposición, aerobia o anaerobia, de los
mismos (CO2, CH4, H2S, N2).
PRINCIPALES ESPECIES QUÍMICAS
PRESENTES EN AGUAS NATURALES
Sustancias inorgánicas
• Los iones que se presentan en mayor concentración
provienen:
• De la disolución y meteorización de los materiales de la corteza
terrestre, contándose entre los más abundantes los cationes
Ca2+, Na+, Mg2+, K+, Fe2+, etc. (algunos de estos metales
pueden estar en forma de especies complejas –compuestos de
coordinación- con ligandos naturales orgánicos como ácidos
húmicos, o inorgánicos como Cl-, OH-, etc.) y los aniones HCO3-,
Cl-, SO42-, PO43-, F-, NO3-.
• De iones presentes en el agua de lluvia, como el H3O+ y el HCO3-.
• De los procesos de descomposición de los seres vivos: SO42-,
PO43-, NO3-, NH4+, CH3COO-.
PRINCIPALES ESPECIES QUÍMICAS
PRESENTES EN AGUAS NATURALES
PRINCIPALES SUSTANCIAS ORGÁNICAS
PRESENTES EN AGUAS NATURALES
• Deben destacarse las especies
provenientes de seres vivos, tales
como aminoácidos, hidratos de
carbono,
ácidos
grasos,
alcoholes, terpenos, pigmentos
naturales, etc., y en suspensión o
estado coloidal las sustancias
húmicas
y
fúlvicas,
que
constituyen la materia orgánica
de los suelos, junto a otras
macromoléculas orgánicas de
origen natural, como proteínas y
polisacáridos.
PRINCIPALES SUSTANCIAS ORGÁNICAS
PRESENTES EN AGUAS NATURALES
• Los compuestos orgánicos presentes en las aguas
naturales provienen de los procesos metabólicos
llevados a cabo por organismos autótrofos. Estos
organismos sintetizan estos compuestos a partir de
especies inorgánicas sencillas. Así mismo, la
descomposición
de
la
biomasa
genera
compuestos orgánicos. Como resultado de todo
ello, se incorporan al agua una variada gama de
compuestos orgánicos, como por ejemplo hidratos
de carbono, ácidos carboxílicos, aminoácidos,
aminas, polipéptidos, fenoles, ácidos grasos, etc.
PRINCIPALES SUSTANCIAS ORGÁNICAS
PRESENTES EN AGUAS NATURALES
• Los compuestos fenólicos son las sustancias orgánicas
comúnmente más abundantes en el medio hídrico.
Pueden distinguirse compuestos monoméricos –mono y
polihidroxifenólicos, generados como producto de
transformaciones
metabólicas
de
compuestos
aromáticos y poliméricos, como los taninos y ligninas.
Otra fracción importante de materia orgánica disuelta o
en estado coloidal corresponde a las sustancias
húmicas. Estos compuestos son polielectrolitos, es decir,
polímeros con grupos iónicos o ionizables en las
cadenas, que contienen fundamentalmente grupos
hidroxilo y carboxilo. En realidad, se desconoce cuál es
su fórmula química exacta
PRINCIPALES SUSTANCIAS ORGÁNICAS
PRESENTES EN AGUAS NATURALES
• En las aguas naturales la fracción húmica comprende
entre el 5 y el 75% de toda la materia orgánica disuelta
y proviene, básicamente, de la percolación del agua a
través del suelo. La materia húmica causa una
degradación de las propiedades organolépticas del
agua, dando lugar a una coloración entre amarilla y
marrón, cuya intensidad aumenta al aumentar el pH del
medio. Los dos componentes principales del humus,
fácilmente separables mediante procesos de hidrólisis,
son los ácidos húmicos y fúlvicos. Estos componentes se
diferencian entre ellos por su composición empírica y en
el número de grupos ácido en sus cadenas. Así, los
ácidos húmicos, son más ricos en carbono y más pobres
en oxígeno que los ácidos fúlvicos, mientras que éstos
contienen más grupos ácido que aquellos
PROCESOS FÍSICO-QUÍMICOS QUE INFLUYEN EN
LA COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS
Tipos de Aguas Naturales
AGUA ATMOSFÉRICA
El agua atmosférica corresponde al
agua líquida natural presente en la
atmósfera.
Esta
se
concentra,
prácticamente toda, en las nubes; el
contenido de agua en las nubes es
entre mil y cien mil veces mayor que el
contenido en los aerosoles atmosféricos
(Doménech, 2000). Se caracteriza
porque (Orozco et al., 2003):
• Llevan en disolución los gases presentes en
el aire: CO2, SO2, NO, O2, O3, CH4.
• Es un agua muy poco mineralizada (10-100
ppm como valores medios), dependiendo
de las zonas marinas o continentales.
• Se trata de agua con bajo contenido de
sustancias orgánicas provenientes de la
oxidación de compuestos orgánicos en
general y de algunos hidrocarburos simples,
en particular.
AGUA ATMOSFÉRICA
• Una nube es una solución
supersaturada de partículas de
agua líquida o sólida en el aire.
Normalmente, en las nubes hay
una mezcla de partículas sólidas y
líquidas. Por término medio, el
espacio libre entre partículas en la
nube es unas cien veces la
dimensión de éstas. El tamaño de
las gotas en la nube está
comprendido entre 10 y 50 μm. Sin
embargo, las gotas terminan por
agregarse para generar gotas de
lluvia, las cuales poseen un
diámetro aproximado de 1000 μm.
Con tal tamaño, las gotas
precipitan en la superficie terrestre.
AGUAS SUPERFICIALES
Agua Dulce:
• Es el agua, que independientemente de ser o no
potable, tiene un contenido de sales tal que no
llega a darle sabor.
• Como
resultado
de
la
purificación
por
evaporación, todas las formas de precipitación son
de agua dulce, lo mismo que lagos, ríos, aguas
subterráneas y otras masas que reciben un flujo
abundante de agua de lluvia.
AGUAS SUPERFICIALES
Aguas superficiales de escorrentía (fluviales)
• Entre sus características se pueden citar:
• Su composición va depender fundamentalmente del tipo
de terreno atravesado.
• La composición es variable en función del tramo de río
considerado: procesos de erosión y disolución.
• Los estuarios son zonas especiales con fenómenos de
estratificación y coagulación
AGUAS SUPERFICIALES
Aguas lacustres y embalses
Se puede destacar que:
• En los que tienen una profundidad importante,
superior a 8 metros, se produce una
estratificación térmica que lleva a la existencia
de dos zonas separadas por el termoclina, en
una y otra tienen lugar distintos procesos, lo que
origina una composición diferente en cada una
de ellas Orozco et al., 2003):
• En las zonas superficiales (Epilimnion), se encuentran
especies oxidadas como O2, CO2, SO42-, NO3-, Fe(III),
Mn(IV).
• En las zonas profundas (Hypolimnion), se encuentran
especies reducidas como CH4, H2S, NH3, Fe(II), Mn(II).
AGUAS SUPERFICIALES
Aguas marinas
En ellas merece destacarse:
• La influencia de los aportes de la atmósfera (a toda la superficie
oceánica), de los ríos (zonas costeras), glaciares (regiones polares) y
aguas hidrotermales (zonas profundas).
• Se produce una estructura en capas como en el caso de los lagos, con
composiciones diferentes en cada una de ellas.
• Poseen una elevada salinidad (35-45 g/kg), al actuar como depósito de
los restantes tipos de aguas, dependiendo su valor esencialmente de la
climatología (evaporación) y de la profundidad.
• El valor de pH es bastante constante (7.8-8.2), debido al efecto tampón
de los pares de sustancias existentes.
• El contenido en oxígeno disuelto disminuye con la profundidad.
• La materia orgánica es más abundante en las capas superficiales, debido
a una mayor actividad del fitoplancton.
• La concentración de bionutrientes, compuestos de nitrógeno y fósforo, es
muy variable.
AGUAS SUPERFICIALES
Agua salada o salina
• Agua de océanos y mares en su mayoría, que
contiene al menos tres por ciento de sales (30
partes por millar). Es el agua que contiene sales en
mayor proporción que las aguas normalmente
destinadas a usos domésticos, agrícolas o
industriales
AGUA DURA Y AGUA BLANDA
• El agua dura es aquella que contiene minerales, sobre todo
carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio, por lo que
corta el jabón e impide la formación de espuma. Produce
escoria, cuajos u óxidos en calderas y calentadores. En
cambio, el agua blanda es aquella casi libre de los minerales
que hacen que el jabón precipite y forme incrustaciones, es
decir, está casi libre de calcio y magnesio.
• En términos de dureza las aguas pueden clasificarse así
0-75 mg/L
Blanda
75-150 mg/L
Moderadamente dura
150-300 mg/L
Dura
>300 mg/L
Muy dura
AGUAS DEL SUBSUELO
Como agua del subsuelo se entiende aquélla que se encuentra
debajo de la corteza terrestre. Al igual que el agua superficial, la
composición química del agua del subsuelo es muy variable,
dependiendo de la localización y de la profundidad que se
considere. Se pueden distinguir dos tipos de aguas: agua edáfica y
agua subterránea, en las que se podría destacar:
• Son muy importantes los procesos de intercambio de iones aguasuelo.
• Se produce la adsorción de determinados iones metálicos del agua
mediante procesos de complejación con materiales arcillosos y
sustancias húmicas.
• El proceso de filtración efectuado por el terreno produce unas
aguas con ausencia de materiales en suspensión y de color.
• La mineralización es elevada, por lo que las aguas presentan una
fuerte conductividad.
• Las condiciones reductoras conducen a la presencia de especies
con bajo grado de oxidación: Fe(II), Mn(II), H2S.
AGUA EDÁFICA
• El agua edáfica se localiza en la zona no saturada del
subsuelo, en la cual el agua forma una capa superficial
adsorbida sobre la superficie de las partículas sólidas. La
composición química del agua edáfica es el resultado de su
interacción con las partículas minerales, especialmente a
través de intercambio iónico. La presencia de especies en el
agua edáfica se debe también a su interacción con el aire
del suelo, ya que el agua no llena completamente los poros
existentes entre las partículas, sino que comparte el espacio
poroso con el aire infiltrado. Los iones más abundantes en el
agua edáfica son Cl-, SO42- y Ca2+, los cuales se encuentran
a niveles comprendidos entre algunas decenas y varias
centenas de ppm. Otros iones no tan abundantes son: Mg2+,
H3SiO4-, HCO3-, K+, Na+ y Mn2+. La materia orgánica es
mucho menos abundante en el agua edáfica, debido a su
descomposición en procesos microbiológicos y en procesos
químicos de oxidación que ocurren en el suelo
AGUA SUBTERRÁNEA
• Esta agua se localiza en la zona saturada del subsuelo, es
decir, en la región donde todos los poros están llenos de
agua. Esta agua tiene su origen en la infiltración del agua
superficial, lo cual hace que varíe su composición química,
enriqueciéndose de elementos minerales y empobreciéndose
de materia orgánica. Por lo anterior, usualmente el agua
subterránea es de gran calidad para el consumo humano. Su
elevada mineralización se debe a diversos procesos. Durante
la infiltración del agua superficial se van incorporando sales
solubles presentes en el suelo como cloruros, nitratos y sulfatos
de metales alcalinos y alcalinotérreos. Además, a causa de la
presencia de CO2 en el agua edáfica, se produce la
solubilización de carbonatos.
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