Proceso de Potabilización

Potabilizacion de Aguas - DecantacionLa mayoría de las aguas superficiales y algunas subterráneas contienen partículas de un tamaño demasiado pequeño como para poder ser removidas por sedimentación convencional. Estas partículas pueden tardar hasta meses en decantar de manera natural debido a su tamaño y principalmente por sus fuerzas electrostáticas. Estas fuerzas son el producto de cargas eléctricas que tienden a mantener las partículas en suspensión ya que se repelen unas de otras. Estos sólidos son conocidos como sólidos en suspensión, coloidales o disueltos, dependiendo de su origen y química. Comúnmente tienen carga negativa la cual crea la fuerza de repulsión que las mantiene en suspensión. Esta fuerza es conocida como potencial Zeta.

Las partículas en suspensión pueden ser organismos biológicos, bacterias, virus, material orgánico o inorgánico. En conjunto le brindan a un agua una apariencia turbia conocida técnicamente como turbidez. Este parámetro de calidad en un agua es objetable para los consumidores y suele estar acompañado por agentes biológicos patógenos y por ende deben removerse.

Para remover esta turbiedad comúnmente las plantas de tratamiento de agua agregan productos químicos que ayudan a acelerar la remoción de la misma. Estos químicos neutralizan el potencial Zeta y permiten que las partículas se aglomeren entre ellas y decanten. Este proceso es conocido como tratamiento convencional de un agua e incluye las siguientes etapas:

  • Coagulación
  • Floculación
  • Decantación o sedimentación
  • Filtración

En TAERSA diseñamos, construimos y operamos sistemas de potabilización integral optando por las tecnologías más apropiadas según la necesidad de cada caso.

Coagulación y floculación

IMG_2071Este proceso consta de la adición y mezcla rápida de diversos productos químicos que favorecen la desestabilización de las mencionadas fuerzas repulsivas del material particulado y coloidal.

Los productos químicos con mayor frecuencia utilizados en las plantas potabilizadoras son: sulfato de aluminio, cloruro férrico, sulfato férrico, PAC y aluminato de sodio.

Tanto las sales de aluminio como las de hierro funcionan reaccionando con la alcalinidad natural del agua formando partículas de hidróxido de aluminio o hierro denominadas flocs. Estos coagulantes introducen grandes cantidades de cargas positivas al agua los cuales neutralizan eléctricamente las partículas cargadas negativamente como son las que forman el color y turbidez. A medida que estas partículas neutralizadas “chocan” en la zona de mezcla van ganando tamaño entre ellas. Este proceso de coagulación es gobernado por diversos factores como la temperatura del agua, intensidad de mezcla, pH, alcalinidad y la cantidad de turbidez presente.

En la mayoría de las plantas, el coagulante no es suficiente para lograr una rápida decantación y por ende separación de la turbidez, por lo que suele acompañar con el agregado de diversos productos conocidos como adyuvantes de coagulación.

Estos productos son utilizados para mejorar el proceso de coagulación y generar flocs más densos y fáciles de decantar. Los más comunes son los llamados polielectrolitos (polímeros), compuestos de gran peso molecular con carga iónica, que dependiendo de esta última se clasifican en catiónicos, aniónicos o no iónicos.

Luego de la coagulación, el nuevo floc recientemente formado es llevado a la etapa de floculación, donde una mezcla suave permite que los mismos aumenten su tamaño. Este proceso físico es controlado principalmente por los tiempos de detención y por el gradiente de mezcla. A medida que las partículas van creciendo de tamaño son más frágiles y por esta razón generalmente los floculadores proveen una mezcla gradual.

Estas unidades de floculación son creadas para mantener tiempos de detención entre 15 y 45 minutos.

Sedimentación o decantación

IMG_2075Este proceso depende de la gravedad para remover o separar sólidos del agua. Los decantadores para este objetivo pueden ser rectangulares, cuadrados o circulares. En las plantas de tratamiento de agua convencionales, este proceso va situado luego de la coagulación y de la floculación previa a la filtración. Estas unidades son diseñadas de manera que el agua fluya de manera laminar minimizando puntos de turbulencia en los ingresos y egresos de la unidad.

El material decantado conocido como lodo o residuo de decantación debe ser purgado del sistema y tratado de manera adecuada.

Estas unidades decantadoras suelen contar con un barredor de fondo que junta los lodos decantados hacia una tolva y vertederos superficiales que evacuan el agua “clarificada” hacia la siguiente etapa en el proceso. A su vez disponen de cuatro zonas: cada una de ellas con una función específica. La zona de “ingreso” reduce la velocidad del agua que ingresa a la unidad y la distribuye de manera homogénea; la zona de “decantación” donde se provee de un área de “quietud”, la cual es necesaria para la decantación del material particular; la zona de “efluente”, la cual es la transición entre la decantación y el egreso del agua de la unidad y finalmente, la zona de “lodos” donde el conjunto de sólidos y material particulado decantado se separa de la corriente líquida para su posterior tratamiento.

Muchas variantes de los decantadores convencionales han surgido a lo largo del tiempo, con el objetivo de generar unidades decantadoras con mayor eficiencia, menor área ocupada y en menor medida, con tiempos de respuesta menores para que las respuestas operacionales a problemas diversos sean más rápidas (decantadores de alta tasa). Entre ellas podemos mencionar:

  • Decantadores con seditubos
  • Decantadores de placas
  • Unidades de flotación para la separación de sólidos

De esta manera, los decantadores son una importante “barrera” contra el pasaje de sólidos y material particulado hacia las etapas posteriores (comúnmente: filtración).

Diseñados y operados de manera correcta, los decantadores remueven grandes cantidades de sólidos llegando a 90% o más de remoción en términos de turbidez.

Filtración

Este proceso es el cuarto en secuencia de un tratamiento convencional de agua y es utilizado para retener material particular que escapa de la etapa anterior. Este material particular incluye aquellos presentes en el agua como arcillas, arenas, bacterias, virus y material orgánico, así como aquellas que se generan en los tratamientos anteriores: flocs.

TAERSA utiliza falso fondos de paso dual para la recolección de agua filtrada y contralavado de los filtros. Principalmente por las bajas necesidades operativas y mantenimiento, menor inversión en obras civiles, menor consumo de agua en contralavados y mayor vida útil.

Diferentes tipos de filtración se pueden encontrar en una planta de tratamiento de agua, la más común es la filtración en medio granular, como son los filtros de arena.

leopold-1Muchas clasificaciones existen para este proceso: por tipo de filtro, por modo de operación, por material filtrante entre otras.

En este sentido podemos clasificarlos por su tipo según:

  • Filtros de arena lentos: son filtros abiertos, operan con tasas de filtración muy bajas y no aceptan aguas pre tratadas con coagulantes. Estos filtros que utilizan un tamaño de arena de menor diámetro a los llamados “rápidos” operan con bajas tasas de filtración. La acción de la gravedad permite que el agua fluya en dirección descendente a través del manto. Esto resulta en un manto con su primera capa saturada de sólidos con el correr del ciclo de filtración. Las carreras de este tipo de filtros pueden llegar comúnmente entre 1 y 6 meses. Cuando la pérdida de carga en el filtro resulta excesiva, el filtro debe ser limpiado, drenando el agua del filtro y removiendo la primera capa del manto (primeras pulgadas). Estos filtros han recobrado interés debido a su simplicidad tecnológica, y simplicidad de operación ya que no requieren conocimientos de procesos como coagulación y floculación. Estos tipos de filtros operados correctamente pueden llegar a valores de turbiedad del orden de 0,5 NTU.
  • Filtros rápidos: los tamaños de arena de estos filtros son mayores a los anteriores. Esto sumado a tasas de filtración mayores aplicables en estos casos, generan carreras de filtración “cortas” que van desde las horas hasta días. A diferencia de los filtros lentos, los filtros rápidos utilizan toda la profundidad del manto para la captura de partículas. Consecuentemente, no puede ser limpiado mediante “raspado” de la superficie. La limpieza del manto en estos casos se logra mediante la introducción de un flujo de agua o agua/aire en contracorriente a una tasa mucho mayor a la de filtración de menara de poder fluidizar el manto y liberar el material particulado retenido en el mismo. Estas partículas son conducidas hacia una corriente especial para su posterior tratamiento. Dentro de este tipo de filtros hay unidades que funcionan a gravedad y son abiertas a la atmósfera y otras que son cerradas y son llamados: a presión.
  • Filtros a gravedad: comúnmente son diseñados con simple manto, doble manto o triple en algunos casos. Los primeros filtros de este tipo fueron los de simple manto de arena fina que con el tiempo fueron reemplazados por los de doble manto. Estos últimos permiten una más profunda penetración en el manto del material particulado y por ende carreras más largas y mayores tasas de filtración. Otra característica de este tipo de filtros es que el operador puede ver el manto filtrante y su contralavado en cualquier momento. Es común que estos tipos de filtros lleguen a turbiedades menores a 0,1 NTU durante la mayor parte de sus carreras.
  • Filtros a presión: Estos filtros son cerrados (no abiertos a la atmósfera) y permiten al operador confiar en un bombeo hacia el filtro sin depender del efecto de la pérdida de carga como en los filtros a gravedad. Operan a una presión determinada de diseño, ocupan menos espacio y las necesidades de obra civil son considerablemente menores ya que se fabrican íntegramente en chapa acero carbono o acero inoxidable. Del lado de las desventajas, el operador no puede ver el manto filtrante durante la carrera o contralavado. La operación de este tipo de filtros es similar a los de gravedad: el agua debe ser pre tratada, el tamaño del material que conforma el manto es similar, así como las profundidades del mismo. Generalmente los filtros a presión son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y en el cuidado del agua en piletas de natación.
  • Filtros de tierras de diatoméas: conocidos como filtros de precapa, son una tecnología aceptable de filtración en sistemas de potabilización de aguas, ya que no es requerida la coagulación previa, son sistemas en donde las habilidades “mecánicas” del operador son más importantes que las “químicas”. Se han alcanzado altas eficiencias de remoción de Giardia y Cryptosporidium utilizando este tipo de filtros.

Independientemente de la cantidad de sólidos y turbidez que son los parámetros principales para los cuales fueron diseñados los filtros, estos contribuyen a la reducción de microorganismos patógenos o perjudiciales para la salud humana, que en combinación con la desinfección han logrado disminuir notablemente las enfermedades hídricas desde hace décadas.

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