El tratamiento de aguas es un procedimiento vital para proporcionar la calidad deseada al agua que se suministrará para consumo humano o para mejorar la calidad de las aguas industriales. De allí, la importancia de las plantas de tratamiento de aguas, las cuales tienen como objetivo proveer agua de calidad para consumo humano.
| Planta industrial de tratamiento de Agua Potable. Imagen de suez |
El tratamiento de agua potable difiere en varios aspectos al tratamiento de aguas residuales, en este artículo estaremos revisando y describiendo los principales pasos a seguir para proponer un tratamiento de agua potable eficiente y que complementará el artículo inicial de fundamentos básicos de tratamiento de aguas, el cual recomendamos leer previamente.
Tabla de Contenidos
- ✔¿Qué es el tratamiento de agua potable?
- ✔¿Cuál es la importancia del tratamiento de agua?
- ✔¿Cuáles son los tipos de tratamiento de agua potable?
- ✔¿Cuáles son los objetivos del tratamiento de agua potable?
- ✔¿Cuáles son los procesos involucrados en el tratamiento de agua potable?
- ✔Pasos para realizar un tratamiento de agua potable eficiente
- ✔Recolección del agua
- ✔Desbaste o cribado
- ✔Sedimentación
- ✔Clarificación
- ✔Filtración
- ✔Desinfección
- ✔Ablandamiento de agua
- ✔Métodos complementarios
¿Qué es el tratamiento de agua potable?
| Equipos para el tratamiento de agua potable |
El agua potable es vital para proveer condiciones sanitarias de calidad a la población y suministrar agua de calidad para el consumo humano, ya que es indispensable para la vida. En términos generales, podemos definir al tratamiento de agua para consumo humano o tratamiento de agua potable de la siguiente manera:
Se trata de una serie de procedimientos que se realizan sobre una fuente de agua para eliminar sustancias nocivas para el ser humano ya sean de origen mineral como metales pesados, desperdicios, materia orgánica en descomposición, entre otros. Además también permite eliminar virus y bacterias de la fuente de agua original para evitar la propagación de enfermedades y mantener la buna salud de las personas que consumirán el agua tratada.
En base a esta definición podemos decir que el tratamiento de agua se inicia desde la fuente, dicha fuente inicial puede ser un río, un lago, aguas subterráneas, agua recolectada de la lluvia, etc. Para efectos de este artículo dejaremos de lado al agua de mar, ya que su desalinización es un proceso bastante costoso. También, hay que aclarar que cada país cuenta con estándares diferentes de calidad de agua, las cuales deben ser consultadas por el ingeniero químico encargado del tratamiento de aguas para garantizar que los parámetros de purificación cumplan con la norma vigente del país en donde se realice el tratamiento de aguas.
¿Cuál es la importancia del tratamiento de agua?
El tratamiento de agua para consumo humano y para cierto tipo de aguas industriales reviste suma importancia, ya que garantiza que el agua a utilizar tendrá la pureza y los estándares de calidad requeridos para realizar ciertos procesos industriales de manera eficiente e inocuo para el ser humano, y también garantiza que puede ser consumida por las personas sin riesgos para su salud, ya sea para hidratación, para higiene o para preparar alimentos.
Cabe destacar, que el proceso de tratamiento de aguas no termina con el procedimiento de limpieza y desinfección. También, hay que considerar el trasporte del agua en condiciones estériles, ya que durante la transporte puede contaminarse el agua nuevamente y destruir todo el tratamiento previo realizado.
¿Cuáles son los tipos de tratamiento de agua potable?
Según el tipo de fuente de agua con la cual se cuente, el tratamiento de agua para consumo humano puede ser de dos tipos:
- Fuente de agua superficial: Como su nombre lo indica, proviene de fuentes de agua superficiales, como ríos, lagos, recolección de lluvia, etc. Este tipo de tratamiento de agua es más simple y suele enfocarse en procedimientos físicos de separación y en procedimientos de desinfección químicos.
- Fuentes de agua con presencia de metales pesados: Este tipo de tratamiento de agua potable es mucho más costoso y complejo, y sumado a los procesos físico-químicos de potabilización, requiere procedimiento de ósmosis inversa o el uso de resinas de intercambio iónico.
Para fines didácticos de este artículo nos centraremos en el primer tipo de tratamiento de agua potable.
¿Cuáles son los objetivos del tratamiento de agua potable?
| Etapas del tratamiento de agua potable. Imagen de cfgov |
Anteriormente comentábamos que cada país tiene una normativa para el tratamiento de aguas para consumo humano, sin embargo, hay algunos objetivos en común que deben ser considerados por cualquier ingeniero químico a la hora de proponer un tratamiento de agua potable eficiente. Principalmente, se trata de 7 objetivos principales que deben cumplirse para garantizar un agua potable de calidad, estos son los siguientes:
- Eliminar el color
- Eliminar el olor
- Eliminar la turbidez
- Mantener en parámetros aceptables la dureza del agua
- Eliminar microorganismos dañinos y elementos patógenos
- Eliminar gases disueltos en el agua
- Convertir el agua en apta para uso industrial básico y consumo humano
Básicamente, estos son los objetivos principales a cumplir para garantizar un tratamiento de agua potable eficiente, al tomarlos en cuenta el ingeniero puede proponer un procedimiento que se adapte a las necesidades de su proceso industrial o del consumo humano.
¿Cuáles son los procesos involucrados en el tratamiento de agua potable?
Para realizar un tratamiento de agua potable eficiente, se deben realizar cierto tipo de procesos que garanticen la pureza y calidad del agua según el tipo de fuente que tengamos disponible para potabilización. Los principales procesos utilizados para la potabilización son los siguientes:
- Procesos físicos
- Procesos químicos
- Procesos fisicoquímicos tradicionales
A continuación, describiremos cada uno de estos procesos, para profundizar aún más pueden leer el artículo de fundamentos básicos de tratamiento de aguas.
- Los procesos físicos son aquellos que no requieren reacción química alguna para lograr la purificación del agua, para ello se vale de procedimientos de separación sólido-líquido como filtración, sedimentación y flotación por aire disuelto.
- Los procesos químicos requieren agentes químicos para la purificación de agua, valiéndose de técnicas como la percloración, la aireación y la desinfección.
- Los procesos fisicoquímicos son una combinación de los dos procesos antes descritos y tradicionalmente son utilizados para la potabilización del agua, se basan principalmente en la floculación y en la coagulación.
Pasos para realizar un tratamiento de agua potable eficiente
| Esquema de una planta de tratamiento de agua potable. Imagen de cdc |
En esta sección, describiremos los pasos más importantes para proponer un tratamiento de agua potable eficiente. Cabe destacar, que son los pasos generales. De acuerdo a las condiciones específicas que se puedan tener, se adicionarán o retirarán pasos según el tipo de fuente y la normativa de potabilización de agua vigente según la zona geográfica en donde se realice el procedimiento de potabilización de agua.
Paso 1 del tratamiento de agua potable: Recolección del agua
El primer paso a considerar para realizar un tratamiento de agua potable eficiente es recolectar el agua. Como ya sabemos, existen dos tipos de fuentes de agua que se utilizan para tratar aguas industriales y aguas para consumo humano. La recolección debe ser lo más prolija y estéril posible para evitar contaminación extra y facilitar el procedimiento de potabilización.
Asimismo, tanto a las aguas superficiales como a las aguas con sales o metales pesados, se le debe realizar un análisis de agua previo para determinar el tipo de contaminantes presentes en el agua y de esta manera, plantear los pasos necesarios para realizar un tratamiento de agua que se adapte a nuestras necesidades. Para facilitar el transporte del agua recolectada suelen ubicarse las plantas de tratamiento lo más cerca posible de las fuentes de agua, de esta manera se minimiza el riesgo de contaminación y se reducen costos.
Paso 2 del tratamiento de agua potable: Desbaste o cribado
Se trata de un pre tratamiento de naturaleza física. Para ello, se utilizan unidades de desbaste, mallas y tamices para retirar objetos y partículas flotantes de tamaño grande que puedan dañar los equipos de tratamiento de aguas dentro de la planta. Este paso se realiza justo a la entrada de la planta, se deja pasar el agua recolectada por estos filtros básicos para retirar las partículas flotantes u objetos grandes como ramas, hojas, diferentes objetos, etc. Para el tratamiento de agua potable suelen utilizarse tres tipos de tamices:
- Pantallas de barras o pantallas gruesas: Son una especie de tamiz que consiste en una parrilla de barras por las cuales se hace pasar el agua. Por lo general, estas barras son de 25 mm de espesor y se separan entre sí por una distancia que va entre los 75 a 100 mm. Estas barras suelen colocarse inclinadas para facilitar su limpieza manual, garantizando el buen funcionamiento del filtro.
- Filtros fino o filtros neumáticos: Se trata de pantallas o filtros completamente automáticos, que cuentan con un dispositivo auto limpiante, lo que permite al tamiz estar siempre libre de impurezas, facilitando enormemente el proceso de pre filtrado.
- Microteñidores: Se basa en una tela manufacturada con alambre de acero inoxidable. Esta tela metálica se coloca sobre la periferia de un tambor giratorio de manera que las partículas suspendidas queden en la malla y pueda pasar el agua a través de ella. Suelen tener una opción mecánica para retro lavado, lo que facilita el mantenimiento y limpieza del equipo.
Paso 3 del tratamiento de agua potable: Sedimentación
| Instalaciones de una planta de tratamiento de agua potable. Imagen de cfpua |
Una vez retiradas las partículas suspendidas y los objetos flotantes del agua, se procede a realizar la sedimentación para separar partículas en suspensión que se encuentran en el agua. Para ello, se utiliza la gravedad para que estas partículas que son más pesadas se posen sobre el fondo de la unidad de sedimentación. El principio de funcionamiento es permitir a estas partículas en suspensión juntarse a medida que aumenta su concentración y su peso hará que sedimenten en forma sólida en el fondo del tanque.
El diseño de los tanques de sedimentación tiene como objetivo principal, reducir la velocidad de flujo del agua a medida que se va vaciando el agua dentro del tanque, realizando un efecto de estancamiento. Esta reducción de velocidad frena el mezclado y propicia que las partículas sedimenten. Para lograr una sedimentación eficiente suelen utilizarse dos métodos:
- Sedimentación sin adicionar agentes químicos, utilizando solamente la gravedad o propiciando un mezclado lento y prolongado.
- Sedimentación mediante coagulación, la cual requiere la adición de componentes químicos. El uso del componente químico dependerá de las características de las partículas en suspensión.
La eficiencia de un tanque de sedimentación va a depender de diferentes factores entre los cuales se encuentran:
- Forma y tamaño del tanque de sedimentación
- Período de detención del agua
- Tamaño y características de las partículas en suspensión
- Velocidad de flujo de agua
Los parámetros de diseño escapan de los objetivos de este artículo, sin embargo, los podemos desarrollar en un próximo artículo.
Paso 4 del tratamiento de agua potable: Clarificación
Se trata de una extensión del paso anterior y consiste en el uso de un coagulante para propiciar una sedimentación más profunda y aclarar el agua. Suele utilizarse cuando la sedimentación simple se lleva mucho tiempo y no se obtienen los resultados deseados.
El principio de funcionamiento de la clarificación es simple. Se basa en la carga eléctrica que tienen las partículas coloidales suspendidas en el agua. El coagulante neutraliza dicha carga, de modo, que permita el inicio espontáneo de un proceso de coagulación que finalizará con la sedimentación de las partículas en suspensión.
Para realizar la clarificación de manera correcta se deben seguir estos dos pasos:
- Suministrar la cantidad adecuada de coagulante al agua, la cual dependerá del volumen de agua que se encuentre en el tanque.
- Realizar un mezclado eficiente y completo del agua dentro del tanque.
Estos pasos garantizarán la formación de flóculos y la posterior sedimentación de las partículas en suspensión, lo que permitirá clarificar el agua de manera eficiente. Entre los principales coagulantes utilizados se encuentran: Alumbre, sulfato ferroso y cal, polielectrónicos, carbonato de magnesio, aluminato de sodio.
Paso 5 del tratamiento de agua potable: Filtración
Luego de la sedimentación se realiza una filtración para eliminar las partículas en suspensión que no lograron sedimentar. Para ello, se hace pasar el agua por unidades de filtrado. Pueden utilizarse diversos tipos de filtro, la selección dependerá del tipo de filtrado que deseemos y que mejor se adapte a las necesidades de purificación requeridas. Entre los principales tipos de filtro utilizados en el tratamiento de agua tenemos:
- Filtros lentos de arena
- Filtros rápidos de arena
- Filtros de presión
Cabe destacar, que por el uso y las condiciones de trabajo los filtros suelen presentar ciertos tipos de inconvenientes, a los cuales, hay que prestar atención para evitar daños a las unidades de filtrado. Los más destacables son los siguientes:
- Agrietamiento y obstrucción
- Formación de bolas de barro (acumulación de suciedad dentro de la arena)
- Unión de aire (burbujas de aire)
- Fuga de arena
- Formación de efecto de arena hirviente (bolas de arena que dañan la estructura del filtro)
Paso 6 del tratamiento de agua potable: Desinfección
| Tanque para el tratamiento de agua potable. Imagen de artelia |
Luego del filtrado se hace pasar el agua por un procediendo de desinfección, el cual tiene como objetivo neutralizar elementos patógenos y microrganismos que puedan causar enfermedades. Para lograrlo, se utiliza un tipo de desinfectante que debe ser seleccionado según las características específicas que se requiere que tenga el agua a tratar. Como regla general, un buen desinfectante debe cumplir con los siguientes requisitos:
- Eliminar eficientemente microorganismos patógenos
- Debe estar disponible en el mercado
- De bajo costo
- Debe ser inocuo (no hacer tóxica al agua)
- Fácil de utilizar
- No aportar color al agua
- Debe mantenerse en el agua por tiempo prolongado para evitar que se vuelva a contaminar
Los tipos de desinfectantes utilizados para el tratamiento de aguas son los siguientes:
- Desinfectantes físicos: Aplicación de calor, aplicación de ondas ultrasónicas
- Desinfectantes por radiación: Aplicación de rayos gamma
- Desinfectantes por iones metálicos: Cobre, plata
- Desinfectantes químicos: Ácidos y bases
- Desinfectantes oxidantes: Cloro, bromo, iodo, ozono, dióxido de cloro, etc
Actualmente, el desinfectante más utilizado es el cloro ya que la coloración es barata, fácil de utilizar y existe mucha oferta de cloro en el mercado. El cloro oxida la materia orgánica, desinfectando el agua. Las normativas del uso de cloro en el tratamiento de agua tienen variaciones según el país en donde se realice, por ello, es importante estar documentado antes de adicionar cualquier tipo de desinfectante, incluido el cloro en el agua, de esta manera, se garantiza la inocuidad del agua para consumo.
Paso 7 del tratamiento de agua potable: Ablandamiento de agua
El ablandamiento de agua se utiliza para disminuir la cantidad de calcio y magnesio del agua, facilitando de esta manera el uso del agua, ya sea para limpieza (favorece la creación de espuma con jabones y detergentes) como para mejorar la experiencia de cocción de alimentos.
Para eliminar durezas temporales de agua suelen utilizarse procedimientos de ebullición de agua o la adición de cal. Mientras que para eliminar durezas permanentes suele utilizarse un procedimiento de desmineralización o desionización del agua.
Paso 8 del tratamiento de agua potable: Métodos complementarios
Existen otras características a tener en cuenta para obtener una calidad de agua elevada y que deben ser tomadas en cuenta para realizar un tratamiento de aguas eficiente, entre las cuales tenemos:
Control de color, olor y sabor del agua
Entre las características más relevantes de agua potable de calidad están que sea incolora, inodora e insípida. Para lograr esto es necesario mantener estas pautas:
- Minimizar la materia orgánica y vegetal en el agua a tratar
- Mantener controlado y a cierto límite a los gases disueltos en el agua
- Controlar la cantidad de minerales disueltos en el agua
- Eliminar desechos industriales de cualquier tipo que se encuentren en el agua
- Neutralizar microbios como moho, bacterias, entre otros
Para cumplir con estas pautas se deben plantear ciertos métodos que describiremos a continuación:
Aireación
Mediante la mezcla eficiente de agua y aire se pueden eliminar gases disueltos en el agua, lo que generalmente es causa de sabores desagradables, además la aireación permite elevar la cantidad de oxígeno disuelto en el agua. Existen diferentes tipos de aireadores, como por ejemplo:
- Aireadores en cascada
- Aireadores de bandeja
- Aireadores de lecho de grava o de lecho de goteo
- Aerosoles de pulverización
- Difusor de aire
Cada uno de ellos cuenta con características específicas y su selección dependerá de la calidad del agua que se desee obtener y las características finales del agua potable que se requieran.
Adición de sulfato de cobre
El sulfato de cobre permite eliminar color, olor y sabor en el agua a tratar, además elimina las algas que se encuentren en el agua. Puede utilizarse sulfato de cobre en polvo en forma de cristales, aplicando el producto directamente al agua cuando esta ingrese al sistema de distribución.
Desalinización
Este procedimiento de purificación se utiliza para eliminar grandes cantidades de sales disueltas en el agua. Este método de purificación es costoso, sin embargo, sigue siendo utilizados ya que muchas veces las fuentes de agua no suelen ser agua dulce. Al ser de agua salada, se procede a realizar algún proceso de desalinización entre los cuales se encuentran:
- Destilación
- Evaporación (utilizando radiación solar)
- Electrodiálisis
- Ósmosis inversa
Como podemos notar, son 8 pasos básicos que pueden ser utilizados para proponer un procedimiento de tratamiento de agua potable eficiente, siempre tomando en cuenta las características de nuestra fuente y los resultados de los análisis de agua, lo que permitirá al ingeniero químico mediante los pasos propuestos poder diseñar un procedimiento de tratamiento de aguas que se adapte a la perfección a las condiciones de trabajo que se tengan.
Como siempre, los invitamos a comentar ya sea para compartir alguna experiencia sobre tratamiento de aguas o para establecer intercambio de ideas y complementar conceptos.
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