Contenido                          i                              OPS/CEPIS/PUB/04.109                                    ...
Contenido                                        ii© Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, ...
Contenido                                    iii                              INTRODUCCIÓN         Este volumen, Tratamien...
Contenido   iv
Contenido                                   v                          RECONOCIMIENTOS        Este libro, elaborado por el...
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Contenido                                                         viii                                                    ...
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Contenido   xviii
CAPÍTULO 1ASPECTOS FISICOQUÍMICOS DE LA CALIDAD DEL AGUA            Quím. Ada Barrenechea Martel
Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua                 31.    INTRODUCCIÓN1.1   El agua: un disolvente universal  ...
4                                 Manual I: Teoría       Por otro lado, la contaminación de los recursos hídricos superfic...
Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua                     5       Es importante anotar que la evaluación de la ca...
6                                 Manual I: Teoríase encuentran suspendidas y reducen la transparencia del agua en menor o...
○                         ○                                                                                ○              ...
8                                Manual I: Teoría2.1.2 Sólidos y residuos      Se denomina así a los residuos que se obtie...
Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua                   9       Sólidos disueltos o residuos disueltos. Mejor con...
10                                Manual I: Teoría      En la formación del color en el agua intervienen, entre otros fact...
Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua         11             Cuadro 1-1. Olores característicos del agua y su ori...
12                                    Manual I: Teoría                   Cuadro 1-2. Límites de percepción de algunas sale...
Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua                   132.1.5 Temperatura      Es uno de los parámetros físicos...
14                                 Manual I: Teoría                 Cuadro 1-3. Criterios de calidad para el agua potable ...
Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua                                                            15              ...
16                                Manual I: Teoría      A continuación se sustentan las características e importancia de l...
Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua               17      Frente a la presencia de aceites y grasas, los deterg...
18                                Manual I: Teoría      Durante el tratamiento, las aguas crudas de muy baja alcalinidad p...
Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua               19      —      Las proteínas animales o vegetales, por putref...
20                                Manual I: Teoría      Debido a que su comportamiento químico es parecido al del arsénico...
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  1. 1. Contenido i OPS/CEPIS/PUB/04.109 Original: españolTratamiento de agua para consumo humanoPlantas de filtración rápida Manual I: Teoría Tomo I Ing. Lidia de Vargas (coordinadora) Lima, 2004
  2. 2. Contenido ii© Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, 2004El Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS/OPS) sereserva todos los derechos. El contenido de este documento puede ser reseñado, reprodu-cido o traducido, total o parcialmente, sin autorización previa, a condición de que se espe-cifique la fuente y de que no se use para fines comerciales.El CEPIS/OPS es una agencia especializada de la Organización Panamericana de laSalud (OPS/OMS).Los Pinos 259, Urb. Camacho, Lima, PerúCasilla de correo 4337, Lima 100, PerúTeléfono: (511) 437 1077Fax: (511) 437 8289cepis@cepis.ops-oms.orghttp://www.cepis.ops-oms.org
  3. 3. Contenido iii INTRODUCCIÓN Este volumen, Tratamiento de agua para consumo humano. Plantasde filtración rápida. Manual I: Teoría, está orientado al personal profesionalque labora en las plantas de tratamiento de agua para consumo humano. En él sehan sintetizado los más recientes conceptos teóricos correspondientes a la calidaddel agua de las fuentes superficiales de abastecimiento y de los procesos utilizadosen su purificación. Se ha buscado explicar en forma profunda y a la vez sencilla los complejosprocesos de tratamiento utilizados en los sistemas de purificación de agua, con elfin de que los profesionales de diversa formación que se encuentran laborando eneste campo —ingenieros sanitarios, civiles, químicos y agrícolas, biólogos, geógra-fos, arquitectos e incluso zootecnistas— tengan una clara comprensión del tema y,de este modo, mediante el estudio y dedicación, puedan llegar a convertirse enespecialistas. La experiencia acumulada en el programa de capacitación desarrolladopor el CEPIS/OPS en este campo nos permite asegurar que de esta forma, seráposible obtener proyectos de mejor calidad y formar supervisores de operación ymantenimiento más conscientes de la problemática del agua, para que afrontencon responsabilidad la importante función de producir el agua que beberán loshabitantes de América Latina y el Caribe.
  4. 4. Contenido iv
  5. 5. Contenido v RECONOCIMIENTOS Este libro, elaborado por el CEPIS/OPS, reúne y actualiza los textos pu-blicados por el mismo Centro en 1992 con los títulos Manual I: El agua. Calidady tratamiento para consumo humano, Manual II: Criterios de selección yManual III: Teoría. En este proceso de actualización participaron los profesores que confor-man el equipo técnico encargado de los cursos de capacitación sobre tratamientode agua para consumo humano en el CEPIS/OPS, bajo la coordinación de laIng. Lidia Cánepa de Vargas, Asesora en Tratamiento de Agua para ConsumoHumano, bajo la dirección del Dr. Mauricio Pardón, Director del Centro. En esta edición se contó con la colaboración del Ing. Víctor MaldonadoYactayo, de la Facultad de Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional deIngeniería, de Lima, Perú, de la Quím. Ada Barrenechea y de la Bióloga Marga-rita Aurazo. Igualmente, se reconoce la asistencia del editor del CEPIS/OPS, Lic. LuisAndrade, y de las Sras. Inés Barbieri e Irma Sánchez, del cuerpo de secretariasdel Centro, quienes apoyaron en el procesamiento del texto, así como la ayuda delSr. Washington Macutela, responsable de la impresión.
  6. 6. Contenido vi
  7. 7. Contenido vii CONTENIDO PáginaINTRODUCCIÓN .............................................................................................. iiiAGRADECIMIENTOS ...................................................................................... v TOMO ICAPÍTULO 1. ASPECTOS FISICOQUÍMICOSDE LA CALIDAD DEL AGUAQuím. Ada Barrenechea Martel ........................................................................ 11. Introducción .............................................................................................. 3 1.1 El agua: un disolvente universal .................................................... 3 1.2 Las fuentes de agua de origen superficial ..................................... 3 1.3 Aspectos fisicoquímicos ................................................................ 42. Calidad del agua ........................................................................................ 4 2.1 Características físicas ..................................................................... 5 2.1.1 Turbiedad ......................................................................... 5 2.1.2 Sólidos y residuos ............................................................ 8 2.1.3 Color ................................................................................. 10 2.1.4 Olor y sabor ...................................................................... 11 2.1.5 Temperatura ...................................................................... 13 2.1.6 pH ..................................................................................... 13 2.2 Características químicas ................................................................. 13 2.2.1 Aceites y grasas ............................................................... 16 2.2.2 Agentes espumantes ........................................................ 16 2.2.3 Alcalinidad ....................................................................... 17 2.2.4 Aluminio ........................................................................... 18 2.2.5 Amonio ............................................................................. 18 2.2.6 Antimonio ......................................................................... 19 2.2.7 Arsénico ........................................................................... 20 2.2.8 Asbesto ............................................................................ 21 2.2.9 Bario .................................................................................. 21 2.2.10 Boro .................................................................................. 22 2.2.11 Cadmio .............................................................................. 22 2.2.12 Cianuro ............................................................................. 24 2.2.13 Cinc ................................................................................... 25 2.2.14 Cloruros ............................................................................ 26 2.2.15 Cobre ................................................................................ 26
  8. 8. Contenido viii Página 2.2.16 Cromo ................................................................................ 28 2.2.17 Dureza ............................................................................... 29 2.2.18 Fenoles ............................................................................. 30 2.2.19 Fluoruros .......................................................................... 31 2.2.20 Fosfatos ............................................................................ 32 2.2.21 Hidrocarburos ................................................................... 33 2.2.22 Hierro ................................................................................ 33 2.2.23 Manganeso ....................................................................... 34 2.2.24 Materia orgánica ............................................................... 35 2.2.25 Mercurio ........................................................................... 37 2.2.26 Nitritos y nitratos .............................................................. 39 2.2.27 Oxígeno disuelto (OD) ...................................................... 41 2.2.28 pH ..................................................................................... 42 2.2.29 Plaguicidas ....................................................................... 44 2.2.30 Plata .................................................................................. 44 2.2.31 Plomo ................................................................................ 45 2.2.32 Selenio .............................................................................. 46 2.2.33 Sulfatos ............................................................................. 473. Criterios de calidad para la selección de una fuente de agua cruda .......... 48 3.1 Criterios fisicoquímicos .................................................................. 48 3.1.1 Contaminantes inorgánicos .............................................. 48 3.1.2 Contaminantes orgánicos ................................................. 48 3.1.3 Contaminantes radiológicos ............................................. 49 3.2 Criterios de selección de la fuente de agua cruda tomando en cuenta los aspectos fisicoquímicos ............................................... 504. El agua potable .......................................................................................... 51 4.1 Aspectos fisicoquímicos ................................................................ 51 4.2 Criterios de calidad del agua para consumo humano: las Guías de Calidad para Aguas de Consumo Humano de la OMS .................. 52Referencias bibliográficas .................................................................................. 54CAPÍTULO 2. ASPECTOS BIOLÓGICOS DE LA CALIDAD DEL AGUABióloga Margarita Aurazo de Zumaeta ............................................................ 571. Introducción ............................................................................................. 592. Características biológicas de las aguas superficiales ................................ 60 2.1 Organismos propios de las aguas superficiales ............................. 60 2.2 Bacterias patógenas ....................................................................... 66 2.2.1 Escherichia coli ............................................................... 68 2.3 Virus entéricos ................................................................................ 69
  9. 9. Contenido ix Página 2.4 Enteroparásitos .............................................................................. 71 2.4.1 Protozoarios patógenos .................................................... 73 2.4.2 Helmintos enteropatógenos ............................................. 82 2.5 Cyanobacterias (algas azul-verdes) ............................................... 86 2.6 Organismos cuya presencia en el agua tratada origina reclamos en los usuarios ............................................................................... 88 2.7 Indicadores microbiológicos de la calidad del agua ...................... 893. Criterios biológicos de calidad para la selección de una fuente de agua cruda .......................................................................................................... 934. El agua potable. Aspectos biológicos ....................................................... 955. Las guías de calidad de la OMS. Aspectos microbiológicos .................... 96Referencias bibliográficas .................................................................................. 98CAPÍTULO 3. PROCESOS UNITARIOS Y PLANTAS DE TRATAMIENTOIng. Lidia de Vargas .......................................................................................... 1031. Introducción ............................................................................................. 1052. Principales operaciones unitarias empleadas en el tratamiento del agua .. 105 2.1 Transferencia de sólidos ................................................................ 106 2.2 Transferencia de iones ................................................................... 107 2.3 Transferencia de gases .................................................................. 108 2.4 Transferencia molecular ................................................................. 108 2.5 Otros procesos utilizados .............................................................. 1093. Plantas de tratamiento de agua o plantas potabilizadoras ........................ 110 3.1 Tipos de plantas de tratamiento de agua ....................................... 110 3.1.1 Plantas de filtración rápida ............................................... 110 3.1.2 Plantas de filtración lenta ................................................. 1144. Clasificación de las plantas de filtración rápida por el tipo de tecnología utilizada...................................................................................................... 116 4.1 Sistemas convencionales ............................................................... 117 4.2 Sistemas convencionales de alta tasa o de tecnología CEPIS/OPS 119 4.3 Tecnología importada, de patente o plantas paquete .................... 1215. Selección de la tecnología de tratamiento de agua .................................... 124 5.1 Criterios de selección de una solución tecnológica ....................... 125 5.2 Selección de procesos de tratamiento considerando las condiciones socioeconómicas de la comunidad ............................ 127 5.2.1 Fase predictiva ................................................................. 128 5.2.2 Fase evaluativa ................................................................. 135
  10. 10. Contenido x Página 5.2.3 Aplicación ........................................................................ 140Referencias bibliográficas .................................................................................. 150CAPÍTULO 4. COAGULACIÓNQuím. Ada Barrenechea Martel ........................................................................ 1511. Introducción .............................................................................................. 1532. Partículas coloidales .................................................................................. 154 2.1 Tipos de coloides de acuerdo con su comportamiento en el agua 156 2.2 Características de las partículas coloidales y las sustancias húmicas .......................................................................................... 156 2.3 Características de las arcillas ......................................................... 157 2.4 Propiedades de los coloides .......................................................... 159 2.4.1 Propiedades cinéticas ....................................................... 159 2.4.2 Propiedad óptica: Efecto Tyndall-Faraday ....................... 161 2.4.3 Propiedad de superficie: adsorción .................................. 161 2.4.4 Propiedad electrocinética: electroforesis .......................... 162 2.5 Naturaleza de la turbiedad y el color .............................................. 162 2.5.1 Turbiedad ......................................................................... 162 2.5.2 Color ................................................................................. 163 2.6 Estabilidad e inestabilidad de los coloides .................................... 165 2.6.1 Carga eléctrica de los coloides. Fuerza de estabilización . 165 2.6.2 La doble capa eléctrica ..................................................... 168 2.6.3 Energía potencial de interacción de las partículas coloidales 171 2.6.4 Efecto del aumento de la concentración iónica ................ 1723. Sustancias químicas empleadas en la coagulación ................................... 174 3.1 Coagulantes ................................................................................... 174 3.1.1 Sulfato de aluminio ........................................................... 174 3.1.2 Cloruro férrico FeCl3 ......................................................... 176 3.1.3 Sulfato ferroso FeSO4 .7 H2O ............................................ 177 3.1.4 Sulfato férrico Fe2 (SO4)3 .................................................. 177 3.1.5 Interacción de los coagulantes inorgánicos con el agua y la alcalinidad .................................................................. 178 3.2 Modificadores de pH ..................................................................... 183 3.3 Ayudantes de coagulación ............................................................ 1844. Mecanismos de coagulación ..................................................................... 188 4.1 Compresión de la doble capa ......................................................... 188 4.2 Adsorción y neutralización de la carga .......................................... 190 4.3 Captura en un precipitado de hidróxido metálico o captura por barrido .......................................................................................... 191 4.4 Adsorción y puente interparticular ................................................ 1925. Cinética o etapas de la coagulación .......................................................... 195
  11. 11. Contenido xi Página6. Mecanismos de coagulación predominantes ............................................ 196 6.1 Coagulación por adsorción ............................................................ 197 6.2 Coagulación por barrido ................................................................. 1987. Diagramas de coagulación ......................................................................... 199 7.1 Diagrama de coagulación con sulfato de aluminio ........................ 199 7.2 Aplicabilidad de los diagramas de solubilidad del sulfato de aluminio en la coagulación ............................................................. 201 7.2.1 Mecanismos de coagulación-remoción de turbiedad ....... 201 7.2.2 Restricciones del uso del diagrama de coagulación de sulfato de aluminio (figura 4-26) ....................................... 2038. Diagrama de coagulación para remoción del color .................................... 2059. Diagrama de coagulación para filtración directa ....................................... 207 9.1 Diagrama de coagulación con hierro .............................................. 21010. Factores que influyen en el proceso ......................................................... 213 10.1 Influencia de la concentración de coagulante ............................... 213 10.2 Factores de mayor influencia en el desarrollo del proceso ............ 213 10.2.1 La calidad del agua cruda ................................................. 213 10.2.2 Temperatura ...................................................................... 214 10.2.3 Variables químicas ............................................................ 21611. Uso de polímeros como auxiliares ............................................................. 219 11.1 Consideraciones generales ............................................................ 219 11.2 Polímeros como auxiliares de filtración .......................................... 219Referencias bibliográficas .................................................................................. 220Bibliografía adicional .......................................................................................... 220CAPÍTULO 5. MEZCLA RÁPIDAIng. Lidia de Vargas ........................................................................................... 2251. Introducción .............................................................................................. 2272. Mezcla rápida para coagulación de barrido ............................................... 2273. Mezcla rápida turbulenta para neutralización de cargas ........................... 2284. Desestabilización de partículas en campos turbulentos ........................... 229 4.1 Comprobación experimental ........................................................... 233 4.2 Evidencia práctica .......................................................................... 2345. Mezcla rápida con polímeros ..................................................................... 2356. Parámetros operacionales .......................................................................... 236 6.1 Gradiente de velocidad ................................................................... 2367 Factores que modifican el proceso ............................................................ 238 7.1 Intensidad y tiempo de mezcla ....................................................... 238 7.2 Sistema de aplicación del coagulante ............................................. 240 7.3 Tipo de dispositivo de mezcla ........................................................ 242
  12. 12. Contenido xii Página8 Mezcladores .......................................................................................... 242 8.1 Hidráulicos ..................................................................................... 243 8.2 Mecánicos ...................................................................................... 257 8.3 Ventajas y desventajas de los mezcladores hidráulicos y mecánicos 260Referencias bibliográficas .................................................................................. 262CAPÍTULO 6. FLOCULACIÓNIng. Lidia de Vargas ........................................................................................... 2631. Mecánica del proceso ................................................................................ 2652. Teoría básica .............................................................................................. 266 2.1 Parámetros operacionales ............................................................... 2813. Factores que influyen en la floculación ..................................................... 282 3.1 Naturaleza del agua ........................................................................ 282 3.2 Influencia del tiempo de floculación. Compartimentalización ........ 284 3.3 Influencia del gradiente de velocidad ............................................ 285 3.4 Influencia de la variación del caudal .............................................. 2864. Floculadores ............................................................................................. 288 4.1 Floculadores de contacto de sólidos ............................................. 288 4.2 Floculadores de potencia ............................................................... 290 4.2.1 Hidráulicos ....................................................................... 290 4.2.2 Mecánicos ........................................................................ 298Referencias bibliográficas .................................................................................. 304 TOMO IICAPÍTULO 7. SEDIMENTACIÓNIng. Víctor Maldonado Yactayo ........................................................................ 11. Conceptos generales ................................................................................. 3 1.1 Sedimentación de partículas discretas ........................................... 3 1.2 Sedimentación de partículas floculentas ........................................ 4 1.3 Sedimentación por caída libre e interferida .................................... 4 1.4 Expresiones de velocidad de sedimentación ................................. 4 1.4.1 Partículas discretas con caída libre ................................... 4 1.4.2 Sedimentación interferida ................................................. 9 1.4.3 Sedimentación de partículas floculentas .......................... 12 1.5 Factores que influyen en el proceso .............................................. 18 1.5.1 Calidad de agua ................................................................ 18
  13. 13. Contenido xiii Página 1.5.2 Condiciones hidráulicas ................................................... 19 1.5.3 Factores externos .............................................................. 222. Clasificación de unidades .......................................................................... 22 2.1 Sedimentadores y decantadores estáticos ..................................... 23 2.1.1 Criterios generales ............................................................ 23 2.1.2 Componentes de una unidad ............................................ 24 2.1.3 Tipos de unidades ............................................................ 25 2.2 Decantadores dinámicos ................................................................ 31 2.2.1 Criterios generales ............................................................ 31 2.2.2 Componentes de una unidad ............................................ 32 2.2.3 Tipos de unidades dinámicas ........................................... 32 2.3 Decantadores laminares ................................................................. 38 2.3.1 Teoría de la sedimentación laminar ................................... 38 2.3.2 Trayectoria de una partícula en placas paralelas .............. 41 2.3.3 Factores que influyen en el proceso ................................ 43 2.3.4 Tipos de decantadores laminares ..................................... 54Referencias bibliográficas .................................................................................. 58Bibliografía adicional .......................................................................................... 58CAPÍTULO 8. FLOTACIÓNIng. Lidia de Vargas .......................................................................................... 631. Conceptos teóricos .................................................................................... 652. Ecuaciones de la velocidad ascensional ................................................... 673. Sistemas de flotación ................................................................................. 69 3.1 Flotación por aire disperso ............................................................ 70 3.2 Flotación electrolítica ..................................................................... 70 3.3 Flotación por aire disuelto ............................................................. 704. Parámetros de proyectos ........................................................................... 72 4.1 Relación aire-sólidos ...................................................................... 72 4.2 Cámara de presurización y recirculación de agua clarificada ......... 73 4.3 Cámara de flotación ........................................................................ 75 4.4 Pretratamiento ................................................................................ 76Referencias bibliográficas .................................................................................. 80Bibliografía adicional .......................................................................................... 80CAPÍTULO 9. FILTRACIÓNIng. Víctor Maldonado Yactayo ........................................................................ 811. Introducción .............................................................................................. 832. Mecanismos de la filtración ....................................................................... 83
  14. 14. Contenido xiv Página 2.1 Mecanismos de transporte ............................................................. 84 2.1.1 Cernido ............................................................................. 84 2.1.2 Sedimentación .................................................................. 85 2.1.3 Intercepción ...................................................................... 85 2.1.4 Difusión ............................................................................ 86 2.1.5 Impacto inercial ................................................................. 86 2.1.6 Acción hidrodinámica ....................................................... 87 2.1.7 Mecanismos de transporte combinados .......................... 87 2.2 Mecanismos de adherencia ............................................................ 88 2.2.1 Interacción combinada de las fuerzas electrostáticas y las de Van der Waals .............................................................. 89 2.2.2 Enlace químico entre las partículas y la superficie de los granos ............................................................................... 923. Cinética de la filtración .............................................................................. 93 3.1 Introducción ................................................................................... 93 3.2 Balance de masas ........................................................................... 933.3 Modelos para la remoción de partículas suspendidas .............................. 96 3.4 Retención y arrastre de partículas .................................................. 99 3.5 Coeficiente de filtración modificado ............................................... 100 3.6 Modelos matemáticos que relacionan λ con σ ............................... 100 3.7 Pérdida de carga en un medio filtrante ........................................... 103 3.7.1 Pérdida de carga inicial ..................................................... 104 3.8 Lavado de medios filtrantes ........................................................... 106 3.8.1 Fluidificación de medios porosos ..................................... 106 3.8.2 Expansión de medios porosos .......................................... 108 3.8.3 Pérdida de carga en medios filtrantes expandidos ........... 1114. Factores que influyen en la filtración ........................................................ 112 4.1 Características de la suspensión .................................................... 112 4.1.1 Tipos de partículas suspendidas ...................................... 113 4.1.2 Tamaño de las partículas suspendidas ............................. 113 4.1.3 Densidad de las partículas suspendidas .......................... 113 4.1.4 Resistencia o dureza de los flóculos ................................ 113 4.1.5 Temperatura del agua por filtrar ........................................ 114 4.1.6 Concentración de partículas suspendidas en el afluente . 114 4.1.7 Potencial zeta de la suspensión ........................................ 115 4.1.8 pH del afluente ................................................................. 115 4.2 Características del medio filtrante .................................................. 116 4.2.1 Tipo del medio filtrante ..................................................... 116 4.2.2 Características granulométricas del material filtrante ....... 117 4.2.3 El peso específico del material filtrante ............................ 119 4.2.4 El espesor de la capa filtrante ........................................... 119
  15. 15. Contenido xv Página 4.3 Características hidráulicas ............................................................. 120 4.3.1 Tasa de filtración .............................................................. 120 4.3.2 Carga hidráulica disponible para la filtración ................... 124 4.3.3 El método de control de los filtros .................................... 124 4.3.4 Calidad del efluente .......................................................... 1245. Tipos de unidades de filtración ................................................................. 126 5.1 Clasificación ................................................................................... 126 5.2 Filtración por gravedad .................................................................. 126 5.2.1 Filtración ascendente ........................................................ 127 5.2.2 Filtración descendente ..................................................... 127 5.2.3 Filtración ascendente-descendente .................................. 128 5.3 Métodos de control operacional .................................................... 130 5.3.1 Tasa constante y nivel variable ........................................ 131 5.3.2 Tasa y nivel constantes .................................................... 132 5.3.3 Tasa declinante ................................................................. 135 5.4 Medios filtrantes ............................................................................ 140 5.4.1 Filtros de lecho simple ...................................................... 140 5.4.2 Filtros de lecho múltiple ................................................... 141 5.4.3 Filtración a presión ........................................................... 1416. Filtración directa ........................................................................................ 143 6.1 Clasificación de la filtración directa ................................................ 143 6.2 Ventajas de la filtración directa ...................................................... 144 6.3 Desventajas de la filtración directa ................................................ 144Bibliografía ......................................................................................................... 145CAPÍTULO 10. DESINFECCIÓNQuím. Ada Barrenechea e Ing. Lidia de Vargas ................................................ 1531. Introducción ............................................................................................. 1532. La desinfección.......................................................................................... 153 2.1 Utilidad de la desinfección ............................................................. 1563. Teoría de la desinfección ........................................................................... 156 3.1 Factores que influyen en la desinfección ...................................... 157 3.1.1 Los microorganismos presentes y su comportamiento .... 157 3.1.2 La naturaleza y concentración del agente desinfectante .. 157 3.1.3 La temperatura del agua .................................................... 157 3.1.4 La naturaleza y calidad del agua ....................................... 158 3.1.5 El pH ................................................................................. 158 3.1.6 El tiempo de contacto ....................................................... 158 3.2 Variables controlables en la desinfección ...................................... 159 3.3 Acción de los desinfectantes ......................................................... 160
  16. 16. Contenido xvi Página 3.4 Cinética de la desinfección: la ley de Chick ................................... 1604. Formas de desinfección ............................................................................. 162 4.1 Agentes físicos .............................................................................. 162 4.1.1 Sedimentación natural ...................................................... 162 4.1.2 Coagulación–floculación–sedimentación ........................ 163 4.1.3 La filtración ....................................................................... 165 4.1.4 El calor .............................................................................. 165 4.1.5 La luz y los rayos ultravioleta ........................................... 165 4.2 Agentes químicos .......................................................................... 167 4.2.1 Características de un buen desinfectante químico ........... 167 4.2.2 Los agentes oligodinámicos de desinfección: Ag+ .......... 168 4.2.3 Los agentes oxidantes ...................................................... 168 4.2.4 Estabilidad de los desinfectantes químicos ..................... 1735. La cloración ............................................................................................... 173 5.1 Características del cloro como desinfectante ................................. 174 5.2 Comportamiento del cloro en el agua ............................................. 174 5.2.1 Reacciones del cloro en el agua ....................................... 175 5.2.2 Reacciones del cloro con el amoniaco .............................. 177 5.2.3 Reacciones del cloro con otros componentes del agua ... 178 5.2.4 Resumen de las reacciones del cloro en el agua y su relación con el proceso de cloración ................................ 178 5.3 Otros compuestos de cloro ............................................................ 180 5.3.1 Cal clorada ........................................................................ 180 5.3.2 Hipoclorito de calcio ......................................................... 180 5.3.3 Hipoclorito de sodio ......................................................... 181 5.3.4 Dióxido de cloro ................................................................ 181 5.4 Cálculo de la cantidad de cloro activo de acuerdo con las especies usadas ............................................................................................ 182 5.5 El gráfico del punto de quiebre ...................................................... 182 5.6 Eficacia del cloro ............................................................................ 183 5.7 Algunos aspectos toxicológicos de la cloración ........................... 186 5.7.1 Los trihalometanos ........................................................... 186 5.7.2 Clorofenoles ..................................................................... 187 5.7.3 Cloraminas y sus derivados ............................................. 187 5.7.4 Dióxido de cloro ................................................................ 188 5.8 Estaciones de cloración .................................................................. 188 5.8.1 Almacén ............................................................................ 188 5.8.2 Sala de cloración ............................................................... 191 5.8.3 Cámara de contacto .......................................................... 210
  17. 17. Contenido xvii PáginaReferencias bibliográficas .................................................................................. 214Bibliografía adicional .......................................................................................... 214CAPITULO 11. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS PROCESOSY DE LOS PARÁMETROS ÓPTIMOS DE LAS UNIDADESIng. Lidia de Vargas ........................................................................................... 2151. Selección de alternativas de tratamiento en función de la calidad de la fuente ......................................................................................................... 2172. Selección de parámetros óptimos de los procesos .................................... 219 2.1 Fundamentos ................................................................................. 219 2.2 Equipos utilizados .......................................................................... 220 2.2.1 Antecedentes ................................................................... 220 2.2.2 Descripción del equipo de prueba de jarras utilizado ....... 221 2.2.3 Sistema de dosificación .................................................... 222 2.2.4 Sistema de agitación ......................................................... 223 2.2.5 Descripción de las jarras .................................................. 227 2.2.6 Sistema de toma de muestras ............................................ 230 2.2.7 Iluminación ....................................................................... 231 2.2.8 Equipo auxiliar .................................................................. 232 2.2.9 Precauciones y limitaciones ............................................. 235 2.3 Consideraciones generales para la ejecución de ensayos en la prueba de jarras .............................................................................. 236 2.3.1 Soluciones químicas empleadas ....................................... 236 2.3.2 Tamaño del flóculo producido .......................................... 238 2.3.3 Tiempo inicial de formación del flóculo ............................ 238 2.3.4 Determinación de pH, alcalinidad, coagulante y turbiedad o color residuales ............................................. 239 2.4 Parámetros de dosificación ............................................................ 239 2.4.1 Selección del coagulante .................................................. 2403. Aplicaciones prácticas .............................................................................. 265 3.1 Caso del proyecto de una planta nueva ......................................... 265Referencias bibliográficas .................................................................................. 277Bibliografía adicional .......................................................................................... 278
  18. 18. Contenido xviii
  19. 19. CAPÍTULO 1ASPECTOS FISICOQUÍMICOS DE LA CALIDAD DEL AGUA Quím. Ada Barrenechea Martel
  20. 20. Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua 31. INTRODUCCIÓN1.1 El agua: un disolvente universal El agua es el constituyente más importante del organismo humano y delmundo en el que vivimos. Tiene una gran influencia en los procesos bioquímicosque ocurren en la naturaleza. Esta influencia no solo se debe a sus propiedadesfisicoquímicas como molécula bipolar sino también a los constituyentes orgánicose inorgánicos que se encuentran en ella. Se considera que el agua es un solvente universal, debido a que es capaz dedisolver o dispersar la mayoría de sustancias con las que tiene contacto, seanestas sólidas, líquidas o gaseosas, y de formar con ellas iones, complejos solublese insolubles, coloides o simplemente partículas dispersas de diferente tamaño ypeso. Desde el punto de vista de la salud humana, el agua ayuda a eliminar lassustancias resultantes de los procesos bioquímicos que se desarrollan en elorganismo humano, a través de los órganos excretores, en especial la orina y elsudor. Sin embargo, por esta misma propiedad, puede transportar una serie detóxicos al organismo que pueden afectar a diferentes órganos, de manera reversibleo irreversible.1.2 Las fuentes de agua de origen superficial Debido a que las principales fuentes de agua para el tratamiento con finesde consumo humano son de origen superficial, en el presente manual se trataránlos temas específicamente relacionados con este tipo de agua. En la sección anterior, destacamos la importancia que tiene el agua comosolvente universal y señalamos que, debido a esta propiedad, es capaz de transportarcasi la totalidad de sustancias que encuentra a su paso.
  21. 21. 4 Manual I: Teoría Por otro lado, la contaminación de los recursos hídricos superficiales es unproblema cada vez más grave, debido a que se estos se usan como destino final deresiduos domésticos e industriales, sobre todo en las áreas urbanas e incluso ennumerosas ciudades importantes del continente. Estas descargas son las principalesresponsables de la alteración de la calidad de las aguas naturales, que en algunoscasos llegan a estar tan contaminadas que su potabilización resulta muy difícil ycostosa. Debido a la amplia gama de contaminantes, a los diferentes niveles decontaminación, así como a la cinética química de las sustancias, elementos, materiaorgánica y microorganismos que se incorporan en el cuerpo de agua, esindispensable conocer las características físicas, químicas y biológicas del aguaantes de seleccionarla como fuente de agua cruda.1.3 Aspectos fisicoquímicos La presencia de sustancias químicas disueltas e insolubles en el agua —quepueden ser de origen natural o antropogénico— define su composición física yquímica. Algunos procesos fisicoquímicos que ocurren en el agua pueden serevaluados si se recurre a los principios de equilibrio químico, incluida la Ley deAcción de Masas y la Ecuación de Nerst o al conocimiento de los mecanismos dereacción y de las proporciones para los procesos irreversibles.2. CALIDAD DEL AGUA El término calidad del agua es relativo y solo tiene importancia universalsi está relacionado con el uso del recurso. Esto quiere decir que una fuente deagua suficientemente limpia que permita la vida de los peces puede no ser aptapara la natación y un agua útil para el consumo humano puede resultar inadecuadapara la industria. Para decidir si un agua califica para un propósito particular, su calidad debeespecificarse en función del uso que se le va a dar. Bajo estas consideraciones, se dice que un agua está contaminada cuandosufre cambios que afectan su uso real o potencial.
  22. 22. Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua 5 Es importante anotar que la evaluación de la calidad del agua se realizausando técnicas analíticas adecuadas para cada caso. Para que los resultados deestas determinaciones sean representativos, es necesario dar mucha importanciaa los procesos de muestreo y a las unidades y terminología empleadas. Para una correcta interpretación de los datos obtenidos, los resultados delos análisis deben manejarse estadísticamente, teniendo en cuenta la correlaciónde iones, los factores que gobiernan el comportamiento de los componentes delagua, etcétera. El uso de gráficos ayuda a mostrar las relaciones físicas y químicasentre el agua, las fuentes probables de contaminación o polución y el régimen decalidad y, por tanto, a realizar adecuadamente la evaluación de los recursos hídricos. A continuación se tratan en detalle las principales característicasfisicoquímicas y biológicas que definen la calidad del agua, el origen de losconstituyentes, su importancia en la salud, su relación con los principales procesosde tratamiento y los límites de concentración establecidos por las normasinternacionales de calidad de agua para consumo humano.2.1 Características físicas Las características físicas del agua, llamadas así porque pueden impresionara los sentidos (vista, olfato, etcétera), tienen directa incidencia sobre las condicionesestéticas y de aceptabilidad del agua. Se consideran importantes las siguientes: — turbiedad; — sólidos solubles e insolubles; — color; — olor y sabor; — temperatura, y — pH.2.1.1 Turbiedad La turbiedad es originada por las partículas en suspensión o coloides (arcillas,limo, tierra finamente dividida, etcétera). La figura 1 muestra la distribución de laspartículas en el agua de acuerdo con su tamaño. La turbiedad es causada por laspartículas que forman los sistemas coloidales; es decir, aquellas que por su tamaño,
  23. 23. 6 Manual I: Teoríase encuentran suspendidas y reducen la transparencia del agua en menor o mayorgrado. La medición de la turbiedad se realiza mediante un turbidímetro onefelómetro. Las unidades utilizadas son, por lo general, unidades nefelométricasde turbiedad (UNT). Últimamente, ha cobrado importancia la presencia de fibras de asbestodesprendidas de los accesorios de asbesto-cemento de los sistemas de distribucióncomo un factor causante de turbiedad en las aguas de consumo humano. En la práctica, la remoción de la turbiedad no es un proceso difícil de llevara cabo en una planta de clarificación de agua; sin embargo, es uno de los que másinfluye en los costos de producción, porque, por lo general, requiere usar coa-gulantes, acondicionadores de pH, ayudantes de coagulación, etcétera. El diseño de los sistemas de remoción de turbiedad debe considerar no soloel tipo de partículas existentes (origen, estructura, composición y forma) sinotambién su tamaño y comportamiento. Aunque no se conocen los efectos directos de la turbiedad sobre la salud,esta afecta la calidad estética del agua, lo que muchas veces ocasiona el rechazode los consumidores. Por otra parte, como señala Castro de Esparza (1), losestudios elaborados por Tracy y por Sanderson y Kelly han demostrado que en elproceso de eliminación de los organismos patógenos, por la acción de agentesquímicos como el cloro, las partículas causantes de la turbiedad reducen la eficienciadel proceso y protegen físicamente a los microorganismos del contacto directocon el desinfectante. Por esta razón, si bien las normas de calidad establecen uncriterio para turbiedad en la fuente de abastecimiento, esta debe mantenerse mínimapara garantizar la eficacia del proceso de desinfección. Los estándares internos de la Agencia de Protección Ambiental de EstadosUnidos (EPA) establecen que las aguas de consumo humano deben tenerpreferentemente una UNT y en ningún caso más de 5 UNT. Las Guías de Calidadpara Agua de Bebida del Canadá y las Guías de Calidad para Aguas de ConsumoHumano de la Organización Mundial de la Salud (OMS) recomiendan como valorguía 5 UNT. La OMS indica, sin embargo, que para una desinfección eficiente, elagua filtrada debería tener una turbiedad promedio menor o igual a una UNT.
  24. 24. ○ ○ ○ ○ Átomos Coloides Partículas ○ ○ ○ ○ ○ Moléculas suspendidas ○ ○ ○ ○ ○ Algas ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Bacterias ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Microscopio Ultra- Microscopio ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ electrónico microscopio ○ ○ ○ ○ Diámetros de los poros en el papel filtro ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ° Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua(A ) Unidades ángstrom 10 102 103 104 105 106 107(mµ) Milimicrómetros 1 10 102 103 104 105 106(µm) Micrómetros 10-3 10-2 10-1 110 102 103(mm) Milímetros 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 Figura 1-1. Distribución de tamaños de las partículas en el agua 7
  25. 25. 8 Manual I: Teoría2.1.2 Sólidos y residuos Se denomina así a los residuos que se obtienen como materia remanenteluego de evaporar y secar una muestra de agua a una temperatura dada. Según el tipo de asociación con el agua, los sólidos pueden encontrarsesuspendidos o disueltos. La figura 1-1 muestra la distribución de partículas en el agua según sutamaño. Las partículas pueden estar: — Disueltas (hasta un milimicrómetro), en cuyo caso físicamente no influirán en la turbiedad, pero sí podrían definir su color u olor. — Formando sistemas coloidales (1 a 1.000 milimicrómetros), que son las causantes de la turbiedad neta del agua. — En forma de partículas suspendidas (por encima de 1.000 milimicrómetros), las cuales caen rápidamente cuando el agua se somete a reposo. — Es necesario aclarar que las pruebas analíticas para determinar las formas de los residuos no determinan sustancias químicas específicas y solo clasifican sustancias que tienen propiedades físicas similares y comportamiento semejante frente a las diferentes condiciones ambientales. Sólidos totales. Corresponden al residuo remanente después de secar unamuestra de agua. Equivalen a la suma del residuo disuelto y suspendido. El residuototal del agua se determina a 103–105 ºC. Equivalencias: Sólidos totales = sólidos suspendidos + sólidos disueltos Sólidos totales = sólidos fijos + sólidos volátiles
  26. 26. Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua 9 Sólidos disueltos o residuos disueltos. Mejor conocidos como sólidosfiltrables, son los que se obtienen después de la evaporación de una muestrapreviamente filtrada. Comprenden sólidos en solución verdadera y sólidos en estado coloidal, noretenidos en la filtración, ambos con partículas inferiores a un micrómetro (1 µ). Sólidos en suspensión. Corresponden a los sólidos presentes en un aguaresidual, exceptuados los solubles y los sólidos en fino estado coloidal. Se consideraque los sólidos en suspensión son los que tienen partículas superiores a unmicrómetro y que son retenidos mediante una filtración en el análisis de laboratorio. Sólidos volátiles y fijos. Los sólidos volátiles son aquellos que se pierdenpor calcinación a 550 ºC, mientras que el material remanente se define comosólidos fijos. La mayor parte de los sólidos volátiles corresponden a material orgánico.Los sólidos fijos corresponden, más bien, a material inorgánico.2.1.3 Color Esta característica del agua puede estar ligada a la turbiedad o presentarseindependientemente de ella. Aún no es posible establecer las estructuras químicas fundamentales de lasespecies responsables del color. Esta característica del agua se atribuye común-mente a la presencia de taninos, lignina, ácidos húmicos, ácidos grasos, ácidosfúlvicos, etcétera. Se considera que el color natural del agua, excluyendo el queresulta de descargas industriales, puede originarse por las siguientes causas: — la extracción acuosa de sustancias de origen vegetal; — la descomposición de la materia; — la materia orgánica del suelo; — la presencia de hierro, manganeso y otros compuestos metálicos; y — una combinación de los procesos descritos.
  27. 27. 10 Manual I: Teoría En la formación del color en el agua intervienen, entre otros factores, el pH,la temperatura, el tiempo de contacto, la materia disponible y la solubilidad de loscompuestos coloreados. Se denomina color aparente a aquel que presenta el agua cruda o natural ycolor verdadero al que queda luego de que el agua ha sido filtrada. Existen muchos métodos de remoción del color. Los principales son lacoagulación por compuestos químicos como el alumbre y el sulfato férrico a pHbajos y las unidades de contacto o filtración ascendente. Debido a que el color del agua se origina, en muchos casos, por la presenciade compuestos de naturaleza orgánica, se recomienda que la desinfección se realiceluego de que este haya sido removido, para evitar que la aplicación de cloro comodesinfectante pueda dar origen a la formación de trihalometanos, compuestos quetienen efecto cancerígeno en animales. El valor guía de la OMS y del Canadá es 15 unidades de color (UC) paraaguas de bebida.2.1.4 Olor y sabor El sabor y el olor están estrechamente relacionados; por eso es comúndecir que “A lo que huele, sabe el agua”. Estas características constituyen el motivo principal de rechazo por partedel consumidor. En términos prácticos, la falta de olor puede ser un indicio indirecto de laausencia de contaminantes, tales como los compuestos fenólicos. Por otra parte,la presencia de olor a sulfuro de hidrógeno puede indicar una acción séptica decompuestos orgánicos en el agua. El cuadro 1-1 presenta un resumen de algunos olores característicos delagua, de acuerdo con su origen.
  28. 28. Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua 11 Cuadro 1-1. Olores característicos del agua y su origen Naturaleza Origen Olor balsámico Flores Dulzor Coelosphaerium Olor químico Aguas residuales industriales Olor a cloro Cloro libre Olor a hidrocarburo Refinería de petróleo Olor medicamentoso Fenol, yodoformo Olor a azufre Ácido sulfhídrico, H2S Olor a pescado Pescado, mariscos Olor séptico Alcantarilla Olor a tierra Arcillas húmedas Olor fecaloide Retrete, alcantarilla Olor a moho Cueva húmeda Olor a legumbres Hierbas, hojas en descomposición Las sustancias generadoras de olor y sabor en aguas crudas pueden sercompuestos orgánicos derivados de la actividad de microorganismos y algas oprovenir de descargas de desechos industriales. En el agua se pueden considerar cuatro sabores básicos: ácido, salado,dulce y amargo. El cuadro 1-2 muestra los límites de percepción de algunas sales ycompuestos presentes en el agua.
  29. 29. 12 Manual I: Teoría Cuadro 1-2. Límites de percepción de algunas sales y compuestos en el agua (mg/L) Sustancia Netamente Debidamente No apreciable reconocible perceptible CaCl2; NaCl 600 300 150 MgCl2 100 60 — FeSO4 — 3,5 1,75 CuSO4 7 3,5 1,75 H2S 1,15 0,55 0,30 H2SO4 4 2 1 Cl2 0,1 0,05 0,05 Ca(OCl) 2 0,5 0,20 0,20 En algunos casos, la eliminación de los olores puede realizarse mediante laaereación o la adición de carbón activado. La cloración en presencia de compuestos fenólicos puede imprimir un malsabor en el agua, por la formación de derivados clorados que producen un sabor aderivados fenólicos. La EPA y la OMS recomiendan como criterio que por razones organo-lépticas, las fuentes de abastecimiento deben estar razonablemente exentas deolor y sabor; es decir, en términos generales, que se encuentren en un nivelaceptable.
  30. 30. Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua 132.1.5 Temperatura Es uno de los parámetros físicos más importantes en el agua, pues por logeneral influye en el retardo o aceleración de la actividad biológica, la absorciónde oxígeno, la precipitación de compuestos, la formación de depósitos, ladesinfección y los procesos de mezcla, floculación, sedimentación y filtración. Múltiples factores, principalmente ambientales, pueden hacer que latemperatura del agua varíe continuamente.2.1.6 pH El pH influye en algunos fenómenos que ocurren en el agua, como la corrosióny las incrustaciones en las redes de distribución. Aunque podría decirse que no tiene efectos directos sobre la salud, sí puedeinfluir en los procesos de tratamiento del agua, como la coagulación y la desinfección. Por lo general, las aguas naturales (no contaminadas) exhiben un pH en elrango de 5 a 9. Cuando se tratan aguas ácidas, es común la adición de un álcali (por logeneral, cal) para optimizar los procesos de coagulación. En algunos casos, serequerirá volver a ajustar el pH del agua tratada hasta un valor que no le confieraefectos corrosivos ni incrustantes. Se considera que el pH de las aguas tanto crudas como tratadas deberíaestar entre 5,0 y 9,0. Por lo general, este rango permite controlar sus efectos en elcomportamiento de otros constituyentes del agua. Las guías canadienses han establecido el rango de pH 6,5 a 8,5 para el aguapotable.2.2 Características químicas El agua, como solvente universal, puede contener cualquier elemento de latabla periódica. Sin embargo, pocos son los elementos significativos para eltratamiento del agua cruda con fines de consumo o los que tienen efectos en lasalud del consumidor.
  31. 31. 14 Manual I: Teoría Cuadro 1-3. Criterios de calidad para el agua potable Guías de Calidad Guidelines for Regulaciones Parámetros para el Agua de Drinking-Water Internas Bebida del Quality Primarias Canadá-1978 (2) OMS, 1996 (3) Unidades Nivel máximo Concentración Valor guía del contaminante máxima aceptable Físicos Color TCU — 15 15 Sabor y olor Aceptable — Aceptable Turbiedad UNT 5a 5 5b Inorgánicos Aluminio mg/L — — 0,2 Amonio mg/L — — 1,5 Antimonio mg/L 0,006 — 0,005(P) Arsénico mg/L 0,05 0,05 0,01c Bario mg/L 2,0 1,0 0,7 Boro mg/L — 5,0 0,3 Cadmio mg/L 0,005 0,005 0,003 Cianuro mg/L 0,2 0,2 0,07 Cinc mg/L — 5,0 3 Cloro mg/L — — 5d Cloruro mg/L — 250 250 Cobre mg/L 1,3na 1,0 2d Cromo (total) mg/L 0,1 0,05 0,05(P) Fluoruro mg/L 4 1,5 1,5 Hierro mg/L — 0,3 0,3 Manganeso mg/L — 0,05 0,5(P) Mercurio mg/L 0,002 0,001 0,001 Nitrato (como N) mg/L 10 10 f 50 j Nitrito (como N) mg/L 1 1,0 3 pH — — 6,5 – 8,5 — (I) Plata mg/L — 0,05 Plomo mg/L 0,015na 0,05 0,01 Selenio mg/L 0,05 0,01 0,01 Sulfato mg/L — 500 250 Sulfuros (H2S) mg/L — 0,05 0,05@ Sólidos disueltos mg/L — 500 1.000
  32. 32. Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua 15 Regulaciones Guías de Calidad Guidelines for Parámetros Internas Primarias para el Agua de Drinking-Water EPA (2000) Bebida del Quality Canadá-1978 (2) OMS, 1996 (3) Unidades Nivel Concentración Valor guía Orgánicos µg/L máximo permitido máxima aceptable Aldrín + dieldrín µg/L 0,7 0,03 Benceno µg/L 5 — 10c Carbofurano µg/L 40 5 Clordano µg/L 2 7 0,2 Clorobenceno µg/L 100 — — Cloroformo µg/L — 100 200c DDT µg/L 30 2 Dioxina µg/L 0,00003 — — Endrín µg/L 2 0,2 — Fenoles µg/L — 2 — Heptacloro + µg/L 0,6 3 0,03 heptaclor-epóxido Lindano µg/L 0,2 4 2 Metoxycloro µg/L 40 100 20 Monocloramina µg/L — — 3.000 Parathión µg/L 35 — PCB µg/L 0,5 — — Plaguicidas (total) µg/L — 100h — Tetracloruro de µg/L 5 2 carbono Tolueno µg/L 1.000 — 700d Toxafeno µg/L 3 5 — 2,4-D µg/L 70 100 30 2,4,5-TP µg/L 50 10 9 f Trihalometanos µg/L 100 350TCU: Unidades de Color Verdadero.UNT: Unidades Nefelométricas de Turbiedad.(P) Valor guía provisional.(I) En las concentraciones normalmente encontradas, no se ha detectado daño en la salud.a La Regla de Tratamiento de Agua de Superficie requiere que los sistemas que usan agua de superficie o subterránea bajo influencia directa de agua de superficie: (1) desinfecten el agua y (2) filtren el agua o realicen el mismo nivel de tratamiento que aquellos que filtran el agua. El tratamiento debe reducir los niveles de Giardia lamblia (parásito) en 99,9% y los virus en 99,99%. La Legionella (bacteria) no tiene límite, pero la EPA considera que si se inactivan la Giardia y los virus, la Legionella también estará controlada. En ningún momento la turbiedad (enturbiamiento del agua) puede superar las 5 UNT (los sistemas filtrantes deben asegurar que la turbiedad no supere una UNT [0,5 UNT para filtración convencional o directa] en al menos 95% de las muestras diarias de cualquier mes); HPC: no más de 500 colonias por mililitro.b Turbiedad promedio para una efectiva desinfección: = 1 UNT. Muestra simple: = 5 UNT.c Por ser consideradas sustancias cancerígenas.d Concentraciones establecidas porque a concentraciones mayores, se pueden ver afectados el sabor, el olor y la apariencia del agua.f Cuando nitrato y nitrito están presentes, la suma de las dos concentraciones no debe exceder 10 mg/L.g La suma de la razón entre la concentración de cada uno y su respectivo valor guía no debe exceder de 1.h Se aplica cuando más de un plaguicida considerado en las guías de calidad están presentes en el agua.@ Relacionado con el olor y el sabor del agua.na El plomo y el cobre se regulan mediante una técnica de tratamiento que exige la implementación de sistemas que controlen el poder corrosivo del agua. El nivel de acción sirve como un aviso para que los sistemas públicos de agua tomen medidas adicionales de tratamiento si los niveles de las muestras de agua superan en más de 10% los valores permitidos.
  33. 33. 16 Manual I: Teoría A continuación se sustentan las características e importancia de losprincipales parámetros químicos relacionados con las fuentes de abastecimiento.Asimismo, se citan las recomendaciones que, como criterios de calidad, ha publicadola EPA en el año 2000 (4) en Estados Unidos, así como las Guías de Calidad paraAgua de Bebida del Canadá-1978 y las Guías de Calidad para Aguas de ConsumoHumano de la OMS (3). Véase el cuadro 1-3.2.2.1 Aceites y grasas La presencia de aceites y grasas en el agua puede alterar su calidad estética(olor, sabor y apariencia). El contenido de aceites y grasas en el agua se determina en el laboratoriomediante la extracción de todo el material soluble en un solvente orgánico talcomo el hexano. Los resultados se reportan como mg/L de MEH (material extraíbleen hexano). Las normas de calidad de agua recomiendan que los aceites y grasas esténausentes en el agua para consumo humano, más por razones de aceptabilidad queporque exista algún riesgo de daño a la salud.2.2.2 Agentes espumantes Entre los agentes espumantes se agrupa a todos los compuestos tensoactivosque, por su naturaleza, en mayor o en menor grado, producen espuma cuando elagua es agitada. La causa principal reside en la presencia de residuos de losdetergentes domésticos, como el alquil-sulfonato lineal (LAS) y el alquil-sulfonatobencénico ramificado (ABS), entre los más comunes. Su acción más importante en las aguas superficiales está relacionada con lainterferencia en el poder autodepurador de los recursos hídricos, debido a lainhibición de la oxidación química y biológica. Como consecuencia de esto, aunen aguas fuertemente contaminadas, la determinación de la carga orgánicabiodegradable (DBO) suele presentar valores bajos. Esto se debe, entre otrascausas, a que las bacterias en presencia de detergentes se rodean de una películaque las aísla del medio e impide su acción. Por otro lado, la solubilidad del oxígeno en aguas que contienen detergenteses menor que en aguas libres de ellos. Se disminuye, en consecuencia, la difusióndel oxígeno del aire a través de la superficie del agua.
  34. 34. Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua 17 Frente a la presencia de aceites y grasas, los detergentes juegan un papelemulsionante, lo que depende fundamentalmente de la estructura del grupo liófilodel detergente. Asimismo, los “agentes tensoactivos” presentes en el agua pueden dispersarlas sustancias insolubles o absorbidas, debido a la disminución de la tensiónsuperficial del agua. Interfieren así en los procesos de coagulación, sedimentacióny filtración. Aunque los detergentes pueden tener estructuras químicas diversas o sermás o menos biodegradables, se ha demostrado que concentraciones menores de0,5 mg/L no tienen efectos adversos en los procesos de tratamiento ni en la salud. Las Guías de Calidad para Aguas de Consumo Humano no presentan unvalor guía referido al contenido de detergentes en el agua de bebida, perorecomiendan que el agua no presente espuma ni problemas de olor ni saborrelacionados con este parámetro.2.2.3 Alcalinidad Es la capacidad del agua de neutralizar ácidos. Sin embargo, aniones deácidos débiles (bicarbonatos, carbonatos, hidróxido, sulfuro, bisulfuro, silicato yfosfato) pueden contribuir a la alcalinidad. La alcalinidad está influenciada por el pH, la composición general del agua,la temperatura y la fuerza iónica. Por lo general, está presente en las aguas naturales como un equilibrio decarbonatos y bicarbonatos con el ácido carbónico, con tendencia a que prevalezcanlos iones de bicarbonato. De ahí que un agua pueda tener baja alcalinidad y un pHrelativamente alto o viceversa. La alcalinidad es importante en el tratamiento del agua porque reaccionacon coagulantes hidrolizables (como sales de hierro y aluminio) durante el procesode coagulación. Además, este parámetro tiene incidencia sobre el carácter corrosivoo incrustante que pueda tener el agua y, cuando alcanza niveles altos, puede tenerefectos sobre el sabor.
  35. 35. 18 Manual I: Teoría Durante el tratamiento, las aguas crudas de muy baja alcalinidad puedenrequerir la adición de un alcalinizante primario (como el hidróxido de calcio). La EPA no hace recomendaciones respecto a la alcalinidad en fuentes deagua, ya que esta se liga a factores como el pH y la dureza, pero concluye que unafuente no debe mostrar cambios bruscos o repentinos en el contenido de laalcalinidad, pues esto podría indicar un cambio en la calidad del agua.2.2.4 Aluminio Es un componente natural del agua, debido principalmente a que formaparte de la estructura de las arcillas. Puede estar presente en sus formas solubleso en sistemas coloidales, responsables de la turbiedad del agua. Las concentracionesmás frecuentes en las aguas superficiales oscilan entre 0,1 y 10 ppm. El problema mayor lo constituyen las aguas que presentan concentracionesaltas de aluminio, las cuales confieren al agua un pH bajo, debido a sus propiedadesanfóteras, que hacen que sus sales se hidrolicen formando ácidos débiles. Durante el tratamiento es posible remover las sales de aluminio solubles,mediante la formación de hidróxido de aluminio. Sin embargo, es necesario tenermucho control del pH, pues si este sube excesivamente, podría producirse laformación de aluminatos, nuevamente solubles. La coagulación, en este caso, serealiza mediante polímeros orgánicos, por lo general aniónicos. Cuando el aluminio se encuentra en el agua cruda, se recomienda usarcomo coagulantes sales de hierro o polímeros sintéticos. Los coagulantes alumínicosdejan un remanente de metal que, en algunos casos, puede llegar a niveles nodeseados. En el caso del aluminio, la OMS ha establecido un valor guía de 0,2 mg/Lpara aguas de consumo humano.2.2.5 Amonio Es el producto final de la reducción de las sustancias orgánicas e inorgánicasnitrogenadas y debe su origen a los siguientes factores: — El nitrógeno atmosférico, por fijación química.
  36. 36. Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua 19 — Las proteínas animales o vegetales, por putrefacción mediante acción bacteriana. — La reducción de nitritos. El amoniaco se encuentra en cantidades notables cuando el medio esfuertemente reductor. En un medio oxidante, el ion amonio se transforma en nitrito. Se le considera un constituyente normal de las aguas superficiales y estáíntimamente relacionado con descargas recientes de desagües. Cuando suconcentración es mayor de 0,1 mg/L (como N), podría constituirse en un indicadorde contaminación por aguas residuales domésticas o industriales. El amoniaco en las aguas residuales es producido en su mayor parte por laeliminación de compuestos que tienen nitrógeno orgánico y por la hidrólisis de laurea o úrea. En casos menos frecuentes, se puede producir por reducción denitratos en condiciones anaeróbicas. El amoniaco es un micronutriente para microorganismos y algas en lossistemas de distribución. Su presencia en el agua favorece la multiplicación deestos. Este compuesto influye en los procesos de desinfección con cloro eincrementa su demanda debido a la formación de cloramidas. Por lo general, la eliminación del amoniaco a concentraciones altas se realizamediante la oxidación con cloro. La OMS establece como valor guía para aguas de bebida 1,5 mg/L, referidomás bien a criterios de aceptabilidad (olor y sabor).2.2.6 Antimonio No es un elemento esencial para la vida de las personas o animales. En elagua puede encontrarse bajo el estado de oxidación III ó V y a concentracionespromedio de 0,6 mg/L. Se lo relaciona con el aumento del colesterol en la sangre. Las principales fuentes de contaminación de las aguas superficiales conantimonio son las descargas de la industria petrolera, cerámica, electrónica, entreotras.
  37. 37. 20 Manual I: Teoría Debido a que su comportamiento químico es parecido al del arsénico, suproceso de remoción es similar al de este. Respecto al agua potable, el valor guía provisional dado por la OMS es de0,005 mg/L. La EPA indica como nivel máximo de concentración 0,006 mg/L.2.2.7 Arsénico Puede estar presente en el agua en forma natural. Es un elemento muytóxico para el hombre. Se encuentra en forma trivalente o pentavalente, tanto en compuestosinorgánicos como orgánicos. Las concentraciones de As en aguas naturales usualmente son menores de10 µg/L. Sin embargo, en zonas mineras pueden encontrase concentraciones entre0,2 y 1 g/L. La toxicidad del As es compleja, pues depende de la vía de exposición, delestado de valencia y de la forma química (inorgánica u orgánica) del compuesto.El arsénico inorgánico es el responsable de la mayoría de los casos de intoxicaciónen seres humanos. En cuanto a las especies oxidadas, generalmente las sales inorgánicas deAs(III) son más tóxicas que las de As(V) y la solubilidad de los compuestos dearsénico inorgánico está relacionada con su toxicidad; todos los compuestos solublesson tóxicos. Se sospecha que el arsénico tiene efectos cancerígenos por la correlaciónencontrada entre la incidencia de hiperquetosis y cáncer de la piel por un lado y laingestión de aguas con más de 0,3 mg/L de arsénico por otro. Esta relación fuecomprobada por Trelles (5) en la Argentina. El metabolismo del As se realiza principalmente en el hígado, aunque sumecanismo no está bien establecido. La remoción de arsénico del agua se basa principalmente en su oxidación asu forma pentavalente antes de la coagulación con sulfato férrico a pH de 6 a 8,

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