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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ INGENIERIA CIVIL

I.

INTRODUCCION

El crecimiento de la población y el desarrollo industrial han multiplicado los problemas de contaminación del agua tanto de procedencia superficial como subterránea. La contaminación del agua es producida principalmente por vertimiento de aguas servidas, basura, relaves mineros y productos químicos. En estas condiciones el ciclo del agua ya no tiene la capacidad suficiente para limpiarla, por ello, se requieren diversos procesos para desinfectarla y hacerla apta para consumo humano. Una planta o estación de tratamiento de agua potable (ETAP) es un conjunto de estructuras y sistemas de ingeniería en las que se trata el agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano. Existen diferentes tecnologías para potabilizar el agua, pero todas deben cumplir los mismos principios:   

Combinación de barreras múltiples (diferentes etapas del proceso de potabilización) para alcanzar bajas condiciones de riesgo. Tratamiento integrado para producir el efecto esperado. Tratamiento por objetivo (cada etapa del tratamiento tiene una meta específica relacionada con algún tipo de contaminante).

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II.

CALIDAD DEL AGUA

El agua es de vital importancia para el ser humano, ya que, al ser considerado el solvente universal, ayuda a eliminar las sustancias que resultan de los procesos bioquímicos producidos en el organismo. Sin embargo, también puede transportar sustancias nocivas al organismo, ocasionando daños en la salud de las personas. Las fuentes de agua que abastecen a una población pueden proceder de la lluvia, de aguas superficiales o de aguas subterráneas. El agua que se trata para consumo humano es de origen superficial. En la siguiente tabla se clasifican los contaminantes presentes en el agua.

Estos contaminantes pasan por diferentes procesos con el objetivo de que el agua llegue a cumplir los límites máximos permisibles establecidos para los parámetros que se muestran en la tabla 2. En el Perú, los análisis para el control del proceso y de la calidad de las aguas tratadas se hacen de acuerdo con las Directivas sobre Desinfección de Agua para Consumo Humano de la Sunass, la Norma Técnica Peruana 214.003 del Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de Protección de la Propiedad Intelectual (Indecopi), y complementariamente, por las normas aplicables de la Organización Mundial de la Salud (OMS), la American Water Works Association (AWWA) o del American National Standars Institute (ANSI) .

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III.

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE (PTAP)

El tratamiento de aguas y las plantas de tratamiento de agua son un conjunto de sistemas y operaciones unitarias de tipo físico, químico o biológico cuya finalidad es que a través de los equipamientos elimina o reduce la contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales. La finalidad de estas operaciones es obtener unas aguas con las características adecuadas al uso que se les vaya a dar, por lo que la combinación y naturaleza exacta de los procesos varía en función tanto de las propiedades de las aguas de partida como de su destino final.

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Debido a que las mayores exigencias en lo referente a la calidad del agua se centran en su aplicación para el consumo humano y animal estos se organizan con frecuencia en tratamientos de potabilización y tratamientos de depuración de aguas residuales, aunque ambos comparten muchas operaciones.

Si no se cuenta con un volumen de almacenamiento de agua potabilizada, la capacidad de la planta debe ser mayor que la demanda máxima diaria en el periodo de diseño. Además, una planta de tratamiento debe operar continuamente, aún con alguno de sus componentes en mantenimiento; por eso es necesario como mínimo dos unidades para cada proceso de la planta. PROCESOS DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE

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TOMA DEL RIO: Punto de captación de las aguas; REJA. Impide la penetración de elementos de gran tamaño (ramas, troncos, peces, etc.). DESARENADOR: Sedimenta arenas que van suspendidas para evitar dañar las bombas. BOMBEO DE BAJA (Bombas también llamadas de baja presión): Toman el agua directamente de un río, lago o embalse, enviando el agua cruda a la cámara de mezcla. CAMARA DE MEZCLA: Donde se agrega al agua productos químicos. Los principales son los coagulantes (sulfato de alúmina), alcalinizantes (cal). DECANTADOR: El agua llega velozmente a una pileta muy amplia donde se reposa, permitiendo que se depositen las impurezas en el fondo. Para acelerar esta operación, se le agrega al agua coagulantes que atrapan las impurezas formando pesados coágulos. El agua sale muy clarificada y junto con la suciedad quedan gran parte de las bacterias que contenía. FILTRO: El agua decantada llega hasta un filtro donde pasa a través de sucesivas capas de arena de distinto grosor. Sale prácticamente potable. DESINFECCIÓN: Para asegurar aún más la potabilidad del agua, se le agrega cloro que elimina el exceso de bacterias y lo que es muy importante, su desarrollo en el recorrido hasta las viviendas. BOMBEO DE ALTA: Toma el agua del depósito de la ciudad. DEPÓSITO: Desde donde se distribuye a toda la ciudad. CONTROL FINAL: Antes de llegar al consumo, el agua es severamente controlada por químicos expertos, que analizan muestras tomadas en distintos lugares del sistema.

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PLANTA DE TRATAMIENTO CONVENCIONAL (potabilizadoras) Es un sistema de tratamiento integrado que incluye todos los procesos para la obtención de agua potable, como los son: coagulación, mezcla rápida, floculación, sedimentación, clarificación, filtrado y desinfección. Dependiendo de las características del agua podemos obtener un sistema de filtración simple o doble el cual es recomendable cuando el agua tiene alto color o contenidos altos de hierro y manganeso. Cada planta se debe diseñar de acuerdo al análisis de agua y trazabilidad y se debe hacer con sistema modular que incorpore las etapas del tratamiento. Estas deben tener su tanque en acero o fibra de vidrio y contener lechos filtrantes para la grava, arena, antracita, carbón activado y/o resinas especializadas. Si el agua tiene alto contenido de hierro se requiere un tratamiento de oxidación previo hecho mediante torres de aireación o pre-cloración. PLANTAS DE TRATAMIENTO MODULARES (potabilizadoras) La planta modular es un sistema integrado de tratamientos en varias etapas que incluye todos los procesos requeridos para obtener agua potable. Ocupan poco espacio y se pueden ampliar fácilmente añadiendo módulos de calrificación y de filtración. Adecuadas para: aguas de pozo profundo con alto contenido de color, hierro y manganeso; y muy eficientes con aguas de quebradas de montaña con parámetros que van de mediano a bajo contenido de sólidos en suspensión (SST) y con contenidos de color, que presentan picos pasajeros de alta turbiedad y color cuando hay lluvias fuertes. De acuerdo con las características del agua a tratar, se incorpora procesos de pre-aireación y oxidación, arenas especiales para eliminar hierro y manganeso o post-tratamiento con carbón activado cuando hay elementos orgánicos. Pueden operar por gravedad, sin necesidad de tener energía eléctrica disponible o pueden ser automatizadas para operación virtualmente autónoma. Las etapas del proceso de purificación del agua son:  Pre tratamiento: Torre de aireación natural o forzada, preoxidación y/o dealcalinización.  Coagulación.  Mezcla rápida.  Clarificación por adsorción-neutralización ascendente en lechos porosos granulares.  Filtración descendente en lechos profundos.  Desinfección con cloro, UV u ozono.

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IV.

PRINCIPALES PROCESOS EMPLEADOS EN EL TRATAMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO

En el tratamiento del agua para consumo humano se emplean diferentes procesos; la complejidad de estos dependerá de las características del agua cruda. A continuación, describiremos los principales: 4.1 Cribado

En este proceso se eliminan los sólidos de mayor tamaño que se encuentran en el agua (ramas, madera, piedras, plásticos, etcétera) por medio de rejas, en las que estos materiales quedan retenidos. 4.2 Coagulación-floculación

La coagulación consiste en la adición de coagulantes con el fin de desestabilizar las partículas coloidales para que sean removidas. Este pro- ceso ocurre en fracciones de segundo, depende de la concentración del coagulante y del pH final de la mezcla. Mientras que la floculación es el proceso por el cual las partículas desestabilizadas chocan entre sí y se aglomeran formando los floc. En estos procesos, aparte de la remoción de turbiedad y color también se eliminan bacterias, virus, organismos patógenos susceptibles de ser separados por coagulación, algas y sustancias que producen sabor y olor en algunos casos. El proceso de coagulación-floculación requiere ser controlado con mucho cuidado por ser una de las fases más importantes del trata- miento, ya que de este dependerá la eficiencia de los sedimentadores y filtros. En las plantas de tratamiento, la coagulación se lleva a cabo en la unidad denominada mezcla rápida y la floculación se realiza en floculadores. En la figura 1 se observa que la mezcla rápida está constituida por canales Parshall y es allí donde se produce la inyección del coagulante, mientras que en la figura 2 se observan floculadores con pantallas y flujo vertical.

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4.3 Sedimentación

Es el proceso físico mediante el cual las partículas en suspensión presentes en el agua son removidas o separadas del fluido, debido al efecto de la gravedad. Dichas partículas deberán ser más densas que el agua, y el resultado que se obtenga será un fluido clarificado y una suspensión más concentrada. La remoción de partículas se puede conseguir dejando sedimentar el agua, filtrándola o ejecutando ambos procesos de manera consecutiva, por esta razón ambos procesos se consideran complementarios. Entre los factores que influyen en la sedimentación podemos citar los siguientes: • La calidad del agua (variación de concentración de materias en suspensión, temperatura del agua). • Las condiciones hidráulicas. • Procesos previos a la sedimentación. La figura 3 muestra un sedimentador laminar que cuenta con dos secciones paralelas denominadas naves, las que están provistas de una fila de módulos formados por planchas onduladas de polipropileno e instaladas con un ángulo de 60°. El flujo de agua clarificada en cada nave es ascendente y es transportado por un sistema de tuberías de PVC hacia un canal central abierto que separa las naves. Cada módulo tiene en su parte inferior tolvas de recolección de lodos (figura 4).

4.4 Filtración

Es un proceso que consiste en la separación de partículas y pequeñas cantidades de microorganismos (bacterias, virus) a través de un medio poroso. Es la fase responsable de que se cumplan los estándares de calidad para el agua potable. Desde el punto bacteriológico, los filtros tienen una eficiencia de remoción superior a 99%. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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El tamaño de las partículas que quedan retenidas en mayor o menor proporción en los granos del lecho filtrante varía desde flóculos de 1mm hasta coloides, bacterias y virus inferiores a 10-3 mm. Cuando el floc tiene un volumen mayor que el de los poros del lecho filtrante quedará retenido por cernido en los intersticios del lecho; sin embargo, en el caso de las bacterias cuyo tamaño es mucho menor que el de los poros quedarán removidas por una serie de fenómenos. La figura 5 representa un filtro de gravedad con lecho de arena, flujo descendente y tasa declinante. El lavado de este filtro de arena se efectúa deteniendo el ingreso de agua a este, simultáneamente se abre la compuerta de lavado de tal manera que, al disminuir bruscamente el nivel de agua dentro del filtro, el agua filtrada contenida en los cana- les laterales invierte su patrón de flujo debido a que tienen un mayor nivel, realizándose así el retro lavado que agita el lecho de arena y elimina las partículas por medio del canal de lavado. Luego de terminado el retro lavado se cierra la compuerta de lavado y se abre la compuerta de ingreso para restablecer el proceso de filtrado.

4.5 desinfección

Es el último proceso de tratamiento del agua, que consiste en la destrucción selectiva de los organismos potencialmente infecciosos. Lo que significa que no todos los organismos patógenos son eliminados en este proceso, por lo que requieren procesos previos como la coagulación, sedimentación y filtración para su eliminación. Los factores que influyen en la desinfección son: • Los microorganismos presentes y su comportamiento. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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La naturaleza y concentración del agente desinfectante. La temperatura del agua. La naturaleza y calidad del agua. El pH del agua. El tiempo de contacto.

La efectividad de la desinfección se mide por el porcentaje de organismos muertos dentro de un tiempo, una temperatura y un pH prefija- dos. La resistencia de estos microorganismos varía, siendo las esporas bacterianas las más resistentes, le siguen en resistencia los quistes de protozoarios, virus entéricos y por último las bacterias vegetativas (coliformes). La presencia de sólidos reduce la eficacia de la desinfección debido a que los organismos asociados a estos sólidos pueden estar protegidos de la acción del agente desinfectante físico o químico. Los agentes químicos más importantes son el cloro, el bromo, el yodo, el ozono, el permanganato de potasio, el agua oxigenada y los iones metálicos. Los agentes físicos más usados son los sistemas de coagulación-floculación, sedimentación, filtración, el calor, la luz y los rayos ultravioleta. El cloro es el agente desinfectante más importante; puede utilizarse en forma de gas, de líquido o de sal (hipoclorito de sodio). Es de fácil aplicación, manejo sencillo y bajo costo. En dosis adecuadas no produce riesgos para el hombre ni para los animales. Su efecto residual protege al agua de contaminarse en las redes de distribución. Es importante tomar precauciones en el uso del cloro, debido a la formación de trihalometanos, los cuales son considerados potencial- mente peligrosos. La Agencia para la Protección del Ambiente de Estados Unidos ha fijado un límite máximo permisible de 0,08 mg/l para los trihalometa- nos en el agua para consumo humano.

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V.

CONCLUSIONES

•

La aplicación de políticas de prevención en las fuentes de agua superficial evitarían los diferentes grados de contaminación de este recurso y por consiguiente los tratamientos costosos para hacerla potable. • Es importante una adecuada dosificación de cloro para evitar la formación de productos nocivos para la salud, como los trihalometanos. • Se debe considerar el posible tratamiento de las aguas residuales generadas para devolverlas en las mismas condiciones en que fueron captadas, cumpliendo de esta manera con los límites de vertido establecidos por el organismo competente. • El agua es un recurso limitado, por lo tanto, es necesario tomar medidas que garanticen un manejo racional de este por parte de la población.

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VI.

BIBLIOGRAFIA  Arboleda, Jorge (2000). Teoría y práctica de la purificación del agua. Tomos 1 y 2. Bogotá: McGraw-Hill.  CEPIS, OPS /OMS (2004/2006). Tratamiento de agua para consumo humano. Manual I: Teoría. Tomos I y II. Lima.  Consorcio Agua Azul S.A. (2011). Aprovechamiento óptimo de las aguas superficiales y subterráneas del Río Chillón. Lima. [Consulta: 25 de abril del 2011.]  Fundación Universitaria Iberoamericana (Funiber). Programa Máster en Gestión Integrada (2011). Medio ambiente, calidad y preven- ción. Tomo I. Barcelona.  Rosasco, Otto (2006). “Abastecimiento, Contaminación y Problemática del Agua en el Perú”. Simposio. Anales 2006. Lima. . [Consulta: 14 de abril del2011.]  Sunass (2000). Parámetros de calidad y límites máximos permisibles.  Lima. . [Consulta: 4 de abril del 2011.]

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