Las aguas naturales raramente son de calidad satisfactoria para el consumo humano o el uso industrial y casi siempre deben ser tratadas. El nivel de tratamiento necesario dependerá de cuan aceptable o pura sea el agua natural
El agua dulce bruta se extrae de los ríos, lagos u origen subterráneo y se trata hasta los estándares aceptables para el consumo humano o las necesidades industriales. Algunas fuentes de agua subterránea son tan puras que no necesitan tratamiento alguno, aunque cuando se utilizan para abastecimiento público, las autoridades hidráulicas locales
(públicas y privadas) tienden a aplicar un proceso de desinfección, aunque esto es prioritariamente para la desinfección de la red de distribución.
Los objetivos del tratamiento de agua son producir:
- Agua que sea segura para el consumo humano
- Agua que sea estéticamente atractiva al consumidor
- Agua a un costo razonable
El tratamiento estándar es el conjunto de procesos unitarios que reducen el color, la turbidez y las impurezas a niveles aceptables. Al hacerlo así, se producen ventajas adicionales, tales como reducciones en hierro y manganeso, reducciones en algas, en patógenos, etc. Se puede considerar que el tratamiento estándar consiste en los siguientes procesos unitarios:
Sedimentación
Coagulación y floculación
Sedimentación de partículas floculadas
Filtración
1 Sedimentación: General
La sedimentación es por definición la separación Sólido-liquido, una decantación por gravedad para separar los sólidos en suspensión (Reynolds,1982). En tratamiento de aguas los procesos de sedimentación utilizados son:
Tipo I. Para sedimentar partículas discretas no floculadas en una suspensión diluida. Esto puede presentarse debido a la decantación de aguas superficiales antes del tratamiento por filtración de arena
Tipo II. Para sedimentar partículas floculadas en una suspensión diluida. Esto puede presentarse después de la coagulación química y floculación donde las partículas no discretas se les ayuda químicamente a coagular
Otros tipos de sedimentación son combinaciones de I y II.
Sedimentación de partículas discretas tipo I.
Los tanques o cubas de decantación son de dos tipos: rectangulares y circulares. Tienden a tener una relación de longitud –ancho de alrededor de 2 una profundidad del orden de 1.5 a
6 m. En la base del lado aguas arriba se coloca una poceta de extracción de lodos, y el lodo se conduce hasta ella por unas tablillas o rasquetas
Sedimentación de partículas floculadas tipo II.
La sedimentación tipo II como se dijo es la sedimentación de grupos de partículas floculadas, estas son partículas que son ayudadas químicamente para reunirse y formar partículas grandes y así decantar. La coagulación es el primer proceso de añadir el producto químico coagulante que cambia la carga eléctrica de las partículas (coloides) y por lo tanto las hace susceptibles para la agregación. La floculación es el segundo proceso de obtener la mezcla coagulada para formar flóculos mayores. Mientras las partículas están sedimentando también están floculando y así aumentan en tamaño y en masa durante la sedimentación.
2 Coagulación
La materia particulada en suspensión tiene una gama de tamaños de 10-7 a 10-1mm. Los coloides de
arcilla inorgánicos oscilan en tamaño de 10-6 a 10-3mm. y forman el componente mayoritario de las partículas en suspensión, el componente minoritario constituyen los microorganismos y los coloides
orgánicos. La mayoría de las partículas en suspensión tiene una carga negativa, esto significa que se repelen unas a otras y así se mantienen en suspensión, las partículas que se mantienen en suspensión se dicen que son estables, el coagulante aporta iones con carga positiva, cambia la carga electrostática y de este modo quedan desestabilizadas, se atraen unas a otras, se aglomeran y decantan.
Es esencial el tratamiento previo del agua con algún coagulante, no solo para eliminar por sedimentación gran parte de la materia en suspensión, sino porque las partículas coloidales
en suspensión y las bacterias forman una sustancia gelatinosa que se adhiere a los granos de arena.
Los coagulantes químicos se añaden al agua bruta y se lleva a cabo una mezcla rápida durante un breve periodo (20 a 60 s). Esto se hace en tanques, con el objetivo de formar un microflóculo. Este se produce como resultado de la desestabilización de las impurezas inicialmente estables en suspensión.
Los tres coagulantes químicos mas conocidos son:
- Sulfato de aluminio (alumina)
- Sulfato ferroso
- Cloruro férrico
3 Floculación
Habiéndose formado el microflóculo ( que aun no es muy sedimentable), el objetivo entonces es producir un flóculo de tamaño adecuado que pueda sedimentar por gravedad.
El proceso siguiente es someter la solución de microflóculo a un proceso de Floculación lenta. Esto se lleva acabo en depósitos durante un periodo de tiempo de 20 a 60min a velocidades de agitación muy lentas. Si el rotor del mezclador de floculación va demasiado rápido, hay riesgo de romper el microflóculo inicial y así invalidar el proceso.
Dependiendo de la calidad del agua bruta, la formación del microflóculo puede ser inadecuada solo con coagulantes químicos y puede precisar de ayudas a la coagulación, también conocidos como polielectrolitos, estos se añaden después del coagulante en una pequeña cuba de mezcla rápida y antes
del mezclado para floculación.
La cantidad de coagulante químico y/o polielectrolito necesaria para una cantidad concreta de agua bruta se puede determinar mediante el ensayo de coagulación (conocido como
Prueba de Jarras o Jar test) en laboratorio.
El aparato de Jar Test se muestra en la Figura esta compuesto por varios vasos de laboratorio de un litro con muestras del agua bruta. A cada uno se le añade una cantidad distinta y creciente de coagulante y le sigue una mezcla rápida durante 20 a 60s. Se dejan sedimentar las muestras, y la muestra con las mejores características de sedimentación se selecciona como coagulante. Después de una serie de ensayos, es posible determinar la combinación de mejor dosis de coagulante y polielectrolito que facilita el tamaño optimo del floculo
