2. TRATAMIENTO DE AGUAS
OBJETIVO
Fijar las especificaciones que deben
cumplir las aguas que se utilizan en las
embotelladoras para uso general así
como para las calderas y los circuitos
de refrigeración.
3. TRATAMIENTO DE AGUAS
La Tierra contiene aproximadamente 1,4
millones de kilómetros cúbicos de agua.
97,4 por ciento de ella es agua de mar o
agua salada.
Tres cuartas partes del 2,6 por ciento
restante están encerradas en casquetes
polares y glaciares.
El agua dulce disponible se reduce al
0,001 por ciento del total
4. TRATAMIENTO DE AGUAS
Las aguas subterráneas o freáticas
Constituyen el 97 por ciento de toda el
agua dulce del planeta, excluyendo el
agua contenida en los casquetes polares.
Por lo menos 1.500 millones de
habitantes en todo el mundo dependen de
ella para su abastecimiento de agua
potable, por lo que resulta un recurso
fundamental para la vida humana y para el
desarrollo económico
5. TRATAMIENTO DE AGUAS
Si dividimos esta cantidad por el número
total de habitantes del planeta puede
parecer que se trata de una cantidad
suficiente para cubrir todas las
necesidades fundamentales para la
supervivencia humana.
Se estima que hay agua dulce suficiente
para abastecer a unos 20.000 millones de
habitantes
6. TRATAMIENTO DE AGUAS
En 1990, 20 países sufrían escasez de
agua. En 1996, ya eran 26 (230 millones de
personas) .
El número de países con problemas de
agua puede elevarse a 41 en el año 2020.
El Programa de las Naciones Unidas para
el Medio Ambiente (PNUMA) calcula que
de aquí al año 2027, aproximadamente un
tercio de los habitantes del mundo sufrirá
escasez de agua.
7. TRATAMIENTO DE AGUAS
Las razones para ello son evidentes:
la mayor demanda sobre los recursos de
agua dulce provocada por las crecientes
poblaciones humanas;
el empeoramiento de la calidad de los
recursos acuíferos existentes debido a la
contaminación y las necesidades creadas
por la dinámica expansión industrial y
agrícola
8. TRATAMIENTO DE AGUAS
El agua puede encontrarse en la naturaleza
en sus tres estados, sólido, líquido y gas,
pudiendo existir en un momento dado en
equilibrio entre sus tres formas.
El hielo tiene una densidad inferior a la del
agua líquida, (0.92 veces)
El calor específico del agua es muy alto
(1 cal/gr.ºC)
El calor latente de vaporización del agua es
muy grande: a 20ºC hay que comunicar 585
cal. para evaporar un gramo de agua
9. TRATAMIENTO DE AGUAS
La conductividad térmica del agua es la
mayor de todos los líquidos, con la única
excepción del mercurio.
La estructura molecular del agua es un
dipolo: su constante dieléctrica es muy
alta, mayor que para cualquier otro
líquido, lo que le confiere la propiedad de
disolver cualquier sustancia aunque sea
en cantidades extremadamente pequeñas.
Ello hace que el agua no sea nunca
químicamente pura, llevando siempre
diversas sustancias, como gases, sales o
grasas, disueltas.
10. TRATAMIENTO DE AGUAS
El agua es débilmente ionizable,
conteniendo siempre algunos iones
hidrógeno, dando un pH próximo a 6.
Este conjunto de propiedades es lo que
hace que el agua sea un excelente
disolvente de sales y gases, y por ello es
causa de problemas de incrustaciones,
sedimentos, corrosiones y picaduras en
las tuberías y calderas, cuya prevención
exige tratamientos específicos para cada
instalación en función del tipo de agua
que se utiliza y del fin a que se destina.
12. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
TURBIEDAD.
Obstrucción optica de la luz a travez de una
muestra de agua.
Se produce por materia inorgánica u orgánica
insoluble en suspensión.
Se mide en unidades estandar de una escala
arbitraria:
1 unidad = absorción optica de la luz causada
por 1ppm de sílice insoluble en agua destilada.
Se retira por coagulación, sedimentación y
filtración.
13. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
COLOR
Aparente: Se debe a sustancias solubles y
suspendidas.
Verdadero: Se debe sólo a presencia de
sustancias solubles.
Se mide por comparación de su intensidad
con un estandar.
1 Unidad de color = Color de 1 ppm de
cloroplatinato de potasio en agua destilada.
Se elimina por: Coagulación, filtración,
cloración, adsorción por carbón.
14. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
ALCALINIDAD
Es la medida de los constituyentes básicos
del agua.
Hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos.
Formación de espuma y generan arrastre de
sólidos con el vapor en las calderas.
Provocan fragilidad caustica en los tubos de
las calderas.
Los bicarbonatos y carbonatos forman CO2
en el vapor ocacionando corrosión
15. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
Se elimina por: Tratamiento con cal y
cal soda ash, tratamiento ácido,
desmineralización, desalcalinización por
intercambio iónico, destilación.
Alcalinidad a la fenoltaleina:
OH- + H+ H2O
CO3
= + H+ HCO3
- F.F
Alcalinidad al metil naranja:
HCO- + H+ H2O + CO2 M.N.
17. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
DUREZA
Presencia de sales de calcio, magnesio,
hierro, aluminio y manganeso.
Fuente de incrustaciones en equipos de
intercambio de calor, calderas, tuberías, etc.
Las aguas de alta dureza son menos
corrosivas que las blandas, pero por
calentamiento precipitan carbonatos y
sulfatos, ocacionando incrustaciones.
18. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
Dureza de carbonatos o temporal: Se debe a
bicarbonatos. Se reduce por ebullición.
Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O
Dureza de no-carbonatos o permanente: Se
debe a la presnecia de sulfatos, cloruros o
nitratos. No se reduce por ebullición.
Se elimina por: Ablandamiento, destilación,
proceso cal soda.
19. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
DUREZA CLASIFICACION
Menos de 15 ppm CaCO3 Muy blanda
15-50 ppm CaCO3 Blanda
50-100 ppm CaCO3 Medianamente blanda
100-200 ppm CaCO3 Dura
Más de 200 ppm CaCO3 Muy dura
20. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
MN = DZT Todas las bases estan como
sales de calcio y magnesio.
MN > DzT Hay sales básicas de Na y K
Toda la dureza está en forma de carbonatos.
MN < DzT Hay sales de Ca y Mg que no
son carbonatos.
Dz Carbonatos = MN
Dz no Carbonatos = DzT - MN
21. Desmineralización
Ca SO4 Ca H2SO4
Mg 2Cl + 2HZ Z Mg + 2HCL
2Na 2HCO3 2Na 2H2CO3
2NO3 2HNO3
H2SO4 SO4
2HCL +2 ZOH Z 2Cl + 2H2O
2HNO3 2NO3
Resina Catiónica
Resina Aniónica
22. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
SALES DE SODIO Y POTASIO
Son extremadamente solubles, no se
depositan sino en concentraciones muy altas.
No causan problemas en usos doméstico o
industrial, a menos que se desee calidad de
agua destilada.
23. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
SILICE
En las aguas naturales se encuentra sílice en
solución hasta unas 100 ppm.
Forma incrustaciones muy duras en las
calderas de alta presión y en los sistemas de
enfriamiento de agua.
Es arrastrada por el vapor y forma depósitos
vidriosos en las turbinas.
Se elimina por intercambio con resinas
aniónicas de base fuerte, destilación y
proceso cal- soda.
24. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
AMONIACO, NITRITOS Y NITRATOS
La presencia de pequeñas cantidades
(trazas), no es peligrosa, pero indica reciente
contaminación. Por lo que estas sustancias,
son de significado considerable en una
evaluación biológica de agua.
El amoniaco acasiona corrosión en las
aleaciones de cobre y zinc por la formación
de ion complejo soluble.
25. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
HIERRO
Se encuentra en todas las aguas naturales.
Se presenta, en general en cuatro formas:
1. Bicarbonato ferroso, incoloro, en aguas de
pozos profundos.
2. Hidróxido férrico, proveniente de la
corrosión de tuberías o por precipitación
ocasionada por aireación de agua de pozos.
3. Hierro soluble en forma orgánica o
coloidal.
4. Sulfato ferroso producto de contaminación
industrial.
26. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
SULFURO DE HIDRÓGENO
Producto de acción bacterial sobre materia
orgánica en condición anaeróbica.
Corrosivo para la mayoría de los metales.
DIOXIDO DE CARBONO
Ocasiona corrosión en las tuberías de agua y
lineas de condensados y vapor.
Se encuentra en la mayoría de aguas
naturales. El agua lluvia contiene de 0.5 a 2
ppm
27. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
OXIGENO
Ocasiona corrosión en las lineas de
conducción de agua, intercambiadores de
calor, calderas, lineas de retorno de
condensados etc..
Se elimina por: Desaireación, sulfito de sodio,
inhibidores de corrosión.
28. SUSTANCIAS DISUELTAS
EN EL AGUA
OTRAS SUSTANCIAS MÁS COMUNES
DISUELTAS EN EL AGUA
Metales como: aluminio, manganeso, cromo,
cobalto etc.. Los cuales son de importancia
para procesos industriales específicos.
Se deben cuantificar para verificar que no
esten en niveles no permisibles, según el uso
del agua.
29. PROCESOS DE
PURIFICACION
Dependen del uso y de las características del
agua.
Propósito: Eliminar impurezas suspendidas o
disueltas
Eliminar o inactivar bacterias
31. TRATAMIENTOS
AIREACIÓN
1. Introducir oxígeno al agua. Eliminar hierro
y manganeso.
4Fe(HCO3)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3+8CO2
2Mn(HCO3)2+O2 2MnO2+4CO2+2H2O
2. Permitir escapes de gases disueltos,
CO2,H2S.
3. Disminuir sabores y aromas
El agua debe tener 7 a 10 ppm de O2
disuelto, CO2 de 3 a 5 ppm y Cero de H2S.
32. TRATAMIENTOS
SEDIMENTACION
Permitir el asentamiento natural de las
partículas en tanque llamados desarena-
dores.
Reduce el consumo de reactivos floculantes.
Vsed. = 18.5D2(S1-S2)/Z D= Diámetro Part.
S1= Dens. Part.
S2= Dens. Fl.
Z= Viscos. Fl.
33. TRATAMIENTOS
CLARIFICACION
Objeto: Transformar los sólidos
suspendidos, sólidos finamente
divididos y materiales coloidales en
partículas grandes facilmente
removibles.
.
34. TRATAMIENTOS
La coagulación, del latín coagulare que
significa solidificar lo líquido, es por
definición, el fenómeno de
desestabilización de las partículas
coloidales, que se puede conseguir por
medio de la neutralización de sus
cargas eléctricas negativas. Este
proceso es producto de la adición de un
reactivo químico llamado coagulante
35. TRATAMIENTOS
La coagulación óptima ocurre cuando el
potencial Zeta es cero, a esto se llama
el punto isoeléctrico. Sin embargo, en la
práctica esto no ocurre, sino que se
obtiene a valores de +/- 0.5 mV.
36. TRATAMIENTOS
Se da el nombre de potencial Z a la
diferencia de potencial entre la
superficie que separa la parte fija y el
seno del líquido. Z es un potencial
electrocinético, por oposición al
potencial termodinámico E, calculable
por la fórmula de Nernst.
37. TRATAMIENTOS
FLOCULACION
Se inicia cuando las partículas neutralizadas
se agrupan creciendo su tamaño.
Para esto se requiere agitación suave y
tiempo de retención para permitir el
crecimento de las partículas.
38. TRATAMIENTOS
Floculación del latín floculare, que significa
formador de flóculos, es el siguiente estado
de formación después de la
desestabilización, y consiste en agrupar las
partículas descargadas para aglomerarlas.
En contraste con la coagulación, donde la
fuerza primaria es electrostática, o
interionica, la floculación ocurre por la
formación de un puente químico o por la
creación de una red física (Metcalf & Eddy,
1979)
39. TRATAMIENTOS
La coagulación-floculación remueve sólidos
orgánicos e inorgánicos. Su mayor dificultad
de aplicación es con la materia orgánica,
debido a la amplia gama de componentes
que tienen un amplio intervalo de tamaños
moleculares. Se considera que las moléculas
orgánicas con alto peso molecular (104) son
removidas con hierro o aluminio, si se
emplea el pH y dosis óptima; pero partículas
con peso molecular inferiores a 1000 o 1500,
según su naturaleza química, prácticamente
no son removidas
41. TRATAMIENTOS
Reacciones del aluminio o hierro con la alcalinidad
natural o agregada del agua, para formar flocs de
hidróxidos:
Al2(SO4)3 + 6NaHCO3 3Na2SO4+2Al(OH)3+6CO2
Fe2(SO4)3+ 6NaHCO3 3Na2SO4+2Fe(OH)3+6CO2
Na2Al2O4 + 4H2O 2NaOH + 2Al(OH)3
El sulfato ferroso debe ser oxidado previamente, para
lo cual se rquiere cloración o Ph>8.0.
42. TRATAMIENTOS
Alumbre: Al2(SO4)3.18H2O
Reacciona con la alcalinidad formando Al(OH)3.
Este hidróxido es insoluble en un rango de Ph de
5.7 a 7.5.
Presenta comportamiento anfótero: Se disuelve y
ioniza como un ácido positivo a Ph<5.7 y como
compuesto alcalino a Ph>7.5.
1ppm de alumbre disminuye 0.45ppm de
alcalinidad natural. (Aprox.)
43. TRATAMIENTOS
Si la alcalinidad es baja, se debe agregar cal
o soda ash.(0.4ppm-0.5ppm/ppm alumbre
que exceda el balance con la alcalinidad
natural.)
Aguas con alcalinidad < 100 ppm, floculan
mejor a Ph 5.7 a 7.0
Aguas con alcalinidad > 100 ppm, floculan
mejor a Ph 7.0 a 7.5
45. TRATAMIENTOS
En términos cuantitativos, las reacciones
anteriores expresan lo siguiente:
1 mg/L de aluminio reacciona con
- 0.5 mg/L de alcalinidad natural, expresada
como CaCO3
- 0.33 mg/L de cal viva como CaO
- 0.39 mg/L de cal hidratada como Ca(OH)2
- 0.54 mg/L de soda ash como CaCO3
46. TRATAMIENTOS
Aluminato de sodio Na2Al2O4
Es oxido de aluminio estabilizado con soda
caustica.
Es importante cuando se requiere ablandar
aguas duras.
Combinado con alumbre se aplica para
remover color.
Se emplea con cal y soda ash en procesos
de ablandamiento a alto Ph.
47. TRATAMIENTOS
Sulfato ferroso FeSO4.7H2O
Es usado con cloro para oxidarlo a sulfato
férrico y a cloruro férrico.
6FeSO4 + 3Cl2 2Fe2(SO4)3 + 2FeCl3
Su mejor acción ocurre a Ph 8.5 a 11.0
48. TRATAMIENTOS
Sulfato férrico Fe2(SO4)3
Trabaja bien en aguas de alta turbiedad.
Rango de Ph 4.0 a 11.0, siendo el Ph optimo
8.0.
Remueve color a bajos pHs.
50. TRATAMIENTOS
Cloruro férrico FeCl3
Usado especialmente para la clarificación de
aguas de desecho.
Se emplea en floculadores continuos.
Se comporta bien a Ph 5.0.
Remueve color a Ph entre 3.8 a 4.7
2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3+3CaCl2
+ 6CO2
2FeCl3 +3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + CaCl2
51. TRATAMIENTOS
1 mg/L de Cloruro férrico reacciona con:
- 0.92 mg/L de alcalinidad natural,
expresada como CaCO3
- 0.72 mg/L de cal hidratada
La carga del flóculo es positiva en la
zona ácida y negativa en la alcalina,
con una mezcla de cargas en el
intervalo 6.5 a 8.
52. TRATAMIENTOS
Hidroxicloruro de Aluminio Al2(OH)5Cl2.5H2O
Tiene mayor capacidad coagulante que las sales
de aluminio simples. Requiere menores dosis.
Su capacidad coagulante no es afectada por la
temperatura.
Se emplea en aguas de turbiedad insual- mente
alta.
Su floc es de precipitación rápida. Modifica
menos el Ph que el alumbre.
Su Ph de trabajo está entre 7.0 a 9.0.
53. TRATAMIENTOS
El PAC, o policloruro de aluminio, es muy
empleado en Europa para el tratamiento de
aguas y en la producción de papel. Los
diferentes PACs elaborados se tipifican por
tres parámetros:
a) Contenido de aluminio, expresado en % de
Al2O3.
b) Contenido de sulfatos, expresado en %
SO4.
c) Contenido de hidróxido, expresado en
basicidad.
54. TRATAMIENTOS
Con este último parámetro se clasifican
diferentes grupos;
El más importante es el que tiene de 50-60%
de basicidad, conteniendo del 8 al 10% de
Al2O3, con 0.2% de Calcio y 2.7% de sulfatos.
El segundo grupo con una basicidad de 40 a
50%, 16.5 a 17.5% de Al2O3, que no
contienen sulfato, calcio ni sodio.
55. TRATAMIENTOS
CAL Ca(OH)2
La cal es un producto barato y fácilmente
accesible, por lo que se emplea con
frecuencia en el tratamiento del agua. Sin
embargo la cal no es un coagulante
verdadero, ya que su eficiencia se debe a la
reacción con la alcalinidad de bicarbonatos,
para precipitar carbonato de calcio, o con los
ortofosfatos para precipitar hidroapatita
cálcica.
La desventaja de tratar el agua con cal, es
que genera un pH elevado
56. TRATAMIENTOS
FILTRO DE ARENA
– Capas de soporte (Gravas).
– Medio filtrante: Arena gruesa + fina 60 cm.
– Rata de filtración: 4 a 5 GPM/pie2
– Retrolavados - 10 GPM/pie2.
– Desinfección con vapor y ácido fosfórico.
– Mantenimiento de los lechos.
57. TRATAMIENTOS
Especificaciones de un lecho filtrante:
Tamaño efectivo: Tamaño teórico de una
malla en mm, a través de la cual pasa el 10%
en peso de la arena.
Arena fina 0.35 – 0.45 mm
Arena media 0.45 - 0.55 mm (más utilizada)
Arena gruesa > 055 mm
Coeficiente de uniformidad.
mm Malla pasa 60%/mm Malla pasa 10%
58. FILTRO DE ARENA
Salida agua
Entrada agua
Arena Fina
Arena Gruesa
Grava Fina
Grava Media
Grava Gruesa
60%
61. TRATAMIENTOS
FILTRO DE CARBON
– Capas de soporte (Gravas).
– Medio filtrante: Carbón 60-100 cm.
– Rata de filtración: 4 a 5 GPM/pie2.
– Prueba organoléptica.
– Retrolavados diarios.
– Desinfección con vapor y ácido fosfórico.
– Mantenimiento de los lechos.
62. FILTRO DE CARBON
Salida agua
Entrada agua
Carbón Granulado
Arena Gruesa
Grava Fina
Grava Media
Grava Gruesa
60%
63. TRATAMIENTOS
FILTROS PULIDORES
– TIPOS DE FILTROS.
Poro no fijo: Bobinas, fieltro estopas,
etc. El tamaño de poro aumenta con
presión diferencial
De poro fijo: Filtros de Polipropileno,
Polisulfona, celulosa, fibra de vidrio.
Tamaño de poro estable.
– GRADO DE FILTRACION.
Nominal: retención del 98%
Absoluta: retención 99.9%
64. DESINFECCION
CLORACION
El cloro se hidroliza en el agua así:
Cl2 + H2O HOCl + HCl
El ácido hipocloroso se ioniza:
HOCl H+ + OCL-
El agente oxidante primario es el ácido
hipocloroso y en mucho menor grado el ión
hipoclorito.
65. DESINFECCION
Sustancias que influyen en la cloración:
Sólidos suspendidos: Crean barrera.
Materia orgánica: Reacciona con el cloro.
Amoniaco: Forma cloraminas (mono, di, tri),
de propiedades desinfectantes bajas.
Ph y alcalinidad: Aguas de baja alcalinidad y
bajo Ph son más fáciles para desinfectar.
Nitritos: Reaccionan con el cloro libre lo
eliminan. Producen color falso con ortoto –
lidina.
Manganeso y hierro > 1 ppm interfieren la
determinación.
66. Curva de Demanda de cloro.
. Cloro residual deseado
Cloro residual
ppm
Cloro agregado ppm
o
S
N
C
B
A
D
OA= Cloro residual combinado
A,B= Puntos de quiebre
BC= Cloro residual libre
N= Demanda de Cloro
ON= Cloro agregado para la demanda necesaria
NS= Cloro agregado que permanece como residual
67. DESINFECCION
CLORO OZONO
Olor Desagradable Limpio (oxígeno)
Sabor Desagradable Ninguno
Color Amarillento Incoloro
Poder oxidante Bueno Inferior sólo al fluor
Antiviral Casi nula Excelente
Antibacteriana Variable Espectro muy amplio
Algas y protozoos Débil Elevada
Hongos Débil Elevada
Esporas y quistes Débil Elevada
Fenoles,deterg. Débil Elevada
Olores y sabores Nula Elevada
Reacción cloraminas oxigenación del
clorofenoles, etc agua.
68. DESINFECCION
Prácticas de desinfección en los Estados
Unidos
Desinfectante Porcentaje*
Gas cloro 87,0
Ningún amoníaco 67,0
Amoníaco agregado 20,0
Cloro e hipoclorito 4,5
69. DESINFECCION
Desinfectante Porcentaje
Cloro y dióxido de cloro 3,0
Cloro y dióxido de cloro y Nitrógeno
amoniacal 1,5
Hipoclorito 1,5
Cloro e hipoclorito y Nitrógeno
Amoniacal 0,75
Cloro y dióxido de cloro e Hipoclorito 0,37
[Subtotal: usan los desinfectantes
basados en cloro] 98,6
Ozono 0,37
70. DESINFECCION
OTROS METODOS DE DESINFECCION
Ion plata: Adición de 0.1 ppm
Irradiación UV = El rango más eficiente está
entre 250 y 280 nm.
Oxidación anódica= Retira la energía libre de
la sustancia biológica por la aplicación de
una corriente eléctrica equivalente. Genera
oxígeno atómico libre que produce la
esterilización.
Filtración estéril: Sistemas de ultrafiltros
hasta 0.2 micras absolutas.
75. Agua circuitos enfriamiento
El agua del circuito de enfriamiento de
máquinas y la utilizada en los circuitos
cerrados de los condensadores evaporativos
de los sistemas de amoníaco , deben cumplir
los siguientes requisitos:
– La compensación (Make-up) debe realizarse con
agua suavizada, la cual tiene la misma
especificación del agua suavizada para calderas.
– El agua del circuito, tomada de la purga continua
del sistema, debe mantener el Indice de
Estabilidad de Ryznar entre 6.0 y 7.0
76. Indice de Estabilidad de
Ryznar
Es un valor adimensional, que indica la
tendencia del agua a ser corrosiva o
incrustante. Está definido por la ecuación:
I.R. = 2 pHs – pH
pHs: pH de saturación de carbonatos. Es un
valor empírico calculado en función de la
temperatura del agua, su alcalinidad total, su
dureza al calcio y los sólidos totales de la
misma.
pH :es el potencial de hidrógeno del agua
77. Indice de Estabilidad de
Ryznar
pHs = 9.3 + (A+B) – (C+D)
A = f(sólidos totales) [ 0.1-0.2]
B = f(temperatura) [ 2.6-1.2]
C = f(dureza al calcio) [ 0.6-2.6]
D = f(alcalinidad total) [ 1.0-3.0]
Si el I.R. es mayor de 7, se dice que
al agua tiene tendencia corrosiva; si
es menor de 6, la tendencia será
incrustante. En consecuencia, el I.R.
debe mantenerse entre 6 y 7.