Este documento trata sobre la potabilización del agua para consumo humano. Explica conceptos como agua potable, calidad del agua, características físicas y químicas del agua, características microbiológicas, plantas de tratamiento, procesos de coagulación, floculación y sedimentación. También describe los diferentes tipos de unidades utilizadas en cada proceso como mezcladores, floculadores de flujo horizontal y vertical.

1. INGENIERIA SANITARIA IIUNIDAD 1:POTABILIZACIÓN DEL AGUA PARA CONSUMO HUMANOING. MOISES SUAREZ.

2. ¿Qué es el Agua Potable?Es considerada agua potable, o más precisamente agua apta para el consumo humano, toda agua, natural o producida por un tratamiento de potabilización que cumpla con las Normas de calidad establecidas para tal fin.CALIDAD DEL AGUAA pesar de la definición química del agua como una sustancia constituida exclusivamente por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, en la naturaleza no se encuentra nunca en ese grado de pureza sino que está siempre impurificada con una serie de componentes inorgánicos y orgánicos.

3. CONSUMO HUMANODebe cumplir con dos condiciones principales: Ser sanitariamente segura y agradable a los sentidos. Para ser sanitariamente segura debe estar libre de contaminación y por tanto incapaz de infectar a los consumidores.FUENTE POTENCIALES DEL AGUAAguas superficiales (lagos, ríos, embalses, quebradas)

4. Aguas subterráneas (son aguas claras)

5. Agua de lluvias

6. Agua de mares (es impotable debido a la gran cantidad de sales)

7. CARACTERISTICAS FISICAS DEL AGUATurbidez: Es la propiedad de una muestra de agua para disipar y absorver la luz en vez de transmitirla en línea recta. Esta constituida por particulas no solubles como: arcilla, materia organida, coliformes, etc. Se expresa en U.T y se mide mediante el turbidímetro.

8. Color:Lequita transparencia al agua. Su origen es vegetal o por desechos agrícolas o industriales.

9. Olor y Sabor: Su presencia puede causar rechazo por el consumidor. Se debe a la descomposición de la materia orgánica y otras sustancias de origen industrial o por la presencia de elementos químicos.

10. Temperatura: Influye en el metabolismos de las especies.CARACTERISTICAS QUIMICAS DEL AGUAPotencial Hidrógeno (P.H): Medida de acidez o alcalinidad del agua. Se presenta en una escala del 0 al 14. Los valores del p.h menor que 7 indican acidez y los mayores a 7 indican alcalinidad.

11. Acidez: Es la capacidad del agua de neutralizar la alcalinidad.

12. Alcalinidad: Capacidad del agua para neutralizar la acidez. Se debe a la presencia de carbonatos,calcio,Mg,etc.

13. Dureza: Se debe a la presencia de sales de Ca y Mg.

14. Hierro y Manganeso: Produce mal sabor y un color rojizo.

15. Cloruros: Se presentan en forma de NaCl o sal común.

16. Sustancias Tóxicas: Una de estas son el arsénico presente en aguas subterráneas, altamente cancerígeno y dañino para la salud humana.CARACTERISTICAS MICROBIOLOGICASLos microorganismos constituyen la parte biológica de la contaminación del agua y han sido causa de las grandes epidemias como el cólera. Dentro de estos microorganismos se encuentran las bacterias,algas, hongos, etc.BACTERIAS: Son pequeños microorganismos unicelulares que causan enfermedades en el hombre. Las bacterias parásitas necesitas de cuerpos vivos para poder sobrevivir. Escherichia Coli habita en el tramo intestinal del hombre. Un ser humano adulto elimina en cada evacuación millones de estas bacterias. Dichas eses fecales al llegar al agua, causa contaminación y enfermedades como: diarreas, vómitos, etc.CALIDAD BACTERIOLOGICA: Para controlar las bacterias patógenas, se recomienda a organismos indicadores de contaminación de origen fecal, estos organismos se denominas BACTERIAS COLIFORMES, son fácilmente detectables y se miden en NMP/100ml (Número más probable de coliformes en el agua).

17. El proceso de tratamiento a utilizar estará en dependencia de la cantidad de coliformes presentes en la muestra de agua.PLANTAS DE TRATAMIENTO DEL AGUAUna planta de tratamiento es una secuencia de operaciones o procesos unitarios convenientemente seleccionados con el fin de remover totalmente los contaminantes microbiológicos presentes en el agua cruda y parcialmente los físicos y químicos, hasta llevarlos a los límites aceptables.Operaciones Unitarias: son aquellas donde se aplican predominantes fuerzas físicas como: mezclado, floculación, sedimentación,etc.Procesos Unitarios: son aquellos medios de tratamientos en los que se adicionan productos químicos o por actividad biológica. Ejemplo: coagulación, ablandamiento, oxidación biológica.

19. TIPOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTODe acuerdo a los procesos que la conforman se clasifican en : Filtración rápida y Filtración Lenta. De acuerdo a la tecnología utilizada se clasifican en: plantas convencionales antiguas, plantas convencionales de tecnología apropiada y plantas de tecnología importada o patentada.En Nicaragua el tipo más usado es la Planta de Filtración Rápida Completa de Tecnología Apropiada (CEPIS). Esta conformada por los siguientes procesos y operaciones unitari@s:COAGULACION

20. FLOCULACION

21. SEDIMENTACION

22. FILTRACION Y

23. DESINFECCIÓN O CLORACIÓNCOAGULACIÓNEs el proceso mediante el cual los coagulantes son adicionados al agua reduciendo las fuerzas que mantienes separados a las partículas en suspensión (coliformes fecales y otros). Una vez desestabilizadas las fuerzas de repulsión entre las partículas estas se unen y forman particulas más grandes llamados Flóculos, los cuales al ser más pesados se sedimentarán para luego ser removidos por filtración u otro proceso.

24. Con la coagulación se elimina la turbiedad y el color. Los coloides son las partículas que conforman la turbiedad y el color, son muy pequeñas difíciles de sedimentar.COAGULANTES: Son sustancias inorgánicas con propiedades coagulantes utilizados en el proceso de tratamiento. Dentro de éstas se encuentran las Sales de Hierro y Aluminio.Las sales de hierro forman flóculos más grandes los cuales se sedimentan más rápidos. Estas sales son más costosas para su aplicación continua. Ejemplo: Cloruro Férrico, Sulfato Ferroso.

25. Las Sales de aluminio forman flóculos ligeramente pesados, los más conocidos son el sultafo de aluminio, el sulfato de Al amoniacal y el aluminato de sodio. El Sulfato de Aluminio por su bajo costo y fácil aplicación en las plantas de tratamientos es el más usado en Nicaragua. Se conoce comúnmente como ALUMBRE.PROCESO DE COAGULACIONConsta de dos partes: La primera consiste en un proceso químico donde ocurre propiamente la desestabilización de las partículas coloidales mediante la adición de productos químicos.(COAGULANTES)La segunda parte es un proceso de mezclado de los coagulantes con el uso de una fuerte agitación o turbulencia del agua en un corto tiempo.(MEZCLA RAPIDA)

26. DOSIS DE COAGULACION Y CONCENTRACION DEL COLOIDELa dosis de coagulante está en función de la concentración de coloides. Una buena solución es del 1 al 3%. El coagulante se aplica donde ocurre la mayor turbulencia debido a que en ese punto se dará la mezcla rápida.Cuando se usan sales de Fe y Al, es aconsejable que la mezcla sea lo más corta y rápida posible, el tiempo de mezcla no debe ser mayor a 1 seg.La velocidad o intensidad de la mezcla debe ser mayor a 1000 s-1.

27. MEZCLADORESLa unidades que normalmente se utilizan para producir mezcla rápida son dos tipos:mecánicos e hidraúlicos.

28. MEZCLADORES

29. RESALTO HIDRAULICOEs una sobreelevación de la superficie libre del agua que fluye en un canal. Ocurre cuando en un tramo del canal se pasa del régimen Supercrítico a Subcrítico.F= Régimen CríticoF<1 Régimen SubcríticoF>1 Régimen Supercrítico

30. PARAMETROS DE DISEÑO PARA MEZCLA RAPIDAEl gradiente de velocidad “G” 1000 s-1≤ G ≤2000s-1Tiempo de retención de mezcla debe ser menor o igual a 1 segundo (T ≤ 1seg)Flujo debe ser estable para ello el Número de Froude debe estar en el siguiente rango 4.5 ≤ F ≤ 9

31. FLOCULACIONEl objetivo del floculador es proporcionar a la masa de agua coagulada una agitación lenta aplicando velocidades decrecientes, para promover el crecimiento de los flóculos y su conservación, hasta que la suspensión de agua y flóculos salga de la unidad. La energía que produce la agitación del agua puede ser de origen hidráulico o mecánico.FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESODosis de coagulante (El más usado es el alumbre entre 10 y 50 mg/l)

32. Calidad del agua.

33. Tiempo de floculación.

34. Gradiente de velocidad.CLASIFICACION DE LAS UNIDADES DE FLOCULACIONSegún la forma de aglomeración de partículas se clasifican en :Contacto Sólidos

35. Potencia o disipación de energía (Floculador de flujo horizontal y de flujo vertical).Según la energía que utilizan se dividen en:Mecánicos (Utilizan fuente de energía externa como un motor)

36. Hidráulicos (Utilizan la energía hidráulica )CRITERIOS DE SELECCIÓNLa selección del tipo de floculador esta influenciado por los siguientes factores:Tamaño de la instalación

37. Regularidad del caudal y período de operación.

38. Capacidad de operación y mantenimiento.

39. Costo

40. Disponibilidad de energíaPARÁMETROS Y RECOMENDACIONES GENERALES DEDISEÑOEl paso del mezclador al floculador debe ser instantáneo y deben evitarse los canales y las interconexiones largas.

41. Los gradientes de velocidad que optimizan el proceso normalmente varían entre 80 y 20 s-1. En todo caso en el primer tramo de la unidad el gradiente no debe ser mayor que el que se está produciendo en la interconexión entre el mezclador y el floculador.

42. El gradiente de velocidad debe variar en forma uniformemente decreciente, desde que la masa de agua ingresa a la unidad hasta que sale.

43. El tiempo de retención puede variar de 10 a 30 minutos, dependiendo del tipo de unidad y de la temperatura del agua.Para que el periodo de retención real de la unidad coincida con el de diseño, ella debe tener el mayor número posible de compartimientos o divisiones .

44. Pueden operar indefinidamente sin riesgos de interrupción, debido a que solo dependen de la energía hidráulica. Por esta razón, son muy confiables en su operación.

45. Por su bajo costo de construcción, operación y mantenimiento, se considera a los floculadores como una tecnología apropiada para países en desarrollo.Tanque del floculador dividido en cuatro compartimentos. Cada compartimento está a su vez dividido en pantallas para mayor retención del agua en el.

46. Unidades de flujo horizontalParámetros y recomendaciones de diseño:Recomendables para caudales menores de 50 litros por segundo.

47. En este tipo de unidades predomina el flujo de pistón, por lo que se consigue un buen ajuste del tiempo de retención.

48. Se pueden utilizar pantallas removibles de concreto prefabricadas, fibra de vidrio, madera, plástico, asbesto-cemento u otro material de bajo costo, disponible en el medio y que no constituya un riesgo de contaminación. De esta manera, se le da mayor flexibilidad.

49. Con pantallas de asbesto-cemento, se recomienda diseñar unidades de máximo un metro de profundidad útil, colocando las pantallas con la dimensión de 1,20 metros en el sentido vertical.

50. Si se usan pantallas de a s b e s t o - c e m e n t o onduladas, se consigue disminuir un poco la diferencia de gradientes de velocidad entre los canales y las vueltas . En este caso, se considera un coeficiente de fricción de n=0,03 para calcular la pérdida de carga en los canales. Cuando se utilicen placas de asbesto-cemento planas o de madera, los coeficientes deben ser 0,013 y 0,012, respectivamente.FLOCULADOR DE FLUJO HORIZONTAL

51. Unidades de flujo verticalEn este tipo de unidades el flujo sube y baja a través de canales verticales formados por las pantallas. Es una solución ideal para plantas de medianas a grandes, porque debido a la mayor profundidad que requieren estas unidades, ocupan áreas más reducidas que los canales de flujo horizontal. Otra ventaja importante es que el área de la unidad guarda proporción con respecto a los decantadores y filtros, con lo que resultan sistemas más compactos y mejor proporcionados. Cuando se emplean floculadores de flujo horizontal en plantas grandes, el área de los floculadores es mucho mayor que el área de todas las demás unidades juntas.

52. Parámetros y recomendaciones de diseño• Las unidades de flujo vertical son una solución recomendable para plantas de capacidad mayor de 50 litros por segundo.• Se proyectan para profundidades de 3 a 4 metros, por lo que ocupan un área menor que las unidades de flujo horizontal.• Los tabiques pueden ser de fibra de vidrio, prefabricados de concreto, de madera o de asbesto-cemento.

54. SEDIMENTACIONSe entiende por sedimentación ala remoción por efecto gravitacional de las partículas en suspensión presentes en el agua. Estas partículas deberán tener un peso específico mayor que el fluido. La remoción de partículas en suspensión en el agua puede conseguirse por sedimentación o filtración. De allí que ambos procesos se consideren como complementarios.La sedimentación es, en esencia, un fenómeno netamente físico y constituye uno de los procesos utilizados en el tratamiento del agua para conseguir su clarificación. Está relacionada exclusivamente con las propiedades de caída de las partículas en el agua. Cuando se produce sedimentación de una suspensión de partículas, el resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensión más concentrada.

55. ClasificaciónLas partículas en suspensión sedimentan en diferente forma, dependiendo de las características de las partículas. Es así que podemos referirnos a:Sedimentación de partículas discretas osedimentación simple: Se depositan manteniendo su forma este es el caso que ocurre en unidades llamadas DESARENADORES.Sedimentación inducida (partículas floculentas): Partículas floculentas son aquellas producidas por la aglomeración de partículascoloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes químicos (coagulantes).Las partículas se presentan principalmente en estado coloidal y es necesario añadirles coagulantes químicos y someterlas a procesos de coagulación y floculación para incrementar su tamaño o densidad antes del proceso de sedimentación.

56. El diámetro de los flóculos es variable desde menos de 0,001 mm hasta más de 5 mm, dependiendo de las condiciones de mezcla y floculación (gradientes de velocidad y tiempo de retención). Willcomb clasifica los flóculos por su tamaño, tal como se indica en la figura: