Mod 09

Capacitacin para la EPSA Boliviana

No. 9

Potabilizacin

Autor: Ph. Dr. Francisco Cuba Tern

Diciembre, 2003 La Paz - Bolivia

s i s t e m a

m o d u l a r

d e

c a p a c i t a c i n

Operaciones Tcnicas

Mdulo N 9 O&M en potabilizacin

PREFACIOProporcionar herramientas operativas sencillas y giles que faciliten el manejo de los sistemas de abastecimiento de agua potable y de alcantarillado sanitario con criterios de calidad, eficacia y eficiencia, constituye uno de los requisitos fundamentales para el fortalecimiento y la consolidacin especialmente de las pequeas y medianas empresas de servicio en el pas. Esta es una tarea requerida y fomentada por la Ley No. 2066 de Servicios de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario del 11 de abril 2000. En el marco de sus servicios de capacitacin, el SAS quiere dar a conocer guas prcticas que conduzcan al logro de la excelencia en la gestin de las entidades prestadoras de servicios de agua y alcantarillado sanitario. Asimismo pretende crear determinados conocimientos y competencias transversales mnimas que deberan existir por igual entre todos y cada uno de los funcionarios de esas entidades. Esta iniciativa puede contribuir a la reduccin de los consabidos efectos de los deficientes servicios de AP y ALC-S que atentan contra la salud y el medio ambiente y que forman parte de las causas estructurales de los problemas que vive Bolivia. El presente documento es uno de los textos didcticos de la serie de mdulos de capacitacin del Sistema Modular que el SAS viene preparando desde 1999. La forma de presentacin representa una innovacin didctica en el sector saneamiento bsico en el pas; todos los mdulos correspondern a un mismo concepto didctico y a un estilo uniforme de diagramacin. Deseamos que ste como todos los textos didcticos por publicar enriquezcan a capacitandos y docentes, sea en la situacin del curso como en el estudio individual.

Ing. Ronny Vega Mrquez Gerente General ANESAPA

Lic. Michael Rosenauer Coordinador del Programa de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario en Pequeas y Medianas Ciudades PROAPAC - GTZ

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NDICE GENERALPg. PREFACIO SIGLAS Y ABREVIACIONES UTILIZADAS INTRODUCCIN 1. MARCO GENERAL 1.1 Marco legal 1.1.1 Norma boliviana NB 512 de agua potable 1.1.2 Guas para la calidad del agua potable 1.2 Control de la calidad del agua potable 2. ANALISIS DE LABORATORIO 2.1 Determinacin de parmetros bsicos 2.1.1 Turbiedad o turbidez 2.1.2 pH 2.1.3 Slidos sedimentables 2.1.4 Cloracin 2.1.5 Coliformes 2.2 Interpretacin de los resultados 3. ESTUDIOS DE TRATABILIDAD 3.1 Dosis ptima de coagulante 3.2 Velocidad de sedimentacin de las partculas 3.3 Influencia del pH en la coagulacin 3.4 Eficiencia de la mezcla rpida, por ensayos de segregacin 3.5 Influencia de la concentracin de solucin de coagulantes 3.6 Gradiente y tiempo de retencin ptimos 3.7 Generalizacin de los datos de pruebas de jarras 4. PROCESOS UNITARIOS BSICOS 4.1 Introduccin 4.2 Canal de ingreso de agua cruda 4.3 Canal Parshall medicin de caudal y mezcla rpida 4.4 Floculacin 4.5 Canal de agua floculada 4.6 Decantadores o sedimentadores 4.6.1 Mtodos mecnicos 4.6.2 Mtodo hidrulico 4.7 Canal de agua decantada 4.8 Filtracin 4.8.1 Operacin de la unidad de filtracin rpida 4.9 Tanque de almacenamiento 4.10 Manejo de lodos 4.11 Desinfeccin 4.12 Vlvulas y compuertas 5. APLICACIN DE PRODUCTOS QUMICOS 5.1 Sulfato de aluminio 5.2 CalSISTEMA MODULAR 09-Potabilizacion-V1

2 5 6 7 7 7 8 9 11 11 12 14 15 16 19 23 25 25 32 34 35 36 37 39 41 41 43 43 44 45 46 48 50 51 51 52 62 62 64 65 67 67 68Pg. 3 de 85


5.3 Cloro 5.4 Resumen de actividades de operacin y mantenimiento ANEXOS Anexo 1: Formato de planificacin del mdulo (FPM) Anexo 2: Requisitos de calidad para agua potable Anexo 3: Anlisis bsicos recomendables Anexo 4: Glosario Anexo 5: Bibliografa

70 71 75 76 77 79 80 84

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SIGLAS Y ABREVIACIONES UTILIZADASC ALC ANESAPA AP Bq/l cap. cm3 CT DPD EDTA EPSA Fig. FPM FT GTZ HOCL hr IBNORCA l mg/l min Ml/l mv NB Nm NMP OCL O&M OPS/OMS prr. pHs R.M. Rpm SAS SB SISAB T T UCV UNT VSB grados centgrados Alcantarillado Asociacin Nacional de Empresas e Instituciones de Servicio de Agua Potable y Alcantarillado Agua Potable Bequerel por litro captulo (del Texto Tcnico en el presente documento) centmetro cbico Comisin Tcnica Dietil-p-fenilene diamina Etilendiaminotetractico Entidad Prestadora de Servicios de Agua y Alcantarillado Sanitario (antiguamente EPS) Figura Formato de Planificacin de Mdulos Fuerza de Tarea Deutsche Gesellschaft fr Technische Zusammenarbeit mbH (Cooperacin tcnica alemana) cido hipocloroso Hora Instituto boliviano de normalizacin y calidad Litro miligramo por litro Minuto mililitro por litro Milivoltio Norma boliviana Nanmetro Nmero mas probable Ion hipoclorito Operacin y mantenimiento Organizacin Panamericana de la Salud Organizacin Mundial de la Salud prrafo (de una seccin del presente documento) plural de pH Resolucin Ministerial Revoluciones por minuto Direccin de Servicios de Capacitacin y Asistencia Tcnica de ANESAPA (Servicios de Apoyo a la Sostenibilidad en Saneamiento Bsico) Saneamiento Bsico Superintendencia Sectorial de Saneamiento Bsico Temperatura Tiempo Unidad de Color Verdadero Unidad nefelomtrica de turbidez Viceministerio de Servicios Bsicos

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INTRODUCCINEl presente mdulo de Operacin y Mantenimiento de los Sistemas de Potabilizacin en sistemas de AP, responde al objetivo de fortalecer la capacidad de las EPSAs en el pas, e incluye diferentes temas de capacitacin, que han sido extrados, casi, en su totalidad de bibliografa de consulta actualizada, la cual se cita en el anexo correspondiente. Para desarrollar los temas del mdulo, se ha tomado como modelo una planta de tratamiento de agua convencional, en la cual se aplican productos qumicos. El alcance del mdulo comprende el marco legal que es aplicado en Bolivia, las caractersticas de la planta que se debe operar y mantener, los elementos del diseo de una planta de tratamiento, las caractersticas de la misma en relacin a la geografa, topografa, clima, calidad del agua a tratar en las diferentes estaciones del ao, las condiciones socio econmicas de la poblacin, el uso de la tecnologa de tratamiento y la disponibilidad de productos qumicos en el mercado. Asimismo, los anlisis de laboratorio de parmetros fsico y qumicos y las bases para la formulacin e interpretacin de los resultados. El grupo meta para la capacitacin, corresponde a todo el personal de las EPSAs, relacionado con el manejo de la planta de potabilizacin y con el control de calidad del agua. Previo a cerrar esta introduccin, se expresa un agradecimiento a los integrantes de la CT2 / FT2 quienes han aportado sugerencias al texto y al Ing. Denis Angulo Velarde, quien realiz una profunda revisin. Finalmente cabe agradecer a la Lic. Janett Ferrel Daz por su prolija labor de edicin tcnica del texto.

Ph. D. Francisco J. Cuba Tern Autor Fuerza de Tarea 2

M.Sc.Ing. Miguel Angel Figueroa Mariscal Redactor del texto didctico

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OPERAR Y MANTENER SISTEMAS DE POTABILIZACIN 1. MARCO GENERAL(1) En el agua de las diversas fuentes y regiones del mundo, se han identificado muchas sustancias orgnicas e inorgnicas en diferentes concentraciones, que en caso de ser consumidas pueden afectar a la salud de los pobladores. Estas sustancias deben ser controladas por diferentes procesos (de acuerdo a normas legales) para obtener la mejor calidad, desde la proteccin de la fuente de agua y de su contaminacin, hasta el tratamiento (potabilizacin) del agua contaminada, para hacerla apta para el consumo humano. Este proceso de tratamiento, a su vez, requiere de acciones de operacin y mantenimiento adecuados para mantener la calidad del agua. (2) Por tanto, el principal objetivo de la potabilizacin del agua, es la proteccin de la salud pblica, eliminando o reduciendo a una concentracin mnima los componentes peligrosos.

1.1

Marco legal(3) La necesidad de suministrar agua con calidad adecuada, determina que en cada pas se emitan normas que guen las acciones, para asegurar esta calidad y minimizar los riesgos para la salud de los habitantes. (4) El objetivo de este captulo es que el lector, tome conocimiento de los requisitos que debe cumplir el Agua Potable, los mismos que son controlados a travs del marco normativo que rige la calidad del agua para el abastecimiento pblico en Bolivia. Asimismo, conocer las acciones bsicas de operacin y mantenimiento de las unidades que conforman las plantas de tratamiento del agua destinada al abastecimiento pblico.

1.1.1 Norma boliviana NB 512 de agua potable(5) La Norma Boliviana NB 512/2003 Agua Potable Requisitos1, establece los siguientes parmetros: fsicoorganolpticos, fsico-qumicos, para la presencia de plaguicidas, radioactivos y bacteriolgicos, que debe cumplir el Agua Potable para la alimentacin de los seres humanos. a) Parmetros fsico-organolpticos. Son aquellos que pueden ser percibidos por los sentidos: color, olor, sabor, slidos1

Esta Norma se encuentra a disposicin en el IBNORCA.09-Potabilizacion-V1

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Cap. 1. MARCO GENERAL

disueltos y turbiedad. El olor y sabor no pueden ser medidos sino por la percepcin de los sentidos humanos, debiendo pasar los mismos el calificativo de aceptables. El resto de los parmetros fsicos tiene una unidad de medida propia. b) Parmetros fsicoqumicos. Estos parmetros permiten determinar la composicin ntima del agua y sus transformaciones, sus medidas se expresan en concentraciones de una determinada sustancia en una cierta cantidad de agua (peso/volumen). c) Parmetros que determinan la presencia de plaguicidas. Sus medidas se expresan tambin en concentracin (peso/volumen). d) Parmetros de radioactividad. Estos parmetros estn definidos por la forma de radioactividad: alfa y beta globales, la primera es la que ocasiona ms daos al ser humano y se presenta en el agua ingerida ms que las otras. Los istopos del radio 226, radio 228, uranio 238 y radn 222, torio 232, plomo 210 y polonio 210 causan problemas mutagnicos, somticos y carcinognicos. e) Parmetros bacteriolgicos. Permiten medir el grado de contaminacin por bacterias del agua producida, estos son: Coliformes totales. Expresan la presencia de organismos del grupo coliforme y otras bacterias no fecales que se hallan en el medio ambiente y que pueden multiplicarse en el AP. Su valor no deber ser mayor a 5 (NMP/100 ml) en todos los casos. El nmero de coliformes fecales, demuestra la presencia de Escherichia coli, el valor debe ser igual a 5 (NMP/100 ml) en todos los casos.Definicin

1.1.2 Guas para la calidad del agua potable(6) La Organizacin Mundial de la Para la determinacin de cada uno de Salud y la Organizacin Panamericana los parmetros (unidad de medida y de la Salud (OMS/OPS) establecen mximo aceptable) existen procedimientos valores gua, que representan el nivel estandarizados por el IBNORCA. mximo de un componente, estos garantizan que el agua sea agradable a los sentidos humanos y que no causen riesgo para la salud de los consumidores. (7) La Norma Tcnica de Diseo para Sistemas de AP, recomienda realizar por lo menos 19 anlisis del agua de la fuente, para que, en base a los resultados de estos anlisis, el diseo de la planta de tratamiento sea el ms adecuado.

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CODIGO

NOMBRE

NB-513-85 NB-514-85 NB-515-85 NB-516-85 NB-517-85 NB-518-85 NB-519-85 NB-520-85 NB-521-85 NB-522-85 NB-523-85 NB-524-85 NB-525-85 NB-526-85 NB-527-85 NB-528-85 NB-529-85 NB-530-85 NB-531-85 NB-532-85 NB-533-85 NB-534-85 NB-535-85 NB-536-85 NB-537-85 NB-538-85 NB-539-85

AP-Determinacin de Color AP-Determinacin de Turbiedad AP-Determinacin de Residuo Total AP-Determinacin de Alcalinidad AP-Determinacin de la dureza por titulacin con E.D.T.A. AP-Determinacin de pH por el mtodo del electrodo de cristal AP-Determinacin del Calcio por el mtodo titrimtrico del E.D.T.A. AP-Determinacin de cloruros por el mtodo de Mohr AP-Determinacin de hierro por el mtodo de la fenantrolina AP-Determinacin de manganeso por el mtodo del persulfato AP-Determinacin de sulfatos por el mtodo gravimtrico con calcinacin del resduo AP-Determinacin del ndice de Langelier AP-Determinacin del Bario por el mtodo de absorcin atmica AP-Determinacin del Cadmio por el mtodo de la ditizona I AP-Determinacin de Cianuros por el mtodo del in del electrodo especfico AP-Determinacin del Cloro residual libre por DPD Mtodo Clorimtrico AP-Determinacin del cobre por el mtodo del Cuprethol AP-Determinacin del Cromo-Cromo hexavalente por el mtodo colorimtrico AP-Determinacin de fluoruros por el mtodo del electrodo especfico AP-Determinacin de magnesio por el mtodo gravimtrico AP-Determinacin del mercurio por el mtodo de la ditizona AP-Determinacin de nitratos por el mtodo espectrofotomtrico ultravioleta AP-Determinacin de nitritos por el mtodo espectrofotomtrico sulfanilamida AP-Determinacin del plomo por el mtodo de la ditizona AP-Determinacin del Selenio por el mtodo de la diaminobencidina AP-Determinacin del Zinc por el mtodo de la ditizona AP-Determinacin del arsnico por el mtodo del dietilditiocarbonato de plata

Tabla 1: Anlisis de riesgo 2

1.2

Control de la calidad del agua potable(8) Es la verificacin continua de los parmetros del Agua Potable en todos los puntos del sistema de agua, desde la fuente hasta la red de distribucin. Conociendo la calidad del agua de la fuente y la calidad que sta debe alcanzar para ser potable, se determina el tipo de tratamiento que necesita para potabilizarla, si es que ya existen procesos definidos, se evala la efectividad de los mismos. El monitoreo debe realizarse, de acuerdo las normas establecidas para ello.

! ?2

1.

El principal objetivo de la potabilizacin del agua, es la proteccin de la salud pblica, eliminando o reduciendo a una concentracin mnima los componentes peligrosos

1. Cules son los parmetros que establece la NB 512? 2. Qu son los Coliformes Totales y Coliformes Fecales?

Fuente Propia09-Potabilizacion-V1

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Cap. 1. MARCO GENERAL

1. Cules anlisis ejecuta su EPSA para el control de calidad del agua Potable? 2. De la Norma NB-496 determine la cantidad de ensayos que debe realizar su EPSA. 1. Los ensayos bacteriolgicos requieren de mucha preparacin, material y equipo, pero son indispensables para garantizar la calidad del agua potable.

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2.

ANALISIS DE LABORATORIO(9) Para verificar que una planta de tratamiento esta proporcionando agua para consumo humano dentro de los parmetros de la Norma Boliviana es necesario realizar anlisis del agua en laboratorio. Este proceso debe ser cumplido en forma peridica con la determinacin completa de los parmetros. (10) A continuacin se describen la realizacin de anlisis y exmenes de muestras de agua de algunos parmetros, considerados bsicos y la interpretacin de sus resultados.

2.1

Determinacin de parmetros bsicos(11) Toda planta de tratamiento tiene caractersticas propias y esta diseada para modificar algunos parmetros (que se encuentran dentro de la norma), porque muchos de ellos varan continuamente, de esta manera se busca asegurar que el agua, despus del tratamiento se encuentre dentro de los valores gua. Existen parmetros cuyo control debe ser ejecutado en forma permanente en una planta de tratamiento: 1. En el caso de que la fuente sea de aguas superficiales, los parmetros que deben ser controlados son: a) Turbiedad b) pH c) Slidos Sedimentables d) Cloro residual e) Coliformes fecales y coliformes totales 2. Para aguas subterrneas se pueden controlar los mismos parmetros, sin embargo, debido a que generalmente estas aguas presentan mejor calidad que las superficiales, se debe disminuir la frecuencia de control de turbiedad y slidos sedimentables de acuerdo a las necesidades detectadas por los operadores del sistema. En algunos casos es importante realizar determinaciones de metales pesados y otros iones que puedan estar presentes en el agua cruda en forma disuelta. (12) Estos parmetros pueden ser determinados en los laboratorios de las plantas de tratamiento de las ciudades. En poblaciones intermedias o pequeas, se puede realizar mediante equipos porttiles o en pequeos laboratorios de las plantas de tratamiento. En caso de requerir la determinacin de

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Cap. 2. ANALISIS DE LABORATORIO

la totalidad de los parmetros, se puede enviar la muestra a los Institutos de Ingeniera Sanitaria o laboratorios certificados en el pas. (13) Se debe tener claro en la EPSA, que para la realizacin de cada uno de estos anlisis, es necesario contar con: equipos, reactivos y personal capacitado.

2.1.1 Turbiedad o turbidezDefinicin (14) Es una forma de expresar la propiedad o efecto ptico que tiene una muestra de agua de dispersar o absorber la luz en lugar de trasmitirla en lnea recta a travs de No es posible relacionar la ella, puede ser causada por una gran variedad turbiedad con la concentracin en de materiales en suspensin, que varan en peso de la materia suspendida. tamao, desde dispersiones coloidales hasta partculas gruesas.

(15) El mtodo nefelomtrico, es el ms utilizado porque mide la turbiedad comparando la intensidad de luz dispersada por la muestra, con la intensidad de luz dispersada por una suspensin estndar de referencia (patrn) y en especial aquella dispersada en ngulo recto, respecto al incidente por la muestra. A mayor intensidad de luz dispersada, mayor ser la turbiedad. Este mtodo es preferido por su gran precisin, sensibilidad y aplicacin sobre una gran cantidad de muestras, adems de evitar los errores de apreciacin personal. (16) La turbiedad es medida en Unidades Nefelomtricas de Turbidez (UNT). (17) El patrn de referencia es la formacina, que es un polmero resultante de la mezcla de Hidracina y Hexametilentetraamina cuya turbidez es de 40 unidades. (18) Los anlisis de turbiedad deben realizarse en el mismo da que se toma la muestra, si esto no es posible, se recomienda guardar la muestra en un lugar oscuro y preservarla agregando 1 gr de Hg Cl2 por cada litro de muestra. La muestra no se debe almacenar por mucho tiempo, porque los cambios de turbiedad son irreversibles. Todas las muestras deben ser fuertemente agitadas antes de su anlisis. Se puede realizar la medida de turbiedad a cualquier tipo de agua que est libre de restos y sedimentos gruesos, que puedan sedimentar con rapidez. (19) El equipo para medir la turbiedad, se denomina turbidmetro o nefelmetro, mide la luz que es dispersada con un ngulo de 90 y consta de: P. 12 de 81

Medicin de la Turbiedad

Muestras y Almacenaje

Equipo

Una fuente de luz para iluminar la muestra09-Potabilizacion-V1 SISTEMA MODULAR


Uno o ms detectores fotoelctricos sensibles a la intensidad de luz dispersa en ngulo recto con la luz incidente Tubos para contener la muestra de vidrio incoloro, los cuales deben permanecer escrupulosamente limpios sin rajaduras Protector de luz Grfica de calibracin con las unidades de turbiedad La muestra en el tubo no debe tener presencia de aire atrapado, ni debe ser sometida a vibraciones fuertes.Reactivos

(20) Los reactivos que se utilizan son: Agua libre de turbiedad, se debe filtrar el agua destilada a travs de un filtro con poros, no ms de 100 cm3. de filtrado. Suspensin patrn de formacina, disolver 1.0 g de sulfato de hidracina, (NH2)2. H2SO4, en agua destilada y diluir hasta los 100 cm3. En forma separada, disolver 10.0 g de hexametilen-tetra-amina, (CH2)6N4, en agua destilada y diluir hasta los 100 cm3. Mezclar 50 cm3. de la primera solucin con 50 cm3 de la segunda. Dejar en reposo por 24 horas a 25C +/- 3C. Diluir a 100 cm3 y mezclar. La turbiedad de esta suspensin debe ser de 4.000 UNT. Estas soluciones y suspensiones se deben preparar cada mes. Suspensiones estndar de turbiedad diluidos, diluir volmenes apropiados de la suspensin de 400 unidades con agua destilada libre de turbiedad, para lograr patrones en el valor deseado (1.000, 100, 10, 0).

(21) El procedimiento a seguir es el siguiente: Calibrar el equipo que se disponga, de acuerdo a las instrucciones de los fabricantes. Elaborar curvas de calibracin para cada rango del equipo, con las suspensiones patrn de formacina. Realizar un chequeo del equipo, con un patrn para cada rango de medicin. Para obtener las medidas de turbiedad dentro del valor mximo del equipo, se debe mezclar con fuerza la muestra para dispersar los slidos y colocar la muestra en el tubo. Leer la turbiedad directamente en la escala precalibrada Para aquellas muestras que presenten una medida de turbiedad superior al valor mximo del equipo, se debe diluir con uno o ms volmenes de agua libre de turbiedad hasta que caiga dentro del rango de la escala. Calcular el valor de la turbiedad de la muestra sin diluir, multiplicando las unidades de turbiedad obtenidas en la muestra diluida, por el nmero de veces en que se ha diluido.09-Potabilizacion-V1

Procedimiento

SISTEMA MODULAR

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2.1.2 pH(22) El trmino pH es usado para expresar la intensidad de la condicin cida o alcalina de una solucin e indica la actividad del in hidrgeno ms que su concentracin. Este parmetro es de gran importancia en los diferentes procesos de tratamiento del agua, por ejemplo en la coagulacin qumica, en la Desinfeccin, en el ablandamiento y en el control de la corrosin. (23) Para realizar la medicin del pH existen varios mtodos, a continuacin se describir el mtodo potenciomtrico (que emplea electrodos de vidrio). Aunque el electrodo de vidrio ha sido considerado como un estndar primario en esta medicin, la combinacin de l con un electrodo de calomel saturado es de uso ms extendido. El sistema de electrodo de vidrio se basa en el hecho de que por cada cambio elctrico de 59.1 mV a 25 C se presenta un cambio de 1 unidad de pH. (24) La medida del pH por este mtodo se puede realizar en una gran cantidad de muestras, con variedad de materiales y en condiciones rigurosas, siempre y cuando se tenga cuidado con los electrodos utilizados. Medidas de pH por encima de 10 a altas temperaturas se deben realizar con electrodos especiales diseados para tales fines. Los medidores deben ser calibrados con soluciones amortiguadoras con un valor de pH conocido. (25) Los valores del pH por rangos son: si el pH = 7, la muestra es neutra si el pH < 7, la muestra es cida si el pH > 7, la muestra es bsica o alcalina.Muestreo Definicin

Medicin

Segn la Norma NB 512 el agua para consumo humano debe tener un pH de 6.5 a 8.5

(26) La presencia de color, turbiedad, cloro, oxidantes, reductores y concentraciones altas de sales en la muestra no afecta la medicin del pH por este mtodo. La presencia de concentraciones elevadas de sodio (pH > 10) causa errores en la medicin. Para evitar este efecto debe usarse electrodos especiales para minimizar el error o consultar las tablas que provee el fabricante y aplicar las correcciones aproximadas. (27) La temperatura ejerce un efecto directo en la medicin del pH. Algunos electrodos varan por s mismos su potencial al presentarse cambios de ionizacin de las muestras (autocompensacin). La mayora de los instrumentos de medicin tienen sistemas que permiten ajustes de temperatura. (28) El equipo necesario es el siguiente: P. 14 de 81

Equipo

Un medidor de pH Un juego de electrodos


SISTEMA MODULAR


Vasos de precipitados de 50 100 cm3 Agitador magnticoReactivos

(29) Para lograr una buena medicin del pH y mejor estandarizacin del equipo, se recomienda tener una serie de soluciones amortiguadoras con pH conocido, preparadas segn normas de la National Bureau of Standars. Las soluciones con valores de pH superior a 9.5 deben conservarse en botellas de polietileno y ser protegidas del contacto con el aire con un tubo de Na2CO3. Estas soluciones son: Solucin tampn estndar de borato (pH = 9.18, 25 C). Pesar 3.80 g de tetraborato de sodio decahidratado (Na2B4O7.1OH2O), disolver con agua destilada y diluir a 1 l., mezclar bien. Solucin tampn estndar de fosfato (pH = 6.86, 25 C): Pesar 3.39 g de fosfato dicido de Potasio (KH2PO4) o 3.53 g de fosfato monocido de Sodio (Na2HPO4), disolver con agua destilada y diluir a 1 l., mezclar bien. Solucin tampn estndar de ftalato.- (pH = 3.56, 25 C) con agua destilada y diluir a 1 l., mezclar bien. Solucin tampn estndar de tetraoxalato.- (pH = 1,68, 25 C). Disolver en agua destilada 12,61 g de tetraoxalato de potasio dihidratado (KHC2O4.H2C2O4.2H2O) y diluir a 1 l., mezclar bien.

(30) El procedimiento a seguir: Cumplir con las instrucciones de manejo del equipo, de acuerdo al manual de operacin. Elegir una solucin amortiguadora cuyo pH se asemeje o se acerque al valor del pH de la muestra. Estandarizar el medidor de pH con la solucin elegida. La aguja del equipo debe indicar el pH de esta solucin tampn, de lo contrario mover el botn estandarizador hasta que el valor corresponda al de la solucin. Lavar los electrodos en la muestra problema (sujeta a medicin). Leer el valor de pH de la muestra.

Procedimiento

2.1.3 Slidos sedimentables(31) Son aquellos slidos que se encuentran en suspensin en un fluido y que son separados del mismo por efecto de la gravedad. (32) Durante el tratamiento del agua para el consumo humano, los slidos en suspensin que pueden encontrarse son:SISTEMA MODULAR 09-Potabilizacion-V1

Definicin

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Partculas discretas y aisladas en soluciones diluidas, sin interaccin entre las partculas ni entre partculas y fluido. Partculas aglomeradas en soluciones relativamente diluidas, formando partculas de mayor tamao.Medicin

(33) El material sedimentable en aguas superficiales y salinas as como tambin en desechos domsticos e industriales puede ser determinado y reportado en funcin al volumen (cm3/dm3) o al peso en (mg/dm3). El mtodo mas utilizado es el volumtrico. (34) La prueba volumtrica requiere nicamente de un cono de Imhoff, (un recipiente con medidas normalizadas especficamente utilizado para este fin). (35) Llenar un cono de Imhoff con una muestra homogenizada hasta la marca de un litro. Dejar por 45 minutos, agitar ligeramente los lados del cono con una barra, dejar 15 minutos ms y registrar el volumen de material sedimentado en el cono en (cm3/dm3). El lmite inferior es de 1 (cm3/dm3/h). Si al final del procedimiento se tiene una separacin de materiales sedimentables y flotantes, se debe descartar en la medicin el material flotante restante.

Equipo

Procedimiento

2.1.4 Cloracin(36) La cloracin es el proceso de Desinfeccin que hasta el presente, rene La desinfeccin es el proceso mediante el cual se destruyen los organismos las mayores ventajas porque: es eficiente, fcil de aplicar y deja un efecto residual patgenos presentes en ella (Bacterias, que se puede medir a travs de sistemas Protozoarios, Virus, Trematodos, etc.) muy simples y al alcance de todos. Tiene las desventajas de ser corrosiva y en algunos casos de producir sabor y olor desagradable en el agua as como formar subproductos que pueden ser peligrosos para la salud. (37) Es el cloro que queda en el agua como HClO (cido hipocloroso) o como ClO- (ion hipoclorito). La proporcin en que estos estn presente en el agua depende directamente del pH y esta es muy importante porque el HClO es un bactericida poderoso, mientras que el ClO- es un bactericida dbil. Si se mantiene una temperatura entre 10 C a 20 C de manera constante, existir cloro libre en forma de cido hipocloroso si el pH es igual o menor que 5.5, por el contrario si el pH es igual o mayor a 10 el Cloro libre se manifestar como in hipoclorito. (38) La determinacin del cloro residual en la Desinfeccin del agua, es importante, porque es el indicador de la presencia de microorganismos en ella, segn la Norma el cloro residual libre en cualquier punto de la red de distribucin del agua, debe estar comprendido entre 0,3 y 1,0 (mg/l).Cloro residual o libre

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(39) Existen varios mtodos para medir el cloro residual: con Ortotolidina Yodomtrico I Yodomtrico II Titrimtrico con Sulfato Ferroso Amoniacal y D.P.D. (Dietilp-Fenilene Diamina) como indicador Colorimtrico del D.P.D, que es el ms utilizado

Medicin

(40) La mayora de las sustancias en el agua son indetectables al ojo humano. Con este mtodo se persigue medir la intensidad de un color con referencia a otro, porque la intensidad del color en una sustancia esta en funcin a su concentracin. La luz blanca esta compuesta de muchas longitudes de onda diferentes (colores), un color solo absorbe una onda o una banda de ondas. Por otro lado la diferencia entre la intensidad de luz blanca que entra a un cuerpo y la que sale del mismo se puede medir. En el equipo se emite un determinado ancho de banda de ondas por medio de un filtro (que da mayor sensitividad) y el fotodetector al otro extremo mide la intensidad despus de pasar la muestra. La eleccin del filtro ptico que dar la correcta amplitud de onda es importante. (41) El equipo necesario, es el siguiente: Espectrofotmetro, para usar a 515 mm y con una celda de 1 cm de recorrido de luz Fotmetro de luz, equipado con un filtro que tenga la mxima transmisin en el rango de longitud de onda de 490 a 530 nm y con una celda de 1 cm de longitud Los reactivos que son utilizados se describen a continuacin:

Mtodo Colorimtrico

Equipo

(42)

Reactivos

Solucin buffer de fosfato.- Disolver 24 gr. de fosfato cido de Sodio anhidro, Na2HPO4, y 46 gr. de fosfato dicido de Potasio, KH2PO4, en agua destilada. Combinar esta solucin con 100 cm3 de agua destilada en la cual han sido disueltos 800 mg de la sal disdica del cido etilendiaminotetractico. Diluir a un litro con agua destilada y aadir 20 mg de cloruro mercrico, para prevenir el crecimiento de algas y evitar la interferencia en el cloro libre causada por pequeas cantidades de yodo en los reactivos. N.N Dietil p Fenilendiamino (D.P.D.) solucin indicadora.Disolver 1 gr de oxalato de D.P.D. 1,5 gr de sulfato de pamino-N: N dietilanilina en agua destilada libre de cloro que contiene 8 cm3 de cido sulfrico 1 + 3 y 200 mg de EDTA (sal di sdica). Completar a un litro, almacenar en frasco oscuro con tapn esmerilado, y descartar cuando se coloree. (El buffer y el sulfato indicador se consiguen comercialmente como un reactivo combinado en forma de polvo estable). Precaucin: El oxalato es txico, se debe evitar su ingestin.09-Potabilizacion-V1

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Yoduro de potasio, KI, cristales Yoduro de potasio, solucin.- Disolver 500 mg de KI y diluir a 100 cm3, usando agua destilada recin hervida y enfriada. Almacenar en botella oscura, con tapn esmerilado, preferiblemente en refrigerador. Descartar la solucin cuando se desarrolle un color amarillo. Soluciones de cloro.- Preparar estndares de cloro en el rango de 0.05 4.00 (mg/dm3) a partir de una solucin concentrada de cloro y usando agua destilada libre de cloro. Titulante estndar de sulfato ferroso amoniacal (F.A.S.).- Disolver 1,106 g. de la sal de Mohr. Fe(NH4)2.(SO4)2.6H20, en agua destilada que contenga 1 cm3 de H2SO4 1 + 3 y completar a un litro con agua destilada recin hervida y enfriada. Este estndar puede ser usado por un mes, y la titulacin verificada con K2Cr2O7. El titulante F.A.S. es equivalente a 100 g Cl por 1 ml. Soluciones de permanganato de potasio.- Preparar una solucin que contenga 891 mg de KMnO4 en 100 ml de agua destilada. Diluir 10 ml de esta solucin a 100 ml con agua destilada en baln aforado. Cuando 1 ml de esta solucin es diluido a 100 ml con agua destilada es equivalente a la reaccin de 1.00 mg/l de cloro con el D.P.D. Solucin concentrada de cloro (estndar).- Se prepara a partir de una solucin madre de cromato-dictromato obtenida mediante la disolucin de 1,55 g de bicromato de potasio y 4,65 g de cromato de potasio, en solucin amortiguadora 0,1M y se diluye a un litro con la misma solucin amortiguadora. Esta solucin corresponde al color producido por 10 mg/l de Cl2, y es a partir de la misma que se deben realizar las diluciones para constituir alcuotas que permitirn elaborar la curva de calibracin.Procedimiento

(43) El procedimiento que se debe seguir es el siguiente: Tratamiento de estndares de cloro y/o de soluciones de permanganato de potasio.- Desarrollar el color de los estndares de Cloro o de las soluciones de KMnO4 colocando primero 5 ml de la solucin Buffer y 5 ml de la solucin indicadora de D.P.D en un Erlenmeyer y agregar luego 100 ml (estndar de Cloro o solucin de KMnO4) mezclando bien. Leer el color en el fotmetro a 515 nm. Elaborar una curva de calibracin % T vs mg/l cloro. Retornar el contenido de la celda al erlenmeyer y titular la solucin con F.A.S., como un chequeo de la concentracin de cloro en los estndares de cloro y como un chequeo de alguna absorcin de KMnO4 en el agua destilada.

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Tratamiento de la muestra.- Usar un volumen apropiado de muestra para el fotmetro o colormetro, puesto que este procedimiento est basado para usar 10 ml de volumen, se debe ajustar las cantidades de reactivos en forma proporcional para otros volmenes de muestra. Diluir la muestra cuando el total de cloro disponible sobrepase los 4 mg/l. Cloro libre.- Colocar 0,5 ml de buffer y 0,5 ml del indicador D.P.D en la celda del fotmetro. Aadir 10 ml de la muestra y mezclar, leer el color inmediatamente. (lectura A). Monocloramina.- Continuar por adicin de un pequeo cristal de KI y mezclar. Si la concentracin de dicloramina se espera que sea alta, en lugar del pequeo cristal de KI, aadir 2 gotas de una solucin fresca de KI (0,1 gr/100 ml). Leer el color inmediatamente (Lectura B). Dicloramina.- Continuar por adicin de unos pocos cristales de Kl (cerca de 0,1 gr) y mezclar hasta disolver. Dejar en reposo cerca de dos minutos y leer el color. (Lectura C).Criterios

(44) Para el clculo de las diferentes formas de cloro se usan los siguientes criterios: el valor de A indica el valor del cloro libre existente, y el valor de C corresponde al cloro disponible total; la diferencia entre ambos valores C-A, indica el cloro combinado disponible.

2.1.5 Coliformes(45) Los Coliformes son una familia de bacterias que se encuentran comnmente en las plantas, el suelo y los animales, incluyendo a los humanos, son indicadores de la calidad bacteriolgica del agua. La presencia de bacterias coliformes en el suministro de agua es un indicio de contaminacin con aguas negras u otro tipo de desechos en descomposicin. (46) Los Coliformes totales son bacterias Gram negativas que fermentan la lactosa a una temperatura de 36 a 37 C con produccin de cido y gas dentro las 24 a 48 Hrs; son citocromo-oxidasa negativos y no esporulados.Definicin

El grupo coliforme no debe ser considerado en general como un indicador exclusivo de origen fecal.

(47) Los Coliformes termorresistentes o Coliformes fecales son bacterias que tienen las mismas propiedades que las anteriores, excepto que toleran y crecen a mayor temperatura (44.5 C) y producen indol a partir del triptfano, los organismos que poseen estas cualidades son considerados como presunto Escherichia coli, que se puede confirmar a travs de otras pruebas especiales. La medicin de los coliformes termorresistentes en forma especfica constituye un mejor indicador de la contaminacin por materia de origen fecal, si bien predomina Escherichia coli, cepas de los gneros Klebsiella, EnterobacterSISTEMA MODULAR 09-Potabilizacion-V1

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pueden tambin estar presentes en el agua contaminada por materia fecal. Estas bacterias se encuentran en los intestinos de los humanos y otros animales de sangre caliente. Existen diferentes mtodos para determinar la presencia de coliformes fecales y totales: Mtodo del Nmero ms Probable (NMP), Mtodo de la Membrana Filtrante, Prueba de Colilert. (48) Cuando existen Coliformes totales o fecales en las aguas destinadas al consumo humano, deben ser tomados cuidados especiales al elegir la tecnologa de tratamiento.Generalmente las bacterias coliformes se encuentran en la capa superficial del agua o en los sedimentos.

(49) Existe una relacin ntima entre la turbiedad y el nmero de coliformes en los efluentes de filtros rpidos, es decir, cuanto menor la turbiedad del agua filtrada menor el nmero de Coliformes. (50) Esta tcnica se basa en la filtracin de volmenes adecuados de agua a travs de una membrana de nitrocelulosa de 0.45 micrones de porosidad, donde las bacterias detectadas son retenidas en la superficie de la membrana, la cual es colocada sobre una placa petri, que contiene un medio de cultivo selectivo, este se difunde a travs de la membrana por capilaridad y despus de un periodo de incubacin a temperatura adecuada se hacen visibles las colonias y son observadas con auxilio de un microscopio estereoscopio; contadas como unidades formadoras de colonia, tomando en cuenta solo aquellas que presenten caractersticas tpicas, y a partir del nmero resultante se procede al clculo de la densidad bacteriana que presenta una determinada muestra de agua. (51) Si bien este mtodo es ventajoso porque: Proporciona recuentos directos Es ms preciso (se obtienen resultados ms reproducibles) que la prueba de NMP Rpido o fcil de realizar Analiza mayores volmenes de concentraciones de organismos. muestra con bajasMtodo de la Membrana Filtrante

(52) Tiene las siguientes desventajas: Interferencia de los altos niveles de turbiedad. Los coliformes debilitados pueden sobrevivir mejor en la prueba de NMP. Las altas concentraciones de no coliformes interfieren en el recuento.

(53) Para la ejecucin de esta prueba se requieren:

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Cajas Petri Filtros de membrana (Acetato de celulosa) Erlen Meyer Pinzas Probetas Equipos de filtracin Bombas de vaco Los reactivos necesarios son:

Equipo y materiales

(54)

Reactivos

Agar T.T.C. (bacterias heterotrficas) Agar m Endoles (bacterias coliformes totales) Agar m FC (bacterias coliformes termorresistentes) Agua tampn (solucin amortiguada con fosfato) Etanol al 95%Procedimiento

(55) Para determinar la presencia de bacterias se procede de la siguiente manera: Esterilizar con ayuda del mechero la unidad de filtracin Enfriar el equipo con 30 ml de la solucin tampn esterilizada Sumergir las pinzas con las que se manipularn los filtros de membrana en etanol de 95% a fin de esterilizar las pinzas. Colocar las pinzas en fuego para remover el alcohol Retirar el filtro de membrana del paquete con las pinzas, y colocar el filtro de membrana en la base del filtro Colocar el embudo en la base, ajustarlo y verter el agua tampn en el embudo antes de agregar la muestra Agitar fuertemente la muestra 25 veces Verter la muestra en el volumen adecuado, dependiendo este del tipo de muestra a analizar Abrir la llave mltiple para permitir que el vaco impulse el agua a travs del filtro Prender la bomba de vaco para impulsar el agua a travs del filtro Enjuagar dos veces el embudo con solucin tampn Retirar el filtro de la base del embudo Colocar el filtro en el Agar seleccionado, con el medio de cultivo en una placa Petri: Agar TTC Agar m FCSISTEMA MODULAR

- Bacterias heterotrficas - Bacterias coliformes termorresistentes09-Potabilizacion-V1

Agar m Endoles - Bacterias coliformes totales

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Colocar las placas con Agar-TTC y Agar-m Endoles en la estufa durante 24 horas a 35 +/- C. Colocar las placas con Agar-mFC en bao Maria con agitacin durante 24 horas a 44,5 Ml Contar las colonias en un microscopio de diseccin e identificarlas segn el color que estas presentan: rojo para colonias normales de bacterias heterotrficas (teidas con clorurotrifenil-tetrazolium TTC); verde dorado y con brillo metlico para coliformes totales; azul para coliformes termorresistentesVerificacin

(56) La presencia de bacterias es un indicador que precisa de una verificacin, segn el tipo de bacterias. Para coliformes totales se selecciona 5 colonias con brillo verde metlico del medio Agar Endoles y se traslada con ayuda de un hisopo del filtro a un tubo con caldo lactosado, se incuba a 35 C de 24 a 48 horas, si existe la formacin de gas y enturbamiento del medio se pasa a un tubo con caldo bilis verde brillante y se incuba a 35 C por 24 a 48 horas, el crecimiento de colonias y gas positivo verifica la presencia de coliformes totales. Para coliformes termorresistentes se selecciona 5 colonias de color azul del medio Agar mFC y se traslada con un hisopo del filtro a un tubo con caldo lactosado, incuba a 35 C por 24 a 48 horas, si hay crecimiento y gas positivo, se traspasa a un tubo con caldo EC y se incuba a 44,5 C, el crecimiento y gas positivo verifican la presencia de coliformes termorresistentes.Muestra filtrada Agar mEndo 24 horas 35 +/- 0.5 C coliformes totales (Colonias verde-dorado y con brillo metlico) 5 colonias Caldo lactosado 35 C 24 48 horas crecimiento gas caldo VBB crecimiento gas coliformes totales (verificados)

Agar 24 horas 35 +/- 0.5 Cbacterias heterotrficas termorresistentes

(colonias rojas)

Termorresistentes

Tabla 2: Procedimiento del mtodo de filtracin por membrana3

Agar mFC 24 horas 44.5 C coliformes termorresistentes (colonias azules) 5 colonias Caldo lactosado 35 C 24 48 horas crecimiento gas caldo EC crecimiento gas coliformes termorresistentes (verificados)

3

Fuente: Iiguez M. Michel A. Manual de Anlisis Microbiolgicos para Aguas de Consumo. Documento Tcnico para Anlisis UMSS, 199909-Potabilizacion-V1 SISTEMA MODULAR

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(57) Al realizar este procedimiento no se debe olvidar: Analizar 100 ml de la muestra. La muestra se debe analizar dentro de las 24 horas de recoleccin. Usar etanol de 95% en medio m Endo, alcohol no desnaturalizado. Realizar el apropiado control de esterilidad: Agar o caldo, amortiguador de fosfato y filtros. No guardar los medios de cultivo por ms de dos semanas

Recomendaciones importantes

Fuente de aguaAgua para bebida (tratada) Piscina Vertientes Lagos y reservorios Tomas para abastecimiento de agua. Captaciones Playas de bao Agua de ro Aguas residuales sin tratamiento Lagos, reservorios Pozos, vertientes Fuentes superficiales de plantas de agua potable Aguas naturales para baistas Efluentes secundarios de plantas de tratamiento de aguas residuales Estanques de granjas Ros Escurrimiento de agua de lluvia en reas urbanas Alcantarillado domstico Escurrimiento de reas de cra de animales

Cantidad filtrada (cm3)100 x x x 50 x x x 10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001

x x x x x x x x x x x x x x x x

x

x x x x

x x x x x

x x x x x

x x x

Tabla 3: Gua para volmenes de muestra, a ser filtrados en la prueba de coliformes fecales por el mtodo de filtro de membrana4

x x x x

x x

x x

2.2

Interpretacin de los resultados(58) Los resultados de los anlisis nos permiten medir la calidad del agua, de acuerdo al lugar donde fue tomada la muestra: El anlisis previo al ingreso del agua a la planta de tratamiento, permite conocer la calidad del agua proporcionada por la fuente en un determinado periodo de tiempo. El anlisis durante el tratamiento del agua, permite conocer las transformaciones de los parmetros, hasta alcanzar los ndices estipulados en la Norma.

4

Fuente: idem09-Potabilizacion-V1

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El anlisis despus del tratamiento, permite conocer la calidad del agua que ser transportada hasta las viviendas y la calidad del agua en las viviendas conectadas a la red.

(59) De acuerdo a los anlisis realizados y los resultados obtenidos, se puede graficar5 con respecto al tiempo, el comportamiento de los parmetros medidos y de aquellos que en particular interesan, por ejemplo, la cantidad de qumicos (coagulantes, polmeros, cloro, etc.) utilizados para obtener determinados resultados de calidad, en funcin a la calidad del agua proveniente de la fuente.

! ?

2.

Para verificar que una planta de tratamiento esta proporcionando agua para consumo humano dentro de los parmetros de la Norma Boliviana es necesario realizar anlisis del agua en laboratorio. 3. Cules son los parmetros bsicos en el anlisis del Agua Potable? 4. Qu es un espectrofotmetro? 5. Qu se considera al realizar la interpretacin de resultados? 3. Cules parmetros bsicos ejecuta su EPSA? y Cual es el promedio de muestras analizadas por semana? 4. Cul es el equipo con el cual cuenta su EPSA para el anlisis de muestras? 2. El laboratorio debe contar de dos ambientes para la realizacin de ensayos: uno para ensayos bacteriolgicos y otro para ensayos fsico-qumicos.

5

Remitirse a: Espinoza G. Mdulo 10 Control de Calidad del Agua en Fuentes, Planta de Tratamiento y Redes de Distribucin, Cp.4 ANESAPA/GTZ 200209-Potabilizacion-V1 SISTEMA MODULAR

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3.

ESTUDIOS DE TRATABILIDAD(60) Para realizar los estudios de tratabilidad que sern aplicados en el diseo y operacin de una planta de tratamiento de aguas destinadas al abastecimiento pblico, se toma como modelo una planta de tratamiento convencional en la cual se realizan procesos de coagulacin qumica, floculacin, sedimentacin, filtracin y desinfeccin, siendo este ltimo el paso crtico en la operacin de sistemas de tratamiento de agua. (61) El primer paso es reconocer el sistema de AP y la determinacin de la calidad del agua en la fuente (que proporciona agua al sistema). El segundo paso es determinar los procedimientos que el agua requerir, para cumplir los requisitos exigidos en la Norma NB 512-2003. (62) Para lograr este objetivo ser necesario en muchos casos utilizar productos qumicos como coagulantes y polmeros. En este captulo se pretende, a travs de la descripcin de los procesos de laboratorio, conocer las cantidades y dosis ptimas de estos productos qumicos.

3.1

Dosis ptima de coagulante(63) El objetivo es determinar la dosis del coagulante que produce una rpida desestabilizacin de las partculas coloidales en la planta de tratamiento y la formacin de flculos pesados y compactos que queden fcilmente retenidos en los sedimentadores y que no se rompan al pasar por el filtro. (64) Es necesario indicar que el flculo que sedimenta rpidamente no es el que queda retenido en el filtro con mayor facilidad. El flculo que se busca, por tanto, es aquel que da el mayor rendimiento en el conjunto de los procesos de coagulacin para clarificar el agua. (65) El equipo requerido para ello es el siguiente:Equipo

El aparato de prueba de jarras, que consta de un agitador mltiple de velocidad variable que puede crear turbulencia simultneamente en 6 vasos de precipitado. Turbidmetro, la medicin de turbiedad del agua despus de floculada (accin del coagulante) y sedimentada durante un cierto tiempo (turbiedad residual) es considerada como el parmetro ms importante para caracterizar el proceso. Comparador de color, con frecuencia existe mayor inters en tratar de remover el color (que la turbiedad). En este caso la medicin del color residual del agua despus dePg. 25 de 85

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Cap. 3. ESTUDIOS DE TRATABILIDAD

floculada y sedimentada puede servir para caracterizar la determinacin. Medidor de pH, la medicin del pH antes y despus de la floculacin tiene una importancia bsica. Termmetro, la prueba de jarras debe realizarse, en lo posible, a la misma temperatura que la del agua en la planta de tratamiento, por eso no se deben dejar los vasos sobre un objeto caliente, que afecte la temperatura y produzca resultados variables e inconsistentes. Cristalera, seis vasos de precipitado (jarras), preferentemente de cuadrados de acrlico de 2.000 ml cada uno, tambin pueden usarse de 1.000 ml, pipetas Mohr de 2 y 10 ml para la adicin de coagulantes a los vasos; 6 frascos de vidrio de 120 ml con sus tapas y 2 buretas con su respectivo soporte para poder efectuar las determinaciones de alcalinidad. Esta cristalera requiere cuidado especial en la limpieza, se debe evitar el uso de detergentes, porque muchos contienen compuestos aninicos que si no son completamente eliminados de las paredes de vidrio pueden alterar en forma significativa los resultados, principalmente cuando se usan polmeros catinicos. Los reactivos siguientes son los utilizados:Reactivos

(66)

Sulfato de aluminio o cloruro o sulfato frrico. Se prepara agregando a 100 gr de coagulante, agua destilada hasta completar un volumen de 1.000 ml, as se obtiene una solucin del 10% (100 gr/l) que se puede conservar como solucin patrn por unos dos o tres meses. El ensayo de prueba de jarras se hace diluyendo 10 ml de la solucin patrn hasta completar 100 ml con agua destilada. Queda una solucin al 1% (10 gr/l), que no se puede conservar por ms de 24 horas, porque corre el riesgo de hidrolizarse y perder parte de su capacidad de coagulacin. Cuando es necesario, debido a la baja alcalinidad de la muestra, hay que preparar una suspensin de cal, aadiendo agua destilada a 10 gr de la misma hasta completar un volumen total de 100 ml. Debe anotarse el compuesto de cal que se ha utilizado: CaO o Ca(OH) y evitar el contacto de la suspensin preparada con el aire, cuyo contenido de CO2, puede reaccionar con el xido de calcio y formar carbonato que precipita. Se debe agitar la suspensin antes de usarla. Reactivos necesarios para la determinacin de la alcalinidad, como soluciones de cidos y bases diluidas para titulacin.

(67) Se aconseja preparar las soluciones con los coagulantes que se usan en la prctica y no con reactivos purificados de laboratorio.

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(68) El procedimiento es el siguiente: Determinar la temperatura del agua cruda, el color, la turbiedad, el pH, la alcalinidad si se considera necesario, as como el hierro y/o el manganeso si su presencia en el agua es significativa. Aadir los coagulantes al agua, en dosis progresivas, a cada vaso de precipitado mediante cualquiera de las tres formas siguientes:

Procedimiento

1. Se coloca el agua de la muestra en las 6 jarras, stas se introducen debajo de los agitadores, estos se ponen a funcionar a 100 rpm. Luego, se inyecta el La solucin del coagulante coagulante con una pipeta de 2 a 10 ml, debe penetrar en el agua para profundamente dentro del lquido junto a la lograr una mezcla rpida. paleta. El tiempo de mezclado suele ser entre 30 y 60 segundos. El uso de pipetas puede producir errores en la dosificacin cuando no se hace con mucho cuidado. 2. Por medio de una pipeta o bureta, se coloca la cantidad de coagulante que se va a agregar al agua, en seis vasos pequeos de precipitado. El contenido de cada vaso se succiona con una jeringa mdica provista de aguja hipodrmica. Se retira dicha agua de la jeringa y esta ltima, con su dosis completa, se pone junto a la jarra correspondiente. Se hacen girar las paletas del agitador a 100 rpm y se inyecta el contenido de cada jeringa en la jarra que le corresponde, cuidando que la solucin penetre profundamente para que la dispersin sea ms rpida. 3. Se coloca previamente en las jarras, las dosis de coagulante requerido y se vierte rpidamente el agua de la muestra en las mismas (con el cuidado de no dejarla caer fuera de las jarras), mientras se hacen girar las paletas a 100 rpm. Esto produce una mezcla completa semejante a la que se obtiene en un salto hidrulico. Una vez realizada la mezcla rpida se disminuye la velocidad de rotacin de las paletas a 30 60 rpm (promedio de 40 rpm) y se deja flocular el agua durante 15 - 30 min, o durante el tiempo terico de detencin que exista en la planta de tratamiento. Se suspende la agitacin, se extraen las paletas y se deja sedimentar el agua. Los sistemas anteriores tienen la desventaja de que la inyeccin de coagulantes no es simultnea y si se quieren tomar muestras en determinado momento, despus de iniciada la coagulacin, se comete un error en tiempo pues las paletas solo se pueden detener simultneamente, en la mayora de los equipos.

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(69) Una vez mezclado el coagulante con el agua, se pueden determinar las propiedades de tipo cualitativo El tamao del flculo puede (evaluacin del flculo producido o tiempo expresarse en mm de acuerdo al inicial de formacin del flculo); y de tipo comparador desarrollado por el Water cuantitativo (propiedades fsicas, propiedades Research Institute de Inglaterra o qumicas y gradientes de velocidad). segn el ndice de Willcomb. 1. Determinaciones de tipo cualitativas Tamao, Observando el flculo se determina el tamao y se evala cualitativamente segn sus caractersticas. Se elige como dosis ptima aquella jarra donde se ha producido la partcula ms grande, de mayor velocidad de asentamiento aparente y que deje ver el agua ms cristalina entre los flculos.

N ndice 0 2 4 6 8 10

Descripcin Flculo coloidal. Ningn signo de aglutinacin Visible. Flculo muy pequeo, casi imperceptible para un observador no entrenado Disperso. Flculo bien formado pero uniformemente distribuido. (sedimenta muy lentamente o no sedimenta) Claro. Flculo de tamao relativamente grande pero que precipita con lentitud Bueno. Flculo que se deposita fcil y completamente Excelente. Flculo que se deposita completamente dejando el agua cristalina

Tabla 4: ndice de floculacin de Willcomb6

Es necesario remarcar que esta determinacin es subjetiva y depende del criterio del observador. En la figura a continuacin se dan algunos ejemplos visuales y su equivalencia al tamao de los flculos.

Fig. 1: Comparador para estimar el tamao del flculo producido en la coagulacin7

6

Fuente: Arboleda V., J. Teora y Prctica de la Purificacin del Agua. Mc Graw Hill 3a. Ed. 2000. 7 Fuente: idem.

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Tiempo inicial de formacin del flculo. El tiempo que tarda en aparecer el primer flculo debe determinarse en segundos. Este es uno de los parmetros para calificar la velocidad de la reaccin. La iluminacin de la base del agitador ayuda en esta determinacin, resulta difcil observar el flculo en esta etapa, porque es incoloro. Por otra parte, el flculo que se forma ms rpidamente no necesariamente es el mejor.

2. Determinaciones cuantitativas a) Determinaciones fsico qumicas. Para realizar las determinaciones fsico-qumicas se deben extraer muestras del sobrenadante despus de un perodo de decantacin no inferior a 10 minutos. Con ayuda de un turbidmetro nefelomtrico tipo Hach o Fischer se mide la turbiedad y as se realiza una evaluacin exacta de la remocin de partculas que se obtuvo durante la sedimentacin, la cual se puede considerar que se encuentra en funcin directa de la eficiencia de la aglutinacin. La muestra extrada puede usarse tambin para hacer otras determinaciones tales como color, alcalinidad y pH. Para la toma de muestras, Hudson y Wagner desarrollaron una celda hecha en acrlico de seccin rectangular, con dimensiones de 11.5 x 11.5 x 21.0 centmetros y 2 litros de capacidad, que tiene un tubo de cobre de 5 mm situado a 10 centmetros por debajo del nivel del agua. En este orificio va colocado un tapn perforado por el cual pasa una manguera de ltex de 5 mm, a la que se le acopla una pinza tipo Mohr para regular el flujo.

Fig. 2: Sistema de sifones de Hudson y Wagner88

Fuente: Arboleda V., J. Teora y Prctica de la Purificacin del Agua. Mc Graw Hill 3a. Ed. 2000.09-Potabilizacion-V1

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Para regularizar la velocidad de extraccin de la muestra en todas las celdas, se les coloca a la salida de las mangueras de ltex, un pequeo tramo de tubo de vidrio con su extremo cerrado (por soplete) y que deje un orificio del mismo dimetro en todos los tubos, se realiza esto, para que la tasa de extraccin de la muestra sea uniforme en todas las celdas, a razn de 100 ml/min, an con la pinza abierta completamente. Tan pronto como se suspende la agitacin en las jarras, se coloca el disco flotante A en ellas, se imprime el sifn B con la jeringa D y se pone el tapn C en el extremo de la manguera B. Preparado as el equipo, cada vez que se quieren tomar muestras, se abre la pinza C de la manguera B y se recolecta el agua en el recipiente E. Obtenida la cantidad necesaria, se cierra C. De esta manera, pueden tomarse muestras consecutivas. Para que ste tipo de determinacin sea vlido, es conveniente observar las siguientes precauciones: Se debe extraer el agua a un ratio constante (la misma para todos), por cuanto la velocidad de salida del flujo influye en el nmero de partculas arrastradas. A mayor velocidad de salida, mayor cantidad de flculos es succionado. Los dispositivos descritos tienen en cuenta esto. La muestra debe tomarse a una profundidad constante de 10 centmetros. Debe buscarse que el nivel de agua en las jarras baje el mnimo indispensable durante el ensayo, para evitar una modificacin sustancial del volumen analizado. Esto limita a un mximo de 400 ml las muestras que se pueden obtener de una jarra de 2.000 ml, lo que producira una reduccin del 20% del volumen. La temperatura debe ser la misma en todas las jarras e igual a la del agua de la planta, mantener as durante el tiempo que dure el ensayo.

b) Determinacin de los gradientes de velocidad. Para esta determinacin se pueden utilizar los grficos de las Fig.3 y 4, tomando en cuenta la forma de las jarras:

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Mdulo N 9 O&M en potabilizacin1000 900 800 700 600 500 400 300 200

MANGUERA 2 mm100 90 80 70 60 50 40 30 20

D = 7.5 cm

PINZA

GRADIENTE DE VELOCIDAD Seg.-1

ORIFICIO DE VIDRIO 2 mm

10 9 8 7 6 5 4 3 2

1

1

2

3

4

5

6 7 8 9 10

20

30

40 50 60 70 80 100

200

VELOCIDAD DE ROTACIN DE LAS PALETAS (RPM)

Fig. 3: Gradientes de velocidad para jarras cuadradas9

9

Fuente: Arboleda V., J. Teora y Prctica de la Purificacin del Agua. Mc Graw Hill 3a. Ed. 2000.09-Potabilizacion-V1

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Fig. 4: Gradientes de velocidad para un vaso de precipitado de 2 l, con o sin deflectores10

3.2

Velocidad de sedimentacin de las partculas(70) El objetivo es comparar los resultados obtenidos en dos o ms jarras durante la prueba de floculacin, evaluando la diferencia de velocidad que tienen las partculas producidas en a sedimentacin. Esto facilita la seleccin de la dosis ptima ms econmica. (71) Con un aparato convencional para la prueba de jarras, se determina de la siguiente manera: 10

Objetivo

Procedimiento

Se determina la turbiedad del agua cruda

Fuente: Arboleda V., J. Teora y Prctica de la Purificacin del Agua. Mc Graw Hill 3a. Ed. 2000.09-Potabilizacion-V1 SISTEMA MODULAR

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Se vacan los coagulantes a la jarra y mientras se hace girar el agitador a 100 rpm se agrega el agua. Despus de realizada la mezcla rpida se cambia la velocidad de las paletas a 40 rpm (o la que se juzgue conveniente) durante 15 a 30 min. Se suspende la agitacin, se levantan las paletas y se empiezan a tomar muestras del sobrante, a intervalos regulares de tiempo, por ejemplo: 1, 3, 5, 10, 60 min. Para extraer las muestras se puede usar una pipeta volumtrica (transfer pipette) introducindola 4-5 cm. dentro del agua o el sifn de Hudson y Wagner, si es que no se disponen de jarras cuadradas. Con los resultados se dibuja la curva de velocidad de sedimentacin (Flculo removido vs tiempo de sedimentacin).

(72) Si la turbiedad de cada jarra en el tiempo t la llamamos Nt y la turbiedad inicial del agua cruda No el porcentaje de turbiedad remanente ser igual a 100 Nt/No y la turbiedad removida (1 Nt/No) x (100). Graficando valores de los tiempos de toma de muestras, se puede apreciar la velocidad con que se ha clarificado el agua en cada caso. (73) Las pruebas de velocidad de sedimentacin son tiles para comparar el trabajo de: Varias dosis de coagulante Diferentes coagulantes Los coagulantes en las jarras y en la planta de tratamiento

(74) En el ltimo caso, se pueden comparar los resultados obtenidos con una muestra del agua Al realizarse la toma de muestras proveniente de la cmara de floculacin, con debe evitarse romper el flculo. una muestra de agua cruda a la que se ha agregado la misma dosis de coagulante que al de la planta, a ambas muestras se les determina la turbiedad residual a travs del tiempo y se dibujan las curvas comparativas. (75) En algunos casos puede ser conveniente obtener las velocidades de sedimentacin en todas las jarras. Sin embargo, operar con 6 vasos a la vez, por una parte tiene la ventaja de poder realizar un mayor nmero de determinaciones en menor tiempo, pero, por otra incrementa considerablemente el nmero de muestras por analizar.

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3.3

Influencia del pH en la coagulacin(76) El pH tiene una gran influencia en el proceso de coagulacin, por lo general existe un pH ptimo. Valores por encima o por debajo de dicho pH ptimo producen malos resultados. (77) El objetivo es el de determinar el rango del pH ptimo que caracteriza a la muestra de agua, el cual vara segn el agua y los reactivos empleados. (78) Para ello se siguen los siguientes pasos: Se efecta la prueba de jarras, de la forma descrita anteriormente y se determina la dosis del coagulante. Se coloca luego la misma cantidad de agua de la muestra en las 6 jarras y a cada una de ellas se agrega cido sulfrico (H2SO4) diluido 0.1 N, o hidrxido de sodio (NaOH) diluido 0.1 N, para bajar o subir el pH, de forma que este vare desde ms o menos 4-5 en la primera, hasta 8-9 en la ltima jarra. El clculo de la cantidad de cido o lcali para llegar a un determinado pH, puede hacerse con el agua cruda (sin coagulante) o con el agua cruda ms la dosis de coagulante determinada inicialmente. En el primer caso, se coloca en una jarra una muestra del agua, se determina el pH y se titula con H2SO4 o NaOH, para encontrar el nmero de ml requeridos para hacer descender o ascender de 0.5 en 0.5 el pH del agua. Debe esperarse hasta que el pH sea estable. En el segundo caso, se realiza el mismo tipo de titulacin pero con el agua cruda que tiene coagulante, esto permite ajustar el pH final en lugar del inicial11. Una vez que son conocidas las cantidades de cido o lcali necesarias para obtener el pH deseado, se ajusta ste en cada jarra, se espera unos minutos hasta que se estabilice el pH y se aplica la dosis de coagulante determinada previamente. Siempre debe realizarse primero el ajuste del pH y luego la coagulacin. Se disminuye la velocidad de rotacin de las paletas (de los vasos) a 30-40 rpm y se deja flcular el agua durante 15-30 min. Se retiran las paletas de los vasos y se deja sedimentar el agua por 10-15 min. Se extrae el sobrenadante y se determina el pH, la turbiedad, el color y la alcalinidad residuales.Objetivo

Procedimiento

11

Mtodo recomendado por la Water Research Association de Inglaterra09-Potabilizacion-V1 SISTEMA MODULAR

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3.4

Eficiencia de la mezcla rpida, por ensayos de segregacin(79) Se entiende por segregacin, la dispersin no homognea de la totalidad de la dosis de coagulantes en el volumen del agua por tratar. Este es el caso que se presenta cuando la mezcla rpida no es eficiente, y los coagulantes solo se mezclan al inicio con una fraccin de la masa de agua. Segn el tipo de coagulacin (verdadera o de barrido) la rapidez con que se realice la mezcla afecta el proceso. (80) Segn Amirtharajah y Mills (1982) la velocidad con que se realice la mezcla rpida, no es importante cuando se trata de coagulacin por barrido. En cambio, es de gran significacin para el caso de adsorcin - neutralizacin. (81) El objetivo es el de conocer cualitativamente, hasta que punto el fenmeno de segregacin afecta la eficiencia de la coagulacin de un agua y, por tanto, cun crtica es la rapidez de la dispersin de los coagulantes. (82) Esto se determina de la siguiente forma: Efectuar la prueba de jarras en la forma convencional y determinar la dosis ptima de coagulante. Colocar luego en el primer vaso del volumen total de agua de la muestra (250 ml si se usan vasos de 1.000 ml, 500 ml si se usan vasos de 2.000 ml); en el segundo (500 ml 1.000 ml); en el tercer (750 ml 1.500 ml); y en el cuarto la cantidad total (1.000 ml 2.000 ml) de muestra. Agregar a intervalos pequeos (o simultneamente) la dosis ptima total en todos los vasos o jarras. Agitar el agua durante 60 segundos, para producir la mezcla rpida. Los vasos con poco lquido pueden levantarse para que las paletas del aparato produzcan turbulencia. Completar los volmenes de agua en las jarras 1, 2 y 3, agregando ms muestra de agua hasta llegar a los 1.000 2.000 ml, de acuerdo a la capacidad de los vasos de precipitado que se estn utilizando. Flocular el agua a 30-40 rpm durante 15 - 30 minutos, observar el tiempo de aparicin del flculo y el ndice de Willcomb. Concluda la floculacin, retirar las paletas y dejar sedimentar el agua por 10 -15 min. Extraer el sobrenadante y determinar la turbiedad y color residuales.Objetivo Segregacin

Procedimiento

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3.5

Influencia de la concentracin de solucin de coagulantes(83) Varios estudios del orden investigativo han demostrado que la concentracin de la solucin de coagulante influye en la eficiencia de la mezcla rpida y cambia los resultados de la coagulacin. El conocimiento adquirido en este campo ha sido llevado a la prctica en las plantas de tratamiento que aplican los coagulantes en hmedo, es decir, ajustando la concentracin de la solucin antes de llevarla al punto de inyeccin sin permitir que esta se hidrolice, lo que ocurre cuando su pH sube por encima de 4. (84) El objetivo es determinar la concentracin de la solucin de coagulante que proporcione el mejor resultado en la planta de tratamiento. (85) Para esto se debe: Efectuar una prueba de jarras y determinar la dosis ptima de coagulacin, usndose la solucin de coagulantes de 10 gr/l (1%), la cual tiene un pH entre 4 y 4.5. Preparar, a partir de una solucin-patrn de 100 gr/l, una solucin del 5%, aadiendo 5 ml de dicha solucin en 5 ml de agua destilada. De igual manera preparar, a partir de la solucin de 10 gr/l, soluciones del 0.5%, aadiendo a 5 ml de agua destilada 5 ml de dicha solucin, y de 0.1% aadiendo a 9 ml de agua destilada 1 ml de la misma solucin. Se coloca luego en 5 vasos de precipitado la misma cantidad de agua de la muestra (2.000 o 1.000 ml), y se agrega la dosis ptima encontrada en la prueba de jarras anterior, pero con soluciones de coagulantes con concentraciones de 10, 5, 0,5 y 0,1%. Por ejemplo, si se usan jarras de 2.000 ml y la dosis ptima es de 20 mg/l habr que poner 0.4 ml del 10% a la primera jarra, 0.8 ml del 5% a la segunda, 4 ml del 1% a la tercera, 8 ml del 0.5% a la cuarta y 40 ml del 0.1% a la quinta, diferencia que se muestra en la siguiente tabla:Procedimiento Objetivo

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Dosis por aplicar mg/l 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Tabla 5: Cantidad en ml que se agrega a un vaso de precipitado de 2.000 ml para obtener distintas dosificaciones, segn sea la concentracin de la solucin de coagulantes12 Los datos de la anterior tabla, muestran la cantidad en ml que se debe agregar a un vaso de precipitado de 2.000 ml para obtener distintas dosificaciones, segn sea la concentracin de la solucin de coagulantes. Efectuada la mezcla rpida, proceder a flocular y sedimentar el agua en la forma anteriormente descrita. Durante el proceso se debe evaluar el tamao del floculo (ndice de Willcomb) y la velocidad de la sedimentacin. Tomar el sobrenadante y determinar turbiedad y/o color residuales.

10% 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Concentracin de la solucin de coagulante 5% 1% 0.5% 0.4 2 4 0.6 3 6 0.8 4 8 1.0 5 10 1.2 6 12 1.4 7 14 1.6 8 16 1.8 9 18 2.0 10 20

0.1% 20 30 40 50 60 70 80 90 100

3.6

Gradiente y tiempo de retencin ptimos(86) El objetivo de esta prueba es conocer la intensidad que se debe dar a la mezcla durante el proceso de floculacin, a fin de optimizar la remocin de partculas durante el proceso de sedimentacin. (87) Los pasos a seguir son: Efectuar una prueba de jarras y proceder a la determinacin de la dosis ptima de coagulante con una mezcla rpida de 1.0 minuto a 100 rpm y una floculacin de 25 min a 40 rpm. Se toman 50 ml de sobrenadante a 10 cm de profundidad. Como dosis ptima se escoge la de la celda que tenga la turbiedad ms baja y deje el agua con menos flotantes en la parte superior. Para obtener resultados satisfactorios se debe contar con un volumen adecuado de muestra, puesto que en cada ensayo se usan 12 litros (a razn de 6 celdas, cada una de 2 litros) yidem09-Potabilizacion-V1

Objetivo

Procedimiento

12

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se tiene que realizar por lo menos una prueba, para determinar la dosis ptima y tres pruebas de gradiente, se requiere por lo menos 50 litros de muestra para cada calidad de agua que se analice. Estos ensayos conviene repetirlos para distintas turbiedades. Por medio de una pipeta se coloca el volumen de dosis ptima de la solucin de coagulante en un pequeo vaso de precipitado (50 ml), para facilitar el clculo, la solucin del coagulante se realiza al 2%, en la cual 1 ml equivale a 20 mg, que colocados en 2 litros dan una concentracin de 10 mg/l. Esta cantidad se succiona con una jeringa hipodrmica. Este mismo procedimiento se repite para cada celda y las jeringas (sin agujas) se colocan frente a cada unidad. La dosis de coagulante es la misma para todas las celdas. Cuando se aplica polmero, se debe preparar otro juego de jeringas con el procoagulante, si se utiliza un alcalinizante ste se aplica a una celda con una pipeta antes de iniciar el ensayo. Se ponen a girar las paletas a 100 rpm y cuando el lquido se homogeniza se inyectan los coagulantes (y/o polmeros) en forma simultnea, procurando que el chorro de la jeringa se dirija hacia el centro de la celda, luego se cuenta el tiempo correspondiente a la mezcla rpida. Se deja la etapa de mezcla rpida (a 100 rpm) por el tiempo escogido (ejemplo 30-45 s-1 para coagulante metlico solo y 60-120 s-1 para inyeccin de coagulante metlico seguido de polmero). Transcurrido el tiempo establecido, se disminuye la velocidad de agitacin a la de un gradiente bajo (ejemplo 30 rpm que equivale a un gradiente de 20 s-1). A partir de ese momento se empieza a contar el tiempo de floculacin y se procede a efectuar las acciones descritas en la siguiente tabla:Accin por ejecutar Comienza la flculacin al gradiente seleccionado Se levanta el agitador de la celda No. 1 Se levanta el agitador de la celda No. 2 Se toma la muestra de la celda No.1 Se levanta el agitador de la celda No. 3 Se toma la muestra de la celda No. 2 Se levanta el agitador de la celda No. 4 Se toma la muestra de la celda No. 3 Se levanta el agitador de la celda No. 5 Se toma la muestra de la celda No. 4 Se levanta el agitador de la celda No. 6 Se toma la muestra de la celda No. 5 Se toma la muestra de la celda No. 6

Tiempo minutos 0 7 13 17 20 23 27 30 33 37 40 43 50

Tabla 6: Secuencia del ensayo de la prueba de gradiente13

13

Elaboracin propia09-Potabilizacion-V1 SISTEMA MODULAR

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El volumen de muestra en cada celda es de aproximadamente 50 ml, cantidad suficiente para hacer la determinacin de turbiedad con el turbidmetro (nefelmetro) Hach modelo 2.100 o similar (Los primeros 5 ml deben desecharse). Para tomar la muestra, se abre totalmente la pinza colocada en la manguera y se debe extraer la misma cantidad de muestra de cada celda, para que en todas ellas el nivel del agua sea el mismo durante el ensayo. Obtenidas las cifras de turbiedad (que se reportan como turbiedad remanente o residual) expresados en UNT, se grafican en el eje vertical de las abscisas, en escala aritmtica corriente y el tiempo de floculacin en el eje horizontal expresado en minutos. En la secuencia de la Tab. 6, los tiempos de floculacin son de 7, 13, 20, 27, 33 y 40 minutos y el tiempo de sedimentacin, despus de levantada la paleta es de 10 minutos. Si los ensayos se realizan correctamente, al graficar en la unin de los puntos encontrados se obtiene una curva convexa que tiende a un ptimo en la mayora de los casos. A veces, se producen puntos diseminados debido a errores de ensayo que hacen difcil la interpretacin de los resultados. En otros casos no se llega a la ptima turbiedad residual debido a que el tiempo de floculacin requerido sobrepasa los 40 minutos. Esto ocurre en especial cuando se usan gradientes muy bajas. Terminado el primer ensayo, debe procederse a uno segundo, de la misma forma descrita, pero usando una gradiente diferente, por ejemplo 40 rpm lo cual equivale a un mdulo de Camp de 30 s-1. Los resultados se grafican de un modo idntico a los del primer ensayo. Nuevos ensayos con la misma calidad de agua se realizan incrementando cada vez ms el mdulo de Camp hasta que se vea que el flculo se desintegra. Por regla general tres (mximo cuatro) gradientes son suficientes para tener una buena informacin.

3.7

Generalizacin de los datos de pruebas de jarras(88) Los datos de tiempos y gradientes ptimos de velocidad, pueden generalizarse y obtenerse los valores de las constantes KA y KB, utilizando el modelo matemtico de Argaman y Kaufman. El valor de KA es del orden de 10-4 y el de KB del orden de 10-7 siendo tres rdenes de magnitud ms pequeo, este carece de valor prctico para el caso en que se usen gradientes de velocidad bajos (menores de 60 s-1). Puede entonces, establecerse que:

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No = 1 KA GT Nt(89) Para el caso de un solo reactor que es el que se presenta en la prueba de jarras, se tiene:No N KA = t 1 GT

Donde: G = gradiente de velocidad del ensayo No = turbiedad de agua cruda antes del ensayo Nt = turbiedad residual despus del ensayo (90) Se pueden obtener curvas de tiempo-gradiente ptimo elaboradas, determinando la turbiedad remanente para diferentes tiempos de agitacin y diferente gradiente de velocidad, en la curva que contenga la familia de puntos ptima en relacin a la menor turbiedad remanente, el punto en donde esta curva pasa por su mnimo es el que indica el tiempo de agitacin y el gradiente que ser aplicado en la planta. (91) Conocido KA del ensayo, se puede hallar GT necesario para obtener diferentes eficiencias No/Nt as:

No N GT = t 1 KA

! ?

3.

Para tener una gerencia eficiente y eficaz se requiere de informacin suficiente oportuna y fidedigna que ayude a la toma de decisiones con el mnimo riesgo, sea cual fuere el instrumento que se utilice para el control del desarrollo de sus actividades.

6. Cules son los procesos de una planta de tratamiento de agua potable? 7. Cules son los reactivos mas utilizados para la coagulacin qumica? 8. Qu es el indicador de Floculacin o Willcomb? 5. 6. Qu procesos se realizan en tu EPSA? Investigar y profundizar en el tema de Gradiente y Tiempo de Retencin ptimos La determinacin de la velocidad de sedimentacin ayudar a determinar la cantidad ptima de coagulante qumico.

3.

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4.

PROCESOS UNITARIOS BSICOS(92) En este captulo se describirn las partes (unidades) que tiene una planta de tratamiento, el objetivo de cada una de ellas, los requisitos para su funcionamiento, como operan y como deben ser mantenidas. (93) Entendindose como operacin el conjunto de acciones externas que se ejecutan en las instalaciones o equipos de una planta de tratamiento para conseguir el buen funcionamiento del sistema. Se dice que son acciones externas porque no alteran la naturaleza ni las partes constitutivas de las instalaciones o equipos. (94) El mantenimiento es el conjunto de acciones internas que se ejecutan en las instalaciones o equipos, para prevenir daos o para su reparacin cuando en estos ya se hubieran producido algn tipo de dao a fin de conseguir el buen funcionamiento del sistema.Operacin

Mantenimiento

4.1

Introduccin(95) A partir del modelo de planta de tratamiento convencional que se toma en el mdulo, se desarrolla el mtodo de la mezcla rpida, que es una operacin empleada en el tratamiento del agua con el fin de dispersar diferentes sustancias qumicas y gases en plantas de tratamiento de agua, el mezclador rpido tiene generalmente el propsito de dispersar rpida y en forma uniforme el coagulante a travs de toda la masa o flujo de agua. La mezcla rpida puede emplearse por turbulencia, provocada por medios hidrulicos o mecnicos, tales como resaltos hidrulicos en canales, canaletas Parshall, vertederos rectangulares, tuberas de succin de bombas, mezcladores mecnicos y tanques con equipo de mezcla rpida. (96) En la Fig.5 se presenta el esquema general de una planta de tratamiento, cuyas partes se detallan de la siguiente manera: 1. Canal de ingreso 2. Canal Parshall Mezcla rpida 3. Floculadores 4. Canal de agua floculada 5. Decantador o sedimentador 6. Canal de agua decantada 7. Filtracin 8. Cloracin 9. Tanque de almacenamiento 10. Tratamiento de lodos

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Cap. 4. PROCESOS UNITARIOS BSICOS

Fig. 5: Esquema de una planta de tratamiento1414

Fuente: Elaboracin propia09-Potabilizacion-V1 SISTEMA MODULAR

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4.2

Canal de ingreso de agua cruda(97) Permite transportar el agua cruda desde el ingreso de la planta de tratamiento hasta el canal Parshall. (98) No requiere ningn nivel de operacin ya que se trata de un simple canal. (99) Se deben verificar los siguientes aspectos en forma permanente: Que el canal se encuentre limpio, evitando la acumulacin de materiales en el fondo, que impidan el paso del agua, produciendo rebalses con prdida de caudal y que se produzcan erosiones. Se debe verificar que no existan infiltraciones (depende del material del canal) que produzcan prdidas de caudal del agua, que deterioren el canal o la plataforma donde se encuentra construido.Objetivo

Operacin

Mantenimiento

4.3

Canal Parshall medicin de caudal y mezcla rpida(100) Permite medir el caudal del agua que esta ingresando a la planta de tratamiento, y producir la mezcla rpida y completa del agua con los productos qumicos que bsicamente controlan el pH y producen el efecto de coagulacin. La cantidad de productos a adicionar son determinados en los ensayos explicados en el captulo anterior. (101) Controlar y registrar la cantidad del agua que ingresa a la planta de tratamiento, mediante la determinacin de la altura Ha en el punto de medicin determinado en la seccin convergente del canal Parshall, la misma que es transformada en caudal mediante una tabla (o grfico) existente en cada planta de tratamiento. (102) Verificar que la regla est perfectamente graduada y limpia, que el punto de medicin se encuentre marcado y que la tabla para determinar el caudal, este siempre presente. (103) Verificar que los productos qumicos ingresen en forma uniforme, para asegurar esto se debe realizar la limpieza peridica de los orificios de las medias caas, para que los distribuidores trabajen adecuadamente. (104) Verificar que los productos qumicos ingresen en el lugar adecuado para producirse la mezcla rpida y completa, la mezcla de cal al inicio del canal de llegada del agua cruda y la solucin de sulfato de aluminio en la garganta del canal Parshall.Objetivo

Operacin

Mantenimiento

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Fig. 6: Esquema de un canal Parshall15

4.4

Floculacin(105) El trmino floculacin se refiere a la aglomeracin de partculas desestabilizadas para formar agregados floculentos; es el proceso por el cual, una vez desestabilizados los coloides, se provee una mezcla suave de las partculas para incrementar la tasa de encuentros o colisiones entre ellas sin romper o disturbar los agregados preformados. De la misma manera que la coagulacin, la floculacin es influenciada por fuerzas qumicas y fsicas tales como la carga elctrica de las partculas, la capacidad de intercambio, el tamao y la concentracin del flculo, el pH, la temperatura del agua y la concentracin de los electrolitos. (106) Una vez dispersados los coagulantes, se debe inducir una agitacin lenta en el agua, que permita la aglomeracin de las partculas desestabilizadas y de lugar al crecimiento del flculo. Ese crecimiento se produce en los floculadores por el contacto entre partculas. En los floculadores, son importantes las siguientes caractersticas: 15

Definicin

Objetivo

La forma de producir la agitacinFuente: Elaboracin propia09-Potabilizacion-V1 SISTEMA MODULAR

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La gradiente de velocidad El tiempo de detencin, que es el tiempo que permanece el agua en el floculador Floculadores mecnicos Floculadores hidrulicos de flujo horizontal Floculadores hidrulicos de flujo vertical

Entre las formas de producir la agitacin se tiene:

(107) En el caso de la planta de tratamiento de la Fig.5, se muestran las cmaras para la colocacin de agitadores mecnicos. Los datos para el funcionamiento de esta unidad proviene de los ensayos explicados en el captulo anterior. (108) En las unidades de floculacin, en particular cuando la agitacin es mecnica, se deber verificar la rotacin de los equipos instalados en la planta, para que se mantenga el gradiente de velocidad especificado en los ensayos. Asimismo, se debe verificar en todos los casos, que no se formen corrientes de alta velocidad que puedan promover la ruptura de flculos o que la velocidad sea tan baja que los mismos estn sedimentando en las unidades de floculacin. (109) Si se trata de unidades mecnicas de agitacin se debe tener cuidado con los equipos, tanto de los que se encuentran en funcionamiento como los de reserva, para no tener problemas posteriores de operacin. (110) Cuando existen variaciones de caudal importantes, que provoquen modificaciones de gradientes de velocidad o tiempos de retencin en los floculadores, se debe proceder a modificar la separacin entre las celdas, en el caso de floculadores hidrulicos o la rotacin de los agitadores y los tiempos de retencin en caso de floculadores mecnicos. El mantenimiento tcnico del conjunto motor-reductor de floculadores mecanizados deber ser realizado de acuerdo a las especificaciones del fabricante de los equipos. (111) Cualquiera sea el caso, debe procederse de acuerdo a los resultados obtenidos por los ensayos explicados en el captulo anterior.Operacin

Mantenimiento

4.5

Canal de agua floculada(112) El objetivo de esta unidad es transportar el agua proveniente de las unidades de floculacin hasta los sedimentadores, (situados transversalmente), este canal de seccin es variable y permite distribuir el caudal del agua en forma uniforme. La velocidad en el canal debe ser tal, que evite que los flculos sedimenten, pero sin producir la ruptura de los flculos de reciente formacin.Objetivo

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(113) No requiere ningn tipo de operacin. (114) Se debe verificar en forma permanente que el canal se encuentre limpio, para evitar la acumulacin de materiales en el fondo del canal, que impidan el paso del agua o producir modificaciones en su funcionamiento.

Operacin Mantenimiento

4.6

Decantadores o sedimentadores(115) Sedimentacin es la operacin por la cual se remueven las partculas slidas de una suspensin mediante la fuerza de gravedad; en algunos casos se denomina clarificacin o espesamiento. (116) Una vez que se han formado los flculos, es necesario separar los mismos del agua, para realizar este procedimiento la planta cuenta con las unidades de sedimentacin y filtracin, el trabajo de ambas unidades es complementario. (117) En un decantador o sedimentador se pretende que los flculos sedimenten en el fondo de la unidad, para que el agua se clarifique y los slidos puedan ser removidos del fondo. Existen diversos tipos de sedimentadores, entre ellos se tiene: los convencionales de flujo horizontal los sedimentadores de flujo vertical y manto de lodos los de alta tasa entre los cuales se encuentran los sedimentadores de placasSedimentacin

Objetivo

(118) Al mismo tiempo los sedimentadores pueden tener distintas formas, entre las ms comunes estn los rectangulares y los circulares. (119) En el fondo de estas unidades, se acumula una gran cantidad de lodos, que depende de la calidad del agua que esta siendo tratada. En forma peridica o continua, se debe realizar la extraccin de los lodos que se han acumulado en el fondo, en un periodo de tiempo. Cada unidad en una planta de tratamiento es diseada con un sistema de extraccin de lodos, el mismo que puede ser hidrulico o mecnico. (120) La operacin de las unidades de decantacin est centrada a la evacuacin del lodo depositado en el fondo de las mismas. En el caso de extraccin hidrulica, el operador deber abrir la vlvula de descarga durante un tiempo tal, que despus de la salida del lodo, le permita observar la salida del agua clarificada por el fondo del decantador. Si la extraccin es mecnica el objetivo de la operacin es el mismo, en general el operador deber prestar especial atencin a las recomendaciones tcnicas del fabricante de los equipos de limpieza. En general se debe cumplir con lo siguiente:Operacin

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a) Evacuacin peridica. Consiste en llenar los sedimentadores y dejarlos trabajar durante un periodo de tiempo, que puede variar de 15 das a uno o varios meses, de acuerdo a la turbiedad del agua cruda durante ese perodo, a la dosis y tipo de coagulantes y el volumen muerto que queda en el tanque (para almacenamiento de fangos). Este volumen (en forma emprica) se calcula entre el 10 al 20% del volumen total del tanque para decantadores de flujo horizontal. En decantadores de placas no debe ser inferior al 50% del volumen total, para que los procesos de llenado y vaciado no sean demasiado frecuentes. En todos los casos, el fondo debe tener una pendiente mnima del 5% hacia las bocas del desage que estn colocadas en el piso y no deben quedar a ms de 10 m del punto ms alejado de recoleccin. Por eso en tanques grandes hay que prever varias salidas para los lodos, de manera que se facilite su arrastre por medio de mangueras de alta presin. Debe incluirse en el diseo del tanque de sedimentacin un sistema de tubos donde se puedan conectar estas mangueras. La presin disponible en la salida debe estar entre 20 y 80 m. Se debe tener en cuenta que los lodos no se depositan en forma uniforme en el rea del tanque, especialmente en los de flujo horizontal. Los proyectistas prefieren, por estas razones colocar las bocas de salida en la mitad del primer tercio del tanque y algunos adicionan una o dos series de tolvas con pendientes de 60 en esa parte, para facilitar la limpieza y espaciar el vaciado; se debe considerar abrir en forma peridica la vlvula de drenaje, a fin de dismi

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