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SUMINISTRO DE AGUA
PÚBLICA
Freddy Muñoz Tobar Ingeniero Civil, Sanitario
M.Sc. in Municipal Water and Infrastructure
Profesor cátedra “Tratamiento de Aguas”
Carrera de Ingeniería Civil
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Universidad Central del Ecuador
Cuanta agua necesitamos?
Unos pocos litros de agua por día y por habitante para cubrir la demanda relacionada a:
Bebida básica (agua, te, café, sopa, etc.)
Preparación de alimentos (lavar vegetales, cocinar, etc.)
…y mucha mas agua para cubrir la demanda de otros propósitos
como:
Higiene personal
Limpieza de utensillos de cocina
Lavandería y limpieza del hogar
Riego del jardín
Riego común
Disposición de agua residual (descarga en inodoros)
(Source: Sampat 2000, Sharma 2001)
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Uso del agua doméstica
TIPO DE AGUA CONSUMO DEL AGUA
Doméstico
Pozo de agua comunal 5 – 50 l/hab.*día
Conexión sectorial 20 - 80 l/hab.*día
Conexión en casa 30 – 250 l/hab.*día
Animales
Ganado vacuno 25 – 35 l/animal*día
Ganado porcino 10 – 15 l/animal*día
Aves de corral 15 – 25 l/día por 100
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Enfermedades de origen hídrico (1)
Las enfermedades de origen hídrico se pueden adquirir por la ingesta o
contacto físico con agua contaminada en presencia de:
excrementos humanos
excrementos animales
productos químicos
descargas residuales domésticas y/o industriales
procesos naturales
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Enfermedades de origen hídrico (2)
Estas enfermedades son:
Enfermedades flotantes
Causadas por la ingestión de agua contaminada (cólera y diarreas).
Enfermedades por lavado con agua contaminada
Causadas por una pobre higiene y por contacto de la piel u ojos con
agua contaminada (ej. tracoma que causa la ceguera).
Enfermedades basadas en el agua
Causadas por parásitos encontrados en organismos vivientes en agua
(huevos de guinea)
Enfermedades relacionadas con agua
Causadas por insectos vectores que se reproducen en agua (malaria,
dengue)
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Suministro de agua pública
Agua cruda:
superficial y/o
subterránea Tratamiento
del
agua
Distribución
conducción
transporte
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Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Fuentes de agua cruda
Agua subterránea (pozos, vertientes, manantiales)
En general, es agua segura para agua de bebida, excepto en presencia de arsénico, flúor, y otros contaminantes químicos.
Agua superficial (ríos, lagos)
En general, no es segura para agua de bebida por lo que requiere tratamiento. Contaminada con organismos peligrosos.
Agua marina
No conveniente por alta salinidad. Tratamiento muy costoso.
Agua residual
No es segura por lo que requiere de tratamiento. Altamente contaminada con organismos peligrosos y/o sustancias químicas. Tratamiento costoso.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Historia del suministro de agua pública
Imperio Romano
Los romanos conquistaron parte de Europa, África y Asia durante mas de 6 centenarios (241 AC a 440 DC).
En aquel periodo, se construyeron grandes sistemas para el suplemento de agua por tubería en muchas ciudades grandes.
Los romanos prefirieron el agua subterránea (manantiales) al agua
superficial debido a su mejor calidad.
Después del colapso del Imperio Romano, los sistemas de
abastecimiento de agua en Europa fueron destruidos durante la invasión de los bárbaros.
Ningún progreso, en el suministro de agua publica, se ha evidenciado
durante los siguientes 1500 años.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Cruce de acueducto romano (Italia)
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Red de distribución en Herculaneum
(Italia) – 2000 años atrás
Tuberías de plomo
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Siglo 19
En el siglo 19, muchas ciudades en Europa y USA construyeron
sistemas para el suministro de agua por tuberías, especialmente en las
ciudades principales.
El 50% de las ciudades mas grandes en el Reino Unido tuvieron
sistemas para el suministro de agua por tuberías a mediados del siglo
19, aunque, frecuentes epidemias de fiebre tifoidea y cólera ocurrieron
en aquel siglo.
La razón fue que en muchas ciudades no trataron el agua altamente
contaminada con excremento humano, simplemente el agua superficial
se distribuía normalmente.
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Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Agua superficial (1)
En 1884, Koch (Alemania) puso en evidencia la necesidad de potabilizar el agua. Koch demostró que el cólera es causada por una bacteria.
Las bacterias del cólera son excretadas (en grandes cantidades) por aquellas personas quienes sufren o sufrieron de esta enfermedad.
La descarga directa o indirecta de excrementos humanos en el agua superficial (sistema de alcantarillado) fue una normal practica.
De esta manera, las aguas superficiales fueron altamente contaminadas con microorganismos peligrosos (bacteria, virus y amebas).
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Agua superficial (2)
En la segunda parte del siglo 19 llegó a ser evidente que:
El agua subterránea era en general segura para beber.
La filtración lenta por arena era muy efectivo en la remoción de microorganismos patógenos y materia suspendida, presentes en el agua superficial.
Desde aquel período, la filtración lenta por arena lideró un papel importante en el tratamiento de aguas superficiales.
Este proceso físico/biológico es conocido como “Tratamiento Clásico del Agua”
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Tratamiento clásico del agua
Una filtración lenta por arena consiste de canales rectangulares rellenos con arena con un tamaño entre 1–4 mm.
Materia suspendida, algas y bacterias son removidas en la capa superficial del manto filtrante (1-2 cm).
La capa superficial tiene que ser removida regularmente debido a la colmatación del filtro (resistencia a la filtración). Este procedimiento puede tomar semanas dependiendo del área de filtración y la metodología.
Hoy en día, mas de 150 años después de la introducción de la filtración lenta por arena, todavía constituye en un proceso exitoso que se aplica en Europa y muchos otros países.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Principio de la filtración lenta por
arena
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Filtros lentos de arena (Bélgica)
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Clorinación
Por los años 1900, la cloración fue introducida como proceso de desinfección en particular para aguas con baja turbiedad.
Otros desinfectantes (alternativos) han sido introducidos para evitar “sabor a cloro”, ejemplo:
dióxido de cloro (oxidante fuerte)
ozono (oxidante muy fuerte)
mono-cloramina (oxidante débil)
Actualmente el cloro (oxidante fuerte) es todavía el principal producto usado como desinfectante.
Nota: El agua suplida a la ciudad de Nueva York consiste de agua superficial recogida de áreas protegidas y almacenada en lagos seguido de cloración.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Tratamiento convencional del agua
Después de la Segunda Guerra Mundial (1945) el “Tratamiento Clásico del Agua” fue perdiendo campo cuando el tratamiento físico/químico fue introducido llamado “Tratamiento Convencional del Agua”
Este tratamiento consiste en:
Cloración (pre-oxidación). *
Coagulación/Floculación
Sedimentación
Filtración rápida por arena
Cloración (pos-cloración)
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Tratamiento convencional del agua (2)
Coagulación/Floculación
Consiste en la adición al agua de un coagulante químico (sulfato de
aluminio, cloruro férrico, etc.) con la finalidad de mejorar la velocidad
de sedimentación y/o las características de filtrabilidad de partículas
pequeñas (suspendidas/coloidales). Es la desestabilización de las
partículas presentes en el agua cruda mediante la adición de cargas
positivas.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Tratamiento convencional del agua (3)
Filtración rápida por arena
Consiste de tanques parcialmente llenos con arena de tamaño entre
0,3-2 mm. El agua fluye a través de la arena con la finalidad de
remover partículas suspendidas que tengan un tamaño menor a la
porosidad existente en el lecho filtrante.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Tratamiento convencional del agua (4)
Cuando el filtro ha llegado a su punto de saturación esta listo para ser lavado. El lavado se realiza a contra flujo (a veces se incluye aire) para remover la materia suspendida que ha sido retenida en el lecho filtrante.
Las ventajas de este proceso son:
Necesita mucho menos espacio que el “Tratamiento Clásico”.
No necesita interrupciones en la producción del agua potable (remover la capa superior en los filtros lentos)
Actualmente, el “Tratamiento Convencional” ha sufrido variaciones dependiendo de la calidad del agua a ser tratada.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Retrolavado de un filtro rápido de
arena
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Tecnologías nuevas
Desde la introducción del Tratamiento Convencional, nuevas tecnologías y alternativas de tratamiento han sido desarrolladas e incorporadas en los procesos de tratamiento según la necesidad. Entre las técnicas se pueden mencionar:
Ozonización y Rayos Ultravioleta (UV) como alternativa de la desinfección en reemplazo de la cloración a fin de eliminar la presencia del residual de cloro.
Dióxido de cloro para evitar la formación de compuestos que originan sabor y olor.
Dosificación de carbón activado en polvo (PAC) y filtración por carbón activado granular (GAC) para remover los compuestos que originan sabor y olor.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Tecnologías nuevas (2)
Ozonizadores
Retrolavado en filtros de
carbón activado granular
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Procesos alternativos
Extracción de agua de río por filtración en bancos (bank filtration)
El fondo y el banco del río actúa como un filtro muy lento de arena.
Infiltración de agua superficial para recargar agua subterránea
El proceso simula el proceso natural del suelo.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Recarga artificial del agua subterránea
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Cloración
A finales de los 60´s, las estrategias para el tratamiento de agua parecieron estar completas.
Énfasis en “seguridad microbiológica del agua potable”
Este target fue largamente extendido asegurando de esta manera la cloración.
En USA, la confiabilidad en el cloro fue casi ilimitada……. “A mayor cantidad de cloro aplicado es mejor hasta que el limite sea el sabor”
En Europa, existe menos confiabilidad en el cloro…… “Que está mal en el agua potable para que el cloro sea necesitado en el tratamiento?”
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Cloración (2)
Sub-productos de la cloración
En los 70´s (1970-1980) el descubrimiento de la formación de sub-productos de la cloración (tri-halometanos) afectó la extrema confianza depositada en el cloro.
Por lo tanto, la tranquilidad alrededor de la filosofía del tratamiento de agua superficial entró en duda debido a:
Muchos compuestos orgánicos sintéticos fueron identificados en el
agua potable producida desde el agua superficial.
Desinfectantes alternativos: dióxido de cloro, ozono y mono-cloraminas (posiblemente carcinogénico).
Algunos pesticidas fueron identificados en el agua potable en concentraciones mas altas que los valores guías.
Algunos casos de epidemia por enfermedades relacionadas con el agua (giardiasis y cryptosporidiosis en Europa y USA).
Incremento en la presión por parte de los consumidores a las Compañías de Agua Potable para reducir sabor, olor, turbiedad y dureza.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Agua superficial
Por qué el agua superficial no es segura para tomar??????
El agua superficial esta normalmente contaminada con microorganismos patógenos (peligrosos) excretados por seres humanos y animales de sangre caliente.
Además, ciertos contaminantes podrían estar presentes debido a una larga exposición a ellos, tales como:
químicos inorgánicos,
químicos orgánicos sintéticos (pesticidas),
productos derivados del petróleo,
material biológica
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Agua superficial (2)
Presenta el agua superficial contaminación natural (impurezas)???
Comúnmente se encuentran iones inorgánicos como: Na+ , Cl- , SO42- ,
Ca2+ , Mg2+, etc.
Además, otros compuestos provenientes de las aguas subterráneas pueden estar presentes: Fe(OH)3 , MnO2 , arsénico, flúor.
Partículas de arcilla originarias de la erosión.
Algas usan nutrientes (fosfatos) para crecer en el agua.
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Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Rio en Indonesia
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Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Agua subterránea
El agua subterránea es el agua que se encuentra por debajo de la superficie terrestre que llena los espacios entre los granos o intersticios de las rocas.
La cantidad de agua que el suelo puede contener depende directamente de su porosidad.
La porosidad en arenas y gravas oscila entre el 30 y 40%.
La porosidad en rocas sedimentarias (piedra arenisca) es comúnmente 1% o menos.
Cómo se origina el agua subterránea?
El agua lluvia y el agua producto de los deshielos son las fuentes del
agua subterránea, filtrándose a través del suelo, recargando los
acuíferos.
La edad del agua subterránea muestra grandes diferencias, por
ejemplo aguas de algunos días a aguas de millones de años (fósiles).
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Agua subterránea (2)
Por qué el agua subterránea, generalmente, es segura para beber?
La mas importante categoría de contaminantes del agua subterránea
llamada microorganismos son removidos en el suelo mediante el
proceso de filtración natural y a lo largo del periodo de residencia.
El agua subterránea extraída de las rocas sedimentarias no es siempre
segura.
Contiene el agua subterránea contaminantes naturales?
Comúnmente existe presencia de los iones: Na+, Cl-, SO42-, Ca2+, etc.
En un limitado número de regiones existe presencia de componentes
tóxicos como el arsénico y fluoruros.
Hierro (II) y Manganeso (II) están comúnmente presentes en la
mayoría de las aguas subterráneas.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Agua subterránea (3)
Es la contaminación del agua subterránea un problema particular?
La contaminación del agua subterránea por actividades humanas es un
severo problema.
Las principales fuentes de contaminación del agua subterránea son:
Efluentes industriales
Rellenos sanitarios municipales
Químicos de la agricultura (pesticidas)
Efluentes de sistemas sépticos
Fugas de tuberías de petróleo y tanques de almacenamiento
Desechos animales
Drenaje ácido proveniente de minas
Concentrado en campos de aceite
Intrusión del agua marina
Retorno del flujo de irrigación
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Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Tratamiento del agua subterránea
Muchas aguas subterráneas no necesitan tratamiento alguno, aunque la mayoría contiene Fe (II) y Mn (II) causando un color café rojizo y negro (color aparente).
La aireación seguida de filtración rápida por arena es comúnmente aplicada.
Dependiendo de la presencia de los contaminantes, técnicas adicionales son aplicadas:
Filtración en carbón activado granular(GACF) para remover sabor, olor y
pesticidas.
Ozonización como alternativa para GACF.
Nanofiltración para la remoción del color natural (materia orgánica) y dureza.
Ablandamiento (zeolitas, intercambio iónico).
La pos-cloración es aplicada en muchos países con el objetivo de proteger la calidad del agua en las redes de distribución por la presencia del residual de cloro.
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Tecnologías avanzadas (1)
Para ablandamiento
Nanofiltración (tecnología de filtración por membranas)
Cristalizadores de lecho fluidificado
Para remoción de materia suspendida y desinfección
Ultra y microfiltración (tecnología filtración por membranas)
Para desinfección
Rayos ultravioleta
Tecnología por membranas
La membranas consisten de hojas delgadas o capilares fabricadas de polímeros orgánicos con porosidades en el rango de:
Muchos μm’s (microfiltración)
Cientos de nm’s (ultrafiltración)
Menores a 1 nm (nanofiltración y osmosis inversa)
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Unidades de microfiltración en USA
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Membranas capilares microfiltración
Tratamiento de Aguas. Aguas Claras
Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Planta de nanofiltración (Francia)
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Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Tecnologías avanzadas (2)
Nuevas tecnologías fueron desarrolladas para la desalinización del agua marina y agua salobre.
Para agua marina:
Procesos de destilación
Osmosis inversa (tecnología de membranas)
Para agua salobre (aguas superficial y subterránea):
Electrodiálisis
Osmosis inversa (tecnología de membranas)
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Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Planta desalinizadora (Arabia Saudita)
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Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
Osmosis inversa para agua marina
(Chipre)
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Ing. Freddy Muñoz Tobar, M.Sc.
