Clase 5 Agua Potable

PRODUCCION DE AGUA POTABLE

Temario:           

Introducción. Características de las aguas naturales. Requisitos de calidad del agua (NCH.409) Fuentes de captación. Procesos de Tratamiento. Procesos de Coagulación. Proceso de Sedimentación. Proceso de Filtración. Proceso de Desinfección. Proceso de Fluorurarción. Proceso de Distribución.

INTRODUCCION: • ANTECEDENTES GENERALES SOBRE EL AGUA: – El agua es uno de los ionizantes más conocidos. Puesto que todas las sustancias son de alguna manera soluble en agua, se le conoce como el disolvente universal. Combinada con ciertas sales forma hidratos, reacciona con los óxidos de metales formando ácidos y actúa como catalizador en muchas reacciones. – El agua es el elemento más importante de la tierra, sin el cual no hay vida. Es un líquido inodoro e insípido, compuesto de dos átomos de hidrógeno y uno de oxigeno.

– Tiene un matiz azul, que solo puede detectarse en capas de gran profundidad.

Requisitos de calidad del agua (NCH.409) • Introducción: – El agua potable, es el agua destinada al consumo humano y que satisface las características físicas, químicas, bacteriológica, biológicas y radiológicas que establece la Autoridad Sanitaria competente con sus correspondientes normas. En Chile la norma que establece los requisitos de calidad que debe cumplir el agua potable es la Norma Chilena 409 (NCH409), la cual establece una serie de requisitos que se agrupan de la siguiente manera: • Requisito Físico. • Requisitos Químicos. • Requisitos Radioactivos. • Requisitos Bacteriológicos. • Otros requisitos.

Requisitos de calidad del agua (NCH.409) • Requisitos Físicos: – El agua potable debe cumplir con los requisitos indicados: Requisito

Unidad

Limite Máximo

Color Verdadero

Escala Pt – Co

20

Olor

-

Inodora

Sabor

-

Insípida

Turbiedad

UNT

2

Dentro de los parámetros más requeridos para el control de la calidad del agua potable se encuentra la turbiedad. La medición de la turbiedad se basa en la comparación de la intensidad de luz que se dispersa en una muestra con la de una suspensión de referencia bajo las mismas condiciones.

Requisitos de calidad del agua (NCH.409) • Requisitos Químicos: – El agua potable no debe contener elementos o sustancias químicas en concentraciones totales mayores a las indicadas en la siguiente tabla: Sustancia

Expresada como

Límite máximo (mg/lt)

Amoníaco

NH4+

0,25

Arcénico

As

0,05

Cadmio

Cd

0,01

Cianuro

CN-

0,02

Cloruros

CL-

250*

Cobre

Cu

1,0*

Compuestos Fenólicos

Fenol

0,002

Cromo Hexavalente

Cr

0,05

Detergente

SaaM

0,50

Flúor

F-

1,5

Hierro

Fe

0,3*

Magnesio

Mg

125

Requisitos de calidad del agua (NCH.409) • Requisitos Químicos: Manganeso

Mn

0.10*

Mercurio

Hg

0,001

Nitratos

NO2

10*

Nitritos

NO3

1,0

pH

-

6,0 – 8,5

Plomo

Pb

0,05

Residuos Sólidos Filtrables

-

1000

Selenio

Se

0,01

Sulfato

SO4

250*

Zinc

Zn

5,0*

* El Ministerio de Salud puede aceptar un contenido mayor de estas sustancias.

Requisitos de calidad del agua (NCH.409) •

Requisitos Radiactivos: – El agua potable no debe contener sustancias radiactivas en concentraciones mayores a las indicadas: Elementos Radiactivos

Límites Máximo, pCi/I*

Estroncio 90

10,0

Radium 226

3,0

Actividad Beta total (excluyendo Sr 90 y Ra226)

1000

Actividad Beta total (incluido Sr 90)

50,00

Actividad Alfa total (incluyendo Ra-226)

15,00

*Unidades de espectro radiactivo.

Requisitos de calidad del agua (NCH.409) • Requisitos Bacteriológicos: – El agua potable debe estar exenta de microorganismos de origen fecal, cuya presencia se establece en base a la determinación de gérmenes del grupo coliforme.

• Otros Requisitos: – Como parte de los requisitos necesarios para controlar la calidad del agua potable, se mencionan además, las concentraciones de pesticidas y triclorometano. Las cuales son necesarias, cuando la zona de captación se encuentra muy cercana a suelos agrícolas, que están en constante contacto con plaguicidas y pesticidas.

Fuentes de captación. • Fuentes de Captación: – El agua potable es un producto que debe elaborarse, que debe ser “fabricado” en complejas instalaciones de producción a partir de agua natural o cruda. Desde el punto de vista del origen del agua que se consume, así como la población abastecida, los sistemas de abastecimiento de agua para el consumo humano puede ser clasificado en:

– Superficiales: Que incluyen a lagunas, ríos, esteros y canales.

– Subterráneas: Que comprenden pozos profundos, drenes y punteras.

Fuentes de captación. • Tipo de fuentes de abastecimiento, según su calidad: Tipo de Fuentes

Descripción

Tipo I

Este tipo comprende, en primer lugar, las fuentes cuyas aguas son factible de ser tratadas sólo con el proceso de desinfección que es obligatorio para todo los casos. En segundo término, este tipo comprende que, antes de la desinfección, son factibles de ser tratadas con un proceso de filtración en lecho granular.

Tipo II

Este tipo comprende, en primer lugar, las aguas que son factible de tratar con los proceso de coagulación, floculación, decantación, filtración y desinfección. En caso de altas turbiedades, podrá ser necesario incluir una etapa de predecantación o sedimentación primaria. En segundo lugar, este tipo comprende las aguas que son factibles de tratar con un proceso convencional y de oxidación.

Tipo III

Para este tipo de fuente, los procesos convencionales no son suficientes y se debe complementar o aplicar, adicional o independientemente, procesos especiales. Si los parámetros excedidos son algunos elementos metálicos no removidos por los procesos descritos para las fuentes tipo II. Cloruros, sulfatos o, en general sustancias disueltas, estos procesos especiales son osmosis inversa, intercambio iónico, ablandamiento, electrodiálisis, ultrafiltración, nanofiltración u otro equivalente. En esta categoría se incluyen las aguas con niveles severos de olor y sabor.

Procesos de Tratamiento. • Introducción a los procesos de tratamiento: –

El agua cruda es transformada en agua potable en un centro de producción, el proceso de tratamiento de agua consiste en una serie de etapas que permiten eliminar las impurezas del agua o sustancias que afectan su calidad física, química y bacteriológica dejándola apta para el consumo humano. El presente esquema muestra las condiciones físicas en que pueden encontrarse estas sustancias e impurezas: Materia Disuelta

Materia Coloidal

Atomos y Moléculas

Particulas Coloidales

Materia en Suspensión Solidos Suspendidos

Fierro, Manganeso, sales disueltas

Solidos Sedimentables

Algas

Bacterias Flocs

Microscopio Electronico

Milimetros Micrones

0,000001 0,001

0,00001 0,01

0,0001 0,1

Ultra Microscopio

0,001 1

Microscopio

0,01 10

0,1 100

Visual

1 1000

10 10000

Muchos de los contaminantes se encontrarán en estado disuelto, y para separarlos por proceso de clarificación será necesario primero oxidarlos para precipitarlos de modo que adquieran el estado de partícula coloidal. Las partículas coloidales a su vez será preciso unirlas para transforma partículas en suspensión y esta hacerlas crecer uniéndose entre sí para formar partículas sedimentables.

Procesos de Tratamiento. • Selección de Fuentes: – Normalmente para seleccionar las fuentes destinadas a la producción de agua potable, requiere de caracterizaciones de calidad previa, que permitan conocer su composición física, química y bacteriológica, de modo de poder escoger aquellas fuentes de mejor calidad, o aquellas cuyos contaminantes sean fáciles de remover desde el agua con los procesos u operaciones de tratamiento comunes y más económicos. – Para este efecto se deberán tener en consideración las normas de calidad del agua potable, y los aspectos anteriormente señalados respecto al estado de los contaminantes en el agua.

Procesos de Tratamiento. • Operaciones y Procesos de Tratamiento: – Normalmente se diferencia entre operaciones y procesos de tratamiento; se consideran como operaciones, aquellas que funcionan bajo principios físicos, tales como la fuerza de gravedad, retención mecánico, etc., mientras que en el caso de los procesos, intervienen reacciones químicas. Entre las operaciones y procesos de tratamiento más comunes para el tratamiento del agua, se encuentran los siguientes: • • • • • • • •

Desarenado Pre-sedimentación ( pre-decantación) Coagulación Floculación Sedimentación (decantación) Filtración Oxidación Desinfección

Procesos de Coagulación. • Objetivo de los procesos de Coagulación-Floculación: – El propósito de los procesos de coagulación - floculación consiste en transformar aquellos sólidos no sedimentables o partículas coloidales, que representan impurezas o contaminantes en el agua, en sólidos sedimentables o filtrables que puedan ser separados del agua en procesos de tratamiento posteriores de sedimentación o filtración. – En la primera parte de este proceso, denominada Coagulación, el objetivo específico consiste en desestabilizar las condiciones propias de las partículas coloidales, que impiden que estas se junten entre sí posibilitando la formación de partículas de mayor tamaño. – En la segunda etapa, denominada Floculación, la finalidad que se persigue consiste en juntar las partículas ya desestabilizadas en la etapa anterior, de modo de aglomerarlas en partículas de mayor, tamaño y peso.

Procesos de Coagulación. • Proceso de Coagulación: – La coagulación es en términos estrictos un proceso, en el cual ocurren reacciones químicas provocadas por productos químicos denominados Coagulantes, que tienen la propiedad de reaccionar con sales presentes en las aguas o con el agua obteniéndose como efecto final el actuar sobre las propiedades electrocinéticas de las partículas finas no sedimentables o materia coloidal. – Se ha observado que las partículas coloidales, se mueven de un polo de determinado signo a otro , al estar sometidas a un campo eléctrico, lo que demuestra que poseen una carga eléctrica. Normalmente esta carga eléctrica es negativa, situación que genera fuerzas repulsivas entre las partículas, impidiendo que esta se junten entre sí aglomerándose para formas partículas mayores. El proceso de coagulación cambia la naturaleza de la carga eléctrica superficial de estas partículas y para tal efecto se precisa emplear productos químicos específicos, denominados coagulantes

Procesos de Coagulación. • Productos Químicos Coagulantes: – La siguiente tabla presenta una nómina de los productos químicos comúnmente utilizados para los efectos de coagulación floculación, en el tratamiento de aguas en Chile: Nombre Químico

Clasificación Química

Coagulante Primario

IN

*

FeCl3*6 H2O

IN

*

Polímeros Catiónicos

Varias

S

*

Polímeros Aniónicos

Varias

S

*

Polímeros No Iónicos

Varias

S

*

Sulfato de Aluminio Cloruro Férrico

Formula Química Al2(SO4)3*

14 H2O

Ayudante de Coagulante

*

– Debe entenderse la diferencia entre los mecanismos de coagulación, cuando se usan coagulantes inorgánicos o productos sintéticos como los poli-electrolitos. En el primer caso, el coagulante inorgánico se disuelve en el agua y luego se disocia químicamente, liberándose especies químicas con carga eléctrica contraria a la que poseen las partículas en suspensión coloidal. En el caso de los polímeros, estos productos de cadena molecular larga, han sido sintetizados y traen ya zonas en su estructura en las cuales se produce la adsorción de los coloides.

Procesos de Coagulación. • Efecto del pH en el Proceso de Coagulación: – La disociación en el agua de los productos coagulantes primarios de tipo inorgánico, que se conoce como Hidrólisis, genera diferentes productos o especies químicas, dependiendo del pH del agua en que se desenvuelva esta reacción. De este modo y según el pH, se podrán formar especies químicas derivadas de la reacción del Sulfato de Aluminio o del Cloruro Férrico en las aguas crudas, que sean más o menos eficientes para el proceso de coagulación. – Por esto es preferible que el pH del agua para el proceso de coagulación, se mantenga en una zona en la que haya una mínima solubilidad de los iones metálicos del coagulante utilizado de manera de producir la máxima precipitación del Aluminio o del Fierro. En este sentido, el rango de pH óptimo para el proceso cuando utilizamos Sulfato de Aluminio, es entre 6.0 y 7.5, mientras que en el caso del Cloruro Férrico, dicho rango es más amplio y puede fluctuar entre 5.5 y 8.0

Procesos de Coagulación. • Efecto del pH en el Proceso de Coagulación: – En la siguiente figura se señala el pH de algunas soluciones. En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.

Procesos de Coagulación. • Sistema de Coagulación: – Para que se lleve a cabo este proceso en las plantas de tratamiento de agua potable, los sistemas de coagulación están constituidos normalmente por el Sistema de Dosificación de los productos coagulantes y por el Sistema de Mezcla para la ocurrencia del proceso.

El Sistema de Dosificación normalmente cuenta de los Estanques Almacenamiento del producto coagulante, el cual normalmente está en estado líquido. Una cañería alimentadora transporta el líquido desde dicho estanque hasta el denominado Estanque de Gasto (de menor volumen) que se encuentra en la sala de dosificación junto a una Bomba de Dosificación que aspira la solución del estanque de gasto y la impulsa a través de una línea en presión al punto de aplicación en la planta.

Procesos de Coagulación. • Sistema de Mezcla: – El Sistema de Mezcla normalmente en plantas de tratamiento gravitacional, puede ser de tipo hidráulico o mecánico. En el sistema hidráulico se emplean normalmente dispositivos hidráulicos como un Canal Parshall, o cámaras de diseño específico, en la que se genere un resalto hidráulico o régimen turbulento suficiente para producir la dispersión y mezcla del producto coagulante con el agua a tratar. Cuando la unidad de mezcla es mecánica, se dispone de una cámara en donde ingresa el agua y en donde se aplican normalmente los productos químicos, la cual contiene un agitador mecánico que permite efectuar la mezcla.

Procesos de Coagulación. • Factores Críticos del Proceso: – Dosis de Coagulantes: • Es preciso conocer la dosis óptima de coagulante para que esta etapa del proceso tenga una eficiencia adecuada. Se debe considerar que una vez que las aguas en proceso pasan por esta etapa, no pueden ser devueltas y que un mal proceso de coagulación repercutirá negativamente en los procesos posteriores como la floculación, sedimentación, filtración y desinfección. • Las dosis de coagulantes deben ser determinadas necesariamente mediante ensayos de jarras que permitan acumular datos históricos en diferentes rangos de turbiedad o de color de las aguas y considerando las variaciones estacionales que afectan la calidad de las aguas crudas. Cuando se dispone de mucha información, se pueden definir dosis tentativas en diferentes condiciones las cuales deben ser ajustadas posteriormente en el control del proceso.

– Precisión de la Dosis Aplicada: • La precisión de la dosis aplicada depende fundamentalmente de tres factores: concentración del producto coagulante, precisión de la bomba de dosificación, y conocimiento del caudal de agua en tratamiento.

Procesos de Coagulación. • Factores Críticos del Proceso: – Eficiencia en la Dispersión y Mezcla del Coagulante: • La coagulación es un proceso que dura muy pocos segundos, y que debe llevarse a cabo necesariamente dentro de la unidad de mezcla. La agitación en la unidad de mezcla es alta precisamente para lograr una rápida dispersión y mezcla del producto con el agua. Por esta razón a esta etapa del proceso se le conoce también con el nombre de mezcla rápida. • El primer aspecto que ayuda a una buena dispersión, es que el volumen de producto coagulante impulsado por la bomba de dosificación , venga en lo posible acompañado con un volumen adicional de agua de arrastre, para evitar que en el punto de aplicación el coagulante ingrese como un flujo mínimo o en gotas, condición que puede darse en caso de dosificaciones bajas, o cuando el coagulante se encuentra muy concentrado. Un mayor volumen de solución de coagulante podrá dispersarse en forma más rápida en el gran volumen de agua cruda que ingresa a la zona de mezcla rápida.

Proceso de Floculación: • Floculación: Este proceso se lleva a cabo en las unidades denominadas floculadores, que consisten en estanques con agitación mecánica o canales paralelos a través de los cuales el agua escurre a diferentes velocidades, creándose en ambos sistemas la agitación de la masa líquida que posibilitará el choque entre las partículas coloidales coaguladas, que se unirán entre sí, incrementándose su tamaño y peso. Estas nuevas partículas en suspensión logradas en el proceso de coagulación - floculación, reciben el nombre de flóculos.

Proceso de Floculación: • Sistema de Floculación: – Los floculadores se clasifican en Floculadores Hidráulicos y Mecánicos. • Los primeros son unidades formadas por varios canales a través de los cuales el agua va avanzando. Los canales se ubican uno junto al otro formando un laberinto y giros de 180° para darle al agua la agitación necesaria para permitir la colisión entre las partículas coloidales desestabilizadas. La agitación o gradiente de velocidad queda definida por el caudal que entra al proceso ya que la sección de los canales es fija, situación que de alguna manera se optimiza, diseñando zonas con una diferente sección, por lo que bajo un mismo caudal de entrada a estas unidades se obtienen gradientes de velocidad distintos, mayores al inicio y menores al final. Entrada

Entrada

Salida

Salida

Proceso de Floculación: • Sistema de Floculación: • Los floculadores mecánicos son estanques de hormigón que poseen motores con un agitador normalmente de paleta, que giran a velocidades relativamente lentas ( 10-30 RPM) permitiendo la agitación necesaria para el proceso. En este caso la agitación o gradiente de velocidad es independiente del caudal de entrada a las unidades. Normalmente estos motores tienen variadores de velocidad que permiten ajustar las velocidades de agitación de acuerdo a lo requerido.

Proceso de Floculación: • Factores Críticos del Proceso: – Considerando que la dosis de coagulante es un factor crítico general para todas las etapas del proceso, pero que se debe manejar en la etapa de coagulación, se analizan factores y propios de esta: • Eficiencia de la Mezcla: La agitación debe ser permanente y cualquier interrupción implica implica la sedimentación de los flocs en los estanques floculadores. • En el caso de los floculadores hidráulicos debe establecerse restricciones de caudal en proceso para régimen de caudal reducido y régimen de sobrecarga, de modo de evitar la sedimentación de flocs en el primer caso y la destrucción del flocs en el segundo. • Si corresponde a floculadores mecánicos, es importante controlar cada cierto tiempo las velocidades de agitación, además es preciso mantener el estado de las paletas, ya que ya que estas se rompen o pierden parcialmente sus pantallas, las condiciones de gradiente de velocidad se pierden en la unidad afectando el proceso. • Control de pH: Es importante efectuar un control del ph. Esta información permitirá conocer si el proceso se llevará a cabo en un rango de pH adecuado o si se deben efectuar correcciones o ajustes para tales efectos. La ventaja de hacer este control al inicio de la floculación, radica en el hecho que la mezcla y la reacción química de los coagulantes o de los productos de alcalinización se han completado y que el tiempo de respuesta para los ajustes necesarios es aún adecuado.

CONTROL DEL PROCESO DE COAGULACIÓN Y FLOCULACIO: • COMENTARIO GENERAL: – El proceso de coagulación floculación es un proceso básico que determina gran parte de las condiciones de operación de una planta de tratamiento ya que de este dependen la eficiencia de los procesos sub siguientes de separación de sólidos mediante la sedimentación y filtración.

PROCESO DE SEDIMENTACION: • Objetivo del Proceso: – El propósito fundamental de este proceso consiste en reducir el contenido de sólidos en suspensión, para hacer factible el proceso posterior de filtración en términos económicamente razonables. – Es esperable en este proceso, eficiencias superiores al 80%, de modo que la carga de sólidos que se transportarán a los sistemas de filtración sea reducida. Aún cuando no es la finalidad de esta etapa obtener aguas dentro de norma en lo que respecta a la calidad física, es factible obtener aguas decantadas, con valores de turbiedad menores a 5 UNT. – La calidad del agua decantada, tiene un impacto importante en los costos del proceso de filtración e incluso puede tener consecuencias en el cumplimiento de los parámetros de calidad física en el efluente de una planta.

PROCESO DE SEDIMENTACION: • Sistema de Sedimentación: – Las unidades de sedimentación consisten en estanques que se diseñan para el ingreso del agua coagulada o floculada, y la reducción de la velocidad del flujo, permitiendo un régimen de flujo no turbulento y un periodo de residencia adecuado para permitir la sedimentación de los sólidos suspendidos. – Lo Sedimentadores más comunes son: • Los sedimentadores rectangulares, son uno de los tipos de unidades de sedimentación más antiguos y consisten en un estanque rectangular en los cuales el flujo se desplaza horizontalmente, ingresando por un extremo y saliendo por el otro. • Los Sedimentadores de alta tasa corresponden a diseños mas modernos y consisten en unidades de alta tasa, con placas inclinadas para lograr un comportamiento laminar del flujo y permitir la sedimentación de los sólidos suspendidos. Este tipo de sedimentadores ha mejorado notoriamente la eficiencia en relación a los sedimentadores tradicionales mencionados con anterioridad, y han optimizado el uso de espacio para su instalación y operación.

PROCESO DE SEDIMENTACION: •

Factores Críticos del Proceso: – Tasa Hidráulica de Trabajo. • Cuando el caudal es superior al caudal de diseño, la unidad entra en régimen de sobrecarga, y esto genera aumento de las velocidades del flujo al interior de las unidades, situación que puede tener como consecuencia el arrastre de flocs hacia el efluente, incrementando la turbiedad del agua decantada.

– Condición de Flujo Laminar. • Las condiciones de un flujo no turbulento son fundamentales en la zona de sedimentación de un decantador. Cualquier obstrucción o cambios en la sección de esta zona, por desprendimiento de placas o estructuras cambia las condiciones del flujo, generando zonas de turbulencia que impiden una buena sedimentación, comprometiendo la calidad del efluente. • En este sentido es importante realizar inspecciones visuales permanentes de estas unidades para verificar su buen funcionamiento. El crecimiento de algas en los sistemas de placas de sedimentadores de alta tasa, terminan por retener los lodos en las placas, disminuyendo su sección y aumentando la velocidad, perdiéndose el régimen laminar.

– Nivel de Lodos en los Sedimentadores. • Los sedimentadores o decantadores disponen de un área de almacenamiento de lodos, la cual permite acopiar una cantidad de lodos limitada. Cuando el volumen de lodos al interior de los sedimentadores excede el límite de diseño, normalmente estos interfieren la zona de sedimentación o la zona de ingreso de las aguas, generándose arrastre de estos lodos hacia el efluente y deterioro de la calidad del efluente.

PROCESO DE SEDIMENTACION: • Sedimentadores o Decantadores de Placas:

PROCESO DE FILTRACION: • Objetivo del Proceso:

– El propósito fundamental del proceso consiste en remover partículas en suspensión, presentes en el agua, sean estas arcillas, bacterias, algas o flocs no retenidos en procesos previos como la sedimentación.

• Descripción General del Proceso de Filtración: – En el proceso de filtración, el agua debe atravesar un material granular, denominado lecho filtrante, en el cual quedarán retenidas las impurezas o material en suspensión. Bajo el lecho filtrante existe normalmente un lecho de soporte, que permite sostener el lecho filtrante, y finalmente existirá un sistema de drenaje que permitirá retirar las aguas filtradas desde el filtro. – En términos generales, las aguas descienden a través del lecho, ya sea por acción de la fuerza de gravedad o bajo presión, y el material en suspensión va paulatinamente quedando retenido en el lecho filtrante, ocupando los poros o intersticios del material granular. En la medida que dichos espacios van quedando obstruidos, va aumentando la resistencia al paso del agua , conocida como pérdida de carga, hasta que alcanza un nivel crítico en que la productividad del filtro ya no es adecuada. – En esta condición culmina el ciclo de filtración, es decir el periodo de productividad del filtro, denominado también carrera de filtración, haciéndose necesario retirar todo el material en suspensión que quedó atrapado en el lecho filtrante. – Dependiendo del tipo de filtro, esta limpieza se efectuará en el mismo filtro, invirtiendo el sentido de flujo dentro del lecho, y efectuando una operación de retrolavado, o retirando el lecho filtrante o una parte de este para lavarlo.

PROCESO DE FILTRACION: • Tipos de Filtros: – Filtros Gravitacionales • En estos filtros, el nivel de agua sobre el lecho, determina la carga hidráulica o presión, que forzará al agua a atravesar el lecho filtrante. Estos filtros incluyen Filtros Rápidos y Filtros Lentos. • Filtros Rápidos: – Permiten la filtración en lecho granular de aguas pretratadas (con procesos previos de coagulación, floculación, sedimentación) Las tasas de filtración son relativamente altas (117-176 m3/m2-día) Normalmente emplean como medio filtrante un lecho mixto, compuesto de arena y carbón o antracita. – En este tipo de filtros el agua atraviesa el lecho filtrante por la acción de la gravedad, y el proceso de filtración se lleva a cabo en profundidad, en toda la altura del lecho filtrante. – El proceso se desarrolla hasta el momento en que aumenta la pérdida de carga, producto de la colmatación del lecho por el material retenido, debiéndose proceder al lavado del lecho para la eliminación del material particulado retenido.

• Filtros Lentos: – Permiten tratar aguas con procesos previos como sedimentación, y con una bajo contenido de sólidos en suspensión. Las tasas de filtración son extremadamente bajas ( 0.86-8.64 m3/m2-día). Normalmente emplea arena fina como lecho filtrante.

PROCESO DE FILTRACION:

Filtros Lentos Filtro Rápido

PROCESO DE FILTRACION: • Lechos Filtrantes: – El medio o lecho filtrante que se emplea en procesos de filtración es siempre de tipo granular e inerte. Los materiales más comunes son arena y antracita. Dependiendo del tipo de filtro, los lechos pueden ser homogéneos (arena o antracita solas) o mixtos de arena y antracita. – A su vez dependiendo de la profundidad del lecho filtrante, los filtros son clasificados como convencionales (profundidad 0.60.75 m) o profundos ( 0.9-2.4 m) .

• Material Soportante: – El material o lecho de soporte, es un material que permite retener el lecho filtrante y evitar su arrastre por el flujo en el efluente filtrado. Normalmente este material está compuesto de grava de diferente granulometría. – El lecho de soporte debe ser necesariamente inerte e insoluble en agua. Este lecho no interviene en el proceso de filtración, no retiene material particulado y por lo tanto debe permanecer limpio, sin obstruirse

PROCESO DE FILTRACION: • Sistema de Retro-Lavado de Filtros Rápidos: – Una vez terminada la carrera de filtración de un filtro, es preciso eliminar el material removido del agua, desde el lecho filtrante, para lo cual dependiendo del tipo de filtro, se debe proceder a una operación de limpieza, normalmente conocida como lavado o retrolavado. – En este tipo de sistemas, la operación consiste en invertir el flujo en el lecho filtrante, haciendo pasar agua limpia ya tratada en forma gravitacional o mediante bombeo, para lavar el lecho filtrante.

PROCESO DE FILTRACION: •

Para tal efecto existen básicamente tres CRITERIOS para efectuar un retro – lavado: –

–

El primer criterio, la pérdida de carga, que es la resistencia que el lecho presenta al paso del agua, debido a que sus intersticios o poros están obstruidos por el material en suspensión retenido. El aumento de la pérdida de carga es gradual, en la medida que se va reteniendo material en suspensión, y alcanza un valor crítico, momento en el cual la productividad del filtro decrece considerablemente. La pérdida de carga se puede medir entonces indirectamente, por el incremento en el nivel de agua al interior de la caja del filtro o en el canal de alimentación a los filtros. Un segundo criterio corresponde al tiempo de filtración o longitud de la carrera de filtración. Cuando la cantidad de material suspendido en el agua afluente a un filtro es menor, el filtro no alcanza la pérdida de carga crítica y su carrera puede extenderse por muchas horas. Esta situación genera la compactación paulatina del lodo al interior del lecho, haciéndose difícil su extracción durante las operaciones de lavado. Termina esto en la formación de “bolas de lodo”, que por su tamaño y grado de compactación, no son destruidas durante la operación de lavado, quedan en el lecho y van restando superficie de filtración durante la operación normal del filtro. Siempre es importante definir en una planta el tiempo máximo de las carreras de filtración (12-70 horas), de manera que cumplido dicho tiempo se proceda a la operación de retrolavado aún cuando no se haya alcanzado la pérdida de carga crítica.

PROCESO DE FILTRACION: – El tercer criterio corresponde a la turbiedad en el efluente del filtro. Puede suceder que en la medida que transcurre el tiempo de la carrera de filtración, se provoque un fenómeno que se conoce como “rompimiento del lecho”, en el cual se desprenden partículas retenidas que incrementan la turbiedad del agua filtrada. Esto está normalmente relacionados con problemas en la granulometría del lecho o con problemas de dosificación de productos químicos. En este caso se hace necesario también efectuar una operación de lavado. Cabe señalar que normalmente y en una optima condición de proceso, los filtros debieran lavarse por tiempo, luego por pérdida de carga y rara vez por turbiedad en el efluente. Durante la operación de retrolavado, se ingresa una tasa de lavado especificada en el diseño, para permitir que el lecho se “fluidize” y se expanda una altura determinada. En esta condición, los granos del material filtrante se separan y el agua escurre entre ellos, arrastrando el material particulado atrapado o pegado a los granos, el cual es arrastrado hacia un desagüe final. La operación de retrolavado debe durar un tiempo razonable ( entre 10 y 20 minutos) para que el lavado sea eficiente.

PROCESO DE FILTRACION: • Sistema de Retro-Lavado de Filtros en Presión: – En este tipo de sistemas, la operación consiste en invertir el flujo en el lecho filtrante, haciendo pasar agua limpia ya tratada mediante bombeo, para lavar el lecho filtrante. Para tal efecto existen básicamente tres condiciones que determinan un retrolavado de un filtro en presión: • Pérdida de carga (determinada por el diferencial de presión entre el manómetro de entrada y el manómetro de salida del filtro) • Tiempo de Filtración (horas) • Turbiedad efluente.

• Para tal efecto existen básicamente tres CRITERIOS para efectuar un retro – lavado: • El primer criterio, la pérdida de carga. • Un segundo criterio corresponde al tiempo de filtración o longitud de la carrera de filtración. (12 – 48 horas) • El tercer criterio corresponde a la turbiedad en el efluente del filtro.

PROCESO DE FILTRACION: • Filtros en Presión: – Los filtros en presión operan con los mismos principios que los filtros rápidos gravitacionales, con la diferencia que en los filtros en presión, el proceso se lleva a cabo dentro de un estanque de metálico, de acero , de tipo vertical y bajo condiciones de presión. – Un filtro en presión es un estanque metálico cerrado, interconectado en la línea de impulsión a un estanque, que tiene en su interior el lecho filtrante habitualmente mixto, un lecho de soporte y un sistema de drenaje. – En su exterior existe un manifold o distribuidor con una serie de válvulas que permiten definir las diferentes funciones de operación como son: filtración, retrolavado, y lavado. – Normalmente se emplea este sistema para tratamiento de aguas crudas que tienen problemas de calidad física o problemas de contaminación por fierro y manganeso.

PROCESO DE FILTRACION: • Funcionamiento de un Filtro en Presión: – Durante la función de filtración el agua ingresa al filtro con los productos químicos agregados en la línea, por la parte superior ingresando por un embudo de rebalse en la parte superior del filtro. El agua desciende y cruza el lecho filtrante formado normalmente por una mezcla de arena y antracita. En el lecho se producen fenómenos de micro-floculación que permiten la filtración por los mecanismos de cernido o colado, y por adsorción en los granos del material filtrante. – Luego el agua cruza el lecho de soporte, formado normalmente por grava de diferente granulometría y finalmente por un distribuidor que se encuentra en el fondo del filtro, el agua es retirada a la línea de servicio, completándose el proceso de clarificación. – Las carreras de filtración son normalmente menores que en los filtros gravitacionales, por el hecho que el material filtrante y el lodo retenido en sus intersticios están permanentemente sometidos a una presión relativamente alta. – En este sentido, las carreras de filtración normalmente no se extienden por más de 48 horas salvo excepciones o por periodos en que mejore la calidad del agua cruda.

PROCESO DE FILTRACION: • Filtros en Presión: Estos filtros son similares a los filtros gravitacionales, excepto por el hecho que el filtro se encuentra completamente cerrado, dentro de estanques, normalmente metálicos a través del cual el agua fluye en presión. Utilizan lechos mixtos granulares como arena y antracita o materiales granulares específicos para el tratamiento de fierro y manganeso.

Manifold o distribuidor con una serie de válvulas que permiten diferentes funciones (Filtración, Retro-lavado, desagues)

Filtro en Presión.

Lecho Filtrante

Sistema de Drenaje de agua filtrada

PROCESO DE FILTRACION: • Filtros en Presión:

Carahue

Collipulli

C. Pastene

Villarrica

PROCESO DE FILTRACION: • Retrolavado de Filtros en Presión:

PROCESO DE FILTRACION: •

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En el caso de contaminación de las fuentes por fierro y manganeso, estos filtros en presión son empleados para la oxidación, precipitación y posterior remoción de los óxidos mediante coagulación floculación y filtración. En este caso además de los productos químicos propios de la coagulación y floculación, se agregan en la línea productos químicos para la oxidación del fierro y manganeso soluble. Para este efecto se emplean cloro y permanganato de potasio. La cantidad de estos productos que debe agregarse por cada mg/L del metal contaminante es la siguiente:

Contaminant e

Producto Químico

Cantidad Estequiométrica por cada mg/lt del metal contaminante

Fierro

Cloro (como Cl2)

0,64

Fierro

Permanganato de Potacio (Como KmnO4)

0,94

Manganeso

Cloro (como Cl2)

1,29

Manganeso

Permanganato de Potacio (Como KmnO4)

1,92

PROCESO DE FILTRACION: • Habitualmente la oxidación del fierro es muy eficiente con cloro, por lo que se emplea este producto para su oxidación, agregándolo antes de los coagulantes. Simultáneamente si hay manganeso se emplea permanganato de potasio ya que es más eficiente este producto que el cloro en su oxidación. • Se debe considerar que muchos filtros en presión diseñados para la remoción de fierro y manganeso, disponen de un lecho granular específico denominado “green sand”, el cual ha sido activado con permanganato de potasio. Este lecho tiene las siguientes propiedades: – Absorbe exceso de permanganato de potasio, no consumidos en la oxidación del fierro y manganeso. – Provee de permanganato de potasio, cuando existen demandas puntuales mayores no satisfechas por la dosificación de permanganato en la línea – Permite que se lleve a cabo una oxidación catalítica (más eficiente) del manganeso.

PROCESO DE FILTRACION: •

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En razón de lo anterior, para dosificar cloro y permanganato de potasio, se deben emplear las relaciones estequiométricas de la tabla. En el caso del permanganato de potasio, habitualmente se requiere una dosis menor a la cantidad estequiométrica definida en la tabla, debido precisamente a la oxidación catalítica que se da en el proceso, sin embargo es razonable poner el proceso en marcha, basándose en la relación estequiométrica y luego ajustar las dosis, midiendo fierro y manganeso en el efluente filtrado. El control de la dosificación es fundamental en este caso ya que los excesos de permanganato de potasio, aplicados en forma permanente, saturan el lecho “green sand” de modo que este pierde su capacidad de absorberlo, y entonces se libera el permanganato en exceso al sistema de distribución, problema que se traduce en el teñido del agua potable en una tonalidad rosada oscura. El permanganato de potasio, como un oxidante enérgico, continua oxidando materiales en la red, precipitándose óxidos de manganeso, que se aprecian como material particulado de color negro, que finalmente obstruyen medidores y tiñen la ropa y los sanitarios. Las operaciones de retrolavado son las propias de cualquier sistema de filtración, siendo de especial cuidado la tasa de retrolavado y el tiempo de retrolavado.

PROCESO DE FILTRACION: – El proceso de filtración en presión es de mayor cuidado que un proceso gravitacional, ya que por tratarse de un sistema cerrado, el mal funcionamiento del filtro no se aprecia fácilmente y solo se observan los síntomas, cuando el problema ya se ha manifestado. Esto sucede en los casos de pérdida de lecho filtrante, formación de bolas de lodo, canalización del filtro, por lo que es importante inspeccionar estos filtros a lo menos una vez al año, abriendo la tapa de inspección y verificando el estado del lecho.

PROCESO DE FILTRACION: • Factores Críticos del Proceso de Filtración: – Calidad del agua de entrada: • La calidad del agua entregada por los decantadores es fundamental para la eficiencia de la filtración. Sería esperable que el agua que ingresa a los filtros tuviera turbiedades inferiores a 10 UNT e idealmente inferiores a 6 UNT. De este modo el proceso de filtración será más económico por el ahorro de agua de lavado.

– Tasa de Filtración: • Los filtros han sido diseñados para una tasa de filtración determinada; esto significa que si se ingresa un caudal superior de agua al filtro, este trabajará en condición de sobrecarga, aumentando la velocidad de escurrimiento en el lecho filtrante, incrementándose la pérdida de carga y pudiendo además provocar el fenómeno de “rompimiento del filtro”, en el cual se desprende material retenido por el filtro incrementando la turbiedad del agua filtrada.

PROCESO DE FILTRACION: • Factores Críticos del Proceso de Filtración: – Tasa de Retrolavado: • Para que la operación de retrolavado sea eficiente, se requiere una adecuada “fluidización” y expansión del lecho filtrante, para lograr el lavado de los granos del material filtrante. Lo que permite esta condición es precisamente la tasa de retrolavado, que consiste en el caudal de lavado expresado por unidad de área filtrante (l/s/m2). • Los filtros son diseñados con una tasa de retrolavado, y esta se consigue mediante la regulación de un vertedero que limita la cantidad de agua tratada que se devolverá al filtro en sentido inverso para el lavado, o por el caudal de una bomba de retrolavado. En este sentido es crítica cualquier variación que se efectúe en la variación de este vertedero o en el reemplazo de la bomba de retrolavado. • Si el retrolavado no opera con la tasa adecuada, los riesgos son los siguientes: – Con un caudal superior al nominal de diseño, se puede generar una expansión mayor del lecho filtrante y la consecuente pérdida de material filtrante por el desagüe, durante el retrolavado. – Con un caudal inferior, evacuación ineficiente de lodos del filtro, su acumulación progresiva y compactación durante los sucesivos ciclos de filtración y la formación consecuente de bolas de lodo, que reducirán el área de filtración.

PROCESO DE FILTRACION: • Factores Críticos del Proceso de Filtración: – Tiempo De Lavado: • El tiempo de duración del lavado bajo las condiciones de tasa de retrolavado es relevante para la evacuación de la totalidad de los lodos desde un filtro. Muchas veces no se dispone de suficiente agua para la operación de retrolavado y esta se detiene antes de su término, en cuyo caso, el resultado es ineficiente, se acumula progresivamente el lodo en los filtros, se compacta y origina finalmente el problema de las “bolas de lodo” • El tiempo óptimo de lavado debe determinarse experimentalmente, midiendo turbiedades consecutivas, minuto a minuto durante una prolongada operación de lavado (20-30 minutos). Las turbiedades residuales se grafican en función del tiempo acumulado de lavado y el punto en que la curva se hace plana sin mayores variaciones, se escoge como tiempo óptimo de lavado. Estas curvas de lavado debieran preparase a lo menos semestralmente en cada filtro.

– Pérdida de Carga: • La pérdida de carga es un buen indicador del grado de obstrucción o “colmatación” de un lecho filtrante. La pérdida de carga debe medirse indirectamente como un nivel de agua en la caja del filtro o en el canal de alimentación a los filtros. Un valor crítico debe manejarse en la planta, sobre el cual haya riesgo de rebasamiento de la planta o operación de un vertedero que signifique pérdidas innecesarias de agua.

PROCESO DE FILTRACION: • Factores Críticos del Proceso de Filtración: – Carreras de Filtración: • La duración de las carreras de filtración, es un factor que puede afectar el correcto funcionamiento de los filtros. Los filtros deben detenerse y retrolavarse considerando en orden secuencial los criterios de Pérdida de Carga, Tiempo de carrera, y Turbiedad en el efluente. Cuando uno de estos criterios indique la necesidad de lavar, esto se debe hacer. • La prolongación excesiva de los ciclos de filtración, aún cuando la pérdida de carga no alcance el límite crítico, o en el caso que no se presenten incrementos de turbiedad en el efluente, llevan necesariamente a la compactación progresiva de los lodo al interior del lecho y la dificultad de su extracción durante el lavado, terminando en la formación de “bolas de lodo”. En filtros rápidos gravitacionales, las carreras de filtración pueden fluctuar entre 12 y 70 horas aproximadamente .

– Perdida de Lecho Filtrante: • La pérdida de lecho filtrante, durante la operación normal del filtro, no debiera ser importante, sin embargo por operaciones indebidas si se puede generar una perdida importante en el tiempo, razón por la cual es aconsejable la revisión de las alturas de lecho en las cajas de los filtros a lo menos una vez cada año. • La pérdida de altura de lecho incide en la reducción de las carreras de filtración ya que disminuye la capacidad de retener la carga de sólidos en suspensión de las aguas provenientes de los sedimentadores; sin embargo dada la variabilidad de las calidades de agua que ingresan al filtro, es difícil determinar la pérdida de lecho por esta variable.

Los factores Críticos descritos, son válidos para los Filtros Rápidos y en Presión.

PROCESO DE DESINFECCION: • Introducción : – El incumplimiento significativo de los requerimientos de las normas del agua potable frecuentemente se relaciona con la desinfección inadecuada. Además, el cloro, el desinfectante más usado, es una sustancia química peligrosa y puede causar problemas graves de salud e inclusive la muerte del operador o de cualquier persona expuesta a un escape importante.

• Definiciones: • Desinfección: – Es el proceso mediante el cual se destruye gran cantidad de microorganismos y probablemente todas las bacterias patógenas del agua. • Método de Desinfección: – En los sistemas de agua, el método de desinfección más usado es la cloración. Si bien es el más común, también hay otros sistemas : » ozono » UV (radiación ultravioleta) » dióxido de cloro » cloraminas. – Si bien estos métodos se usan en algunos países, en Chile por exigencia normativa, se requiere de la adición de cloro para cumplir los requisitos de cloro residual. En consecuencia a lo largo del módulo sólo se hará referencia a la cloración como método de desinfección

PROCESO DE DESINFECCION: • Unidades de Medición: – La unidad estándar para la concentración de cloro en el agua es miligramos por litro (mg/L). La concentración de cloro gaseoso en la atmósfera se mide en partes por millón (ppm).

• Dosis: – La cantidad total de cloro que el clorador descarga en un volumen de agua determinado se denomina dosis. Ese valor se debe calcular en mg/L a partir de los registros de los operadores quienes recogen la información que entregan los equipos en Kg/h, gr/h, etc

• Demanda de Cloro: – El cloro es un agente químico oxidante muy activo. Cuando se inyecta en el agua, se combina fácilmente con ciertas sustancias inorgánicas oxidables (sulfuro de hidrógeno, nitrato, hierro ferroso, etc.) y con impurezas orgánicas, incluidos los microorganismos y compuestos de nitrógeno orgánico tales como proteínas y aminoácidos. Estas reacciones consumen parte del cloro. La cantidad consumida se denomina demanda de cloro. La demanda depende del tiempo ya que el tiempo de reacción entre el cloro y la mayoría de compuestos orgánicos es largo (de horas a días). Esto significa que la demanda cuantificable luego de 20 minutos es menor que la demanda cuantificable luego de una hora de contacto.

PROCESO DE DESINFECCION: • Cloro: – Símbolo químico Cl pertenece al grupo 17 (o VIIA) del sistema periódico, es un gas amarillo verdoso que puede licuarse fácilmente bajo una presión de 6,8 atmósferas a 20° C. El gas tiene un olor irritante, y muy concentrado es peligroso. – El cloro es un elemento activo, que reacciona con agua, con compuestos orgánicos y con varios metales. – El cloro no arde en el aire, pero refuerza la combustión de muchas sustancias; una vela de parafina, por ejemplo, arde en cloro con una llama humeante. – El cloro y el hidrógeno pueden mantenerse juntos en la oscuridad, pero reaccionan explosivamente en presencia de la luz. Las disoluciones de cloro en agua son comunes en los hogares como agentes blanqueadores. – El cloro se transporta como líquido en botellas de acero. Se usa para blanquear pulpa de papel y otros materiales orgánicos, para destruir los gérmenes del agua y para preparar bromo, tetraetil-plomo y otros productos importantes

• Cloro Residual: – Cantidad de cloro presente en el agua luego de un período específico de tiempo. – Cloro residual = dosis de cloro – demanda de cloro

PROCESO DE DESINFECCION: • Punto de quiebre de la Cloración: – Para producir un cloro libre residual, se debe añadir suficiente cloro para destruir los compuestos de nitrógeno. Este proceso se conoce como punto de quiebre de la cloración. Si bien este proceso destruye la mayor parte de compuestos de nitrógeno, no los elimina en su totalidad. Los compuestos restantes se combinan con el cloro para producir lo que se conoce como residual combinado irreducible.

• Cloro residual Total: – En muchos sistemas, esto genera un cloro residual en el sistema de distribución que incluye el cloro libre y combinado. La medición de ambos se denomina cloro total residual. El cloro combinado residual genera problemas de sabor y olor en un sistema.

PROCESO DE DESINFECCION: • Eficiencia de la desinfección con cloro: – La eficiencia de la desinfección depende de varios factores: • • • • • • •

Características físico- químicas de las aguas. Temperatura de las aguas. pH. Concentración de los organismos al ser destruidos. Concentración de los desinfectantes. Tiempo de contacto. Grado de mezclamiento.

• Generalidades: – Las impurezas del agua interfieren en la acción del desinfectante. La turbiedad por ejemplo, perjudica la acción del cloro, ya que las partículas en suspensión pueden envolver las bacterias y de esta manera evitar el contacto directo con el cloro. – Para lograr una buena desinfección se requiere un cierto tiempo de contacto entre el agente desinfectante y los organismos a ser destruidos – La temperatura del agua influye en la velocidad de reacción del cloro con las sustancias que se encuentran en el agua. Temperatura más elevadas aumenta la velocidad de reacción y con ello acortan el tiempo de desinfección.

PROCESO DE DESINFECCION: • Tipos de sistema de cloro gas: – Inyección directa: – –

Es aquella en que se aplica gas cloro a través de un clorador, directamente al punto de inyección, estanque o canal y no requiere para ello de un grupo motobomba. Se usa este método cuando la presión en el punto de inyección es menor a 14 PSI (1,0 kg/cm2, equivalente a 10 metros columna de agua)

– Inyección por solución: –

Es aquella, que a través de un equipo clorador, adiciona solución de cloro y agua para posteriormente aplicarlo al punto de inyección. Para este sistema se requiere un grupo motobomba a fin de ayudar a vencer la presión en el punto de inyección. Debe utilizarse este método cuando las presiones son superiores a 14 PSI (1,0 kg/cm2 = 10 m) y cuando la altura de elevación de agua (a un estanque o a la red) es superior a los 10 metros.

PROCESO DE DESINFECCION: • Equipos cloradores por solución: – Las partes que constituyen los equipos cloradores de solución son básicamente los mismos. Se presenta el modelo V10K, marca Wallace & Tiernan, a modo de ejemplo, ya que los equipos de otras marcas funcionan de manera similar. Dosificador V10-K

El dosificador V-10K es la parte más importante de un sistema de desinfección que genera gas por vacío en un flujo de agua a rangos que alcanzan a 10 Kg/hr.

Rotametro

El dosificador V-10K está diseñado para controlar e indicar el rango de fluido de gas bajo vacío. Suministra medios simples para ajustar el rango de alimentación a cualquier valor dentro del rango del equipo y mezcla el gas con el agua.

OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS: • Aspectos generales de Operación de los sistemas de Dosificación (Todos los equipos de Dosificación: Cloro, Sulfato de Aluminio, Cal, Fluor, Hipoclorito, etc.)

– La operación adecuada de los sistemas de dosificación de sustancias químicas es importante para el rendimiento general de la planta de tratamiento. Por ejemplo, una planta convencional de aguas superficiales no podrá lograr un rendimiento óptimo y consistente a menos que los sistemas de dosificación de sustancias químicas funcionen adecuadamente. – Los aspectos que el Operador de Producción y/o Jefe de Unidad de Producción Zonal debe considerar en los sistemas de dosificación de sustancias químicas son: • Mantenimiento adecuado. Esto incluiría un programa de mantenimiento preventivo , repuestos y presupuesto para reparaciones. • Reemplazo o unidades alternas para procesos importantes como la desinfección. • Mantenimiento adecuado de las condiciones físicas de los edificios y ambientes que albergan equipos de dosificación. • Almacenamiento de sustancias químicas. Las sustancias químicas incompatibles no se deben almacenar en la misma área. • Programa de información sobre manejo de sustancias químicas peligrosas. • Contención de derrames de sustancias químicas y ubicación de drenajes adecuados en las áreas donde se manejan sustancias químicas. • Seguridad con respecto al manejo y dosificación de sustancias químicas, disponibilidad y uso apropiado de equipos de seguridad, como antiparras protectoras y equipos de protección respiratoria. • Calibración periódica de los sistemas de dosificación de sustancias químicas.

OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS: :

• Almacenamiento de Cilindros y Contenedores de 1 Ton.: – Cilindros: •

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Los cilindros para cloro liquido son construidos de acero al carbono sin costura. Se usan válvulas autorizadas por el Instituto del Cloro u otro organismo internacional equivalente y deben cumplir las normativas del DOT de los EEUU u otra institución gubernamental que regule el transporte de cloro. En una parte no pintada del cilindro se debe estampar el número del cilindro, fecha de las pruebas hidrostáticas y su peso vacío. Es ilegal todo daño a estas marcas. Cada cilindro está provisto de una tapa protectora de la válvula, la que debe mantenerse colocada siempre que el cilindro no esté en servicio. Las dimensiones de un cilindro para 60 Kg. Las válvulas de los cilindros de cloro están equipadas con un tapón metálico fusible que actúa como elemento de seguridad, fundiendo a 70 °C. Este tapón protege al cilindro de excesiva presión interior, provocada por altas temperaturas dado que, al fundirse, permite que el contenido del cilindro escape. El tapón está ubicado debajo del asiento de la válvula y es independiente a la operación de la válvula. El tapón no debe ser golpeado bajo circunstancia alguna.

OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS: : •

Reemplazo de cilindros vacíos: –

Una vez agotados los cilindros es necesario reemplazarlos por cilindros llenos, para lo cual se maneja el siguiente procedimiento. • Cerrar la válvula del cilindro y luego la válvula reductora de presión de cloro. • Aflojar la conexión del yugo y verificar si hay gas atrapado en la válvula reductora de presión de cloro. • Si se encuentra gas cloro, cerrar nuevamente el yugo y eliminar el gas antes de quitar el yugo y cambiar el cilindro. • Al quitar el yugo y la válvula de presión es aconsejable colgarlos en la pared para evitar daños en algunas de estas piezas. • Tapar la salida de la válvula del cilindro vacío para protegerla y luego se coloca la tapa gorro protectora que cubre la válvula. • Al reemplazar el cilindro vacío por uno lleno, se cambia las empaquetaduras de plomo de la conexión del yugo y conectar al cilindro de acuerdo a lo indicado. • Apretar el tornillo del yugo y abrir la válvula del cilindro verificado que no haya fugas por las empaquetaduras. • En caso de fugas, cerrar la válvula de cilindros, apretar y volver a abrir, verificar que no hayan fugas. • Abrir la válvula reductora y verificar que no haya fugas tanto en la línea de conexión a la unidad de control en la línea de descarga. • PRECAUCIONES :

– La válvula de cilindro no deberá abrirse más que una vuelta; con esto se tendrá la cantidad suficiente de gas para la operación.

OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS: • Causas que originan los problemas en sistemas de desinfección: EQUIPOS DE CLORACION

REDES DE DISTRIBUCI ON

FUENTES DE ABASTECIMIENT O

Energía eléctrica

Tuberías contaminadas

Calidad

Variaciones de caudal Control Operacional

Estanques

Mantenimient o

Limpieza y mantención

Capacitación

Identificación

FALLAS Y PROBLEMAS DE LA CLORACION Ensayos de laboratorio

Criterios estándar

Abastecimien to

capacidad Control de cloro residual

PERSONAL

DOSIS DE CLORO

OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS: • Causas que originan los problemas en sistemas de desinfección: – La figura anterior resume los distintos orígenes que puede tener un problema en el sistema de desinfección, el cual se verá reflejado en valores de coliformes y / o cloro residual fuera del límite normado – Como puede observarse, los problemas de la desinfección pueden ocurrir desde captación con la calidad de la fuente, pasando por deficiencias en el manejo de equipos, mantenimiento inadecuado o bien falta de conocimiento en el personal involucrado. Las fallas también pueden extenderse a los sistemas de distribución donde se relacionan con el manejo de válvulas, almacenamiento prolongado, tuberías en mal estado, que albergan bacterias y organismos de vida libre que pueden portar patógenos. – La solución de problemas es específica de cada instalación, ya que depende de los equipos, su grado de automatización, tipo de fuente, etc., a continuación se enumeran alguna recomendaciones generales.

OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS: • Causas que originan los problemas en sistemas de desinfección: Sistema

Fuentes de Abastecimient o

Causa

Acciones recomendadas

Deterioro de la calidad de la fuente.

En el caso de plantas con tratamiento convencional, causas son atacadas en etapas previas.

estos

Variación de caudal

En el caso de plantas donde sólo se desinfecte, un deterioro de la calidad se controla a través del cloro residual, lo cual puede hacerse en forma manual o automática, si este valor no está dentro de los rangos esperados habrá que modificar dosis.

Dosificación de Cloro

La dosis no es suficiente para alcanzar el residual necesario en la red El residual es mayor que lo normado

Para asegurar la eficiencia en la desinfección, es necesario aplicar dosis de cloro por encima del punto de quiebre con residuales de cloro libre adecuados, estos valores deben ser determinado a través de un ensayo de demanda de cloro. La dosis es alta, esto si bien no está normado, tiene un efecto económico, ya que el gasto aumenta innecesariamente.

Falla en la energía eléctrica Equipos

Mantenimiento inadecuado

El sistema de desinfección debe estar siempre respaldado para aquellos casos en que haya corte de energía. Normalmente las fallas ocurren por mantenimiento preventivo inadecuado, esto puede evitarse con un programa de mantenimiento acorde a los señalado por el fabricante

PROCESO DE FLUORURACION: • Introducción: – La capacidad del fluor de prevenir las caries dentales, fue reconocida a comienzos de 1900 en Colorado USA, por un médico odontólogo que se percató que sus pacientes presentaban dientes con esmalte “moteado”(manchas o decoloración). Durante la década de 1920, se concluyó que las manchas eran producidas por algún elemento contenido en el agua potable que consumía esa población. – Hacía fines de la década, una investigación de odontólogos hizo un descubrimiento aún más importante, las personas con dientes de esmalte manchado estaban casi totalmente libres de caries. – En 1931 se identificó que el fluor que estaba presente en alta concentración en el agua potable, era el elemento responsable de producir las manchas y al mismo tiempo de inhibir las caries dentales. – A raíz de estos descubrimientos, la fluoruración de los servicios de agua potable se inicia en el año 1945 en Estados Unidos y Canadá. Desde esa fecha cientos de ciudades en diversos países la han incorporado gradualmente a sus planes de salud pública. – En Chile se realiza desde hace más de 10 años y ha sido exigida en forma paulatina en las distintas regiones del país. – A través del presente módulo se explicará la forma en que opera un sistema de fluoruración, los elementos que los conforman y los riesgos asociados.

PROCESO DE FLUORURACION: • Definiciones: – Fluoruración: • La fluoruración consiste en la adición deliberada de algún compuesto que contenga el elemento fluor, el que está presente en forma natural en el ambiente, como por ejemplo en suelos, aguas, plantas y animales. • Esta dosificación se efectúa en conformidad a una reglamentación estatal , generalmente con fines de salud pública, siendo su fundamental objetivo prevenir el deterioro dental

– Flúor: • Es un elemento gaseoso, químicamente reactivo y venenoso. • Es el elemento no metálico más activo químicamente. Se combina directamente con la mayoría de los elementos e indirectamente con nitrógeno, cloro y oxígeno. Descompone a la mayoría de los compuestos formando fluoruros, que se encuentran entre los compuestos químicos más estables. • El flúor existe en la naturaleza combinado en forma de fluorita, criolita y apatito. También se presenta en forma de fluoruros en el agua del mar, en los ríos y en los manantiales minerales, en los tallos de ciertas hierbas y en los huesos y dientes de los animales. Ocupa el lugar 17 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre.

PROCESO DE FLUORURACION: • Definiciones: – Unidades de medición: • La unidad estándar para la concentración de flúor en el agua es miligramos por litro (mg/L).

– Dosis: • La cantidad total de flúor que el dosificador descarga en un volumen de agua determinado se denomina dosis. Ese valor se debe se calcula en mg/L a partir de los registros de los operadores quienes recogen la información que entregan los equipos en Kg/h, gr/h, etc .

– Dosis óptima de flúor (DOF): • Dosis de flúor definida por la autoridad, característica de cada ciudad y que se obtiene de estudios científicos. Depende de varios factores, como el nivel natural en el agua, la temperatura los hábitos alimenticios, el nivel socio económico.

PROCESO DE FLUORURACION: • Característica del producto químico: – Este producto, como la mayoría de los fluorsilicatos se obtiene como un subproducto de la elaboración de fertilizantes. Tiene muchas de las ventajas del ácido y pocas de sus desventajas.

– Fluorsilicato de sodio: Símbolo químico

Na2 Si F6

pH

En solución saturada del orden de 3,5 unidades

Aspecto

Es una sal blanca, cristalina e inodora, disponible en forma de polvo liviano.

Ion fluoruro disponible

60,7% en compuesto puro

Pureza comercial 98%

PROCESO DE FLUORURACION: • Condiciones de seguridad de las salas de dosificación: – El fluorsilicato de sodio es un polvo granular blanco cuyo principal riesgo es la toxicidad. Las principales vías de exposición son por inhalación como aerosol y por ingestión. Por esta última vía, menos de un gramo es suficiente para producir intoxicación en las personas, considerando este aspecto en las salas de dosificación de estos sistemas, se mantendrá sólo el producto necesario para la carga del dosificador, no se considera su almacenamiento ya que se mantendrá un suministro regular. • La zona de acopio para el producto de gasto se mantendrá fresca, seca y bien ventilada. • Se mantendrá un acopio exclusivo y alejado de la presencia de materias incompatibles como los ácidos, cianuros, aluminio, magnesio. • Se prohíbe estrictamente el ingreso al lugar de acopio, de cualquier tipo de alimentos ya sea que se estén consumiendo o no. • Se conservarán los sacos completamente secos todo el tiempo y al interior del dispensario especialmente diseñado para ello o sobre pallets, con sus puertas cerradas si no están siendo retirados sacos de su interior. • Se almacenará en pilas de no más de 6 bolsas de altura, para evitar la aglutinación y compactación de la sal.

PROCESO DE FLUORURACION: • Condiciones de seguridad de las salas de dosificación: • Ser de consistencia sólida y con piso lavable. • Estar aislado de áreas destinadas a almacenamiento de grasas, aceites, lubricantes, hidrocarburos en general y detergentes industriales. • Se señalizará la restricción de acceso al recinto de almacenamiento indicando en letrero en el exterior: • Peligro, VENENO, se prohíbe el ingreso a personas no autorizadas. • Precaución, en esta área use EPP. • El recinto de almacenamiento y preparación se mantendrá siempre cerrado con candado, cuando no se estén realizando operaciones al interior. • Se contará con equipo de protección contra incendios instalado que incluirá extintores de PQS – ABC de 10 Kg.

PROCESO DE FLUORURACION: • Sala de Aplicación de Flúor:

PROCESO DE FLUORURACION:

Sala de Acopio de Sal de Flúor

Rotámetros

PROCESO DE FLUORURACION: • Muestreos y Análisis para el Autocontrol en Plantas de Tratamiento: – Se puede realizar en forma manual o automática. – La forma manual implica recolección de muestras de agua fluorada, en puntos predeterminados de la planta y su posterior análisis por un método instrumental de laboratorio. – La forma automática implica la instalación de sensores en línea , en puntos estratégicos del sistema ,que realizan por si mismos la toma de muestra ( si procede ) y el análisis.

• Muestreos y análisis: – La elección del punto de muestreo, es clave para determinar la eficiencia del sistema. Las muestras de agua deben ser representativas y recolectadas en lugares donde el producto se haya mezclado en su totalidad con el volumen de agua. – Los puntos apropiados deben determinarse para cada planta o red de distribución en particular. – Tan importante como lo anterior, es el método de análisis aplicado, que debe ser exacto y en lo posible libre de interferencias. – Los operadores de planta deben estar entrenados en el desarrollo del método.

PROCESO DE FLUORURACION: •

Muestreos y Análisis para el Autocontrol en Plantas de Tratamiento: – Métodos de Análisis: • Se ha autorizado para estos efectos el método de Electrodo Ión Específico. Manual de Métodos Análisis para Agua Potable de la Superintendencia de Servicios Sanitarios. • Standards Methods 4500 – F EIE, metodología chilena oficial para determinar la concentración de flúor en aguas potables y fuentes naturales de abastecimiento (ríos, pozos) • Existe como alternativo, el método de SPADNS.

– Método Electro Específico: • Tiene como ventaja ser rápido, de fácil aplicación y presentar pocas interferencias. • Consiste en una determinación instrumental en que el F- es medido potenciométricamente mediante una diferencia de potencial o directamente en concentración , haciendo uso de un sensor de iones selectivos para fluoruro. • El método contempla la adición de solución buffer para mantener pH y fuerza iónica constantes. • En instrumentos de laboratorio se puede medir en el rango de 0.1 a 10 mg/L. En instrumentos de control de procesos , se puede llegar a medir concentraciones muy superiores

– Método SPADNS. • Tiene como desventaja presentar mayor cantidad de interferencias, producidas por otras sustancias contenidas en el agua potable, especialmente en aquellas originarias de fuentes de tipo superficial . • Este método colorimétrico esta basado en una medición espectrofotométrica del color rojo ( de mayor o menor intensidad ), que se produce por una reacción entre los reactivos y los iones fluoruros presentes en la muestra. • En instrumentos de laboratorio se puede medir en el rango de 0.1 a 2 mg/l.

PROCESO DE FLUORURACION: •

Problema de Dosificación de Flúor: – Sobredosis: •

Cuando se está fluorurando el agua potable existe la posibilidad de una sobredosis en la red y / o en acueductos de salida de plantas. Toda sobredosis debe ser corregida ya que puede llegar a tener serias consecuencias. Las acciones recomendadas para ciertos rangos de dosis, por sobre el valor definido como óptimo por la autoridad de Salud, se indican a continuación, cabe señalar que estas deben formar parte del plan de contingencias con el que debe contar todo sistema de fluoruración .

Nivel de Flúor

Acciones recomendadas

0,8 – 1,0 mg/lt

1.- Concentración requerida por SNS en la IX Región.

1,0 – 1,5 mg/lt

1.- Mantener el sistema de Fluoruración funcionando 2.- Identificar la falla y reparar 3.- Notificar al Jefe de Planta y al Jefe de Producción

1,5 – 2,0 mg/lt

1.- Mantener el sistema de Fluoruración funcionando 2.- Identificar la falla y reparar de inmediato 3.- Si el problema no es identificado, apagar el sistema de Fluoruración 4.- Notificar al Jefe de Planta. 5.- Tomar muestras en varios puntos de la red. Medir nuevamente si los resultados se mantienen altos. 6.- Identificar la falla y reparar 7.- Recomenzar la Fluoruración si es que el supervisor lo permite

2,0 mg/lt a más

1.- Apagar el sistema de Fluoruración inmediatamente 2.- Notificar al Jefe de Planta 3.- Tomar muestras en varios puntos de la red. En caso de mantenerse los valores altos, diluir y remedir. Guardar una porción de la muestra para análisis de Laboratorio central. 4.- Identificar la falla, repararla, y reiniciar la dosificación, luego del permiso del organismo fiscalizador y del Jefe de Planta.

PROCESO DE FLUORURACION: •

Fallas en la Dosificación: – Las causas y soluciones de un problema de dosificación es específica de cada instalación, ya que depende de los equipos, su grado de automatización, tipo de fuente, etc., a continuación se enumeran alguna recomendaciones generales. Variable

Causa Bombas descebada

Valor medido bajo DOF

Valor medido sobre NCH

Equipos

Fuga de producto

Acciones Recomendadas: Revisar el sistema y cebar de acuerdo a las especificaciones del equipo Si realizó el procedimiento de cebado y continúa baja la medida, conviene solicitar un remuestreo y verificar las líneas de solución en busca de posibles fugas. Si no se detecta a simple vista, una manera sencilla es marcar el nivel del estanque y verifique el gasto en 24 horas. Si el estanque baja y la medición no se ajusta puede tratarse de una fuga

Interferentes durante el análisis

Dado que el análisis Colorimétrico de ión fluoruro que se realiza en terreno es una prueba susceptible a agentes que interfieren con la reacción del SPANDS, si se obtiene un valor sobre 1,2 mg/L F-, durante el día se deberá realizar una segunda medición. Si el valor persiste, se solicitará al laboratorio, que realicen un muestreo para descartar está posibilidad.

Ajuste del dosificador

Cuando confirma un valor alto, se deberá ajustar dosificador, hasta obtener la concentración que corresponda

Falla en la energía eléctrica

El sistema de fluoruración debe estar siempre respaldado para aquellos casos en que haya corte de energía.

Mantenimiento inadecuado

Normalmente las fallas ocurren por mantenimiento preventivo inadecuado, esto puede evitarse con un programa de mantenimiento acorde a los señalado por el fabricante

Fin