Tratamiento de Aguas

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Tratamiento de Aguas

El agua de los ríos o lagos rara vez es lo suficientemente limpia para el consumo humano si no se trata o purifica primero. El agua subterránea también necesita a menudo algún nivel de tratamiento para hacerla potable. El objetivo principal del tratamiento del agua es proteger la salud de la comunidad. El agua potable debe, por supuesto, estar libre de microorganismos y productos químicos nocivos, pero los suministros públicos también deben ser estéticamente deseables para que los consumidores no se sientan tentados a utilizar agua de otra fuente más atractiva pero no protegida. El agua debe ser cristalina, casi sin turbidez, y debe estar libre de color, olor y sabor desagradables. Para los suministros domésticos, el agua no debe ser corrosiva, ni debe depositar cantidades problemáticas de incrustaciones y manchas en las tuberías. Los requisitos industriales pueden ser aún más estrictos; muchas industrias proporcionan un tratamiento especial en sus propios locales.

El tipo y la extensión del tratamiento requerido para obtener agua potable depende de la calidad de la fuente. Cuanto mejor sea la calidad, menos tratamiento se necesita.

Pormenores

Las aguas superficiales suelen necesitar un tratamiento más amplio que las subterráneas, porque la mayoría de los arroyos, ríos y lagos están contaminados en cierta medida. Incluso en zonas alejadas de las poblaciones humanas, las aguas superficiales contienen limo en suspensión, material orgánico, vegetación en descomposición y microbios procedentes de desechos animales. Por otra parte, las aguas subterráneas suelen estar libres de microbios y sólidos en suspensión debido a la filtración natural a medida que el agua se desplaza por el suelo, aunque a menudo contienen concentraciones relativamente altas de minerales disueltos por su contacto directo con el suelo y las rocas.

El agua se trata con diversos métodos físicos y químicos. El tratamiento de las aguas superficiales comienza con pantallas de admisión para evitar que los peces y los desechos entren en la planta y dañen las bombas y otros componentes. El tratamiento convencional del agua implica principalmente la clarificación y la desinfección. La clarificación elimina la mayor parte de la turbiedad, haciendo que el agua sea cristalina. La desinfección, que suele ser el último paso en el tratamiento del agua potable, destruye los microbios patógenos.

Pormenores

Las aguas subterráneas no suelen necesitar clarificación, pero deben ser desinfectadas como precaución para proteger la salud pública.

Observación

Además de la clarificación y la desinfección, los procesos de ablandamiento, aireación, adsorción de carbono y fluoración pueden utilizarse para ciertas fuentes de agua pública. Los procesos de desalinización se utilizan en zonas en las que no se dispone fácilmente de suministros de agua dulce.

Aclaración del Agua

SEDIMENTACIÓN
Las impurezas en el agua se disuelven o se suspenden. El material suspendido reduce la claridad, y la forma más fácil de eliminarlo es confiar en la gravedad.Entre las Líneas En condiciones de reposo (quietud), las partículas suspendidas que son más densas que el agua se asientan gradualmente en el fondo de una cuenca o un tanque. Esto se llama sedimentación simple. El almacenamiento de agua a largo plazo (durante más de un mes) en los depósitos reduce la cantidad de sedimentos suspendidos y bacterias.

Aviso

No obstante, normalmente se necesita una clarificación adicional.Entre las Líneas En una planta de tratamiento, se construyen tanques de sedimentación (asentamiento) para proporcionar unas pocas horas de almacenamiento o tiempo de detención a medida que el agua fluye lentamente desde la entrada del tanque hasta la salida. No es práctico mantener el agua en los tanques durante períodos más largos, debido a los grandes volúmenes que deben tratarse.

Los tanques de sedimentación pueden tener forma rectangular o circular y suelen tener unos 3 metros (10 pies) de profundidad. Por lo general, se proporcionan varios tanques y se disponen para su funcionamiento en paralelo (uno al lado del otro). El influente (agua que fluye hacia adentro) se distribuye uniformemente al entrar en un tanque. El efluente clarificado (agua que fluye hacia afuera) se descremada de la superficie a medida que fluye sobre deflectores especiales llamados vertederos. La capa de sólidos concentrados que se acumula en el fondo del tanque se llama lodo. Los modernos tanques de sedimentación están equipados con raspadores mecánicos que empujan continuamente el lodo hacia una tolva de recolección, donde es bombeado hacia afuera.

La eficiencia de un tanque de sedimentación para eliminar los sólidos en suspensión depende más de su superficie que de su profundidad o volumen. Un tanque relativamente poco profundo con una gran área de superficie será más eficaz que un tanque muy profundo que tiene el mismo volumen pero con una superficie menor.

Puntualización

Sin embargo, la mayoría de los tanques de sedimentación tienen una profundidad no inferior a 3 metros (unos 10 pies), a fin de que haya espacio suficiente para una capa de lodo y un mecanismo de raspado.

En las plantas de tratamiento modernas se suele aplicar una técnica llamada sedimentación de poca profundidad.Entre las Líneas En este método, se instalan varias unidades prefabricadas o módulos de “sedimentadores tubulares” cerca de la parte superior de los tanques a fin de aumentar su superficie efectiva.

COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN
Las partículas suspendidas no pueden ser eliminadas completamente por asentamiento simple. Las partículas grandes y pesadas se asientan fácilmente, pero las partículas más pequeñas y ligeras se asientan muy lentamente o en algunos casos no se asientan en absoluto. Debido a esto, el paso de sedimentación suele ir precedido de un proceso químico conocido como coagulación. Se agregan productos químicos (coagulantes) al agua para reunir las partículas que no se sedimentan en masas más grandes y más pesadas de sólidos llamadas flóculos. El sulfato de aluminio (alumbre) es el coagulante más común utilizado para la purificación del agua. [rtbs name=”crisis-del-agua”] También se pueden utilizar otros productos químicos, como el sulfato férrico o el aluminato de sodio.

La coagulación suele realizarse en dos etapas: mezcla rápida y mezcla lenta. El mezclado rápido sirve para dispersar los coagulantes de manera uniforme por toda el agua y para asegurar una reacción química completa. A veces esto se logra añadiendo los productos químicos justo antes de las bombas, permitiendo que los impulsores de las bombas hagan la mezcla. Normalmente, sin embargo, un pequeño tanque de mezcla rápida proporciona alrededor de un minuto de tiempo de detención. Después de la mezcla flash, se necesita un período más largo de agitación suave para promover las colisiones de partículas y mejorar el crecimiento del flóculo. Esta agitación suave, o mezcla lenta, se denomina floculación; se realiza en un tanque que proporciona al menos media hora de tiempo de detención. El tanque de floculación tiene mezcladores de paletas de madera que giran lentamente sobre un eje horizontal accionado por motor. Después de la floculación el agua fluye hacia los tanques de sedimentación. Algunas pequeñas plantas de tratamiento de agua combinan la coagulación y la sedimentación en una única unidad prefabricada de acero llamada tanque de contacto de sólidos.

Filtración

Véase la información sobre la pureza del agua.

Desinfección

La desinfección destruye las bacterias patógenas y es esencial para prevenir la propagación de enfermedades transmitidas por el agua. [rtbs name=”crisis-del-agua”] Típicamente el proceso final en el tratamiento de agua potable, se logra aplicando cloro o compuestos de cloro, ozono o radiación ultravioleta al agua clarificada.

CLORACIÓN
La adición de cloro o compuestos de cloro al agua potable se llama cloración. Los compuestos de cloro pueden aplicarse en forma líquida y sólida, por ejemplo, el hipoclorito de sodio líquido o el hipoclorito de calcio en forma de tableta o granulado.

Puntualización

Sin embargo, la aplicación directa de cloro gaseoso desde recipientes de acero presurizados suele ser el método más económico para desinfectar grandes volúmenes de agua.

Los problemas de sabor u olor se reducen al mínimo con las dosis adecuadas de cloro en la planta de tratamiento, y se puede mantener una concentración residual en todo el sistema de distribución para garantizar un nivel seguro en los puntos de uso. El cloro puede combinarse con ciertos compuestos orgánicos naturales en el agua para producir cloroformo y otros subproductos potencialmente dañinos (trihalometanos).

Puntualización

Sin embargo, el riesgo de esto es pequeño cuando el cloro se aplica después de la coagulación, sedimentación y filtración.

El uso de compuestos de cloro llamados cloraminas (cloro combinado con amoníaco) para la desinfección de los suministros de agua pública ha ido aumentando desde principios del siglo XXI. Este método de desinfección se suele denominar cloraminación. El efecto desinfectante de las cloraminas dura más tiempo que el del cloro solo, protegiendo aún más la calidad del agua en todo el sistema de distribución.

Otros Elementos

Además, las cloraminas reducen aún más los problemas de sabor y olor y producen niveles más bajos de subproductos nocivos, en comparación con el uso del cloro solo.

OZONO
El gas de ozono puede utilizarse para la desinfección del agua potable.

Puntualización

Sin embargo, como el ozono es inestable, no puede ser almacenado y debe ser producido en el lugar, lo que hace que el proceso sea más caro que la cloración. El ozono tiene la ventaja de no causar problemas de sabor u olor; no deja ningún residuo en el agua desinfectada.

Puntualización

Sin embargo, la falta de un residuo de ozono dificulta el control de su eficacia continua a medida que el agua fluye por el sistema de distribución.

RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
La radiación ultravioleta destruye los patógenos, y su uso como agente desinfectante elimina la necesidad de manipular productos químicos. No deja ningún residuo, y no causa problemas de sabor u olor.Si, Pero: Pero el alto costo de su aplicación lo convierte en un pobre competidor con el cloro o el ozono como desinfectante.

Tratamiento adicional

La clarificación y la desinfección son los procesos convencionales para purificar los suministros de agua de superficie. Se pueden utilizar otras técnicas además, o por separado, para eliminar ciertas impurezas, dependiendo de la calidad del agua cruda.

FILTRACIÓN POR MEMBRANA
Se pueden utilizar varios tipos de membranas sintéticas semipermeables para bloquear el flujo de partículas y moléculas, al tiempo que se permite el paso de moléculas de agua más pequeñas bajo el efecto de la presión hidrostática. Los sistemas de filtración por membrana impulsados por presión incluyen la microfiltración (MF), la ultrafiltración (UF) y la ósmosis inversa (RO); se diferencian básicamente en las presiones utilizadas y en el tamaño de los poros de las membranas. Los sistemas de OI funcionan a presiones relativamente altas y pueden utilizarse para eliminar los compuestos inorgánicos disueltos en el agua. [rtbs name=”crisis-del-agua”] (La OI también se utiliza para la desalinización, que se describe más adelante.) Tanto los sistemas de MF como los de UF funcionan a presiones más bajas y suelen utilizarse para la eliminación de partículas y microbios. Pueden ofrecer mayores garantías de agua potable porque los contaminantes microbianos (virus, bacterias y protozoos) pueden ser eliminados completamente por una barrera física. La filtración por membrana de baja presión de los suministros públicos de agua ha aumentado considerablemente desde finales de los años noventa debido a las mejoras en la tecnología de fabricación de membranas y a la disminución de los costos.

ABLANDAMIENTO DEL AGUA
El ablandamiento es el proceso de eliminar las sales de calcio y magnesio disueltas que causan la dureza del agua. [rtbs name=”crisis-del-agua”] Se consigue añadiendo productos químicos que forman precipitados insolubles o mediante el intercambio de iones. Los productos químicos utilizados para el ablandamiento incluyen el hidróxido de calcio (cal apagada) y el carbonato de sodio (ceniza de sosa). El método de ablandamiento del agua con cal y sosa debe ir seguido de sedimentación y filtración para eliminar los precipitados. El intercambio de iones se realiza pasando el agua a través de columnas de una resina natural o sintética que intercambia iones de sodio por iones de calcio y magnesio. Las columnas de intercambio de iones deben ser eventualmente regeneradas por lavado con una solución de cloruro de sodio.

AERACIÓN
La aireación es un proceso de tratamiento físico que se utiliza para controlar el sabor y el olor y para eliminar el hierro y el manganeso disueltos. Consiste en rociar agua en el aire o hacerla descender en cascada a través de pilas de bandejas perforadas. Los gases disueltos que causan sabores y olores se transfieren del agua al aire. El oxígeno del aire, por su parte, reacciona con el hierro y el manganeso del agua, formando un precipitado que se elimina por sedimentación y filtración.

ADSORCIÓN DE CARBONO
Un método eficaz para eliminar las sustancias orgánicas disueltas que causan sabores, olores o colores es la adsorción por carbón activado. La adsorción es la capacidad de una partícula sólida de atraer moléculas a su superficie. El carbono en polvo mezclado con agua puede adsorber y retener muchas impurezas orgánicas diferentes. Cuando el carbono está saturado de impurezas, se limpia o se reactiva calentándolo a alta temperatura en un horno especial.

FLUORIZACIÓN
Muchas comunidades reducen la incidencia de las caries en los niños pequeños añadiendo fluoruro de sodio u otros compuestos de flúor al agua filtrada. La dosis de flúor debe ser cuidadosamente controlada. Las concentraciones bajas son beneficiosas y no causan efectos secundarios perjudiciales, pero las concentraciones muy altas de flúor pueden causar la decoloración del esmalte de los dientes.

Desalinización

La desalinización, o desalación, es la separación del agua dulce del agua salada o salobre. Desde el decenio de 1950 se han producido importantes avances en la tecnología de la desalinización, ya que la necesidad de suministro de agua dulce ha aumentado en las zonas áridas y densamente pobladas del mundo. El agua desalada es la principal fuente de abastecimiento municipal en zonas del Caribe, el Oriente Medio y el África septentrional, y su uso está aumentando en el sudeste de los Estados Unidos. Aunque su producción es relativamente cara, el agua desalada puede ser más económica que la alternativa de transportar grandes cantidades de agua dulce a través de largas distancias.

Existen dos tipos básicos de técnicas de desalinización: los procesos térmicos y los procesos de membrana. Ambos tipos consumen cantidades considerables de energía. Los métodos térmicos implican la transferencia de calor y un cambio de fase del agua de líquido a vapor o hielo. Los métodos de membrana utilizan láminas muy finas de plástico especial que actúan como barreras selectivas, permitiendo que el agua pura se separe de la sal.

PROCESOS TÉRMICOS
La destilación, un proceso térmico que incluye el calentamiento, la evaporación y la condensación, es la más antigua y más ampliamente utilizada de las tecnologías de desalinización. Los métodos modernos para la destilación de grandes cantidades de agua salada se basan en el hecho de que la temperatura de ebullición del agua se reduce a medida que la presión del aire disminuye, lo que reduce significativamente la cantidad de energía necesaria para vaporizar el agua. [rtbs name=”crisis-del-agua”] Los sistemas que utilizan este principio incluyen la destilación flash en varias etapas, la destilación de efectos múltiples y la destilación por compresión de vapor.

Las plantas de destilación flash en varias etapas representan más de la mitad de la producción mundial (o global) de agua desalada. El proceso se lleva a cabo en una serie de recipientes cerrados (etapas) fijados a presiones internas progresivamente más bajas. El calor se añade al sistema desde una caldera. Cuando el agua salada precalentada entra en una cámara de baja presión, parte de ella hierve rápidamente, o se convierte en vapor de agua. [rtbs name=”crisis-del-agua”] El vapor se condensa en agua dulce en los tubos de intercambio de calor que pasan por cada etapa. Estos tubos transportan el agua de mar entrante, reduciendo así el calor requerido de la caldera. El agua dulce se acumula en bandejas debajo de los tubos. La salmuera restante fluye a la siguiente etapa a una presión aún menor, donde parte de ella vuelve a convertirse en vapor. Una planta de destello de varias etapas puede tener hasta 40 etapas, lo que permite que el agua salada hierva repetidamente sin suministrar calor adicional.

La destilación de efectos múltiples también tiene lugar en una serie de recipientes de baja presión (efectos), pero se diferencia de la destilación en varias etapas en que el agua salada precalentada se rocía en los tubos del evaporador a fin de promover una rápida evaporación en cada recipiente. Este proceso requiere el bombeo del agua salada de un efecto a otro.

En el sistema de compresión de vapor, el calor es proporcionado por la compresión del vapor en lugar de por la entrada directa de calor de una caldera. Cuando el vapor se comprime rápidamente, su temperatura aumenta. Parte del vapor comprimido y calentado se recicla a través de una serie de tubos que pasan por una cámara de presión reducida, donde se produce la evaporación del agua salada. La electricidad es la principal fuente de energía para este proceso. Se utiliza para aplicaciones de desalinización en pequeña escala, por ejemplo, en centros turísticos costeros.

Otros dos procesos térmicos son la humidificación y la congelación solar.Entre las Líneas En la humidificación solar, el agua salada se recoge en cuencas poco profundas en un “alambique”, una estructura similar a un invernadero. El agua se calienta a medida que la luz del sol entra a través de cubiertas inclinadas de vidrio o plástico. El vapor de agua se eleva, se condensa en las cubiertas más frías y baja a un canal de recolección. La energía térmica del sol es gratuita, pero un invernadero solar es caro de construir, requiere una gran superficie de terreno y necesita energía adicional para bombear el agua hacia y desde la instalación.

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

Más Información

Las unidades de humidificación solar son adecuadas para proporcionar agua desalinizada a familias individuales o para pueblos muy pequeños donde la luz solar es abundante.

El proceso de congelación, también llamado cristalización, consiste en enfriar el agua salada para formar cristales de hielo puro. Los cristales de hielo se separan de la salmuera no congelada, se enjuagan para eliminar la sal residual y luego se derriten para producir agua dulce. La congelación es teóricamente más eficiente que la destilación, y los problemas de incrustación y corrosión se reducen a las temperaturas de funcionamiento más bajas, pero las dificultades mecánicas de la manipulación de las mezclas de hielo y agua impiden la construcción de plantas comerciales en gran escala.Entre las Líneas En los climas cálidos, la fuga de calor hacia la instalación es también un problema importante.

PROCESOS DE MEMBRANA
Dos procesos de membrana de importancia comercial utilizados para la desalinización son la electrodiálisis y la ósmosis inversa. Se utilizan principalmente para desalinizar los suministros de agua salobre o altamente mineralizada en lugar de agua de mar mucho más salada.Entre las Líneas En ambos métodos, unas finas láminas de plástico actúan como barreras selectivas, permitiendo que fluya agua dulce pero no salada.

La mayoría de las sales disueltas en el agua existen en forma de partículas cargadas eléctricamente llamadas iones. La mitad tiene carga positiva (por ejemplo, el sodio) y la otra mitad tiene carga negativa (por ejemplo, el cloruro).Entre las Líneas En la electrodiálisis se aplica un voltaje eléctrico a través de la solución salina. Esto hace que los iones migren hacia el electrodo que tiene una carga opuesta a la suya.Entre las Líneas En una unidad de electrodiálisis típica, varios cientos de membranas de plástico que son selectivamente permeables a los iones positivos o negativos, pero no a ambos, se encuentran muy espaciadas en alternancia y unidas entre sí con electrodos en el exterior. El agua salada entrante fluye entre las láminas de la membrana. Bajo el voltaje aplicado, los iones se mueven en direcciones opuestas a través de las membranas, pero son atrapados por la siguiente membrana en la pila. Esto forma células alternas de agua salada diluida y salmuera. La solución más diluida se recicla de nuevo a través de la pila hasta que alcanza la calidad de agua dulce.

Cuando una membrana semipermeable separa dos soluciones de diferentes concentraciones, hay una tendencia natural a que las concentraciones se igualen. El agua fluye del lado diluido al lado concentrado. Este proceso se llama ósmosis.

Puntualización

Sin embargo, una alta presión aplicada al lado concentrado puede invertir la dirección de este flujo.Entre las Líneas En la ósmosis inversa, el agua salada se bombea en un recipiente y se presuriza contra la membrana. El agua dulce se difunde a través de la membrana, dejando una solución salina más concentrada.

Junto a la destilación flash multietapa, la ósmosis inversa es el segundo proceso de desalinización. Desempeñará un papel más importante en la desalinización del agua de mar y del agua salobre a medida que se desarrollen membranas más duraderas. También puede aplicarse al tratamiento avanzado de las aguas residuales municipales e industriales.

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COGENERACIÓN Y PROCESOS HÍBRIDOS
Los costos de desalinización se reducen mediante el uso de la cogeneración y los procesos híbridos. Las plantas de desalinización de cogeneración (o de doble propósito) son instalaciones de gran escala que producen tanto energía eléctrica como agua de mar desalada. Los métodos de destilación en particular son adecuados para la cogeneración. El vapor de alta presión que hace funcionar los generadores eléctricos puede reciclarse en el calentador de salmuera de la unidad de destilación. Esto reduce considerablemente el consumo de combustible en comparación con lo que se requiere si se construyen instalaciones separadas. La cogeneración es muy común en el Oriente Medio y en el norte de África.

Los sistemas híbridos son unidades que funcionan con dos o más procesos de desalinización diferentes (por ejemplo, la destilación y la ósmosis inversa). Ofrecen más beneficios económicos cuando se emplean en plantas de cogeneración, combinando productivamente el funcionamiento de cada proceso.

ELIMINACIÓN DE EFLUENTES
La desalinización produce agua dulce pero también un volumen importante de efluentes de desecho, llamados salmuera. Como el principal contaminante de la salmuera es la sal, la eliminación en el océano no suele ser un problema para las instalaciones situadas cerca de la costa.Entre las Líneas En las instalaciones de desalinización en tierra firme se debe tener cuidado de evitar la contaminación de las aguas subterráneas o superficiales. Los métodos de eliminación de salmuera incluyen la dilución, la evaporación, la inyección en un acuífero salino y el transporte por tubería a un punto de eliminación adecuado.

Distribución del agua

Un sistema de distribución de agua (véase muchos más detalles aquí) es una red de bombas, tuberías, tanques de almacenamiento y otros accesorios. Debe suministrar cantidades adecuadas de agua a presiones suficientes para el funcionamiento de las instalaciones de fontanería y el equipo de lucha contra incendios, pero no debe suministrar agua a presiones lo suficientemente altas como para aumentar la incidencia de fugas y roturas de tuberías.

Revisión de hechos: Brite

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Recursos

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Véase También

Agua, asequibilidad, Escasez de agua, Políticas en favor de los pobres, Tarifas, Crisis del Agua,

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