Table Of Content•
MANUAL DE TRATAMIENTO DE AGUAS
•
JORGE ARTURO PEREZ PARRA
Trabajo Presentado como Requisito
Parcial para Ingresar a la Catego
-
ría de Profesor Asociado .
•
UNIVERSIDAD NACIONAL
FACULTAD DE MINAS
MEDELLIN, 981
1.
•
UNAL-Medellín
I
6 4000 00049792 8
•
I .
I
UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MI lA T ATAM T U P
~ ~
Ingo. Jorge Arturo Pérez P.
~----~-----------------------------------------------------------------
~.ltP
Pal
TABLA DE CONTENIDO
===== =========
2=
INTRODUCCION
1 CALIDAD DEL AGUA
1
•
1 Introducción, 1
2 Calidad del Agua en Función de su Utilización, 1
3 Parámetros de Calidad del Agua, 2
3.1 Calidad del Agua Cruda, 2
3.2 Variación de la Calidad del Agua Cruda, 29
3.3 Calidad del Agua Tratada, 29
4 Procesos de Tratamiento de Agua, 31
4.1 Tratamiento del Agua, 31
I 4.2 Selección de Procesos según la Calidad del Agua Cruda, 32
11 COAGULACION - FLOCULACION 36
1 Generalidades, 36
2 Conceptos Fundamentales, 36
2.1 Naturaleza de la Turbiedad, 36
2.2 Propiedad Típica de las Arcillas, 37
2.3 Tamaño de las Dispersiones, 37
2.4 Propiedades de los Coloides, 38
2.5 Fuerzas que intervienen entre los Coloides, 40
•
3 Aspectos de la Coagulación - Flocu1ación, 41
3.1 Coagulación, 42
.
3.2 Floculación, 46
•
4 Coagulación, 46
4.1 Fases de la Coagulación, 46
•
4.2 Remoción de Turbiedad, 48
4.3 Remoción de Color, 48
4.4 Coagulantes, 49
4.5 Gradiente de Velocidad, 53
4.6 Métodos para realizar la Coagulación, 55
5 Floculación, 77
5.1 Generalidades, 77
•
• •
1
rACIONAL - FACULTAD DE MINAS
~NIVfQSIDAD
TRATAMIENTO DE AGUAS
P.
Ingo. Jorge Arturo Pérez
- -----------------------------------------------------------------------------~
5.2 Clasificación de los Floculadores, 78
5.3 Control del Gradiente de Velocidad, 92
•
IJI
SEDIMENTACION
96
1 1 ntroducción, 96
2 Definición, 96
3 Tipos de Sedimentación, 96
4 Sedimentación Simple - Ley de Stokes, 97
5 Sedimentadores de Flujo Horizontal, 100
5.1 Consi¿eraciones Geométricas, 100
6 Sedimentación de Alta Rata, 126
6.1 Consideraciones Generales, 126
6.2 Fórmulas Básicas, 129
6.3 Inclinación de las Placas, 132
6.4 Aplicaciones Prácticas de los Sedimentadores de Alta k tu, .132
Ejelllplo de Diseño, 132
b.Ó
•
IV FI LT RAC
IOr~
136
1 Definición, 136
2 Responsdblt::s de la Filtración, 136
~lecanisrilos
2.1 Tra ns porte, 136
2.2 Adherencia, 137
•
3 Tipos de Filtración, 138
Descripción de un Filtro, 139
4.1 Esquema d Fi tro Pápido de Grdvedad, 139
lUI
4.2 Funci ondllli ento de un Fi ltro, 140
5 Modelos de la Filtración, 141
~latemáticos
6 Fil tro Pil oto, 141
6.1 Funcionamiento Durante Filtración. 141
6.2 Funcionamiento Durante Lavado, 142
7 Componentes de un Filtro - Descripción, 142
7.1 Lecho Filtrante, 142
7.2 Grava de Soporte, 144
7.3 Falso Fondo, 145
• i i
UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS
TRATA lENTO D AGUAS
Ingo. Jorge Arturo Pérez P.
8 Jornada de Trabajo o Carrera de un Filtro, 147
9 Pérdida de Carga Durante Filtración, 147
9.1 Pérdida de Carga Final, 148
9.2 Pérdida de Carga Inicial, 149
10 Rata de Filtración o Carga Superficial, 151
11 Número de Filtros, 151
12 Forma y Dimensiones de los Filtros, 152
13 Sistemas de Operación de los Filtros, 153
13.1 Rata de Filtración Constante, 154
13.2 Rata de Filtración Declinante, 155
14 Lavado de los Fil tras, 157
14.1 Definición, 157
14.2 Hidráulica del Lavado, 158
14.3 Cantidad de Agua de Lavado, 160
14.4 Sistema de Lavado, 161
14.5 Métodos para Aplicar el Agua de Lavado, 163
15 Sistema de Recolección del Agua de Lavado, 165
v
DESINFECCION - CLORACION
167
1 Genera 1i dades, 167
2 Factores que Influyen en la Acción del Cloro, 167
3 Química de la Cloración, 168
4 Demanda de Cloro, 168
5 Puntos de Aplicación del Cloro, 171
•
6 Dosis de Cloro Residual, 172
7 Control de la Cloración, 172
8 Poscloración, 172
BIBLIOGRAFIA
174
•
i i i
l~TBQº!JC~Iº~
------------
Este Manual de Tratamiento de Agua se ha hecho con la intención de ofrecer en
forma conjunta una serie de principios y conocimientos sobre los diferentes
procesos de tratamiento del agua, cuya descripción se hace no como operacio
nes unitarias sino siguiendo un orden práctico encaminado hacia el aspecto
teórico y al diseño de las diferentes unidades que componen una planta de
tr~
tamiento para el acondicionamiento de las aguas utilizadas como fuente de a
bastec imi en to.
Su contenido básicamente se refiere a los procesos de clarificación y desin
fección por ser éstos los de más aplicación cuando se trata de potabilización
del agua para consumo humano. Se incluye ademá5 una discusión general acerca
de la calidad del agua, las características físico-químicas y bacteriológicas
y su significado sanitario, así como el grado de influencia que sobre los di
ferentes tipos de impurezas tienen los procesos mas comunmente utilizados.
Así mismo, este manual ha querido presentar una serie de normas técnicas y re
comendaciones de diseño de tipo general. que han sido utilizadas con éxito
en el diseño de plantas de tratamiento de agua.
Por último, se presentan unos ejemplos de cálculo con el objeto de aclarar los
conceptos técnicos e ilustrar la manera como se puede hacer el diseño de una
planta potabilizadora.
Abrigo la esperanza ge que este trabajo contribuya a la formación profesional
.
de los estudiantes de ingeniería, y sea, también un recurso de utilidad para
los ingenieros proyectistas.
Jorge A. Pérez P.
Medel1ín, Agosto de 1981 Profesor Universidad Nacional
•
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UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS TRATAMIENTO DE AGUAS
Ingo. Jorge Arturo Pérez P.
1 CAL 1D AD DEL AGUA
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1 INTRODUCCION
El término "calidad del agua" es una expresión de empleo muy generalizado cuyo
espectro es de significado muy amplio. Cada uno de nosotros está interesado en
el agua desde su especial punto de vista que puede implicar sus aplicaciones
comerciales, industriales, recreativas, etc. Como las características deseables
de un agua cualquiera varían según la utilización a la que quiera destinársela,
frecuentemente existe una comunicación muy poco satisfactoria entre los usuarios
del agua en todo lo que respecta a la calidad de la misma. Por ejemplo, puede
ser que un ama de casa opine que el agua del abastecimiento público es de buena
calidad, mientras que la industria cervecera sostenga exactamente lo contrario.
Todos los empleos del agua deben subordinarse a la necesidad del hombre de dis
poner de un fluido sano para su consumo. El agua destinada a la bebO a y a la
preparación de alimentos debe estar exenta de organismos capaces de producir en
fermedades y de cualquier mineral y sustancias orgánicas que puedan producir e
fectos fisiológicos perjudiciales. Para fomentar el consumo de este líquido, el
agua debe ser aceptable desde el punto de vista estético; por ejemplo, deberá
estar exenta de turbiedad, color y olor perceptibles, as; como de cualquier sa
bor desagradable. El agua de bebida debe tener también una temperatura razonable.
Este agua recibe la denominación de "agua potab1e", 10 que significa que puede
consumirse en cualquier cantidad sin provocar efectos perjudiciales sobre la sa
lud.
2 - CALIDAD DEL AGUA EN FUNCION DE SU UTILIZACION
Desde el punto de vista del usuario, el concepto "calidad del agua" sirve para
definir aquellas características químicas, físicas, biológicas o radiológicas
que emplea como patrón para calibrar la aceptabilidad de un agua cualquiera. El
usuario puede o no aceptar la calidad de un agua cruda (agua sin tratar) y, en
el caso de que ésta no sea satisfactoria, puede diseñarse una planta de trata
miento que produzca un agua de calidad aceptable. Por consiguiente, el término
"calidad" debe considerarse con relación al empleo a que el agua se destina. Se
\
1
NACIONAL - FACULTAD DE TRATAMIENTO DE AGUAS
UNlvtK~lUAU ~INAS
Ingo. Jorge Arturo Pérez P.
puede hablar de un agua de calidad mala, mediana o excelente desde un punto de
vista puramente personal. Se debe dar preferencia al agua destinada al consumo
humano, al que seguirán todas las demás aplicaciones, cuando se trata de dise
ñar una planta de potabilización municipal.
3 - PARAMETROS DE CALIDAD DEL AGUA
El factor que más importancia tiene en la selección de los procesos que deben
ser utilizados en la potabilización del agua es calidad, tanto del agua cru
s~
da, esto es, el agua que llega a la planta como del producto final, agua trata
da.
3.1. Calidad Del Agua Cruda: El a9ua absolutamente pura no se encuentra en est!
do natural, conteniendo sustancias tanto en solu
ción como en suspensión, dependiendo de sus orígenes así como de las
cara~
terísticas del medio en que se encuentra. Las características de las aguas
superficiales difieren de cuenca en cuenca y son totalmente diferentes de
las características de las aguas subterráneas.
Para obviar este problema se señalan calidades de agua cruda con límites
de contaminantes o constituyentes, de acuerdo a sus facilidades de remoci6n
con tratamiento muy simple, normal o especial.
La calidad del agua cruda está definida con base en las siguientes carac
terísticas:
3.1.1 Características Físicas
3.1.2 Características Químicas
3.1 . 3 Características Bacterio16gicas
3.1.1 Características Físicas:
a Turbiedad
b Color
c Olor y sabor
d Temperatura
2
UNIVeRSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS TRATAMIENTO DE AGUAS
Ingo. Jorge Arturo Pérez P.
a Turbiedad:
Definición: Característica que hace aparecer el agua como turbia o barrosa.
Resistencia a que la luz pase.
Origen: Partículas suspendidas que van desde el tamaño coloidal hasta arena
gruesa, cuya presencia depende del grado de turbulencia del agua:
En un lago: la turbiedad es debida a partículas colidales (tamaño < lO-3mm)
En un río: la turbiedad es debida a arena principalmente.
Mineral: arcillas, etc.
Li~os,
La naturalefa de dichas partículas
\Orgánico: residuos vegetales, microorga
nismos, etc.
Causas: Son muy variadas:
- Erosión causada por las corrientes.
- Desechos domésticos.
- Desechos industriales.
- Crecimiento de microorganismos, que se alimentan de la materia
.
organlca.
~
- Otras causas menores.
Debido a la naturaleza tan variada de las partículas que producen turbiedad,
es difícil establecer una regla fija para removerla.
Significado Sanitario: La turbiedad es importante considerarla en aguas de a
bastecimiento público por las siguientes razones:
- Estética: No hay correlación entre la turbiedad y el grado de contamina -
ción, pero el consumidor rechazará un agua que tenga mal aspec
to, o sea que es necesario que el agua sea estéticamente atractiva.
- Filtrabllidad: La filtración del agua es más difícil de ejecutar y más
co~
tosa cuanao la turbiedad aumenta. El grado de turbiedad,
entre otras cosas, determina el uso de filtros lentos de arena o filtros
rápidos cuya efectividad depende de la remoción de turbiedad por medio de
la coagulación química, antes de pasar el agua a los filtros.
3
UNIVtKSIDAD NACIONAL - FACULTDA DE MINAS TRATAMIENTO DE AGUAS
Ingo. Jorge Arturo Pérez P.
- Desinfección: La desinfección del agua es efectuada, para abastecimiento
público, por medio de cloro u ozono. La efectividad de es
tos depende del tiempo de contacto con los microorganismos. En las partí
cu1as de turbiedad los microorganismos encuentran refugio contra los a
gentes desinfectantes, 10 que incide en los costos de tratamiento.
Unidad standar de turbiedad
La unidad de turbiedad es la turbiedad producida por un miligramo de Si02
(Sílice) en un litro de agua destilada.
La turbiedad se expresa en unidades de turbiedad [U.T]
Métodos de Determinación
Para medir la turbiedad se emplean aparatos llamados turbidímetros o por com
paración visual.
Los turbidímetros son aparatos de patente siendo los más utilizados el Jack
son, el Hel1ige y el Bay1is, los cuales miden la turbiedad con
indir~ctamente
ayuda de una curva de calibración típica.
Por comparación visual la turbiedad es determinada preparando patrones de con
tenido de turbiedad conocido los cuales se comparan con la muestra.
Aplicación de los Datos de Turbiedad
Son de especial importancia en el campo del abastecimiento de agua. Son mode
radamente importantes en el tr.atamiento de desechos industriales y domésticos.
Básicamente su importancia es la siguiente:
- El rango de variación de la turbiedad del agua cruda, conjuntamente con
otras propiedades, determina el tipo de tratamiento que es necesario ha
cer al agua antes de darla al consumo público.
- Sirve además para determinar la eficiencia del proceso de f1ocu1ación, se
4
,-
UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS TRATAMIENTO DE AGUAS
Ingo. Jorge Arturo Pérez P.
•
gún el coagulante empleado .
•
- Sirve para controlar el proceso de filtración.
- En tratamiento de desechos domésticos e industriales, la determinación
de la turbiedad antes y después del tratamiento, da el grado de eficien
cia del proceso empleado.
Límite de Turbiedad para Agua Potable
Consultar la Tabla NO.2.
b Color
Gran parte de las aguas superficiales, particularmente las que provienen de
zonas pantanosas, son coloreadas en grado tal que no son aceptables para uso
doméstico e industrial, sin un previo tratamiento para remover el color.
De fin i ción: Característica que nace aparecer el agua coloreada.
Origen: Por el contacto del agua con desechos orgánicos tales como hojas,
m~
dera, etc., en varios estados de descomposición. El hierro presente
en muchos compuestos produce un color muy resistente. Se puede deber además
a desechos industriales que llegan a las corrientes o lagos.
Clasificación:
Orgánico: Color debido a materia orgánica.
Clases
Inorgánico: Color debido a materia inorgánica.
Verdadero: Color de la muestra después de que se asientan las par
tículas en suspensión. (debido a materia coloidal
prov~
Tipos niente de extractos vegetales y orgánicos).
Aparente: Color de la muestra antes que se asienten las partículas
en suspensión.(co1or debido a Mat. suspendidoJ.
5
