Artículo elaborado a partir del libro MWH. (2012). Water Treatment Principles and Design. John Wiley & Sons, Inc.
La calidad del agua cruda a potabilizar es el principal factor que define el tipo de planta de tratamiento de agua potable (PTAP) que se requiere, ya que, en dependencia de los valores obtenidos en la caracterización de agua de la fuente, se elabora un estudio de tratabilidad, a saber, los diferentes procesos con los cuales se puede reducir o aumentar las características físico, químicas y biológicas del agua, de acuerdo a los criterios máximos y mínimos establecidos en las normativas locales o regionales. Posteriormente, se procede a definir los procesos y sus combinaciones, en función del nivel deseado de tratamiento, que garantice una elevada confiabilidad y a un costo razonable, originándose las unidades de tratamiento.
La secuencia de unidades de tratamiento es lo que se conoce como "tren de tratamiento", ya que, en la mayoría de casos, las diferentes unidades de tratamiento operan en serie. Es aquí en donde se genera una serie de alternativas de PTAP, que deberá ser evaluada por el ingeniero diseñador en función de los criterios mencionados anteriormente (calidad, confiabilidad y costo).
Sirva el presente artículo para enumerar algunas de las alternativas de tren de tratamiento que se podría proponer en un proyecto de diseño de PTAP, para ello, se ha agrupado el catálogo de PTAP en función de la fuente. Primero se presentará los más comunes trenes de tratamiento para potabilizar agua proveniente de fuentes superficiales y posteriormente se presentará los más comunes trenes de tratamiento para potabilizar agua proveniente de fuentes subterráneas.
Alternativas de PTAP para fuentes superficiales
Dependiendo de la calidad del agua superficial se puede usar una variedad de alternativas de trenes de tratamiento (descritos en diagramas de flujo de proceso). A continuación se describen cuatro comunes trenes de tratamiento.
1. PTAP Convencional (Tipo CEPIS): Los trenes de tratamiento convencional son típicamente usados para tratar aguas superficiales con elevada turbiedad(> 20 UTN), alto color (> 20 unidades de color) o alto carbono orgánico total (COT> 4 mg/L). En general, las plantas convencionales tienen una mayor flexibilidad de operación, son hidráulicamente estables y requieren menos atención de los operadores. Otra consideración que debe tomarse en cuenta es que muchas veces requieren de grandes áreas superficiales.
Un ejemplo claro de este tipo de trenes de tratamiento se encuentra en la PTAP de la ciudad de Juigalpa en Nicaragua, cuyas unidades de tratamiento se describen en el siguiente video.
2. PTAP de Filtración directa en línea (Convencional simplificado): Los tratamientos de filtración directa son típicamente usados para tratar agua superficial de alta calidad con baja turbierdad (<15 NTU), poco color (≤ 20 unidades de color) y bajo COT (≤4 mg/L). La filtración directa posee el mismo tren de tratamiento que la convencional pero sin sedimentación, por lo que se suele utilizar filtros de lecho profundo ya que pueden almacenar más sólidos suspendidos. Por otro lado, la PTAP de filtración en linea es similiar a la PTAP de filtración directa, con la salvedad que no posee floculación, por lo que posterior a la mezcla rápida, el agua es dirigida a los filtros. Este tipo de tren de tratamiento se usa para tratar agua de alta o excelente calidad con baja turbiedad (<15 NTU), poco color (≤10 unidades de color) y bajo COT (≤4 mg/L). La PTAP de Juigalpa posee un canal de bypass, que va de la coagulación a los filtros, lo que le permite convertirse también en una PTAP de filtración directa en línea en época de verano cuando los niveles de turbiedad y color se mantienen bajos.
3. Filtración por membrana: Un tren de tratamiento de filtración por membrana consiste en un sistema de rejillas, membranas de baja presión y desinfección. El sistema de rejillas consta de cartuchos filtrantes o microrejillas y puede incluir rejillas gruesas en el agua cruda si es necesario. Este tren de tratamiento se usa comúnmente para tratar aguas superficiales de buena calidad con baja turbiedad (≤ 10 NTU) y con color de moderado a bajo (< 10 unidades de color) y bajo COT (< 4 mg/L). Sin embargo, los filtros de membrana pueden usarse para tratar agua de cualquier calidad cuando se combinan con otros procesos. Por ejemplo, mediante el reemplazo de los filtros granulares por filtros de membrana en el tratamiento convencional descrito anteriormente. La filtración por membrana se configura en módulos y puede ser fácilmente automatizada, lo que hace a este tipo de tecnología ideal para plantas pequeñas y remotas.
4. PTAP de ósmosis inversa: Un tren de tratamiento por ósmosis inversa consiste en un sistema de cribado, membranas de ósmosis inversa y desinfección. El sistema de cribado consiste de cartuchos filtrantes o microcribas, y puede incluir rejillas gruesas en el agua cruda u otros procesos de pretratamiento, si se requiere. La principal función de este tipo de PTAP es la remoción de sólidos disueltos totales (SDT) presente en el agua. Tambien es muy utilizada para desalinización de agua de mar o agua salobre, y puede ser utilizada para remover un contaminante específico como arsénico.
Alternativas de PTAP para fuentes subterránea
En aguas subterráneas, el proceso de tratamiento más sencillo consiste en la cloración, que confiere al agua una capacidad desinfectante residual y la protege contra la contaminación dentro del sistema de distribución. En ocasiones, este proceso se complementa con la adición de flúor para evitar caries dental en la población, pero ello tiene un costo que debe ser considerado contra clorar la totalidad del agua que un organismo operador debe suministrar.
Existe una variedad de trenes de tratamiento que pueden usarse dependiendo de la calidad del agua subterránea. Se identifican y se describen cuatro trenes comúnmente utilizados.
1. Tratamiento convencional ablandador: El tratamiento convencional ablandador con cal se utiliza para remover dureza. El agua se considera dura cuando contiene una dureza total (la suma de dureza carbonatada y no carbonatada) mayor a 150 o 180 mg/l. Cuando la dureza está conformada principalmente por calcio y magnesio la dureza es baja (<40 mg/l). Se agrega cal en una sola etapa y carbonato de sodio para incrementar la alcalinidad y remover la dureza no carbonatada. Frecuentemente la coagulación, floculación y sedimentación ocurre en un solo recipiente, llamado reactor-clarificador con recirculación de lodo.
2. Suavización con membrana: Una alternativa al ablandamiento con cal es mediante el uso de membranas. Los procesos de membrana que han sido utilizados para el ablandamiento y remoción de otros constituyentes tales como color, COT y precursores de trihalometanos incluyen la nanofiltración (NF) y ósmosis inversa (RO). Si deseas conocer un poco más sobre la diferencia entre los diferentes tipos de membranas, te invito a consultar el siguiente video https://youtu.be/RnNA_j8n8lY. Una de las mayores consideraciones cuando se sitúa una planta ablandadora es la disposición del concentrado. Las membranas de ósmosis inversa están configuradas en módulos y las plantas pueden ser fácilmente automatizadas.
3. PTAP con remoción de gas: La extracción por aire es utilizado para tratar agua subterránea contaminada con gases indeseables como el sulfuro de hidrógeno o compuestos volátiles orgánicos (COV) a niveles superiores que los máximos permisibles (0.05 mg/l para el sulfuro de hidrógeno). Un tren de arrastre de aire consiste en una torre de arrastre seguida por filtración a presión en medio granular y desinfección. En algunos casos se requieren acondicionadores químicos o la adición de ácido para evitar la formación de precipitados. Una consideración que debe realizarse es el tratamiento del gas liberado, el cual puede llevarse a cabo mediante adsorción en carbón activado.
4. PTAP para remoción de Hierro y Manganeso: El proceso más comúnmente utilizado para la remoción de hierro inorgánico y manganeso en agua subterránea con niveles bajos de oxígeno disuelto es la precipitación en filtros a presión. Los oxidantes utilizados son: cloro, permanganato de potasio, oxígeno y ozono. El cloro se usa cuando la concentración de hierro es menor que 2 mg/l y existe muy poca o nula concentración de manganeso. En muchos casos el cloro no es efectivo para la remoción de hierro porque el hierro puede formar complejos con la materia orgánica. Consecuentemente, el uso de cloro debe ser evaluado con pruebas piloto. En adición, se debe evaluar el impacto del uso de cloro en la formación de subproductos de desinfección. El permanganato de potasio y el ozono se usan cuando están presentes hierro y manganeso. El oxígeno puede ser efectivo para oxidar hierro, por medio de las torres de aireación pero no es capaz de romper el complejo hierro-materia orgánica. Los filtros a presión pueden usar greensand, esto es, arena con un alto porcentaje de glauconita.
Esto es solamente una muestra de los diferentes tipos de plantas de tratamiento de agua potable, ya que hay tanta variedad en función de la calidad del agua y la configuración del tren de tratamiento, es por ello que de selección de tratamiento de agua potable se trate, para gusto, los colores.
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Muy buena informacion, facil de leer, explicada de la mejor manera, me llamo mucho la atencion el metodo PTAP para la remocion de hierro y manganeso, como se tienen que hacer pruebas pilotos y la manera de realizarse. Excelente informacion, muy buen trabajo ingeniero Carlos. Muy util.
Información muy útil, muy fácil de entender para lograr comprender acerca de los diferentes tipos de plantas de tratamientos de agua potable. Existe una gran variedad y siempre se deberá analizar detalladamente cuál de estas es la mejor opción. En lo personal, encontré las alternativas de PTAP para fuentes subterráneas super interesantes, más concretamente el tratamiento convencional ablandador porque se encarga de remover la dureza del agua, siendo este uno de los problemas más comunes de calidad de agua que se pueden encontrar. El agua dura deteriora los electrodomésticos, deja manchas en los baños y las cocinas, y seca el cabella y la piel.
Material de excelente calidad para lo que es el aprendizaje y ejemplificación de loa diferentes tipos de tratamientos de agua para consumo humano, gracias ingeniero Carlos por compartir sus conocimientos.
Primeramente felicitar el gran trabajo hecho por el ingeniero, es de vital importancia ya que ayuda a comprender mas sobre lo que es el tratamiento de agua, su proceso y los diferentes tipos de trenes de tratamiento; el que mas me llamo la atención es el tren de tratemiento de agua PTAP convencional, por todo lo que conlleva, rasgos, caracteristicas para lo que es utilizado; yo soy de Juigalpa y siempre me pregunté como recorre el tratamiento de agua a lo largo de Puerto Diaz hasta la cuidad. Realmente es muy importante conocer estos procesos, ya que nos ayudan a comprender mejor muchas areas de la materia.
El tren de tratamiento de agua que más me llamó la atención fue el de filtración por membrana, puesto que se pueden combinar con otros procesos para tratar cualquier calidad de agua, lo cual lo vuelve versátil. Así mismo, debido a su configuración en módulos permite una mejor distribución en espacios reducidos y adicionalmente permite que el proceso sea automatizado, lo que reduce costos en operación y mano de obra.