250a 02 01 Modulo2 Potabilizacion

Área: Contaminación de Aguas y Procesos de Depuración

Módulo 2 – Pág. 5

Potabilización del Agua

1.- Captación y conducción de agua

1.1.- Lugares de captación del agua

La captación del agua puede ser de dos tipos de fuentes: superficiales y/o

subterráneas.

1.1.1.- Agua Superficial

La calidad y cantidad del agua superficial dependerá de una combinación entre el

clima y factores geológicos de la cuenca de captación. En general, las zonas de

captación de cretas y calizas originan aguas claras y duras, mientras que las rocas

impermeables como el granito originan aguas turbias y blandas.

Son un conjunto de estructuras y dispositivos construidos o colocados junto a un

medio hídrico, para alimentar un servicio de abastecimiento de agua destinada al

consumo humano. El agua se puede obtener de diversas fuentes.

Captación

Es un término general que describe cualquier tipo de agua que se encuentra

discurriendo o estancada en la superficie de la Tierra, tales como arroyos, ríos,

estanques, lagos y embalses.

Agua Superficial



La cantidad de agua disponible en una población no siempre cubre las necesidades de

los habitantes, por lo que es necesario construir embalses, frecuentemente alejados

del punto de consumo. La mayoría son embalses de almacenamiento donde toda el

agua recogida se destina al abastecimiento. Estos embalses se sitúan en las zonas

altas, en las cabeceras de los ríos.

El agua se capta de los ríos por medio de la construcción de presas con el uso de

portones flotantes, para asegurar una mínima profundidad de agua en el embalse. Sin

embargo, como la demanda ha continuado creciendo, los caudales naturales de

muchos ríos se han convertido en inadecuados para cumplir las actuales necesidades

de captación.

Generalmente, en las aguas superficiales se encuentran flotando diversos materiales

más o menos gruesos: maderas, restos orgánicos de gran tamaño, etc., por lo que se

suelen utilizar sistemas de Tamizado para eliminarlos. Se trata de hacer pasar el flujo

de agua a través de tamices o enrejados de un determinado tamaño de malla cuya

operación y limpieza se realiza normalmente en forma automática y secuenciada

temporalmente.

1.1.2.- Agua Subterránea

Desde un punto de vista económico, el agua subterránea es mucho más barata que el

agua superficial, ya que está disponible en el punto de demanda y no requiere la

construcción de embalses o largas conducciones. Es generalmente de buena calidad,

libre de sólidos en suspensión y, excepto en limitadas áreas donde han sido afectados

por la contaminación, libre de bacterias y otros patógenos. Por todo ello no requiere un

extensivo tratamiento antes de su uso.

Las aguas subterráneas se concentran en acuíferos y desde ellos se realiza la

mayoría de las extracciones de este tipo de agua. Es también desde estos acuíferos,

en la forma de manantiales, desde donde sale la mayor proporción del caudal de

algunos ríos.



Los acuíferos sirven como conductos de transmisión y como depósitos de

almacenamiento. Como conductos de transmisión transportan el agua subterránea de

las áreas de recarga, hacia lagos, pantanos, manantiales, pozos y otras estructuras de

captación. Como depósitos de almacenamiento, los acuíferos actúan suministrando

agua de sus reservas para ser utilizada cuando la extracción exceda a la recarga y, a

la vez, almacenando agua durante los períodos en que la recarga resulta mayor que la

extracción.

El agua subterránea, en cuanto a su calidad, contiene calcio, sodio, potasio, y en

menor cantidad hierro y manganeso, en forma de cationes. Los aniones mayoritarios

son el carbonato, el carbonato ácido (bicarbonato), sulfato y cloruro. Por lo tanto la

mayoría de los acuíferos poseen aguas duras.

1.2.- Sistemas de conducciones

Dependiendo de la fuente de captación de agua disponible, los sistemas de

conducción pueden ser por gravedad, donde la propia energía potencial del agua se

encarga del transporte, si el lugar de captación se encuentra a mayor altura (cota) que

la estación de tratamiento o bien un sistema de bombeo cuando el lugar de captación

de aguas está a menor cota que la Estación de Tratamiento de Aguas Potables

(ETAP).

Formación geológica porosa y permeable capaz de almacenar agua de saturación y

permitir su circulación, cuando el agua que se encuentra ocupando los poros e

intersticios existentes entre las partículas que constituyen el terreno no queda

retenida en ellos. Su tamaño es variable y el agua puede brotar o se puede extraer

para consumo. Los pozos se llenan a partir de los acuíferos.

Acuífero



En general, la captación de aguas provenientes de embalses se produce por tubería

sin elevación de aguas, mientras las captaciones desde ríos o aguas costeras suelen

utilizar, necesariamente, sistemas más o menos sofisticados de bombeo (bombas

centrífugas o sumergidas). Como norma corriente, las ETAPs se suelen construir a

cotas inferiores que las correspondientes a la fuente de aprovechamiento para eliminar

la máxima cantidad posible de bombeos y simplificar el diseño y el coste de

implantación y mantenimiento.



2.- Depósitos de almacenamiento

Existen dos tipos de depósitos para almacenar agua, dependiendo si se encuentra

tratada o no, estos son:

Actúa como un depósito de homogenización en paralelo, permitiendo que el caudal

que entre a la planta de tratamiento sea siempre el mismo, aproximadamente; además

de evitar incorporar agua con una calidad deficiente a la planta, permitiendo así que

sea desechada.

La necesidad de un depósito de cabecera se deriva de la curva de los caudales

diarios, y la comparación de valores de caudal a diferentes horas con el valor medio.

La forma del gráfico (Figura 1) para determinar el volumen de un tanque de

homogenización, indica la desviación de los valores de caudal a diferentes horas

respecto del caudal medio. En el caso de que los valores de caudal excedan del valor

medio, la diferencia de caudal establecida que circula por la conducción principal de la

línea de tratamiento de aguas será bombeada hacia el depósito de cabecera. Por el

contrario, si el valor de caudal es inferior al valor medio, el depósito de cabecera

bombeará el caudal de agua suficiente para que se alcance el valor establecido.

Es un tanque al principio de la planta, que permitirá bombear el exceso de caudal

respecto del caudal de diseño de la estación de tratamiento.

Depósito de cabecera

Es un tanque que se encuentra al final de la planta que deberá retener todo el

caudal de agua tratado en la estación, para en caso de un fallo de funcionamiento,

no interrumpir el suministro de agua potable.

Depósito de cola



Ello permitirá un mantenimiento de un caudal de diseño fijado lo más uniforme posible

para que los resultados en el proceso global de potabilización sean acordes al diseño

establecido.

Figura 1. Diagrama de masa esquemático para la determinación del volumen de un tanque necesario para dos tipos de variaciones de caudales (Metcalf & Eddy, 1995)

El volumen del depósito de cola será análogo al volumen del depósito de

almacenamiento, deberá retener los caudales acumulados según la curva establecida.

Para mayores detalles sobre la determinación del volumen de los depósitos,

ver Módulo 2 Tema 3.1.7 Tanque de Homogenización.



3.- Tratamientos utilizados en potabilización

3.1.- Características generales

El suministro de agua para consumo humano debe garantizarse tanto en cantidad

como en calidad, de acuerdo con las necesidades de cada población.

Las aguas procedentes de los ríos, necesitan un tratamiento complejo y caro antes de

ser suministradas a los consumidores, debido a que las precipitaciones traen

cantidades apreciables de materia sólida a la tierra como el polvo, polen, bacterias,

esporas, e incluso, organismos mayores. Las emisiones domésticas e industriales

también incorporan materiales a la atmósfera, los cuales son almacenados en las

nubes y posteriormente son devueltos a la tierra en las precipitaciones. Éstos incluyen

una gran cantidad de productos químicos como disolventes orgánicos y óxidos de

nitrógeno y azufre, los cuales causan la lluvia ácida. La cantidad y tipo de las

impurezas en las precipitaciones varían con la localización y la época del año, y

pueden afectar tanto a ríos como a lagos. El uso de la tierra, incluyendo la

urbanización y la industrialización, afectan significativamente la calidad del agua,

siendo la agricultura la que produce un efecto más profundo en los recursos debido a

la naturaleza dispersa y extensa de la misma.

Como en los ríos desaguan grandes superficies de terrenos, la contaminación es

inevitable. Todos los vertidos depositados o productos químicos utilizados en una

cuenca de captación, finalmente se dirigirán hacia el río, además que después del

suministro el agua es devuelta al río como un efluente de aguas residuales tratadas y

puede perfectamente ser captada de nuevo aguas abajo, de forma que se deben

extremar las precauciones para asegurar que la calidad del agua esté protegida y se

controle continuamente.

La complejidad y el costo del tratamiento se incrementan al mismo tiempo que la calidad del agua del río se deteriora.



También, la calidad de muchos ríos se ha deteriorado a través de nuestra explotación

como portadores de efluentes de aguas residuales.

Por lo tanto, el objetivo de la potabilización será garantizar al consumidor que el tipo

de agua captada, alcanzará la calidad indicada en la legislación para un determinado

uso.

3.2.- Tipos de tratamiento

Los tratamientos para potabilizar el agua, se pueden clasificar de acuerdo con:

Los componentes o impurezas a eliminar.

Parámetros de calidad.

3.2.1.- Componentes o impurezas a eliminar

En tal sentido, se puede realizar una lista de procesos unitarios necesarios para la

potabilización del agua en función de sus componentes. De esta forma, la clasificación

sería la siguiente:

Tabla 1. Procesos unitarios posibles a llevar a cabo en función de los contaminantes

presentes.

TIPO DE CONTAMINANTE OPERACIÓN UNITARIA

Sólidos gruesos Desbaste

Partículas coloidales Coagulación-Floculación + Decantación

Sólidos en suspensión Filtración



TIPO DE CONTAMINANTE OPERACIÓN UNITARIA

Materia orgánica Afino con Carbón Activo

Amoníaco Cloración al Breakpoint

Gérmenes Patógenos Desinfección

Metales no deseados (Fe, Mn) Precipitación por Oxidación

Sólidos disueltos (Cl- , Na+, K+) Ósmosis Inversa

3.2.2.- Parámetros de calidad. Niveles de tratamiento

Basados en el Real Decreto 927/1988 - Reglamento de la Administración Pública del

Agua y de la Planificación Hidrológica en su Anexo 1, se establecerá el grado de

tratamiento necesario para el agua de captación.

Las aguas superficiales susceptibles de ser destinadas al consumo humano quedan

clasificadas, según el grado de tratamiento que deben recibir para su potabilización, en

los 3 grupos siguientes:

Tipo A1. Tratamiento físico simple y desinfección.

Tipo A2. Tratamiento físico normal, tratamiento químico y desinfección.

Tipo A3. Tratamiento físico y químico intensivo, afino y desinfección.

El referido Reglamento asocia a cada grado de tratamiento una serie de procesos

unitarios, en función de los parámetros de calidad de las aguas de captación, como se

muestra en la siguiente tabla:



Tabla 2. Parámetros del agua bruta que determinan el grado de tratamiento de potabilización según R. D. 927/1988

Parámetro Unidad Tipo A1 Tipo A2 Tipo A3

pH - (6,5-8,5) (5,5-9) (5,5-9)

Color (O) Escala Pt 20 100 200

Sólidos en suspensión mg/l (25) - -

Temperatura (O) ºC 25 25 25

Conductividad a 20 ºC S/cm (1.000) (1.000) (1.000)

Nitratos (O) (*) mg/l NO3 50 50 50

Fluoruros (1) mg/l F 1,5 (0,7 / 1,7) (0,7 / 1,7)

Hierro disuelto mg/l Fe 0,3 2 (1)

Manganeso mg/l Mn (0,05) (0,1) (1)

Cobre mg/l Cu 0,05 (O) (0,05) (1)

Zinc mg/l Zn 3 5 5

Boro mg/l B (1) (1) (1)

Arsénico mg/l As 0,05 0,05 0,1

Cadmio mg/l Cd 0,005 0,005 0,005

Cromo total mg/l Cr 0,05 0,05 0,05

Plomo mg/l Pb 0,05 0,05 0,05

Selenio mg/l Se 0,01 0,01 0,01

Mercurio mg/l Hg 0,001 0,001 0,001

Bario mg/l Ba 0,1 1 1

Cianuro mg/l CN 0,05 0,05 0,05

Sulfatos (3) mg/l SO4 250 250 (O) 250 (O)

Cloruros (3) mg/l Cl (200) (200) (200)

Detergentes

mg/l

(lauril-

sulfato)

(0,2) (0,2) (0,5)



Parámetro Unidad Tipo A1 Tipo A2 Tipo A3

Fosfatos (3)(2) mg/l P2O5 (0,4) (0,7) (0,7)

Fenoles mg/l

C6H5OH 0,001 0,005 0,1

Hidrocarburos disueltos o

emulsionados (tras extracción en éter

de petróleo)

mg/l 0,05 0,2 1

Carburos aromáticos policíclicos mg/l 0,0002 0,0002 0,001

Plaguicidas totales mg/l 0,001 0,0025 0,005

DQO (*) mg/l O2 - - (30)

Oxigeno disuelto (*) % satur (70) (50) (30)

DBO5 (*) mg/l O2 (3) (5) (7)

Nitrógeno Kjeldahl mg/l N (1) (2) (3)

Amoniaco mg/l NH4 (0,05) 1,5 4(O)

Sustancias extraíbles con cloroformo mg/l SEC (0,1) (0,2) (0,5)

Coliformes totales 37ºC 100 ml (50) (5.000) (50.000)

Coliformes fecales 100 ml (20) (2.000) (20.000)

Estreptococos fecales 100 ml (20) (1.000) (10.000)

Salmonellas Ausente en

5.000 ml

Ausente en

1.000 ml

Nota: Las cifras entre paréntesis se tomarán como valores indicativos deseables con carácter provisional.

(1) Los valores indicados constituyen los límites superiores determinados en función de la temperatura

media anual (temperatura elevada y temperatura baja).

(2) Se incluye este parámetro para cumplir los requisitos ecológicos de determinados medios.

(3) Salvo que no existan aguas más aptas para el consumo.

Los procesos unitarios que corresponde cada grado de tratamiento serán los

siguientes:



Tabla 3. Procesos unitarios referidos a cada grado de tratamiento.

GRADO DE TRATAMIENTO

COMPOSICIÓN DEL TRATAMIENTO DESCRIPCIÓN

Tipo A1 Tratamiento Físico simple + Desinfección

Filtración rápida

+ Desinfección

Tipo A2 Tratamiento Físico normal +

Tratamiento Químico + Desinfección

Precloración

+ Coagulación - Floculación

+ Decantación

+ Filtración

+ Desinfección

Tipo A3 Tratamiento Físico y Químico

intensos + Afino + Desinfección

Cloración al Breakpoint

+ Coagulación - Floculación

+ Decantación

+ Filtración

+ Afino con Carbón Activo

+ Desinfección



4.- Operaciones unitarias

Para determinar el tipo de tratamiento que realizará una Estación de Tratamiento de

Agua Potables (ETAP), lo primero que se debe efectuar, para su diseño, es una

analítica al agua de captación y de acuerdo al grado de tratamiento obtenido una vez

comparado con la Tabla 2, se procederá a describir las unidades de tratamiento que

comprenderá.

En vista de que hay tres grados de tratamiento, a continuación se procederá a explicar

las operaciones unitarias del más completo de ellos.

4.1.- Cloración al Breakpoint

La adición de cloro en el punto inicial tiene dos funciones: desinfección y oxidación.

Con estas dos propiedades contribuye a la eliminación del hierro, manganeso, de

sulfhídrico, sulfuros, otras sustancias reductoras y del amoniaco, así como a la

reducción de sabores existentes antes de la cloración o bien producidos por los

compuestos de adición formados por el cloro, reducción del color orgánico y la que

más nos interesa en este caso, debido a la cantidad de microalgas presentes: impedir

el crecimiento de algas y otros microorganismos que interfieren en el proceso de

coagulación-floculación y filtración, para así mantener los lechos filtrantes libres de

posibles crecimientos de bacterias anaerobias.

Esto se consigue añadiendo cloro hasta conseguir cloro residual libre en el agua, el

punto en el que el cloro ya ha reaccionado con toda la cantidad de compuestos

presentes en el agua, al añadir más cantidad de cloro éste queda en forma libre, lo

que se denomina breakpoint, para asegurar una desinfección continua durante el

proceso, evitando el crecimiento de microorganismos o microalgas.

El cloro libre puede adicionarse al agua en forma de cloro líquido, solución de

hipoclorito de sodio, o tabletas (gránulos) de hipoclorito de calcio.



En cualquiera de estos casos, el cloro queda disuelto en forma de ácido hipocloroso

(HOCl), un ácido débil que tiende a disociarse parcialmente.

La aplicación de cloro al agua implica el establecimiento de diferentes interacciones

con la materia presente, lo que provoca que la concentración disponible no tenga una

relación lineal con el cloro añadido, sino una evolución según la materia orgánica y el

amoníaco disponible (Figura 2). La forma de la curva que aparece en este caso se

denomina curva de ruptura. La curva presenta 4 etapas:

a) La primera se caracteriza porque el aumento del cloro añadido no se traduce

en un aumento del cloro disponible, ya que el cloro reacciona con las

sustancias reductoras presentes en el agua (inorgánicas como el hierro o el

manganeso, u orgánicas, estimándose que 1 mg/l de cloro oxida 2 mg/l de

DBO), lo que implica un consumo del mismo;

b) la segunda se caracteriza por la reacción del cloro con el amoníaco, dando

lugar a la formación de cloraminas, el ácido hipocloroso se va combinando con

progresivas moléculas de amoníaco sustituyendo a los átomos de hidrógeno.

Estas reacciones se encuentran en equilibrio, lo que implica que no hay

consumo de cloro permanente. Al producirse el equilibrio, éste se puede

desplazar al cambiar las condiciones, con lo que nuevamente se forma ácido

hipocloroso, que es la base de la cloración residual combinada;

c) a partir de un cierto punto, todo el amoníaco ya está combinado y la adición del

cloro se puede traducir en la oxidación del amoníaco y la reducción del cloro. A

continuación los residuales de cloramina irán disminuyendo hasta un valor

mínimo. Este punto se llama punto de ruptura (breakpoint). Las reacciones y

los productos del punto de ruptura son bastante complejos con la formación de

compuestos intermedios y la destrucción de las cloraminas (Figura 2); y

d) en la cuarta etapa no hay compuestos para oxidar y todo el cloro añadido se

encuentra en solución en forma de ácido hipocloroso. Se trata de la base de la

cloración residual libre.



Figura 2. Curva de cloración en el punto de ruptura (Poch, 1999)

El punto de ruptura proporciona información de la calidad del agua a tratar. Si su valor

es elevado, es que hay muchas sustancias que pueden reaccionar con el cloro y

aumenta la posibilidad de formación de compuestos organoclorados que pueden ser

problemáticos. Contrariamente, si el punto de ruptura se encuentra a bajas

concentraciones de cloro añadido, la presencia de contaminantes es reducida y el

riesgo de formación de compuestos halogenados es bajo.

4.1.1.- Implementación

De la curva de ruptura se observa que la cloración puede implementarse mediante 2

técnicas:

a) C!oración residual combinada. En esta técnica se aplica el cloro en el agua

para producir, con amoníaco natural o añadido, un cloro residual disponible

combinado y mantener este residual en su totalidad o en una parte de la planta

de tratamiento o sistema de distribución de aguas. Las formas de cloro

disponible combinado tienen potenciales de oxidación más bajos que los de

cloro disponible libre y son menos eficaces como oxidantes y desinfectantes.



Así, para obtener índices equivalentes de mortalidad de bacterias en las

mismas condiciones de temperatura y tiempo de contacto, la cantidad de cloro

residual disponible combinado ha de ser de 25 veces más grande que la de

cloro residual libre.

Cuando se desea disponer de un cloro disponible combinado, se puede hacer

directamente añadiendo cloro, si el agua contiene amoníaco suficiente. Si no

es así, o hay muy poca cantidad de amoníaco, se añadirán tanto el cloro como

el amoníaco. Un cloro residual libre combinado no tendrá que contener cloro

libre o tan sólo una pequeña cantidad del mismo. Se acepta que la cloración

residual combinada tiende a presentar menos problemas con olores y sabores

que la residual libre.

b) C!oración residual libre. Esta técnica implica añadir cloro en el agua para

obtener, directamente o por la destrucción del amoníaco, un cloro residual

disponible libre y mantener este residual en una parte o en la totalidad de la

planta de tratamiento o sistema de distribución de aguas. Esta práctica se

puede adaptar a la precloración, poscloración y recloración, y cuando la

cloración es el único proceso de tratamiento usado.

4.1.2.- Puntos de aplicación del cloro en el tratamiento del agua

Al principio la dosificación del cloro se hacía como tratamiento final del proceso. Hoy

en día, debido a las diferentes calidades que presenta el agua se han desarrollado

alternativas:

a) Cloración sencilla. Se aplica el cloro en el agua no sometida a tratamiento.

Este sistema es usado en plantas de pequeño tamaño.



b) Precloración. Se aplica el cloro en el agua antes de someterla a cualquier otro

proceso. Implica ventajas como son la mejora en las operaciones posteriores

de filtración; la reducción de la carga bacteriana y de algas; la mejora de la

coagulación; la oxidación de los materiales que producen sabores como hierro

y manganeso, y la introducción de un factor de seguridad en aguas muy

contaminadas. Esto se produce cuando el agua a tratar está bastante

contaminada y contiene sustancias que provocan mal sabor, sólidos y

bacterianas, por lo que es necesario tratar antes de las otras operaciones.

Como inconveniente, puede implicar la reacción del cloro con materia orgánica

presente, formando compuestos trihalometanos (THM), compuestos orgánicos

clorados que ya empiezan a ser regulados por las nuevas directivas

comunitarias.

c) Poscloración. Se aplica el cloro en el agua cuando se ha sometido a otra

operación unitaria de tratamiento. En general, se aplica después de la filtración,

para desinfectar y para proporcionar cloro residual, libre o combinado, en una

parte del sistema de distribución. La segunda adición de cloro eleva el residual

de éste en el agua suministrada hasta un nivel determinado, con el que se

restablece la parte de cloro residual que se ha consumido en el proceso de

purificación.

d) Recloración. Se aplica el cloro en el agua después

de un proceso de cloración previo, en uno o más

puntos del sistema de distribución. Esta práctica es

corriente cuando el sistema de distribución es largo y

el residual del afluente de la planta no es suficiente

para evitar la reaparición de algas y/o bacterias.

4.2.- Coagulación - Floculación

Las impurezas se encuentran en el agua como materia en suspensión, materia

coloidal o como materia en solución. Las especies coloidales incluyen arcilla, sílice,

hierro, otros metales y sólidos orgánicos.

Para mayores detalles sobre el

cloro, ver el punto 4.6

Desinfección.



La eliminación de una gran proporción de estas impurezas se lleva a cabo por

sedimentación, basada simplemente en la gravedad, pero estas impurezas son

demasiado pequeñas para obtener un proceso de eliminación eficiente, por lo tanto, se

requeriría invertir mucho tiempo para remover los sólidos suspendidos, por lo que es

necesario utilizar la clarificación, que consiste en cualquier proceso o combinación de

procesos, cuyo propósito es reducir la concentración de los materiales suspendidos en

un líquido.

La clarificación es uno de los métodos más empleados en la separación sólido-líquido,

donde la eficiencia de la separación se incrementa con la coagulación y floculación.

Es importante recordar, que no toda el agua que va a ser potabilizada, necesita de

estos procesos.

La coagulación y la floculación causan un incremento de tamaño del flóculo y su rápida

aglomeración, disminuyendo así el tiempo de sedimentación de las partículas.

Esta doble capa consiste en la partícula cargada y un exceso equivalente de iones de

carga opuesta denominados contraiones, que se acumulan en el agua cerca de la

superficie de la partícula.

Conjunto de partículas pequeñas aglutinadas en partículas más grandes y con

mayor capacidad de sedimentación que se obtiene mediante tratamiento químico,

físico o biológico.

Flóculo

Se define como la desestabilización producida por compresión de las dobles capas

eléctricas que rodean a todas las partículas coloidales.

Coagulación



La combinación de estas dos capas forma un potencial eléctrico alrededor de las

partículas llamado “Potencial Zeta”, el cual funciona como una especie de barrera a

otras partículas.

Estas barreras son vencidas si las partículas consiguen aglomerarse, para lo que se

adicionan coagulantes químicos, en su mayoría cargados positivamente (sales de

aluminio, sales de hierro o polielectrolitos) que desplazan los iones negativos y

reducen efectivamente el tamaño de la capa.

Al disminuir el tamaño de la capa aumentan las fuerzas atractivas entre las partículas

coloidales, formándose así partículas de mayor tamaño.

Las partículas desestabilizadas o coágulos formados en la etapa de coagulación,

pueden no ser lo suficientemente grandes como para ser separados, por lo tanto la

floculación se encargará de unir esas partículas o aglomerarlas para formar

partículas de mayor tamaño (flóculos).

Figura 3. Mecanismo de coagulación – floculación

La velocidad de la floculación depende de la frecuencia de colisiones y de la eficiencia

de éstas. La frecuencia de colisiones es el número de contactos entre partículas por

unidad de volumen por segundo y la eficiencia es el número de contactos que resulta

en la formación de un conglomerado.



La intensidad del mezclado es un factor determinante en la floculación, ya que se ve

afectada directamente por el número de colisiones, por lo tanto demasiada intensidad

tendrá un efecto negativo en la eficiencia de las colisiones al romper los flóculos

previamente formados.

4.2.1.- Compuestos Coagulantes y Floculantes

La función de los polímeros coagulantes y floculantes es estabilizar y agrupar los

coloides ya estabilizados, es decir, neutralizar su carga superficial. La dosis de

polímero es muy importante para el proceso, ya que una sub-dosificación evitará una

floculación eficiente, por falta de enlaces entre los coloides y una sobre-dosificación,

ocasionará que los polímeros recubran totalmente las partículas, evitando así que se

unan.

Figura 4. Esquema de tratamiento de coagulación – floculación

Entre los floculantes más usados se tienen los siguientes:



a) Sulfato de Aluminio

También conocido como alumbre, es una sal ácida de aluminio que actúa como

coagulante, dependiendo de su concentración y el pH del agua. El alumbre funciona

mejor en el intervalo de pH de 5,5 – 7,0, puesto que esta sal produce protones en el

proceso de hidrólisis, si el agua no tiene una alcalinidad adecuada será necesario

añadir un producto alcalino para mantener el pH.

La fórmula del Sulfato de Aluminio hidratado es Al2 (SO4)3.18 H2O, y se suele encontrar

en el mercado en forma granular o líquida. Su mecanismo de acción es:

El sulfato de aluminio en disolución se ioniza de la siguiente forma:

Al2(SO4)3 2 Al 3+ + 3 SO42-

En el agua a tratar, el ion Al3+ se hidroliza para formar iones complejos con la siguiente

forma:

(H2O)4AlO

OAl(H2O)4

H

H

4+

Este ion complejo es el que verdaderamente actúa sobre los coloides, neutralizando

sus cargas electrostáticas. Además de este complejo se han identificado complejos

que incluyen hasta 8 átomos de Al.

Desventajas:

Produce lodos muy voluminosos, lo cual acarrea un problema de desechos

de lodos y limpieza de clarificadores.



En aguas de baja alcalinidad, es necesario añadir soda cáustica para

ajustar el pH del agua durante o después del proceso de clarificación.

Aumenta el contenido de sólidos disueltos, aumentando la carga de los

suavizadores, cuando estos son utilizados para completar el tratamiento del

agua.

El flóculo producido por sales metálicas es muy frágil y quebradizo, una vez

que este flóculo se rompe no vuelve a formarse.

b) Polielectrolitos

También conocidos como polímeros orgánicos sintéticos, cuando en su monómero

contienen grupos ionizables capaces de adquirir carga eléctrica, el polielectrolito

puede ser catiónico o aniónico, y si no contiene grupo ionizadable se llama no iónico.

Puesto que el proceso de coagulación implica la neutralización de la carga superficial

de los coloides, la cual suele ser negativa, los únicos polímeros que se utilizan como

coagulantes son aquellos con carga positiva (catiónicos) y de peso molecular

relativamente bajo.

Ventajas:

Reemplaza total o parcialmente al alumbre.

No alteran el pH del agua, y su efectividad no es alterada notablemente por

las variaciones del mismo.

Con el uso de polímeros no se producen grandes volúmenes de lodos,

disminuyendo los problemas asociados a su desecho, y disminuyendo la

frecuencia de purgas y limpiezas de los clarificadores.

El flóculo producido con polielectrolitos, tiene mayor capacidad de

penetración en los medios filtrantes, alargando la carrera de los filtros.

El flóculo resultante es menos frágil que el obtenido con sales inorgánicas,

por lo que soporta agitaciones más fuertes. Además cuando el flóculo se

rompe, el proceso es reversible.



c) Cloruro férrico

De fórmula FeCl3, se usa principalmente en aguas residuales y no en aguas potables

debido a que produce color. Se encuentra en forma liquida con concentraciones del

37% al 47%.

El mecanismo de actuación es el siguiente: el cloruro férrico se ioniza de la siguiente

forma:

FeCl3 Fe3+ + 3 Cl3-

El ion férrico (Fe3+) sufre una hidrólisis análoga al ion Al3+, formando también un

complejo de valencia 4+ que es el que actúa sobre las partículas coloidales

neutralizando su carga.

d) Sulfato ferroso y férrico

Con fórmulas FeSO4.7 H2O y Fe2(SO4)3.3 H2O, se suministran en forma sólida y tienen

un mecanismo análogo al cloruro férrico, con la salvedad que para que el sulfato

ferroso sea realmente eficaz debe oxidarse a la sal férrica.

Los polielectrolitos son actualmente, el tipo de coagulante más utilizado. Para saber la

dosificación adecuada, deben realizarse ensayos de "jar test" con el agua a tratar. El

resultado es bastante variable, dependiendo de las características del agua (en aguas

residuales urbanas las dosis típicas son de 30 ppm de FeCl3 o de 0,25 ppm de

polielectrolito).



Figura 5. Jar test

El Jar test mide el efecto de diferentes combinaciones de dosis de coagulante y

pH, que son los dos factores más importantes en el proceso. El test de la probeta permite

una comparación de las diferentes combinaciones bajo condiciones estandarizadas,

después de las cuales se mide el color, la turbidez y el pH del sobrenadante (agua

clarificada). Esto incluye tres lotes separados de probetas y así es como se realiza:

1. El análisis se realiza, con agua bruta sin alterar el pH. Se incrementa la dosis de

coagulante en un rango adecuado, de modo que si se utilizan 5 probetas entonces se

pueden analizar cinco diferentes dosis. Con esto se puede dibujar una curva simple

que muestra la turbidez frente a la dosis de coagulante. Esto permite calcular la mejor

dosis de coagulante;

2. El siguiente paso es alterar el pH del agua bruta con la adición tanto de un álcali como

de un ácido, y entonces se repite el test utilizando la mejor dosis de coagulante

determinada en el primer conjunto de análisis. El rango seleccionado es normalmente

entre 5,5 y 8,5, y si es posible, se realizan incrementos de 0,5. Con esto se representa

el color y la turbidez final frente al pH, permitiendo calcular el pH óptimo para el

coagulante seleccionado; y

3. Finalmente el test se repite una tercera vez utilizando agua bruta nueva, pero esta vez

corregido para el pH óptimo y se analizan varias dosis de coagulante otra vez. Esto

determina la dosis exacta de coagulante al pH óptimo. Estos valores son entonces

utilizados para hacer funcionar el proceso de coagulación.



4.3.- Decantación

La unidad de decantación permitirá la eliminación por sedimentación de los sólidos en

suspensión presentes en el agua de tratamiento y de los flóculos formados en el

proceso de coagulación-floculación.

Estas unidades pueden clasificarse de acuerdo con la dirección predominante del flujo

de líquido desde la entrada a la salida, en decantadores de flujo horizontal y

decantadores de flujo vertical.

a) Decantadores de flujo vertical. Suelen utilizarse únicamente en aplicaciones

de floculación decantación, unidades de contacto de sólidos o sistemas

especiales. Pueden ser circulares o rectangulares, siendo generalmente mas

estrechas en su fondo.

b) Decantadores de flujo horizontal. Son los más utilizados, la distribución de

caudales en tanques rectangulares, se produce por un extremo, existiendo

pantallas reflectoras, y atraviesa la longitud del tanque hasta los vertederos de

evacuación.

En tanques estrechos, rasquetas colectoras empujan el fango a una o varias pocetas

de fangos situadas en el lado de la entrada. En unidades anchas los colectores

longitudinales empujan el fango a un transversal que transporta a una poceta central

de recogida.

Proceso de separación de un líquido de sólidos o de un líquido de mayor densidad

mediante el trasiego de la capa superior después de que la materia más pesada ha

sedimentado.

Decantación



Figura 6. Decantador

4.4.- Filtración

Una vez que el agua ha sido decantada, para terminar el proceso de clarificación, se

hace pasar por una etapa de filtración.

Para mayores detalles sobre la decantación, ver

Módulo 3, punto 3.2.2 Decantación primaria.

Es una operación unitaria que consiste en hacer pasar un líquido que contiene

materias en suspensión a través de un medio filtrante que permite el paso del

líquido pero no el de las partículas sólidas, las cuales quedan retenidas en el medio

filtrante. De este modo, las partículas que no han sedimentado en el decantador son

retenidas en los filtros.

Filtración



El medio filtrante más utilizado es la arena, sobre un lecho de grava como soporte,

aunque también existen otros lechos como membranas filtrantes que pueden ser de

plástico o de metal. La etapa de decantación que elimina los sólidos presentes en el

agua no proporciona una separación suficiente para conseguir la calidad de agua

requerida, especialmente en lo que se refiere a la eliminación de la turbidez. Ello

requiere una etapa de separación capaz de mejorar el rendimiento de la separación

hasta alcanzar un agua transparente.

El paso del agua por el lecho de arena permite retener los sólidos de tamaño superior

a los intersticios entre los granos de arena. Además, se producen efectos superficiales

que permiten retener partículas más pequeñas. A medida que el lecho va reteniendo

sólido y se va colmatando, aumenta la pérdida de carga del sistema y disminuye el

caudal que circula a través del filtro. Entonces es necesario proceder a la limpieza del

mismo, que habitualmente se realiza haciendo circular agua limpia y/o aire en

contracorriente. Este flujo ascendente provoca un esponjamiento del lecho de arena

con la consiguiente separación entre los granos, lo que permite que los sólidos

retenidos sean arrastrados por el agua, que se recoge y envía a otras partes de la

planta para su tratamiento.

Para evitar atascamientos, es importante que la retención de partículas se haga en el

interior del lecho filtrante, y no en la superficie del lecho, por este motivo, será muy

importante hacer una elección adecuada del tamaño del grano del lecho filtrante.



Figura 7. Esquema de un filtro de arena

4.4.1.- Tipos de filtros

Dependiendo de las fuerzas que intervengan en el proceso de filtración, podemos

distinguir entre filtros de gravedad, y filtros de presión, siendo los primeros los más

utilizados debido a que son más económicos de explotar y mantener, aunque

requieran una mayor superficie de filtrado para obtener los mismos rendimientos.

Podemos hacer una clasificación de los tipos de filtros por gravedad, en función de la

velocidad de filtración:

a) Filtros lentos: se utilizan para aguas poco turbias, que no han necesitado

coagulación previa. Requieren una granulometría fina de la arena, las

retenciones se van a producir principalmente en la superficie del lecho.



b) Filtros rápidos: son los filtros usados normalmente en aguas potables, que

previamente han pasado por un proceso de coagulación y decantación.

Figura 8. Filtros por gravedad

4.5.- Afino con Carbón Activo

Una vez que el agua ha sido clarificada, pasa a la adsorción sobre carbón activo, que

permitirá la disminución de la materia orgánica, color, olor y sabor presente, por

separación, al quedar retenidas en la superficie del adsorbente. El adsorbente utilizado

es carbón activo en forma granular que se sitúa formando un lecho fijo en una columna

de tratamiento, a través del cual pasa el agua.

El carbón tiene la propiedad de adsorber. La adsorción es un fenómeno fisicoquímico

en el que un sólido, llamado adsorbente, atrapa en sus paredes a cierto tipo de

moléculas, llamadas adsorbatos, y que están contenidas en un líquido o un gas.

Es carbón prácticamente puro, desde el punto de vista de la composición química, al

igual que lo es el diamante, el grafito, el negro de humo, y los diversos carbones

minerales o de leña.

Carbón Activo (CA)



La diferencia fundamental entre uno y otro tipo de carbón radica en la estructura de

sus átomos. En el caso del CA, éstos se encuentran combinados en forma de placas

grafíticas.

Las placas están separadas y tienen distintas orientaciones, por lo que existen

espacios entre ellas, a los que se denominan poros, que brindan al CA su principal

característica: una gran área superficial, y por lo tanto, una alta capacidad adsorbente.

El área de la mayoría de los carbones activados comerciales está entre 500 y 1.500

m2/g.

Figura 9. Poros del Carbón activo

El CA tiene una gran variedad de tamaños de poros, los cuales pueden clasificarse de

acuerdo a su función, en poros de adsorción y poros de transporte.

Los poros de adsorción, consisten en espacios entre placas grafíticas con una

separación de entre 1 y 5 veces el diámetro de la molécula que va a retenerse.

La adsorción, no se debe confundir con absorción. La adsorción es un fenómeno de superficie; la absorción es una mezcla o interpenetración de dos sustancias. En la absorción, las moléculas de la sustancia adsorbida penetran en todo el volumen del sólido o líquido adsorbente.



En éstos, ambas placas de carbón están lo suficientemente cerca como para ejercer

atracción sobre el adsorbato y retenerlo con mayor fuerza.

Los poros de transporte son mayores que los de adsorción, y tienen un rango muy

amplio de tamaños, que van hasta el de las grietas que están en el límite detectable

por la vista y que corresponde a 0,1 mm. En esta clase de poros, sólo una placa ejerce

atracción sobre el adsorbato y entonces lo hace con una fuerza menor, o incluso

insuficiente para retenerlo. Actúan como caminos de difusión por los que circula la

molécula hacia los poros de adsorción en los que hay una atracción mayor. Por lo

tanto, aunque tienen poca influencia en la capacidad del CA, afectan la cinética o

velocidad con la que se lleva a cabo la adsorción.

4.5.1.- El proceso de activación

El CA puede fabricarse a partir de todo tipo de material carbonoso, o bien, a partir de

cualquier carbón mineral no grafítico. Pero, cada materia prima brinda características y

calidades distintas.

Existen 2 tecnologías básicas para el proceso de activación: activación térmica y por

deshidratación química.

a) Activación térmica

Cuando se parte de un material orgánico (cáscara de coco, sangre u otro), el proceso

se inicia con su carbonización, la cuál debe realizarse a una baja temperatura en la

que no se favorezca la grafitación.

La capacidad de un Carbón Activo para retener una sustancia, está dada por su área superficial, y por la proporción de poros cuyo tamaño es el adecuado: una a cinco veces el diámetro de la molécula de dicha sustancia.



Pero si se parte de carbón mineral, suele ser necesario un lavado previo, para extraer

contaminantes como azufre y metales pesados, que típicamente se encuentran en los

yacimientos.

La etapa básica del proceso la constituye, someter el carbón resultante a temperaturas

cercanas a los 1000ºC, en una atmósfera inerte o reductora, usualmente saturada con

vapor de agua. En estas condiciones, y a lo largo de un cierto tiempo, algunos átomos

de carbón reaccionan y se gasifican en forma de CO2, y otros se recombinan y

condensan en forma de las placas grafíticas.

El CA sale del horno al rojo vivo y debe enfriarse antes de entrar en contacto con el

aire a temperatura ambiente, de lo contrario, parte de éste desaparecería como CO2, y

el producto resultaría con una cantidad muy grande de óxidos superficiales, que

podrían afectarlo negativamente. Para lograr este enfriamiento, puede recibirse el

carbón en agua o en un equipo sellado con enfriamiento indirecto.

El resto consiste en operaciones de molido y cribado para brindar al producto el rango

buscado de tamaños de partícula.

b) Activación por deshidratación química

Este método sólo puede aplicarse a ciertos materiales orgánicos, relativamente

blandos y formados por moléculas de celulosa, como la madera. La primera etapa

consiste en deshidratar la materia prima por la acción de un químico como ácido

fosfórico, cloruro de zinc o carbonato de potasio.

Posteriormente, se carboniza el material

deshidratado a baja temperatura (500 a 600º C),

obteniéndose automáticamente la estructura porosa.

El producto resultante se lava para dejarlo libre del

químico utilizado, así como para recuperar y

reutilizar este último. El grado de activación también

puede variarse en este tipo de proceso, de acuerdo

a la cantidad del químico deshidratante utilizado.

Cuando puede activarse una misma

materia prima, tanto térmicamente

como por deshidratación química, el

CA producido por la segunda

tecnología adquiere poros cuyo

tamaño es un poco mayor.



4.5.2.- Función del Carbón Activo en el tratamiento del agua

Una de las principales aplicaciones del CA es la decloración o eliminación de cloro

libre del agua. También se puede utilizar para controlar olor y sabor, el crecimiento

biológico o eliminar amoniaco.

La decloración se produce de manera compleja, puede seguir distintos caminos de

reacción, en los que el CA puede intervenir como reactivo o como catalizador.

Eliminar el cloro libre residual, no es sólo porque es tóxico para el ser humano, sino

porque imparte un mal sabor y olor al agua, interfiere con procesos industriales, daña

a la mayoría de las resinas de intercambio iónico utilizadas en los suavizadores y en

los desmineralizadores, afecta a las membranas de ósmosis inversa y puede corroer

las tuberías

Para disminuir los niveles de cloro libre en agua, se han desarrollado varios procesos,

la decloración en un lecho fijo de carbón activo granular (CAG) ha sido el más rentable

y por lo tanto el más común. Se trata de un tanque cilíndrico vertical con un lecho de

CAG por el que se hace circular el agua. Cuando el carbón se expone al cloro libre, se

llevan a cabo reacciones en las que el ácido HOCl o el OCl- se reducen a ión cloruro

(Cl-). Dicha reducción es el resultado de distintos caminos de reacción posibles.

En 2 de los más comunes, el CAG actúa como un agente reductor, de acuerdo con las

siguientes reacciones:

HOCl + C* ↔ C*O + H+ + Cl-

2 HOCl + C* ↔ C*O2 + 2 H+ + 2 Cl-

donde C* representa al carbón activado. C*O y C*O2 son óxidos superficiales, que

poco a poco van ocupando espacios, que al quedar bloqueados, ya no participan en la

reacción. En cuanto al Cl-, también se acumula en la superficie del carbón durante los

primeros momentos de operación. Al seguir llegando HOCl o OCl- a la superficie del

carbón, la reacción se hace más lenta, y entonces se empieza a liberar el Cl-.



Esta disminución de velocidad se debe al envenenamiento del carbón con los óxidos

superficiales. Dicho envenenamiento continúa de manera gradual, mientras disminuye

la capacidad, tanto de adsorción como de decloración del CA.

La capacidad de un carbón activo puede ser de entre el 40% y el 60% de su propio

peso, es decir, 1 Kg. de carbón retendrá entre 400 y 600 grs. del contaminante, si y

sólo si, cumple la proporción de poros de tamaño adecuado con respecto al tamaño de

la molécula a retener.

4.6.- Desinfección

La etapa final del proceso de tratamiento de aguas potables siempre es la

desinfección. En algunos casos de plantas muy sencillas, ésta es la única etapa del

proceso.

Hay tres tipos básico de desinfección:

Tratamientos físicos.

Tratamientos químicos.

Radiación.

4.6.1.- Tratamientos Físicos

El objetivo de este tratamiento es la eliminación de coloides y de sólidos en

suspensión. Esto se consigue con tratamientos ya realizados como son: la

coagulación-floculación, la decantación y la filtración. En estos casos los

microorganismos pueden eliminarse al ser incorporados a los flóculos o por estar

fijados a las partículas sólidas. Dentro de los tratamientos físicos, también se incluye la

aplicación de calor, pero además de ser costoso, deja mal sabor ya que elimina el

oxigeno disuelto y las sales presentes en el agua.



Otro proceso sería el dejar pasar el tiempo, para que los gérmenes fecales disminuyan

su concentración al ser el agua retenida en ambiente hostil.

4.6.2.- Tratamientos Químicos

Los agentes químicos desinfectantes más utilizados son el cloro, el dióxido de cloro y

el ozono. A continuación se describe cada agente.

a) Cloro

Actualmente, el agente desinfectante más usado es el cloro, en su forma gaseosa o

como hipoclorito. La aceptación del cloro es debida a 3 factores principales:

Oxidación de sustancias inorgánicas (hierro, nitritos, manganeso...) que causan

mal sabor, corrosión y deterioro en las plantas potabilizadoras;

Acción microbicida del cloro como algicida, bactericida y, en menor medida,

virucida (su efecto sobre los virus es menor que sobre las bacterias); y

Mejora conseguida en los procesos de coagulación y floculación, ya que

favorece la formación de flóculos.

Además de estas ventajas en cuanto al tratamiento, se puede utilizar con bastante

seguridad, a pesar que el cloro es un producto tóxico si es inhalado directamente; el

equipamiento necesario para su aplicación no es sofisticado ni complejo; no se

requiere su generación in situ, sino que se puede trasladar con relativa facilidad; gran

disponibilidad y su precio es relativamente bajo.

b) Química acuosa del cloro A temperatura y presión ambiente, el cloro es un gas amarillo-verdoso que afecta a las

membranas mucosas y es extremadamente tóxico.



Se puede aplicar en una planta de tratamiento por 2 métodos: aplicación directa a

través de difusores (alimentación a presión) y saturación de una pequeña parte del

caudal de agua con cloro y posterior mezcla de esta parte con el caudal principal

(alimentación a vacío). En disolución acuosa, el cloro evoluciona hacia un sistema

termodinámicamente más estable, en forma de cloruro e hipoclorito.

CI2 + H2O ↔ HOCI + H+ + CI-

Las moléculas de cloro libres son prácticamente inexistentes en agua en condiciones

normales de pH > 3 y para concentraciones inferiores a 1.000 mg/L. Por tanto, el cloro

dosificado se encuentra en la forma de ácido hipocloroso (ya que el ion cloruro no

presenta ningún tipo de actividad desinfectante). Para el proceso de desinfección tiene

más importancia el comportamiento químico del ácido hipocloroso, que se ha formado

por hidrólisis del cloro.

HOCI ↔ H+ + OCl-

El ácido hipocloroso es un ácido débil, es decir, se encuentra poco disociado. En este

caso, como la constante de equilibrio es muy pequeña, el sistema se encuentra

desplazado hacia el ácido hipocloroso, lo que implica una baja concentración de

hipoclorito. En conjunto, la forma predominante es el ácido hipocloroso que resulta ser

el agente desinfectante más activo de todas las especies presentes en estos

equilibrios.

Si lo que se añade al agua es el ion hipoclorito, éste evoluciona hacia el ácido

hipocloroso, es decir, hacia la forma activa desinfectante. Es por ello que, cuando no

se dispone de otro agente desinfectante se recomienda la adición de unas gotas de

lejía en el agua. En ambos casos (dosificación de cloro gas o lejía), el producto final es

el ácido hipocloroso, el que presenta mayor poder desinfectante.



Figura 10. Esquema de funcionamiento de un clorador

Los problemas derivados de la formación de trihalometanos han provocado la

evaluación de alternativas en la dosificación de cloro como agente desinfectante.

Alternativas que tienen su uso más importante cuando el agua a tratar presenta

contenidos elevados en materia orgánica susceptible de dar lugar a estos productos.

Las 2 alternativas más utilizadas han sido el dióxido de cloro y el ozono.

c) Dióxido de cloro

El dióxido de cloro (CIO2) es un gas relativamente inestable (incluso potencialmente

explosivo a una presión parcial superior a 100 mbar ó 10% de volumen en aire), que

se obtiene a partir de la mezcla de cloro con clorito sódico. Teniendo en cuenta su

inestabilidad, es generado en el lugar donde se aplica.



Presenta un carácter bactericida y virucida que no se ve afectado por incrementos de

pH, ya que incluso aumenta su potencialidad frente a amebas y enterovirus. Se

supone que su acción bactericida viene dada por reacciones con aminoácidos vitales

de los organismos, mientras la acción virucida se centra en su reacción con la tirosina.

El dióxido de cloro no presenta las reacciones que dan lugar a compuestos orgánicos

clorados (THM), cuando es suministrado como primer agente desinfectante en la

precloración. Su uso se ve afectado por el coste, que es superior al de la dosificación

de cloro habitual, y por el hecho de que algunos de los productos de reacción (como

clorito y clorato) puedan presentar, a dosis elevadas, problemas relacionados con la

salud pública.

Figura 11. Diagrama de flujo esquemático del proceso de cloración con dióxido de cloro

d) Ozono

El ozono constituye la tercera alternativa tras el cloro y el dióxido de cloro.



Se trata de un gas compuesto por tres átomos de oxígeno, que no se encuentra

habitualmente en la atmósfera a bajas alturas, donde su presencia se considera

contaminante, puesto que su poder oxidante puede afectar a la salud pública o a la

vegetación.

El poder oxidante del ozono es la base de su capacidad para mejorar las

características organolépticas del agua (color, olor y sabor), ya que reacciona tanto

con sustancias inorgánicas, eliminando hierro y manganeso que transforma en óxidos

o hidróxidos insolubles, como la materia orgánica y produce una reducción importante

de la absorbancia de la muestra y, por tanto, de su turbidez.

La aplicación de ozono también afecta a la estructura y tamaño de las partículas en

suspensión que se modifica, observándose un aumento de las partículas medianas (20

a 50 μm) y más grandes (50 a 200 μm), lo que permite una mejora en los sistemas de

filtración, y un ahorro en las dosificaciones de productos coagulantes. La oxidación de

la materia orgánica provocada implica un aumento de la biodegradabilidad, en cuanto

a que los productos de la oxidación son más fácilmente biodegradables que las

sustancias originales, como por ejemplo los ácidos húmicos. En lo que concierne a las

sustancias químicas, el efecto más importante es que esta oxidación (en la que no hay

cloro) no produce compuestos orgánicos dorados.

Otro aspecto importante es el poder desinfectante del ozono. Si se comparan valores

de CT (productos de concentración por tiempo) para alcanzar la misma capacidad de

inactivación de un indicador de contaminación microbiológica como los quistes de

Giardia lambia, se observa que, para una misma temperatura de 15°C, los valores de

ozono son unas 15 veces inferiores a los de dióxido de cloro y del orden de 750 veces

los de la aplicación de cloración residual combinada.

La aplicación del ozono requiere su generación in situ, dada su inestabilidad en

condiciones ambientales normales. Esta generación se realiza mediante equipos en

los que tienen lugar descargas eléctricas entre 15.000 Y 20.000 voltios que aportan la

energía que permite la formación de oxígeno atómico y su combinación con una nueva

molécula de O2 y generar el ozono, con unos porcentajes a la corriente de salida entre

el 0,5 y el 1%.



La dosificación se debe realizar en condiciones controladas para evitar la salida de

ozono a la atmósfera, y posteriormente ha de ser recogido para proceder a su

destrucción, ya que como se ha indicado está considerado un contaminante

atmosférico debido a su fuerte carácter oxidante.

Figura 12. Generador de ozono típico (Metcalf & Eddy, 1995)

Simultáneamente, se ha tener en cuenta que, tal como sucede con el dióxido de cloro,

su permanencia es reducida en el agua, lo que implica la necesidad de una cloración

posterior para evitar el recrecimiento de nuevos microorganismos. Cloración que, en

este caso, no presentará previsiblemente problemas de compuestos orgánicos

clorados, pues la materia orgánica presente es muy reducida.

4.6.3.- Radiación

Hay varias formas de radiación que pueden desempeñar un papel desinfectante. Las

radiaciones más útiles son la radiación UV, los rayos X y los rayos γ. La radiación UV

es quizás la que más se utiliza, se aplica con una longitud de onda cercana a los 254

nm.



Para que su actuación sea eficaz, los microorganismos deben ser expuestos de forma

eficaz, para ello es necesario que no haya turbidez y tener en cuenta la absorción de

la posible materia orgánica presente. Con esta radiación los rendimientos son muy

buenos con tiempos de retención pequeños, además tiene como ventaja que no se

generan olores o sabores y no tiene el problema de una posible sobredosis. Como

desventaja tiene que no queda protección residual y que es necesario que el agua

tenga una turbidez muy baja. Esta radiación se genera mediante tubos de vapor de

mercurio, teniendo estos una demanda energética bastante alta.



5.- Alteraciones de la calidad del agua potable durante su tratamiento 5.1.- Cómo surgen los problemas durante la potabilización del agua

El principio del tratamiento del agua es convertir el agua bruta en sana y agradable de

beber. Aunque el tratamiento del agua normalmente elimina o reduce los productos

químicos y los organismos indeseados del agua, durante su tratamiento se emplean

una amplia variedad de productos químicos. Muy ocasionalmente se añaden

cantidades excesivas de estos productos químicos debido a un pobre funcionamiento

o por accidente y éstos aparecen en el suministro de agua. No obstante, normalmente

se vierten pequeñas cantidades en el agua final por motivo de la propia naturaleza de

los procesos. Éstos incluyen residuos de coagulantes como aluminio, hierro y un grupo

de compuestos orgánicos llamados polielectrólitos. Otros productos químicos, sin

embargo, se añaden deliberadamente al agua para asegurar que llegan a los

consumidores. Por ejemplo, el cloro se añade para desinfectar el agua mientras el

flúor se añade en ciertas áreas para proteger los dientes de las caries.

5.1.1.- Coagulación y floculación

Es desde este proceso de donde surgen la mayoría de los problemas de

contaminación del agua potable. El ritmo de adición del coagulante está gobernado por

muchos factores que pueden alterarse muy rápidamente. En la práctica, se requiere un

control cuidadoso en la adición del coagulante. Para comprender como pueden surgir

los problemas es necesario examinar el método utilizado para calcular las dosis de

coagulante.

Como se comentó anteriormente, las condiciones óptimas de funcionamiento para la

coagulación se determinan con tanta frecuencia como sea posible utilizando un

sencillo procedimiento denominado el test de la probeta o Jar test.



Actualmente hay disponibles sistemas automáticos en línea, aunque el test manual

todavía es muy empleado. Como las condiciones cambian bastante rápidamente,

estos tests necesitan repetirse a diario y algunas veces con más frecuencia. En las

plantas pequeñas donde frecuentemente se tratan esta agua no es posible, de modo

que la calidad en términos de turbidez y color es más fácil que fluctúe.

Los cambios en la calidad pueden ocurrir rápidamente, de modo que si el operador ve

cambios en el color o turbidez, pueden incrementar la dosis de coagulante, pero las

condiciones óptimas no se deben mantener ya que el exceso de coagulante entraría

en el sistema de distribución. Una de las causas principales de cambios estacionales y

frecuentemente diarios es la presencia de algas en los embalses, lo que puede alterar

significativamente el pH del agua.

El test de la probeta no indica cuánto coagulante insoluble pasará a través de las

etapas de clarificación y filtración, como veremos más adelante. No obstante, da una

idea de cuánto coagulante soluble quedará en el agua final, ya que esto depende

únicamente del pH y de la dosificación. Si a las curvas obtenidas en el test de la

probeta se le superpone la cantidad de aluminio que se pone en disolución, surge un

nuevo y más serio problema; el dilema de que las mejores condiciones para eliminar la

turbidez y el color no coinciden con aquéllas para la mínima solubilidad del coagulante.

Por tanto, el agua es clara y sin color, pero contiene más de aluminio que el límite

legal. Cuando esto ocurre se deben realizar análisis más cuidadosos de la dosificación

para determinar las condiciones óptimas en las que se consigue la menor cantidad de

aluminio en el agua. Como el rango de operación es tan estrecho, cualquier cambio

menor en la calidad del agua originará un rápido deterioro del color, turbidez y, desde

luego, aluminio soluble. Los polímeros orgánicos sintéticos, en concreto

poliacrilamidas, se usan extensamente en las plantas de tratamiento para producir

flóculos más fuertes y mantos de flóculos más estables. La poliacrilamida es

principalmente utilizada en el tratamiento de las aguas residuales, pero como el

sobrenadante rico en polímeros normalmente se devuelve a la entrada de la planta es

inevitable que los polielectrólitos aparezcan finalmente en el agua potable.



5.1.2.- Sedimentación y filtración

Es en estas etapas del proceso donde se separa la materia particulada, incluyendo los

flóculos de hidróxidos formados durante la coagulación. El problema más serio que

puede presentar son los flujos fluctuantes, que originan que el manto de flóculos, por

donde el agua fluye, se expanda demasiado, entonces se pierden partículas del

tanque junto con el agua tratada. Un mal funcionamiento de los filtros puede originar

problemas, de los cuales el más serio es cuando el lecho de arena desarrolla fisuras,

permitiendo el paso del agua sin filtrar. Los principales problemas son:

El nitrógeno se encuentra normalmente en su forma más oxidada como nitrato (NO3-) o

en su forma reducida como amoníaco (NH3). El nitrito es un estado de oxidación

intermedio entre el amoníaco y el nitrato, que aparece de forma natural en el suelo y

en el agua. En general, la concentración de nitritos en el agua es muy baja, pero

puede aparecer ocasionalmente en las aguas superficiales en concentraciones

inesperadamente altas, debido a la contaminación industrial y de aguas residuales

domésticas.

El amoníaco no reacciona completamente en la relación cloro:amoníaco de 3-4:1 en

peso originando un exceso de amoníaco que alcanza el sistema de distribución, aquí

actúa como fuente de nutrientes para la nitrificación, produciendo nitritos o nitratos.

Por esta razón una serie de sistemas de tratamiento han tenido que remplazar sus

procesos de cloraminación, debido a la nitrificación parcial que conllevaba un

incremento de nitritos en el agua potable. Para la total conversión del amoníaco a

monocloramina se necesita una relación de 5:1.

5.1.3.- Decoloración

Uno de los problemas más difíciles surgidos en el tratamiento del agua es la

producción de excesivo color y turbidez. La coloración del agua es la mayor razón de

quejas, siendo la dificultad de mantener una óptima coagulación la principal causa.



La materia particulada también surge del tratamiento del agua y puede originar serios

deterioros en la calidad del agua, incluyendo decoloración, ya que puede disolver

materia orgánica. Excesivas cantidades de materia particulada y/o coagulante residual,

que puede estar en forma insoluble o soluble, pueden ser liberadas por la planta de

tratamiento y entrar en el sistema de distribución.

5.2.- Presencia de aluminio. Origen y estrategias de control

El aluminio es un elemento que se encuentra como constituyente normal de todos los

suelos, plantas y tejidos de animales.

El aluminio puede estar presente en el agua debido al lixiviado de suelos y rocas. La

lluvia ácida ha derivado en un incremento del lixiviado de los suelos de modo que las

aguas superficiales tienen una mayor concentración de aluminio.

El objetivo del tratamiento del agua es proveer un suministro de agua que sea

químicamente y microbiológicamente seguro para el consumo humano. Para alcanzar

esto se añaden al agua el sulfato de aluminio o sulfato de hierro durante la

coagulación para ayudar a eliminar materia particulada fina, incluyendo bacterias.

Ha habido una preocupación creciente acerca de la cantidad de productos químicos

residuales que quedan en el agua después del tratamiento, tanto en forma soluble

como insoluble, y de los posibles efectos en la salud de los consumidores. El producto

químico residual que más preocupación causa es el sulfato de aluminio.

Como se describe anteriormente, la dosis de sulfato de aluminio (alumbre) añadida al

agua bruta depende de una serie de factores, siendo las más importantes el pH y la

temperatura es también importante.

La adición de alumbre al agua potable como coagulante dejará, por tanto, algo de

aluminio residual soluble o insoluble.



Las partículas insolubles de aluminio deberán ser eliminadas en el proceso de

filtración, aunque la efectividad de la eliminación depende de la eficacia de la filtración.

Donde las concentraciones residuales son altas, puede ocurrir la deposición del

aluminio en el sistema de distribución. Cualquier perturbación de estos sedimentos de

aluminio aumentará la concentración de aluminio en el agua potable.

Las razones para el incremento de los niveles de aluminio en el agua potable están

normalmente asociadas con problemas operacionales en la planta de tratamiento. No

obstante, han ocurrido accidentes con derrames de sulfato de aluminio o vertidos

accidentales en el agua final y vertidos en la red de distribución.

5.2.1.- Efectos en la salud

El aluminio fue inicialmente considerado como no tóxico y solamente originaba

problemas estéticos en el agua potable a altas concentraciones. Sin embargo, durante

los últimos 20 años, cada vez más evidencias han llegado a encontrar la conexión del

aluminio con ciertas enfermedades neurodegenerativas.

La mayoría de la información acerca de los efectos del aluminio en el agua potable

viene de pacientes que realizan diálisis de riñón. A comienzos de los 70, fue descrito el

síndrome de la demencia de diálisis, que fue caracterizado por el ataque de una

alteración de comportamiento, demencia, perturbación del habla, contracciones

musculares y convulsiones. El final de los pacientes fue normalmente fatal. Se piensa

también que el aluminio natural del agua es un factor importante en el desarrollo de

osteomalacia en pacientes de diálisis.

5.3. Aparición de patógenos

Si se encuentra cualquier coliforme en un suministro de agua potable tratada, seguida

de cloración, se debe concluir que o se está aplicando un tratamiento inadecuado o

que la contaminación se ha introducido durante la distribución del agua, o en la toma

y/o manejo de la muestra(s).



Cualquier indicación de contaminación, por ligera que sea, debe ser considerada como

materia grave y las circunstancias investigadas inmediatamente.

5.3.1.- Desinfección

La desinfección es absolutamente vital para asegurar que todos los microorganismos

provenientes de una contaminación fecal del agua bruta sean destruidos. La cloración

es con mucho el desinfectante más efectivo para las bacterias y los virus porque el

efecto residual de desinfección puede durar todo el viaje del agua a través de la red de

distribución hasta el grifo del consumidor. El diseño de planta de tratamiento más

efectivo para eliminar patógenos es la filtración rápida y lenta sobre arena, seguida de

cloración o un tratamiento de precloración seguido de coagulación, sedimentación,

filtración rápida sobre arena y post-cloración. Ambos sistemas dan un 99,99% de

eliminación de bacterias patógenas incluyendo C. perfringens. El cloro y la

monocloramina son inefectivos contra los quistes de Cryptosporidium, aunque el

ozono y el dióxido de cloro pueden ser alternativas adecuadas para la desinfección.

El ozono a una concentración de alrededor 2 mg/I es capaz de alcanzar una reducción

media en la viabilidad de los ooquistes de entre 95-96% con un período de exposición

de 10 minutos. El cloro es sólo efectivo contra la Giardia bajo condiciones muy

controladas y en la práctica es difícil que sea una barrera efectiva por sí mismo.

Las aguas de lavado y los Iodos del tratamiento del agua contienen todos los

patógenos eliminados del agua y por eso se deben de manejar con el mismo cuidado

como cualquier otro material de desecho bacteriológicamente peligroso.

Los tratamientos convencionales de agua no pueden garantizar la seguridad del agua

potable suministrada todo el tiempo. Epidemias de enfermedades originadas en el

agua suceden, aunque no frecuentemente. El único modo efectivo de destruir quistes

de protozoos es separarlos físicamente. Esto se puede realizar utilizando un filtro de

cartucho de fibra de tamaño de poro de 1 μm el cual debe colocarse aguas arriba de

un esterilizador ultravioleta.



Esto también incrementará la eficacia de la esterilización por la eliminación de

cualquier materia particulada que puede hospedar y proteger patógenos de la

radiación ultravioleta.

Si los filtros de arena en la planta de tratamiento son evitados por cualquier razón o el

sistema de desinfección falla, entonces el agua no se debe consumir sin hervirla antes.

5.4.- Olores y sabores del agua. Origen y estrategias de control

La mayoría de los problemas de olor y sabor que se originan en la planta de

tratamiento de agua están ligados con la cloración. Un ligero olor a cloro es

generalmente aceptado por los consumidores como señal de que el agua es

microbiológicamente sana, mientras que concentraciones excesivas de cloro pueden

hacer el agua más indeseable. Se debe alcanzar un equilibrio entre la protección de la

salud pública y lo saludable en términos de sabor y olor. Este problema de

funcionamiento puede ser resuelto utilizando equipos de desinfección más sensibles

en la planta, desinfectando en la zona de suministro o en la red de distribución y con la

utilización de desinfectantes alternativos.

El amoníaco reacciona con el cloro para producir tres cloraminas, estos compuestos

son más olorosos que el cloro libre y llegan a ser progresivamente más

desagradables conforme el número de átomos de cloro se incrementa, siendo la

tricloramina el peor. Esto se evita normalmente con la utilización del punto de ruptura

de la cloración en el cual se utiliza una alta relación de cloro a amoníaco (>7,6:1 a pH

7-8) de modo que el cloro residual presente está principalmente en la forma libre.

Los compuestos fenólicos, producen compuestos olorosos durante la cloración y son

difíciles de eliminar en los procesos subsiguientes. Normalmente se utilizan

desinfectantes alternativos, si se detecta la presencia de fenoles en el agua bruta

hasta que su origen es identificado y eliminado. No obstante, la cloración del fenol

puede originar problemas de olores por la formación de clorofenoles, incluso cuando

el fenol está en el agua bruta por debajo del límite de detección.



Algas como la Synura producen productos extracelulares que son olorosos. Sin

embargo, tales olores pueden intensificarse con la cloración. Algas y actinomicetos se

acumulan e incluso crecen en el medio de los filtros de arena y pueden proporcionar

olores y sabores asociados si no se mantienen bajo control.

5.4.1.- Eliminación de sabores y olores

Para prevenir más efectivamente el surgimiento de los problemas de olores, una

gestión más cuidadosa de los recursos de agua bruta, asegurando que se mantienen

libres de contaminación industrial, ya que los compuestos fenólicos y nitrogenados que

podrían reaccionar con el cloro son eliminados, y que sea controlado el crecimiento de

algas y otros organismos que producen olores.

Cuando los olores y los sabores son un problema, hay tres procesos disponibles: (1)

adsorción, tanto adsorción física sobre carbón activo o adsorción biológica utilizando

un biofilm que crece sobre un material húmico natural como la turba; (2) aireación, la

cual desprende del agua cualquier compuesto oloroso volátil; y (3) oxidación química

utilizando ozono, permanganato potásico, cloro o dióxido de cloro para descomponer

los compuestos olorosos en compuestos no olorosos.

El método más efectivo es la adsorción utilizando carbón activo, ya que éste elimina

un amplio rango de olores y es específicamente efectivo contra los olores más

problemáticos (moho/tierra producidos por actinomicetos). A corto plazo es más

rentable el carbón activo en polvo (CAP), cuando los problemas de olores solamente

suceden una o dos veces al año o de forma intermitente. Si el problema de olores es

permanente, entonces se necesitará un sistema de CAG, ya que es más rentable a

largo plazo debido a los bajos costos de funcionamiento.

Actualmente hay mucho interés en eliminar los olores con la utilización de biofilms

cultivados sobre polímeros orgánicos naturales.



La acción es la misma que el carbón activo, por adsorción de los compuestos que

producen el olor, pero en vez de tener que reactivar el carbón por calentamiento, el

biofilm, que está compuesto por bacterias y otros microorganismos, degrada los

productos químicos olorosos, de forma que el sistema nunca tiene que ser

desconectado. Esto hace que los sistemas de biofilms sean mucho más baratos de

funcionamiento que las unidades convencionales de

carbón activo. Sin embargo, hay la posibilidad que los

organismos productores de olores puedan colonizar por

ellos mismos estos biofilms.

La aireación puede tener éxito en controlar compuestos olorosos originados por

compuestos orgánicos volátiles o por gases disueltos como el sulfuro de hidrógeno. Es

también efectiva para controlar las tricloraminas. Pero, es incapaz de eliminar la

mayoría de los compuestos olorosos y por eso es de limitado uso.

La oxidación química, se puede utilizar para oxidar compuestos orgánicos al tiempo

que desinfecta el agua. Ninguno es efectivo contra todos los olores, siendo cada uno

particularmente efectivo contra un rango específico de compuestos olorosos. El cloro

puede controlar compuestos orgánicos sulfurados, que origina un olor a pescado. El

dióxido de cloro puede utilizarse si se sospecha de compuestos fenólicos y es también

efectivo, en reducir todos los otros olores, excepto aquellos causados por los

hidrocarburos en el agua. El ozono puede reducir o cambiar la naturaleza de los

olores bastante efectivamente, pero debido a que rompe las moléculas orgánicas

grandes en unas más pequeñas, son utilizadas mucho más fácilmente por los

microorganismos como fuente de alimento. Ésta tiende a estimular el crecimiento

microbiano en el sistema de distribución. Se ha informado también que la ozonización

produce olores a frutas bastante intensos.

5.5.- Aparición de subproductos de la cloración. Origen y control

El cloro se ha utilizado para desinfectar el agua potable por muchas décadas, pero es

muy reactivo con los compuestos naturales y artificiales presentes en el agua.

Para mayores detalles sobre

biofilm, ver punto 7.2

Bioensuciamiento



Algunos de estos compuestos orgánicos podían reaccionar con el cloro durante el

proceso de desinfección en la planta de tratamiento y formar nuevos complejos y

frecuentemente productos químicos peligrosos. El cloroformo y otros trihalometanos

(THM) fueron los primeros identificados en las aguas potables cloradas.

Los trihalometanos son simples compuestos de un solo carbón que tienen de fórmula

general CHX3, donde X puede ser cualquier átomo de halógeno. Están considerados

como posibles cancerígenos y son por tanto indeseables en el agua potable. Los

THMs encontrados en las aguas potables son: cloroformo (CHCl), bromodiclorometano

(CHBrCI2), dibromoclorometano (CHBr2CI) y bromoformo (CHBr). Éstos y otros

subproductos de la cloración se encuentran únicamente en aguas brutas o aguas

tratadas que están desinfectadas utilizando cloro. Donde existe cloro libre residual en

el agua, la formación de THM continuará. La cantidad de cloro añadida en relación a la

cantidad de materia orgánica presente, es también un factor importante para

determinar que subproductos se forman.

Otros subproductos de la cloración que aparecen comúnmente incluyen ácidos di- y

tricloroacéticos, cloral, dicloroacetonitrilo, cloropicrina, cloracetonas, 2-cloropropenal y

en muchos casos sus análogos bromados. Aunque muchos de estos subproductos

son mutagénicos generalmente se encuentran en muy bajas concentraciones.

A diferencia de los THMs, tanto los dihaloacetonitrilos (DHANs) como el

dicloroacetonitrilo (DCAN) son inestables y rápidamente descompuestos (hidrolizados)

en soluciones acuosas a temperaturas y valores de pH superiores, lo que ocurre

durante el almacenamiento o el análisis. Estudios en Holanda han mostrado que todas

las aguas potables cloradas contienen DHANs así como THMs, pero en mucha menor

concentración.

5.5.1.- Riesgos para la salud

Los efectos de los THMs en la salud de los humanos están basados principalmente en

el cloroformo. La dosis letal de cloroformo es alrededor de 44 g para un adulto que

pesa aproximadamente 70 kg.



Está claro que muchos THMs son cancerígenos a altas dosis y que ciertos

subproductos de cloración son más peligrosos que otros. Por tanto se debe reducir a

concentraciones tan bajas como sean posibles los niveles de estos compuestos en

nuestras aguas potables.

5.5.2.- Prevención de la formación de subproductos

Cuanto mayor es la dosis de cloro, mayor es el riesgo de formación de THMs. Se han

hecho algunos avances en eliminar los subproductos de la cloración utilizando filtros

de CAG y otras modernas técnicas, pero son bastante costosas.

En aquellas áreas donde hay una alta concentración de materia orgánica que puede

reaccionar con el cloro para formar THMs, entonces el uso del dióxido de cloro o

cloraminación deben ser considerados, o examinar métodos alternativos de

desinfección como la ozonización o la radiación ultravioleta.

El ozono no forma THMs, pero no deja una potencial desinfección residual. Es tan

reactivo que se forman productos de oxidación. Aquellos que causan más

preocupación son el formaldehído, acetaldehído, y otros aldehídos no clorados y

ácidos carboxílicos. El dióxido de cloro no reacciona con la materia orgánica para

formar subproductos clorados, pero está frecuentemente contaminado con cloro, que

forma los THMs.

Aunque menos efectivo que el cloro libre, la cloraminación está llegando a ser más

ampliamente adoptada como método de desinfección. Utiliza cloro y amoníaco para

producir principalmente monocloramina. Un problema significativo es el excesivo uso

de amoníaco para formar monocloramina, originando un exceso de amoníaco que se

convertirá en nitrito en el sistema de distribución

Como los subproductos no son fácilmente eliminados por los tratamientos existentes,

se está poniendo atención en su formación por la mayor efectividad en la eliminación

de la materia orgánica disuelta antes de la desinfección.



Esto se consigue principalmente con la coagulación, que puede eliminar cantidades

sustanciales de materia orgánica.

5.6.- Fluoración. Origen y estrategias de control

La fluoración de los suministros de agua ha sido en el pasado tan polémica como lo es

hoy en día el aluminio. Fue introducida en los años 40 para reducir la incidencia de la

caries dental en la población, después de que un número de investigaciones en USA

mostraron que tenía un efecto beneficioso.

Por tanto, estos estudios mostraron que la adición de fluoruro a los suministros de

agua para elevar el nivel alrededor de 0,6 mg/l llevaba a una reducción en la caries

dental en los niños en crecimiento, y que los óptimos efectos beneficiosos ocurrían

alrededor de 1,0 mg/I.

Los efectos del fluoruro varían con la temperatura, si ésta se incrementa, la

concentración permitida en el agua potable disminuye. Algunas aguas minerales

embotelladas pueden contener altos niveles de fluoruro. La USEPA ha establecido dos

estándares para el fluoruro: un Primary Drinking Water Standard de 4 mg/I para

proteger en contra de la fluorosis esquelética, y un no obligatorio Secondary Drinking

Water Standard de 2,0 mg/I para prevenir la fluorosis dental, ambos están bajo

revisión. La Organización Mundial de la Salud ha establecido un valor guía revisado de

1,5 mg/I.



6.- Alteraciones de la calidad del agua potable en las redes de distribución

6.1.- Olor y sabor. Origen y estrategias de control

Debido al material con el que están construidas las conducciones o al efecto del

crecimiento biológico en las paredes de las cañerías, suelen aparecer problemas de

olor y sabor mientras el agua está en el sistema de distribución,

La principal queja surgida del sistema de distribución es la de olores a moho/ tierra.

Éstos se deben al desarrollo de microorganismos sobre las paredes de la red de

distribución. Se pueden tomar una serie de pasos para reducir el crecimiento

microbiano dentro del sistema de distribución, siendo la principal, el asegurar la

adecuada desinfección con el suficiente cloro residual. Otros métodos incluyen reducir

la cantidad de materia orgánica y nutriente en el agua por medio de un tratamiento

más efectivo y utilizando cañerías de materiales que no faciliten el crecimiento

microbiológico. Es esencial prevenir que el agua se quede estancada durante largos

períodos y se caliente dentro del sistema de distribución, ya que el crecimiento óptimo

de estos organismos es a 25° C.

El hierro es un problema y puede provenir del agua bruta, de la utilización de sales de

hierro como coagulantes durante el tratamiento o más comúnmente debido a la

corrosión de las viejas conducciones. El hierro aporta un desagradable sabor al agua y

tiene como valor medio de umbral una concentración de 3 mg/I, aunque para los más

sensibles, esta concentración umbral disminuye. Claramente, lo que es potable para la

mayoría no lo será para aquellos que son más sensibles a los sabores y olores. En

respuesta a este particular problema hay un programa principal de sustitución de las

conducciones y renovación (recubrimiento con una capa plástica).

Las conducciones de hierro no son el único material que causa problemas.



Ocasionalmente se liberan olores de viejos materiales de recubrimiento,

especialmente compuestos de base bituminosa que liberan naftalenos. Esto da al

agua un fuerte olor aceitoso.

6.2.- Decoloración y hierro. Origen y estrategias de control

Las conducciones que originan decoloración en el agua, debido al hierro, son más

comunes en sistemas de distribución viejos.

Aunque el hierro puede aparecer por el uso de coagulantes, los aumentos en el

contenido de hierro total, en el suministro de agua, conforme pasa a través de las

conducciones, está generalmente originado por la corrosión.

El funcionamiento pobre de una planta de tratamiento puede originar que la materia

particulada entre en el sistema de distribución y cause decoloración y otros problemas,

aunque esto se da en pocas ocasiones. La principal causa es el uso de excesivas

cantidades de coagulante, que provocan que tanto el hierro como el aluminio entren en

el sistema, aunque manganeso, algas y materia orgánica pueden también surgir por

un pobre tratamiento.

Si la decoloración no está originada por problemas en la planta de tratamiento de agua

o por la acción microbiana dentro de las conducciones de distribución, la decoloración

debida a depósitos de óxidos es más probable que se deba a la corrosión donde están

involucradas los siguientes tipos de aguas:

a) Blandas.

b) Ricas en cloruros y sulfatos

c) Aguas anaeróbicas



6.3.- Sedimentos y turbidez. Origen y control

Los sedimentos frecuentemente son el problema extremo de la materia particulada

presente en el agua, normalmente sólo se detectará como una ligera turbidez del

agua. Los sedimentos pueden consistir tanto en materia orgánica, incluyendo

microorganismos, como material insoluble, principalmente hierro y manganeso.

Debido a los problemas de manejo, es posible que pase ocasionalmente agua sin

filtrar al sistema de distribución y, por lo tanto, la presencia de arcillas finas o partículas

de aluvión y algas incrementarán la turbidez. Si la turbidez supera los 5 UNF (unidades

nefelométricas), entonces es claramente visible en un vaso de agua y normalmente

rechazada por el consumidor por razones estéticas.

La materia orgánica soluble no está totalmente eliminada en la planta de tratamiento y

es adsorbida por los sedimentos existentes en las conducciones de distribución y

también por los microorganismos que habitan en las paredes de las conducciones y en

los desechos mismos.

Los problemas de sedimentos tienden a ocurrir al final de los sistemas de distribución,

especialmente en las vías muertas, de hecho, en cualquier parte que los sólidos

puedan sedimentar y acumularse. La limpieza frecuentemente se realiza para eliminar

sedimentos y Iodos acumulados en las paredes de las tuberías. Se puede realizar

utilizando una variedad de métodos.

Las incrustaciones de corrosión requieren una diferente y más erosiva técnica para

rascar la superficie de la tubería. Esto se realiza normalmente sólo antes de volver a

recubrir la tubería con resinas epoxi, hormigón u otro material permitido.

6.4.- Plomo. Origen y estrategias de control. Efectos sobre la salud

Se ha sabido por mucho tiempo, que el plomo es tóxico. Los efectos causados por

exposición a niveles bajos de plomo, a largo plazo es neural; afecta al cerebro,

originando un cambio de comportamiento y déficit en los niveles de inteligencia.



Todas las compañías de suministro de aguas utilizaban plomo para las conexiones de

las tuberías de servicio hace muchos años, principalmente porque el plomo es tan

maleable y así no se rompería, si la conducción u otra parte de la tubería se moviesen

ligeramente. La utilización de tales conexiones fue eliminada, pero hay todavía casas

conectadas a conducciones por tuberías de servicio de plomo. El problema surge

donde el agua es plumbosolvente, lo que significa que puede disolver el plomo.

El factor más importante que afecta a la disolución del plomo es el pH del agua. La

velocidad de disolución aumenta rápidamente por debajo de un pH de 8,0, así que las

aguas blandas ácidas (pH 6,5), que son tan comunes en ciertas áreas, disolverán

rápidamente el plomo de las tuberías. Otros factores importantes incluyen la

temperatura del agua, el tiempo de contacto entre el agua y el foco de plomo y la

cantidad de tuberías de plomo, lo cual afecta al área superficial de exposición del

plomo al agua.

El plomo no tiene olor, ni sabor, ni color cuando está en disolución, lo que hace que

incluso niveles bastante altos en el agua potable no se detecten, a no ser que se

analice químicamente. Otro problema es que el plomo es soluble, de modo que se

absorbe rápidamente por el organismo. El plomo ataca al sistema nervioso y puede

originar retraso mental y comportamientos anormales en los jóvenes y no nacidos.

6.4.1.- Medidas correctoras

Hay una serie de posibles medidas correctoras que se pueden tomar para reducir los

niveles de plomo en el agua potable. Éstas son:

a) Reducir el nivel de plomo en el abastecimiento, esto no suele ser un

problema;

b) Alertar a los consumidores de la posibilidad de altos niveles de plomo e

identificar quién está en riesgo y qué acciones se deben tomar para reducir

la exposición;



c) Reducir la corrosividad del agua por neutralización;

d) Recubrir las tuberías de plomo; y

e) Remplazar las cañerías de plomo.

La acción correctora normal es tratar toda el agua suministrada a los consumidores en

la planta de tratamiento para reducir su capacidad de disolver el plomo, pero esto es

caro y origina problemas secundarios. Esto con frecuencia involucra relativamente

simples cambios en el tratamiento del agua para asegurar que el agua llega al

consumidor con un pH entre 8,0 y 8,5, sin embargo, en la práctica los problemas de

funcionamiento pueden hacer esto difícil.

El pH requerido se consigue con la adición de álcalis como la cal, sosa cáustica o

cenizas de sosa. La cal es lo más barato pero es difícil de manejarla originando

excesivos costos en términos de equipamientos y laboriosidad en las plantas de

tratamiento más pequeñas.

Las tuberías de plomo se pueden forrar con un recubrimiento plástico para prevenir la

corrosión. Esto resulta mucho más barato que sustituir las tuberías de plomo, pero no

se sabe con exactitud su efectividad y duración.

6.5.- Cobre. Origen y estrategias de control

El cobre es un elemento esencial para la salud humana. Aunque puede ser tóxico en

altas concentraciones, raramente causa problemas en individuos genéticamente

normales.

Las concentraciones en el agua potable son generalmente bajas, con un sabor

astringente causado por el cobre a concentraciones superiores a 3 mg/I. El cobre está

presente de forma natural en las aguas de áreas metalíferas, pero con más frecuencia

su presencia en el agua se debe al ataque de las cañerías de cobre.



Las tuberías de cobre son ampliamente utilizadas en casas para los circuitos de agua

caliente y agua fría.

La corrosión del cobre de las tuberías se conoce como cuprosolvencia y origina el

lixiviado del cobre a la disolución, produciendo un agua coloreada de azul y

ocasionalmente problemas de sabor. Estos problemas ocurren con aguas ácidas

blandas o con abastecimientos particulares de perforaciones donde el dióxido de

carbono libre produce un bajo pH.

En estas circunstancias, a los niños no se les debe dejar beber agua de los grifos del

cuarto de baño, ya que los niveles de cobre pueden ser suficientemente altos como

para sentir náuseas.

Si el agua se va a utilizar para preparar una bebida, se debe dejar correr el grifo del

agua fría durante unos minutos por la mañana o si el agua ha permanecido reposada

en la cañería durante más de una hora. A no ser que el agua sea ácida, el problema

se solucionará rápidamente por sí mismo conforme la tubería se va cubriendo con una

capa de óxidos.

6.6.- Zinc. Origen y control

El principal origen de zinc en la mayoría de los hogares será de la corrosión de acero

galvanizado de depósitos y cañerías. Esto está originado por el bajo pH, de modo que

aumentar el pH ayudará. Cuando se utiliza cobre y zinc galvanizado, conjuntamente,

entonces ocurrirá la corrosión del acero galvanizado debido a la acción galvánica.

Esto es particularmente importante si el agua es cuprosolvente (ácida) y las tuberías

de cobre están localizadas aguas arriba del acero galvanizado.

La utilización de acero galvanizado no está recomendada, especialmente con otros

metales como cobre. Los nuevos tanques de plástico son más efectivos que los viejos

depósitos galvanizados, son más ligeros y menos probables de que revienten.



7.- Problemas que pueden aparecer en las redes de captación y distribución

7.1.- Corrosión e incrustaciones

Los problemas con el hierro son más probables que surjan en la planta de tratamiento

o en la red de distribución que en el sistema doméstico de cañerías. No obstante, la

corrosión puede originar la contaminación del agua potable por una serie de metales o

aleaciones con las que están hechas las tuberías o cañerías y las conexiones. Los

más importantes de estos son el plomo, cobre, cinc y hierro.

La mayoría de los tipos de corrosiones están relacionados con la electroquímica. Para

que ocurra la corrosión necesitamos los componentes de una celda electroquímica, un

ánodo, un cátodo, una conexión entre el ánodo y el cátodo (circuito externo) y

finalmente una disolución conductora (circuito interno, en este caso el agua potable).

El ánodo y el cátodo están situados en el metal de la tubería (puede ser el mismo

metal o pueden ser diferentes metales) que tienen una diferencia de potencial entre

ellos. Cuando esto sucede, entonces la oxidación (eliminación de electrones) ocurre

en el cátodo, que está cargado negativamente.

La corrosión es más rápida donde están acoplados juntos dos metales diferentes. Esto

es conocido como corrosión galvánica.

Los metales y aleaciones más comúnmente utilizados en el tratamiento de aguas y

distribución pueden ser puestos en orden electroquímico, esto es, en orden decre-

ciente por el cual tienden a corroer cuando están conectados bajo condiciones

medioambientales normales.

Se define como la destrucción o deterioro químico o electrolítico de un material,

preferentemente metálico, por la reacción con el medio que lo rodea.

Corrosión



El orden es: manganeso, cinc, aluminio, acero o hierro, plomo, estaño, latón, cobre y

bronce. Cuanto más apartados están dos metales en esta escala, mayor es la

diferencia de potenciales entre ellos y así de mayor será la velocidad de corrosión.

Una vez que la superficie de la tubería se ha corroído, provee hábitat para los

microorganismos. Éstos son capaces de adherirse por ellos mismos a la tubería y no

son arrastrados por el agua que pasa. Algunos de estos microorganismos, en

particular las bacterias de hierro y sulfuro, pueden también corroer la tubería (tanto

metal como no metal). Esto principalmente es un problema en las conducciones y en

la planta de tratamiento, ya que son las tuberías de metal enterradas principalmente

las que están afectadas, aunque las tuberías de hormigón también pueden ser

atacadas.

7.1.1.- Prevención y control de incrustaciones

La corrosión se puede controlar eligiendo el metal y la aleación correctos o por la

utilización de metales especiales resistentes a la corrosión. Las superficies pueden

recubrirse con películas especiales protectoras. El recubrimiento es lo más común

realizado en las conducciones de agua para proteger las tuberías de hierro, pero es

también posible para tuberías más pequeñas. La corrosión también se puede prevenir

con la conexión de la tubería a otra pieza de metal que actuará como ánodo y así se

corroerá deliberadamente, en vez de la tubería existente.

La corrosión química, simplemente disolver el metal, puede también ocurrir en zonas

de aguas blandas siendo el plomo el que más rápidamente se corroe. La única manera

efectiva de controlar esto es incrementar el pH del agua entre 8,0 y 8,5. Esto se

realiza en la planta de tratamiento con la adición de varios hidróxidos alcalinos,

silicatos o boratos.

En las tuberías domésticas la corrosión del plomo, acero galvanizado y tuberías de

cobre conlleva problemas de decoloración y ocasionalmente de sabor.



7.2. Bioensuciamiento

Hay dos términos que se emplean de manera general en el estudio de los problemas

asociados al crecimiento de microorganismos sobre superficies, que son:

bioensuciamiento y biodeterioro.

7.2.1.- Depósitos microbiológicos o biofilm

Los biofilm presentan características físicas y químicas variables y se acumulan a

distinta velocidad en función de las diferentes características del sistema.

Se define como cualquier forma de crecimiento biológico no deseado sobre una

superficie en contacto con el agua, lo cual hace que la vida media de los equipos o

su funcionamiento se vea deteriorado.

Bioensuciamiento

Se entiende la destrucción o ruptura de un material de importancia económica por

la acción de organismos, y que no hay que confundir con la biodegradación, que es

la ruptura de materiales por organismos para conseguir un producto de mayor

calidad (Lappin-Scott y Costerton, 1989; Borenstein, 1994).

Biodeterioro

Se define como un conjunto de microorganismos embebidos en una matriz

exopolimérica de origen microbiano, que los mantiene unidos.

Biofilm o depósito microbiológico



Figura 12. Esquema de un biofilm

La formación del biofilm se debe principalmente a la existencia de algunos grupos de

bacterias que, en ocasiones, se han integrado dentro de un grupo llamado primarios,

aunque este término no está demasiado claro, hace referencia a aquellos

microorganismos capaces de sintetizar exopolisacáridos (EPS), que les permite fijarse

a distintas superficies, por lo que se cree que son los primeros en adherirse a éstas.

Esta matriz de exopolisacáridos le confiere a estas bacterias una mayor resistencia,

frente a agentes externos, que cuando se encuentran en fase planctónica. De esta

manera, la evolución del biofilm implica un condicionamiento del ambiente que rodea a

cada colonia o consorcio de microorganismos, lo que hace que a medida que el biofilm

evoluciona, cada bacteria se comporte de manera distinta en respuesta a unas

condiciones ambientales determinadas, con diferentes grados o patrones de

crecimiento.

Los microorganismos que forman parte del biofilm pueden ser microalgas, hongos,

protozoos y bacterias, aunque éstas últimas son los principales componentes.

Matriz exopolimérica

Restos atrapados

Fibras

Microorganismos

Superficie de la máquina



7.2.1.- Formación de un biofilm

La secuencia de eventos que se producen durante la formación de un biofilm es:

Transferencia de macromoléculas a la superficie, y formación de una capa

adsorbida.

Transporte de microorganismos hasta la capa adsorbida.

Adhesión irreversible de las células a la superficie.

Posible eliminación de células de la superficie.

Transferencia de nutrientes a la superficie, a la capa de fluido y a través del

biofilm

Producción de polímero extracelular por parte de las células.

Desprendimiento del biofilm, al llegar a su biomasa crítica.

Un esquema del desarrollo de un biofilm se muestra en la Figura 14.

Figura 14. Etapas de la formación de un biofilm

Formación de lacapa condicionante

Adhesión delos

formadoresde slime

primarios

Crecimiento delbiofilm

Aparicióncondicionesanaerobias

Crecimiento delbiofilm y CIM

Desprendimientodel biofilm



Algunas porciones del biofilm se desprenden de éste y vuelven al medio acuoso, lo

cual puede producirse por tres mecanismos: erosión, desprendimiento y abrasión.

La erosión es la pérdida continua de pequeños fragmentos de biofilm y muy

dependiente de las condiciones de la dinámica del fluido. Por ejemplo, la tasa de

erosión se incrementa con el grosor del biofilm y la tensión de cizalla en la interfase

biofilm - líquido.

El desprendimiento se refiere a la pérdida rápida y masiva de biofilm, y es el objetivo

de muchos tratamientos contra el bioensuciamiento que se usan en la industria. Puede

pasar que el aumento del volumen del biofilm haga que las bacterias que se

encuentran en posiciones más internas mueran por falta de difusión de O2 o por falta

de nutrientes, lo que provocará (junto con la producción de gases y la erosión del

biofilm) el desprendimiento del biofilm (Hüster, 1984).

7.2.2. Corrosión inducida por microorganismos.

La corrosión inducida o influenciada por microorganismos (CIM) puede definirse como

el proceso de desgaste y fragilización de un material (no sólo metálico) iniciado directa

o indirectamente por la acción de los microorganismos. Se considera acción directa

cuando es el propio microorganismo o alguna de sus excreciones el responsable de la

corrosión. Cuando la presencia del microorganismo altera alguna variable que a su vez

provoca la corrosión se denomina acción indirecta.

Se define como la pérdida de biofilm debido a repetidas colisiones entre partículas

de sustrato, tal y como ocurre en los biofilms de los filtros de arena cuando están

en un ciclo de lavado.

Abrasión



Algunos autores afirman que a priori la CIM puede darse en todo medio que contenga

microorganismos, es decir, cualquier superficie en contacto con microorganismos no

sujetos a inhibición puede sufrirla. Pero en la práctica rara vez ocurre esto sin que se

dé primero un proceso de corrosión convencional o bien una formación de depósitos.

Corrosión convencional, depósitos inorgánicos de sales y masas de biofilm se

consideran frecuentemente conceptos íntimamente ligados.

No es fácil reconocer a simple vista si existe o no corrosión inducida por

microorganismos. Hay varias características muy comunes a la CIM que permiten

sospechar que la corrosión presentada es el resultado de la actividad microbiana como

por ejemplo:

a) La corrosión por picadura es el tipo más frecuente de CIM.

b) Suelen apreciarse masas de biofilm.

c) La existencia de sulfuro de hidrógeno en sistemas anaeróbicos e hidróxidos

de hierro en los aerobios.

d) La presencia de poblaciones de hongos y/o bacterias.

e) Se produce en sistemas (acuosos o no) que permiten la acumulación de

agua en determinadas áreas.

f) El rango de pH se sitúa entre 4.0 y 9.0, aunque existen numerosas

excepciones.

Un ejemplo de CIM puede observarse en la Figura 15, donde se muestra una masa de

biofilm en el interior de una tubería. El corte transversal de la misma, fotografía de la

derecha, pone de manifiesto la corrosión de la tubería bajo el depósito microbiológico.



Figura 15. Depósito dentro de una tubería. A. Corte horizontal. B. Corte transversal. La flecha

indica el lugar donde aparece CIM.

La corrosión metálica y la formación del biofilm se han estudiado tradicionalmente por

separado, como procesos independientes. Sin embargo, dentro de un biofilm los

microorganismos son capaces de mantener un medio radicalmente distinto al que

existe en la fase líquida, en términos de pH, temperatura, oxígeno disuelto y especies

orgánicas e inorgánicas.

a) Métodos de detección y control de la biocorrosión

La inevitable presencia y posterior actividad de los microorganismos en el agua de

alimentación causa bioensuciamiento ya sea en agua de pozo, de río o marina. El

resultado del bioensuciamiento es función de la carga microbiana y de las

características operacionales del sistema (velocidad de flujo, temperatura, diseño

estructural), por ello la secuencia de los procesos correspondientes a su

establecimiento y en consecuencia de los problemas de corrosión.

Las medidas para eliminar el bioensuciamiento, coinciden con el control de los

depósitos orgánicos, aunque generalmente son estrategias que deben adecuarse al

problema. El registro del sistema debe incluir variable métodos que permitan medir el

proceso de la biocorrosión y el bioensuciamiento. El método más frecuente utilizado en

el control de bioensuciamiento es por clorinación periódica o continua del agua de

alimentación, para matar los microorganismos de la biopelícula.

A B



En ciertos sistemas la cloración no se emplea por razones de incompatibilidad química

y ambiental. Lo cual ha llevado a implementar tratamiento biocidas y dispersantes de

concepción más moderna, entre ellos, el ozono es un biocida prometedor. La calidad

de un biocida se evalúa en función de que no se pierda rápidamente se máxima

actividad contra los microorganismos de una biopelícula, responsables de la corrosión,

periodo breve, por ello se considera que los mejores biocidas, deben tener

propiedades pasivantes (protección), sobre ciertos metales e, incluso, acción

antiincrustante, para evitar la acumulación de nutrientes que atraen a los causantes de

MIC.

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