Lidro Cepis Agua

8/13/2019 Lidro Cepis Agua

1/595

Contenido i

Lima, 2004

OPS/CEPIS/PUB/04.109

Original: espaol

Tratamiento de agua paraconsumo humano

Plantas de filtracin rpida

Manual I: TeoraTomo I

Ing. Lidia de Vargas (coordinadora)


2/595

Contenido ii

Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria y Ciencias del Ambiente, 2004

El Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS/OPS) sereserva todos los derechos. El contenido de este documento puede ser reseado, reprodu-cido o traducido, total o parcialmente, sin autorizacin previa, a condicin de que se espe-cifique la fuente y de que no se use para fines comerciales.

El CEPIS/OPS es una agencia especializada de la Organizacin Panamericana de laSalud (OPS/OMS).

Los Pinos 259, Urb. Camacho, Lima, PerCasilla de correo 4337, Lima 100, PerTelfono: (511) 437 1077Fax: (511) 437 8289

[email protected]://www.cepis.ops-oms.org


3/595

Contenido iii

INTRODUCCIN

Este volumen, Tratamiento de agua para consumo humano. Plantasde filtracin rpida. Manual I: Teora, est orientado al personal profesionalque labora en las plantas de tratamiento de agua para consumo humano. En l sehan sintetizado los ms recientes conceptos tericos correspondientes a la calidaddel agua de las fuentes superficiales de abastecimiento y de los procesos utilizadosen su purificacin.

Se ha buscado explicar en forma profunda y a la vez sencilla los complejosprocesos de tratamiento utilizados en los sistemas de purificacin de agua, con el

fin de que los profesionales de diversa formacin que se encuentran laborando eneste campo ingenieros sanitarios, civiles, qumicos y agrcolas, bilogos, gegra-fos, arquitectos e incluso zootecnistas tengan una clara comprensin del tema y,de este modo, mediante el estudio y dedicacin, puedan llegar a convertirse enespecialistas.

La experiencia acumulada en el programa de capacitacin desarrolladopor el CEPIS/OPS en este campo nos permite asegurar que de esta forma, serposible obtener proyectos de mejor calidad y formar supervisores de operacin y

mantenimiento ms conscientes de la problemtica del agua, para que afrontencon responsabilidad la importante funcin de producir el agua que bebern loshabitantes de Amrica Latina y el Caribe.


4/595

Contenido iv


5/595

Contenido v

RECONOCIMIENTOS

Este libro, elaborado por el CEPIS/OPS, rene y actualiza los textos pu-blicados por el mismo Centro en 1992 con los ttulosManual I: El agua. Calidady tratamiento para consumo humano, Manual II: Criterios de seleccin yManual III: Teora.

En este proceso de actualizacin participaron los profesores que confor-man el equipo tcnico encargado de los cursos de capacitacin sobre tratamientode agua para consumo humano en el CEPIS/OPS, bajo la coordinacin de laIng. Lidia Cnepa de Vargas, Asesora en Tratamiento de Agua para ConsumoHumano, bajo la direccin del Dr. Mauricio Pardn, Director del Centro.

En esta edicin se cont con la colaboracin del Ing. Vctor MaldonadoYactayo, de la Facultad de Ingeniera Ambiental de la Universidad Nacional deIngeniera, de Lima, Per, de la Qum. Ada Barrenechea y de la Biloga Marga-rita Aurazo.

Igualmente, se reconoce la asistencia del editor del CEPIS/OPS, Lic. LuisAndrade, y de las Sras. Ins Barbieri e Irma Snchez, del cuerpo de secretariasdel Centro, quienes apoyaron en el procesamiento del texto, as como la ayuda del

Sr. Washington Macutela, responsable de la impresin.


6/595

Contenido vi


7/595


8/595

Contenido viii

2.2.16 Cromo ................................................................................ 282.2.17 Dureza ............................................................................... 292.2.18 Fenoles ............................................................................. 302.2.19 Fluoruros .......................................................................... 312.2.20 Fosfatos ............................................................................ 322.2.21 Hidrocarburos ................................................................... 332.2.22 Hierro ................................................................................ 332.2.23 Manganeso ....................................................................... 34

2.2.24 Materia orgnica ............................................................... 352.2.25 Mercurio ........................................................................... 372.2.26 Nitritos y nitratos.............................................................. 392.2.27 Oxgeno disuelto (OD) ...................................................... 412.2.28 pH ..................................................................................... 422.2.29 Plaguicidas ....................................................................... 442.2.30 Plata .................................................................................. 442.2.31 Plomo ................................................................................ 452.2.32 Selenio .............................................................................. 462.2.33 Sulfatos ............................................................................. 47

3. Criterios de calidad para la seleccin de una fuente de agua cruda .......... 48

3.1 Criterios fisicoqumicos .................................................................. 483.1.1 Contaminantes inorgnicos .............................................. 483.1.2 Contaminantes orgnicos ................................................. 483.1.3 Contaminantes radiolgicos ............................................. 49

3.2 Criterios de seleccin de la fuente de agua cruda tomando encuenta los aspectos fisicoqumicos ............................................... 50

4. El agua potable .......................................................................................... 514.1 Aspectos fisicoqumicos ................................................................ 514.2 Criterios de calidad del agua para consumo humano: las Guas de

Calidad para Aguas de Consumo Humano de la OMS .................. 52

Referencias bibliogrficas .................................................................................. 54

CAPTULO 2. ASPECTOS BIOLGICOS DE LA CALIDAD DEL AGUABiloga Margarita Aurazo de Zumaeta ............................................................ 57

1. Introduccin ............................................................................................. 592. Caractersticas biolgicas de las aguas superficiales ................................ 60

2.1 Organismos propios de las aguas superficiales ............................. 602.2 Bacterias patgenas ....................................................................... 66

2.2.1 Escherichia coli............................................................... 68

2.3 Virus entricos ................................................................................ 69

Pgina


9/595

Contenido ix

2.4 Enteroparsitos .............................................................................. 712.4.1 Protozoarios patgenos .................................................... 732.4.2 Helmintos enteropatgenos ............................................. 82

2.5 Cyanobacterias (algas azul-verdes) ............................................... 862.6 Organismos cuya presencia en el agua tratada origina reclamos

en los usuarios ............................................................................... 882.7 Indicadores microbiolgicos de la calidad del agua ...................... 89

3. Criterios biolgicos de calidad para la seleccin de una fuente de agua

cruda .......................................................................................................... 934. El agua potable. Aspectos biolgicos ....................................................... 955. Las guas de calidad de la OMS. Aspectos microbiolgicos .................... 96Referencias bibliogrficas .................................................................................. 98

CAPTULO 3. PROCESOS UNITARIOS Y PLANTAS DE TRATAMIENTOIng. Lidia de Vargas .......................................................................................... 103

1. Introduccin ............................................................................................. 1052. Principales operaciones unitarias empleadas en el tratamiento del agua .. 105

2.1 Transferencia de slidos ................................................................ 106

2.2 Transferencia de iones ................................................................... 1072.3 Transferencia de gases .................................................................. 1082.4 Transferencia molecular ................................................................. 1082.5 Otros procesos utilizados .............................................................. 109

3. Plantas de tratamiento de agua o plantas potabilizadoras ........................ 1103.1 Tipos de plantas de tratamiento de agua ....................................... 110

3.1.1 Plantas de filtracin rpida ............................................... 1103.1.2 Plantas de filtracin lenta ................................................. 114

4. Clasificacin de las plantas de filtracin rpida por el tipo de tecnologautilizada...................................................................................................... 116

4.1 Sistemas convencionales ............................................................... 1174.2 Sistemas convencionales de alta tasa o de tecnologa CEPIS/OPS 1194.3 Tecnologa importada, de patente o plantas paquete .................... 121

5. Seleccin de la tecnologa de tratamiento de agua .................................... 1245.1 Criterios de seleccin de una solucin tecnolgica ....................... 1255.2 Seleccin de procesos de tratamiento considerando las

condiciones socioeconmicas de la comunidad ............................ 1275.2.1 Fase predictiva ................................................................. 1285.2.2 Fase evaluativa ................................................................. 135

Pgina


10/595

Contenido x

5.2.3 Aplicacin ........................................................................ 140Referencias bibliogrficas .................................................................................. 150CAPTULO 4. COAGULACINQum. Ada Barrenechea Martel ........................................................................ 151

1. Introduccin .............................................................................................. 1532. Partculas coloidales .................................................................................. 154

2.1 Tipos de coloides de acuerdo con su comportamiento en el agua 156

2.2 Caractersticas de las partculas coloidales y las sustanciashmicas .......................................................................................... 1562.3 Caractersticas de las arcillas ......................................................... 1572.4 Propiedades de los coloides .......................................................... 159

2.4.1 Propiedades cinticas ....................................................... 1592.4.2 Propiedad ptica: Efecto Tyndall-Faraday ....................... 1612.4.3 Propiedad de superficie: adsorcin .................................. 1612.4.4 Propiedad electrocintica: electroforesis.......................... 162

2.5 Naturaleza de la turbiedad y el color .............................................. 1622.5.1 Turbiedad ......................................................................... 1622.5.2 Color ................................................................................. 163

2.6 Estabilidad e inestabilidad de los coloides .................................... 1652.6.1 Carga elctrica de los coloides. Fuerza de estabilizacin . 1652.6.2 La doble capa elctrica ..................................................... 1682.6.3 Energa potencial de interaccin de las partculas coloidales 1712.6.4 Efecto del aumento de la concentracin inica ................ 172

3. Sustancias qumicas empleadas en la coagulacin ................................... 1743.1 Coagulantes ................................................................................... 174

3.1.1 Sulfato de aluminio ........................................................... 1743.1.2 Cloruro frrico FeCl

3......................................................... 176

3.1.3 Sulfato ferroso FeSO4.7 H

2O ............................................ 177

3.1.4 Sulfato frrico Fe2 (SO4)3 .................................................. 1773.1.5 Interaccin de los coagulantes inorgnicos con el agua

y la alcalinidad .................................................................. 1783.2 Modificadores de pH ..................................................................... 1833.3 Ayudantes de coagulacin ............................................................ 184

4. Mecanismos de coagulacin ..................................................................... 1884.1 Compresin de la doble capa ......................................................... 1884.2 Adsorcin y neutralizacin de la carga .......................................... 1904.3 Captura en un precipitado de hidrxido metlico o captura por

barrido .......................................................................................... 191

4.4 Adsorcin y puente interparticular ................................................ 1925. Cintica o etapas de la coagulacin .......................................................... 195

Pgina


11/595

Contenido xi

6. Mecanismos de coagulacin predominantes ............................................ 1966.1 Coagulacin por adsorcin ............................................................ 1976.2 Coagulacin por barrido ................................................................. 198

7. Diagramas de coagulacin ......................................................................... 1997.1 Diagrama de coagulacin con sulfato de aluminio ........................ 1997.2 Aplicabilidad de los diagramas de solubilidad del sulfato de

aluminio en la coagulacin ............................................................. 2017.2.1 Mecanismos de coagulacin-remocin de turbiedad ....... 201

7.2.2 Restricciones del uso del diagrama de coagulacin desulfato de aluminio (figura 4-26) ....................................... 2038. Diagrama de coagulacin para remocin del color .................................... 2059. Diagrama de coagulacin para filtracin directa ....................................... 207

9.1 Diagrama de coagulacin con hierro .............................................. 21010. Factores que influyen en el proceso ......................................................... 213

10.1 Influencia de la concentracin de coagulante ............................... 21310.2 Factores de mayor influencia en el desarrollo del proceso ............ 213

10.2.1 La calidad del agua cruda ................................................. 21310.2.2 Temperatura ...................................................................... 21410.2.3 Variables qumicas ............................................................ 216

11. Uso de polmeros como auxiliares ............................................................. 21911.1 Consideraciones generales ............................................................ 21911.2 Polmeros como auxiliares de filtracin .......................................... 219

Referencias bibliogrficas .................................................................................. 220Bibliografa adicional .......................................................................................... 220

CAPTULO 5. MEZCLA RPIDAIng. Lidia de Vargas ........................................................................................... 225

1. Introduccin .............................................................................................. 227

2. Mezcla rpida para coagulacin de barrido............................................... 2273. Mezcla rpida turbulenta para neutralizacin de cargas ........................... 2284. Desestabilizacin de partculas en campos turbulentos ........................... 229

4.1 Comprobacin experimental ........................................................... 2334.2 Evidencia prctica .......................................................................... 234

5. Mezcla rpida con polmeros ..................................................................... 2356. Parmetros operacionales .......................................................................... 236

6.1 Gradiente de velocidad ................................................................... 2367 Factores que modifican el proceso ............................................................ 238

7.1 Intensidad y tiempo de mezcla ....................................................... 238

7.2 Sistema de aplicacin del coagulante............................................. 2407.3 Tipo de dispositivo de mezcla ........................................................ 242

Pgina


12/595


13/595

Contenido xiii

1.5.2 Condiciones hidrulicas ................................................... 191.5.3 Factores externos.............................................................. 22

2. Clasificacin de unidades .......................................................................... 222.1 Sedimentadores y decantadores estticos ..................................... 23

2.1.1 Criterios generales ............................................................ 232.1.2 Componentes de una unidad ............................................ 242.1.3 Tipos de unidades ............................................................ 25

2.2 Decantadores dinmicos ................................................................ 31

2.2.1 Criterios generales ............................................................ 312.2.2 Componentes de una unidad ............................................ 322.2.3 Tipos de unidades dinmicas ........................................... 32

2.3 Decantadores laminares ................................................................. 382.3.1 Teora de la sedimentacin laminar ................................... 382.3.2 Trayectoria de una partcula en placas paralelas.............. 412.3.3 Factores que influyen en el proceso ................................ 432.3.4 Tipos de decantadores laminares ..................................... 54


CAPTULO 8. FLOTACINIng. Lidia de Vargas .......................................................................................... 63

1. Conceptos tericos.................................................................................... 652. Ecuaciones de la velocidad ascensional ................................................... 673. Sistemas de flotacin ................................................................................. 69

3.1 Flotacin por aire disperso ............................................................ 703.2 Flotacin electroltica ..................................................................... 703.3 Flotacin por aire disuelto ............................................................. 70

4. Parmetros de proyectos ........................................................................... 72

4.1 Relacin aire-slidos ...................................................................... 724.2 Cmara de presurizacin y recirculacin de agua clarificada ......... 734.3 Cmara de flotacin ........................................................................ 754.4 Pretratamiento ................................................................................ 76


CAPTULO 9. FILTRACINIng. Vctor Maldonado Yactayo ........................................................................ 81

1. Introduccin .............................................................................................. 832. Mecanismos de la filtracin....................................................................... 83

Pgina


14/595

Contenido xiv

2.1 Mecanismos de transporte ............................................................. 842.1.1 Cernido ............................................................................. 842.1.2 Sedimentacin .................................................................. 852.1.3 Intercepcin ...................................................................... 852.1.4 Difusin ............................................................................ 862.1.5 Impacto inercial ................................................................. 862.1.6 Accin hidrodinmica ....................................................... 872.1.7 Mecanismos de transporte combinados .......................... 87

2.2 Mecanismos de adherencia ............................................................ 882.2.1 Interaccin combinada de las fuerzas electrostticas y lasde Van der Waals .............................................................. 89

2.2.2 Enlace qumico entre las partculas y la superficie de losgranos ............................................................................... 92

3. Cintica de la filtracin .............................................................................. 933.1 Introduccin ................................................................................... 933.2 Balance de masas ........................................................................... 93

3.3 Modelos para la remocin de partculas suspendidas .............................. 963.4 Retencin y arrastre de partculas .................................................. 993.5 Coeficiente de filtracin modificado ............................................... 100

3.6 Modelos matemticos que relacionan con ............................... 1003.7 Prdida de carga en un medio filtrante ........................................... 103

3.7.1 Prdida de carga inicial ..................................................... 1043.8 Lavado de medios filtrantes ........................................................... 106

3.8.1 Fluidificacin de medios porosos ..................................... 1063.8.2 Expansin de medios porosos .......................................... 1083.8.3 Prdida de carga en medios filtrantes expandidos ........... 111

4. Factores que influyen en la filtracin ........................................................ 1124.1 Caractersticas de la suspensin .................................................... 112

4.1.1 Tipos de partculas suspendidas ...................................... 113

4.1.2 Tamao de las partculas suspendidas ............................. 1134.1.3 Densidad de las partculas suspendidas .......................... 1134.1.4 Resistencia o dureza de los flculos ................................ 1134.1.5 Temperatura del agua por filtrar........................................ 1144.1.6 Concentracin de partculas suspendidas en el afluente . 1144.1.7 Potencial zeta de la suspensin........................................ 1154.1.8 pH del afluente ................................................................. 115

4.2 Caractersticas del medio filtrante .................................................. 1164.2.1 Tipo del medio filtrante ..................................................... 1164.2.2 Caractersticas granulomtricas del material filtrante ....... 117

4.2.3 El peso especfico del material filtrante ............................ 1194.2.4 El espesor de la capa filtrante ........................................... 119

Pgina


15/595

Contenido xv

4.3 Caractersticas hidrulicas ............................................................. 1204.3.1 Tasa de filtracin .............................................................. 1204.3.2 Carga hidrulica disponible para la filtracin ................... 1244.3.3 El mtodo de control de los filtros .................................... 1244.3.4 Calidad del efluente .......................................................... 124

5. Tipos de unidades de filtracin ................................................................. 1265.1 Clasificacin ................................................................................... 1265.2 Filtracin por gravedad .................................................................. 126

5.2.1 Filtracin ascendente ........................................................ 1275.2.2 Filtracin descendente ..................................................... 1275.2.3 Filtracin ascendente-descendente .................................. 128

5.3 Mtodos de control operacional .................................................... 1305.3.1 Tasa constante y nivel variable ........................................ 1315.3.2 Tasa y nivel constantes .................................................... 1325.3.3 Tasa declinante ................................................................. 135

5.4 Medios filtrantes ............................................................................ 1405.4.1 Filtros de lecho simple ...................................................... 1405.4.2 Filtros de lecho mltiple ................................................... 1415.4.3 Filtracin a presin ........................................................... 141

6. Filtracin directa ........................................................................................ 1436.1 Clasificacin de la filtracin directa ................................................ 1436.2 Ventajas de la filtracin directa ...................................................... 1446.3 Desventajas de la filtracin directa ................................................ 144

Bibliografa ......................................................................................................... 145

CAPTULO 10. DESINFECCINQum. Ada Barrenechea e Ing. Lidia de Vargas ................................................ 153

1. Introduccin ............................................................................................. 153

2. La desinfeccin.......................................................................................... 1532.1 Utilidad de la desinfeccin ............................................................. 156

3. Teora de la desinfeccin ........................................................................... 1563.1 Factores que influyen en la desinfeccin ...................................... 157

3.1.1 Los microorganismos presentes y su comportamiento .... 1573.1.2 La naturaleza y concentracin del agente desinfectante .. 1573.1.3 La temperatura del agua.................................................... 1573.1.4 La naturaleza y calidad del agua ....................................... 1583.1.5 El pH ................................................................................. 1583.1.6 El tiempo de contacto ....................................................... 158

3.2 Variables controlables en la desinfeccin ...................................... 1593.3 Accin de los desinfectantes......................................................... 160

Pgina


16/595

Contenido xvi

3.4 Cintica de la desinfeccin: la ley de Chick ................................... 1604. Formas de desinfeccin ............................................................................. 162

4.1 Agentes fsicos .............................................................................. 1624.1.1 Sedimentacin natural ...................................................... 1624.1.2 Coagulacinfloculacinsedimentacin ........................ 1634.1.3 La filtracin ....................................................................... 1654.1.4 El calor .............................................................................. 1654.1.5 La luz y los rayos ultravioleta ........................................... 165

4.2 Agentes qumicos .......................................................................... 1674.2.1 Caractersticas de un buen desinfectante qumico ........... 1674.2.2 Los agentes oligodinmicos de desinfeccin: Ag+ .......... 1684.2.3 Los agentes oxidantes ...................................................... 1684.2.4 Estabilidad de los desinfectantes qumicos ..................... 173

5. La cloracin ............................................................................................... 1735.1 Caractersticas del cloro como desinfectante ................................. 1745.2 Comportamiento del cloro en el agua ............................................. 174

5.2.1 Reacciones del cloro en el agua ....................................... 1755.2.2 Reacciones del cloro con el amoniaco .............................. 1775.2.3 Reacciones del cloro con otros componentes del agua ... 178

5.2.4 Resumen de las reacciones del cloro en el agua y surelacin con el proceso de cloracin ................................ 178

5.3 Otros compuestos de cloro ............................................................ 1805.3.1 Cal clorada ........................................................................ 1805.3.2 Hipoclorito de calcio ......................................................... 1805.3.3 Hipoclorito de sodio ......................................................... 1815.3.4 Dixido de cloro................................................................ 181

5.4 Clculo de la cantidad de cloro activo de acuerdo con las especiesusadas ............................................................................................ 182

5.5 El grfico del punto de quiebre ...................................................... 182

5.6 Eficacia del cloro ............................................................................ 1835.7 Algunos aspectos toxicolgicos de la cloracin ........................... 186

5.7.1 Los trihalometanos ........................................................... 1865.7.2 Clorofenoles ..................................................................... 1875.7.3 Cloraminas y sus derivados ............................................. 1875.7.4 Dixido de cloro................................................................ 188

5.8 Estaciones de cloracin .................................................................. 1885.8.1 Almacn ............................................................................ 1885.8.2 Sala de cloracin ............................................................... 1915.8.3 Cmara de contacto .......................................................... 210

Pgina


17/595

Contenido xvii

Referencias bibliogrficas .................................................................................. 214Bibliografa adicional .......................................................................................... 214CAPITULO 11. CRITERIOS PARA LA SELECCIN DE LOS PROCESOSY DE LOS PARMETROS PTIMOS DE LAS UNIDADES

Ing. Lidia de Vargas ........................................................................................... 215

1. Seleccin de alternativas de tratamiento en funcin de la calidad de lafuente ......................................................................................................... 217

2. Seleccin de parmetros ptimos de los procesos.................................... 2192.1 Fundamentos ................................................................................. 2192.2 Equipos utilizados .......................................................................... 220

2.2.1 Antecedentes ................................................................... 2202.2.2 Descripcin del equipo de prueba de jarras utilizado ....... 2212.2.3 Sistema de dosificacin .................................................... 2222.2.4 Sistema de agitacin ......................................................... 2232.2.5 Descripcin de las jarras .................................................. 2272.2.6 Sistema de toma de muestras ............................................ 2302.2.7 Iluminacin ....................................................................... 2312.2.8 Equipo auxiliar .................................................................. 232

2.2.9 Precauciones y limitaciones ............................................. 2352.3 Consideraciones generales para la ejecucin de ensayos en la

prueba de jarras .............................................................................. 2362.3.1 Soluciones qumicas empleadas ....................................... 2362.3.2 Tamao del flculo producido .......................................... 2382.3.3 Tiempo inicial de formacin del flculo ............................ 2382.3.4 Determinacin de pH, alcalinidad, coagulante y

turbiedad o color residuales ............................................. 2392.4 Parmetros de dosificacin ............................................................ 239

2.4.1 Seleccin del coagulante .................................................. 240

3. Aplicaciones prcticas .............................................................................. 2653.1 Caso del proyecto de una planta nueva ......................................... 265


Pgina


18/595

Contenido xviii


19/595

CAPTULO 1

ASPECTOS FISICOQUMICOS DE LA CALIDAD DEL AGUA

Qum. Ada Barrenechea Martel


20/595

Aspectos fisicoqumicos de la calidad del agua 3

1. INTRODUCCIN

1.1 El agua: un disolvente universal

El agua es el constituyente ms importante del organismo humano y delmundo en el que vivimos. Tiene una gran influencia en los procesos bioqumicosque ocurren en la naturaleza. Esta influencia no solo se debe a sus propiedadesfisicoqumicas como molcula bipolar sino tambin a los constituyentes orgnicose inorgnicos que se encuentran en ella.

Se considera que el agua es un solvente universal, debido a que es capaz dedisolver o dispersar la mayora de sustancias con las que tiene contacto, seanestas slidas, lquidas o gaseosas, y de formar con ellas iones, complejos solublese insolubles, coloides o simplemente partculas dispersas de diferente tamao ypeso.

Desde el punto de vista de la salud humana, el agua ayuda a eliminar lassustancias resultantes de los procesos bioqumicos que se desarrollan en elorganismo humano, a travs de los rganos excretores, en especial la orina y elsudor. Sin embargo, por esta misma propiedad, puede transportar una serie detxicos al organismo que pueden afectar a diferentes rganos, de manera reversibleo irreversible.

1.2 Las fuentes de agua de origen superficial

Debido a que las principales fuentes de agua para el tratamiento con finesde consumo humano son de origen superficial, en el presente manual se tratarnlos temas especficamente relacionados con este tipo de agua.

En la seccin anterior, destacamos la importancia que tiene el agua comosolvente universal y sealamos que, debido a esta propiedad, es capaz de transportar

casi la totalidad de sustancias que encuentra a su paso.


21/595

4 Manual I: Teora

Por otro lado, la contaminacin de los recursos hdricos superficiales es unproblema cada vez ms grave, debido a que se estos se usan como destino final deresiduos domsticos e industriales, sobre todo en las reas urbanas e incluso ennumerosas ciudades importantes del continente. Estas descargas son las principalesresponsables de la alteracin de la calidad de las aguas naturales, que en algunoscasos llegan a estar tan contaminadas que su potabilizacin resulta muy difcil ycostosa.

Debido a la amplia gama de contaminantes, a los diferentes niveles de

contaminacin, as como a la cintica qumica de las sustancias, elementos, materiaorgnica y microorganismos que se incorporan en el cuerpo de agua, esindispensable conocer las caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas del aguaantes de seleccionarla como fuente de agua cruda.

1.3 Aspectos fisicoqumicos

La presencia de sustancias qumicas disueltas e insolubles en el agua quepueden ser de origen natural o antropognico define su composicin fsica yqumica.

Algunos procesos fisicoqumicos que ocurren en el agua pueden serevaluados si se recurre a los principios de equilibrio qumico, incluida la Ley deAccin de Masas y la Ecuacin de Nerst o al conocimiento de los mecanismos dereaccin y de las proporciones para los procesos irreversibles.

2. CALIDAD DEL AGUA

El trmino calidad del aguaes relativo y solo tiene importancia universalsi est relacionado con el uso del recurso. Esto quiere decir que una fuente deagua suficientemente limpia que permita la vida de los peces puede no ser aptapara la natacin y un agua til para el consumo humano puede resultar inadecuadapara la industria.

Para decidir si un agua califica para un propsito particular, su calidad debeespecificarse en funcin del uso que se le va a dar.

Bajo estas consideraciones, se dice que un agua est contaminada cuandosufre cambios que afectan su uso real o potencial.


22/595


Es importante anotar que la evaluacin de la calidad del agua se realizausando tcnicas analticas adecuadas para cada caso. Para que los resultados deestas determinaciones sean representativos, es necesario dar mucha importanciaa los procesos de muestreo y a las unidades y terminologa empleadas.

Para una correcta interpretacin de los datos obtenidos, los resultados delos anlisis deben manejarse estadsticamente, teniendo en cuenta la correlacinde iones, los factores que gobiernan el comportamiento de los componentes delagua, etctera. El uso de grficos ayuda a mostrar las relaciones fsicas y qumicas

entre el agua, las fuentes probables de contaminacin o polucin y el rgimen decalidad y, por tanto, a realizar adecuadamente la evaluacin de los recursos hdricos.

A continuacin se tratan en detalle las principales caractersticasfisicoqumicas y biolgicas que definen la calidad del agua, el origen de losconstituyentes, su importancia en la salud, su relacin con los principales procesosde tratamiento y los lmites de concentracin establecidos por las normasinternacionales de calidad de agua para consumo humano.

2.1 Caractersticas fsicas

Las caractersticas fsicas del agua, llamadas as porque pueden impresionara los sentidos (vista, olfato, etctera), tienen directa incidencia sobre las condicionesestticas y de aceptabilidad del agua.

Se consideran importantes las siguientes:

turbiedad; slidos solubles e insolubles;

color; olor y sabor; temperatura, y pH.

2.1.1 Turbiedad

La turbiedad es originada por las partculas en suspensin o coloides (arcillas,limo, tierra finamente dividida, etctera). La figura 1 muestra la distribucin de las

partculas en el agua de acuerdo con su tamao. La turbiedad es causada por laspartculas que forman los sistemas coloidales; es decir, aquellas que por su tamao,


23/595

6 Manual I: Teora

se encuentran suspendidas y reducen la transparencia del agua en menor o mayorgrado.

La medicin de la turbiedad se realiza mediante un turbidmetro onefelmetro. Las unidades utilizadas son, por lo general, unidades nefelomtricasde turbiedad (UNT).

ltimamente, ha cobrado importancia la presencia de fibras de asbestodesprendidas de los accesorios de asbesto-cemento de los sistemas de distribucin

como un factor causante de turbiedad en las aguas de consumo humano.

En la prctica, la remocin de la turbiedad no es un proceso difcil de llevara cabo en una planta de clarificacin de agua; sin embargo, es uno de los que msinfluye en los costos de produccin, porque, por lo general, requiere usar coa-gulantes, acondicionadores de pH, ayudantes de coagulacin, etctera.

El diseo de los sistemas de remocin de turbiedad debe considerar no soloel tipo de partculas existentes (origen, estructura, composicin y forma) sinotambin su tamao y comportamiento.

Aunque no se conocen los efectos directos de la turbiedad sobre la salud,esta afecta la calidad esttica del agua, lo que muchas veces ocasiona el rechazode los consumidores. Por otra parte, como seala Castro de Esparza (1), losestudios elaborados por Tracy y por Sanderson y Kelly han demostrado que en elproceso de eliminacin de los organismos patgenos, por la accin de agentesqumicos como el cloro, las partculas causantes de la turbiedad reducen la eficienciadel proceso y protegen fsicamente a los microorganismos del contacto directocon el desinfectante. Por esta razn, si bien las normas de calidad establecen un

criterio para turbiedad en la fuente de abastecimiento, esta debe mantenerse mnimapara garantizar la eficacia del proceso de desinfeccin.

Los estndares internos de la Agencia de Proteccin Ambiental de EstadosUnidos (EPA) establecen que las aguas de consumo humano deben tenerpreferentemente una UNT y en ningn caso ms de 5 UNT. Las Guas de Calidadpara Agua de Bebida del Canad y las Guas de Calidad para Aguas de ConsumoHumano de la Organizacin Mundial de la Salud (OMS) recomiendan como valorgua 5 UNT. La OMS indica, sin embargo, que para una desinfeccin eficiente, el

agua filtrada debera tener una turbiedad promedio menor o igual a una UNT.


24/595

Figura 1-1. Distribucin de tamaos de las partculas en el agua

( ) Unidades ngstrom 10 102 103 104 105 1(m) Milimicrmetros 1 10 102 103 104 1(m) Micrmetros 10-3 10-2 10-1 110 102 1(mm) Milmetros 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 1

tomos

Molculas

Dimetros de los poros

Coloides Partculas

suspendidas

Algas

Bacterias

Microscopio

electrnico

Ultra-

microscopio

Microscopio

A


25/595

8 Manual I: Teora

2.1.2 Slidos y residuos

Se denomina as a los residuos que se obtienen como materia remanenteluego de evaporar y secar una muestra de agua a una temperatura dada.

Segn el tipo de asociacin con el agua, los slidos pueden encontrarsesuspendidos o disueltos.

La figura 1-1 muestra la distribucin de partculas en el agua segn su

tamao. Las partculas pueden estar:

Disueltas (hasta un milimicrmetro), en cuyo caso fsicamente noinfluirn en la turbiedad, pero s podran definir su color u olor.

Formando sistemas coloidales (1 a 1.000 milimicrmetros), que sonlas causantes de la turbiedad neta del agua.

En forma de par tculas suspendidas (por encima de 1.000milimicrmetros), las cuales caen rpidamente cuando el agua sesomete a reposo.

Es necesario aclarar que las pruebas analticas para determinar lasformas de los residuos no determinan sustancias qumicas especficasy solo clasifican sustancias que tienen propiedades fsicas similares ycomportamiento semejante frente a las diferentes condicionesambientales.

Slidos totales. Corresponden al residuo remanente despus de secar una

muestra de agua. Equivalen a la suma del residuo disuelto y suspendido. El residuototal del agua se determina a 103105 C.

Equivalencias:

Slidos totales = slidos suspendidos + slidos disueltos

Slidos totales = slidos fijos + slidos voltiles


26/595


Slidos disueltos o residuos disueltos. Mejor conocidos como slidosfiltrables, son los que se obtienen despus de la evaporacin de una muestrapreviamente filtrada.

Comprenden slidos en solucin verdadera y slidos en estado coloidal, noretenidos en la filtracin, ambos con partculas inferiores a un micrmetro (1 ).

Slidos en suspensin.Corresponden a los slidos presentes en un aguaresidual, exceptuados los solubles y los slidos en fino estado coloidal. Se considera

que los slidos en suspensin son los que tienen partculas superiores a unmicrmetro y que son retenidos mediante una filtracin en el anlisis de laboratorio.

Slidos voltiles y fijos. Los slidos voltiles son aquellos que se pierdenpor calcinacin a 550 C, mientras que el material remanente se define comoslidos fijos.

La mayor parte de los slidos voltiles corresponden a material orgnico.Los slidos fijos corresponden, ms bien, a material inorgnico.

2.1.3 Color

Esta caracterstica del agua puede estar ligada a la turbiedad o presentarseindependientemente de ella.

An no es posible establecer las estructuras qumicas fundamentales de lasespecies responsables del color. Esta caracterstica del agua se atribuye comn-mente a la presencia de taninos, lignina, cidos hmicos, cidos grasos, cidosflvicos, etctera. Se considera que el color natural del agua, excluyendo el que

resulta de descargas industriales, puede originarse por las siguientes causas:

la extraccin acuosa de sustancias de origen vegetal; la descomposicin de la materia; la materia orgnica del suelo; la presencia de hierro, manganeso y otros compuestos metlicos; y una combinacin de los procesos descritos.


27/595

10 Manual I: Teora

En la formacin del color en el agua intervienen, entre otros factores, el pH,la temperatura, el tiempo de contacto, la materia disponible y la solubilidad de loscompuestos coloreados.

Se denomina color aparente a aquel que presenta el agua cruda o natural ycolor verdadero al que queda luego de que el agua ha sido filtrada.

Existen muchos mtodos de remocin del color. Los principales son lacoagulacin por compuestos qumicos como el alumbre y el sulfato frrico a pH

bajos y las unidades de contacto o filtracin ascendente.

Debido a que el color del agua se origina, en muchos casos, por la presenciade compuestos de naturaleza orgnica, se recomienda que la desinfeccin se realiceluego de que este haya sido removido, para evitar que la aplicacin de cloro comodesinfectante pueda dar origen a la formacin de trihalometanos, compuestos quetienen efecto cancergeno en animales.

El valor gua de la OMS y del Canad es 15 unidades de color (UC) paraaguas de bebida.

2.1.4 Olor y sabor

El sabor y el olor estn estrechamente relacionados; por eso es comndecir que A lo que huele, sabe el agua.

Estas caractersticas constituyen el motivo principal de rechazo por partedel consumidor.

En trminos prcticos, la falta de olor puede ser un indicio indirecto de laausencia de contaminantes, tales como los compuestos fenlicos. Por otra parte,la presencia de olor a sulfuro de hidrgeno puede indicar una accin sptica decompuestos orgnicos en el agua.

El cuadro 1-1 presenta un resumen de algunos olores caractersticos delagua, de acuerdo con su origen.


28/595


Cuadro 1-1. Olores caractersticos del agua y su origen

Olor balsmico Flores

Dulzor Coelosphaerium

Olor qumico Aguas residuales industriales

Olor a cloro Cloro libre

Olor a hidrocarburo Refinera de petrleo

Olor medicamentoso Fenol, yodoformo

Olor a azufre cido sulfhdrico, H2S

Olor a pescado Pescado, mariscos

Olor sptico Alcantarilla

Olor a tierra Arcillas hmedas

Olor fecaloide Retrete, alcantarilla

Olor a moho Cueva hmeda

Olor a legumbres Hierbas, hojas en descomposicin

Las sustancias generadoras de olor y sabor en aguas crudas pueden sercompuestos orgnicos derivados de la actividad de microorganismos y algas oprovenir de descargas de desechos industriales.

En el agua se pueden considerar cuatro sabores bsicos: cido, salado,dulce y amargo.

El cuadro 1-2 muestra los lmites de percepcin de algunas sales ycompuestos presentes en el agua.

Naturaleza Origen


29/595

12 Manual I: Teora

Cuadro 1-2. Lmites de percepcin de algunas salesy compuestos en el agua (mg/L)

Sustancia Netamente Debidamente No apreciablereconocible perceptible

CaCl2; NaCl 600 300 150

MgCl2

100 60

FeSO4

3,5 1,75

CuSO4 7 3,5 1,75H

2S 1,15 0,55 0,30

H2SO

44 2 1

Cl2

0,1 0,05 0,05

Ca(OCl)2

0,5 0,20 0,20

En algunos casos, la eliminacin de los olores puede realizarse mediante la

aereacin o la adicin de carbn activado.

La cloracin en presencia de compuestos fenlicos puede imprimir un malsabor en el agua, por la formacin de derivados clorados que producen un sabor aderivados fenlicos.

La EPA y la OMS recomiendan como criterio que por razones organo-lpticas, las fuentes de abastecimiento deben estar razonablemente exentas deolor y sabor; es decir, en trminos generales, que se encuentren en un nivelaceptable.


30/595


2.1.5 Temperatura

Es uno de los parmetros fsicos ms importantes en el agua, pues por logeneral influye en el retardo o aceleracin de la actividad biolgica, la absorcinde oxgeno, la precipitacin de compuestos, la formacin de depsitos, ladesinfeccin y los procesos de mezcla, floculacin, sedimentacin y filtracin.

Mltiples factores, principalmente ambientales, pueden hacer que latemperatura del agua vare continuamente.

2.1.6 pH

El pH influye en algunos fenmenos que ocurren en el agua, como la corrosiny las incrustaciones en las redes de distribucin.

Aunque podra decirse que no tiene efectos directos sobre la salud, s puedeinfluir en los procesos de tratamiento del agua, como la coagulacin y la desinfeccin.

Por lo general, las aguas naturales (no contaminadas) exhiben un pH en el

rango de 5 a 9.

Cuando se tratan aguas cidas, es comn la adicin de un lcali (por logeneral, cal) para optimizar los procesos de coagulacin. En algunos casos, serequerir volver a ajustar el pH del agua tratada hasta un valor que no le confieraefectos corrosivos ni incrustantes.

Se considera que el pH de las aguas tanto crudas como tratadas deberaestar entre 5,0 y 9,0. Por lo general, este rango permite controlar sus efectos en el

comportamiento de otros constituyentes del agua.

Las guas canadienses han establecido el rango de pH 6,5 a 8,5 para el aguapotable.

2.2 Caractersticas qumicas

El agua, como solvente universal, puede contener cualquier elemento de latabla peridica. Sin embargo, pocos son los elementos significativos para eltratamiento del agua cruda con fines de consumo o los que tienen efectos en lasalud del consumidor.


31/595


32/595


Nivelmximo permitido

Guas de Calidadpara el Agua de

Bebida delCanad-1978 (2)

Concentracinmxima aceptable

Guidelines forDrinking-Water

Quality

OMS, 1996 (3)

Valor guaUnidadesg/LOrgnicos

ParmetrosRegulaciones

Internas PrimariasEPA (2000)

Aldrn + dieldrn g/L 0,7 0,03Benceno g/L 5 10c

Carbofurano g/L 40 5Clordano g/L 2 7 0,2

Clorobenceno g/L 100 Cloroformo g/L 100 200c

DDT g/L 30 2Dioxina g/L 0,00003 Endrn g/L 2 0,2 Fenoles g/L 2 Heptacloro + g/L 0,6 3 0,03heptaclor-epxidoLindano g/L 0,2 4 2Metoxycloro g/L 40 100 20Monocloramina g/L 3.000Parathin g/L 35

PCB g/L 0,5 Plaguicidas (total) g/L 100h Tetracloruro de g/L 5 2carbonoTolueno g/L 1.000 700d

Toxafeno g/L 3 5 2,4-D g/L 70 100 302,4,5-TP g/L 50 10 9Trihalometanos g/L 100 350 f

TCU: Unidades de Color Verdadero.UNT: Unidades Nefelomtricas de Turbiedad.(P )

Valor gua provisional.(I ) En las concentraciones normalmente encontradas, no se ha detectado dao en la salud.a La Regla de Tratamiento de Agua de Superficie requiere que los sistemas que usan agua de superficie o subterrnea bajo influencia

directa de agua de superficie: (1) desinfecten el agua y (2) filtren el agua o realicen el mismo nivel de tratamiento que aquellos quefiltran el agua. El tratamiento debe reducir los niveles de Giardia lamblia (parsito) en 99,9% y los virus en 99,99%. La Legionella(bacteria) no tiene lmite, pero la EPA considera que si se inactivan la Giardiay los virus, la Legionellatambin estar controlada. Enningn momento la turbiedad (enturbiamiento del agua) puede superar las 5 UNT (los sistemas filtrantes deben asegurar que la turbiedadno supere una UNT [0,5 UNT para filtracin convencional o directa] en al menos 95% de las muestras diarias de cualquier mes); HPC:no ms de 500 colonias por mililitro.

b Turbiedad promedio para una efectiva desinfeccin: = 1 UNT. Muestra simple: = 5 UNT.c Por ser consideradas sustancias cancergenas.d Concentraciones establecidas porque a concentraciones mayores, se pueden ver afectados el sabor, el olor y la apariencia del agua.f Cuando nitrato y nitrito estn presentes, la suma de las dos concentraciones no debe exceder 10 mg/L.g La suma de la razn entre la concentracin de cada uno y su respectivo valor gua no debe exceder de 1.h Se aplica cuando ms de un plaguicida considerado en las guas de calidad estn presentes en el agua.@ Relacionado con el olor y el sabor del agua.na El plomo y el cobre se regulan mediante una tcnica de tratamiento que exige la implementacin de sistemas que controlen el poder

corrosivo del agua. El nivel de accin sirve como un aviso para que los sistemas pblicos de agua tomen medidas adicionales detratamiento si los niveles de las muestras de agua superan en ms de 10% los valores permitidos.


33/595

16 Manual I: Teora

A continuacin se sustentan las caractersticas e importancia de losprincipales parmetros qumicos relacionados con las fuentes de abastecimiento.Asimismo, se citan las recomendaciones que, como criterios de calidad, ha publicadola EPA en el ao 2000 (4) en Estados Unidos, as como las Guas de Calidad paraAgua de Bebida del Canad-1978 y las Guas de Calidad para Aguas de ConsumoHumano de la OMS (3). Vase el cuadro 1-3.

2.2.1 Aceites y grasas

La presencia de aceites y grasas en el agua puede alterar su calidad esttica(olor, sabor y apariencia).

El contenido de aceites y grasas en el agua se determina en el laboratoriomediante la extraccin de todo el material soluble en un solvente orgnico talcomo el hexano. Los resultados se reportan como mg/L de MEH (material extrableen hexano).

Las normas de calidad de agua recomiendan que los aceites y grasas estnausentes en el agua para consumo humano, ms por razones de aceptabilidad que

porque exista algn riesgo de dao a la salud.

2.2.2 Agentes espumantes

Entre los agentes espumantes se agrupa a todos los compuestos tensoactivosque, por su naturaleza, en mayor o en menor grado, producen espuma cuando elagua es agitada. La causa principal reside en la presencia de residuos de losdetergentes domsticos, como el alquil-sulfonato lineal (LAS) y el alquil-sulfonatobencnico ramificado (ABS), entre los ms comunes.

Su accin ms importante en las aguas superficiales est relacionada con lainterferencia en el poder autodepurador de los recursos hdricos, debido a lainhibicin de la oxidacin qumica y biolgica. Como consecuencia de esto, aunen aguas fuertemente contaminadas, la determinacin de la carga orgnicabiodegradable (DBO) suele presentar valores bajos. Esto se debe, entre otrascausas, a que las bacterias en presencia de detergentes se rodean de una pelculaque las asla del medio e impide su accin.

Por otro lado, la solubilidad del oxgeno en aguas que contienen detergenteses menor que en aguas libres de ellos. Se disminuye, en consecuencia, la difusindel oxgeno del aire a travs de la superficie del agua.


34/595


Frente a la presencia de aceites y grasas, los detergentes juegan un papelemulsionante, lo que depende fundamentalmente de la estructura del grupo lifilodel detergente.

Asimismo, los agentes tensoactivos presentes en el agua pueden dispersarlas sustancias insolubles o absorbidas, debido a la disminucin de la tensinsuperficial del agua. Interfieren as en los procesos de coagulacin, sedimentaciny filtracin.

Aunque los detergentes pueden tener estructuras qumicas diversas o serms o menos biodegradables, se ha demostrado que concentraciones menores de0,5 mg/L no tienen efectos adversos en los procesos de tratamiento ni en la salud.

Las Guas de Calidad para Aguas de Consumo Humano no presentan unvalor gua referido al contenido de detergentes en el agua de bebida, perorecomiendan que el agua no presente espuma ni problemas de olor ni saborrelacionados con este parmetro.

2.2.3 Alcalinidad

Es la capacidad del agua de neutralizar cidos. Sin embargo, aniones decidos dbiles (bicarbonatos, carbonatos, hidrxido, sulfuro, bisulfuro, silicato yfosfato) pueden contribuir a la alcalinidad.

La alcalinidad est influenciada por el pH, la composicin general del agua,la temperatura y la fuerza inica.

Por lo general, est presente en las aguas naturales como un equilibrio de

carbonatos y bicarbonatos con el cido carbnico, con tendencia a que prevalezcanlos iones de bicarbonato. De ah que un agua pueda tener baja alcalinidad y un pHrelativamente alto o viceversa.

La alcalinidad es importante en el tratamiento del agua porque reaccionacon coagulantes hidrolizables (como sales de hierro y aluminio) durante el procesode coagulacin. Adems, este parmetro tiene incidencia sobre el carcter corrosivoo incrustante que pueda tener el agua y, cuando alcanza niveles altos, puede tenerefectos sobre el sabor.


35/595

18 Manual I: Teora

Durante el tratamiento, las aguas crudas de muy baja alcalinidad puedenrequerir la adicin de un alcalinizante primario (como el hidrxido de calcio).

La EPA no hace recomendaciones respecto a la alcalinidad en fuentes deagua, ya que esta se liga a factores como el pH y la dureza, pero concluye que unafuente no debe mostrar cambios bruscos o repentinos en el contenido de laalcalinidad, pues esto podra indicar un cambio en la calidad del agua.

2.2.4 Aluminio

Es un componente natural del agua, debido principalmente a que formaparte de la estructura de las arcillas. Puede estar presente en sus formas solubleso en sistemas coloidales, responsables de la turbiedad del agua. Las concentracionesms frecuentes en las aguas superficiales oscilan entre 0,1 y 10 ppm.

El problema mayor lo constituyen las aguas que presentan concentracionesaltas de aluminio, las cuales confieren al agua un pH bajo, debido a sus propiedadesanfteras, que hacen que sus sales se hidrolicen formando cidos dbiles.

Durante el tratamiento es posible remover las sales de aluminio solubles,mediante la formacin de hidrxido de aluminio. Sin embargo, es necesario tenermucho control del pH, pues si este sube excesivamente, podra producirse laformacin de aluminatos, nuevamente solubles. La coagulacin, en este caso, serealiza mediante polmeros orgnicos, por lo general aninicos.

Cuando el aluminio se encuentra en el agua cruda, se recomienda usarcomo coagulantes sales de hierro o polmeros sintticos. Los coagulantes alumnicosdejan un remanente de metal que, en algunos casos, puede llegar a niveles no

deseados.

En el caso del aluminio, la OMS ha establecido un valor gua de 0,2 mg/Lpara aguas de consumo humano.

2.2.5 Amonio

Es el producto final de la reduccin de las sustancias orgnicas e inorgnicasnitrogenadas y debe su origen a los siguientes factores:

El nitrgeno atmosfrico, por fijacin qumica.


36/595


Las protenas animales o vegetales, por putrefaccin mediante accinbacteriana.

La reduccin de nitritos.

El amoniaco se encuentra en cantidades notables cuando el medio esfuertemente reductor. En un medio oxidante, el ion amonio se transforma en nitrito.

Se le considera un constituyente normal de las aguas superficiales y estntimamente relacionado con descargas recientes de desages. Cuando suconcentracin es mayor de 0,1 mg/L (como N), podra constituirse en un indicadorde contaminacin por aguas residuales domsticas o industriales.

El amoniaco en las aguas residuales es producido en su mayor parte por laeliminacin de compuestos que tienen nitrgeno orgnico y por la hidrlisis de laurea o rea. En casos menos frecuentes, se puede producir por reduccin denitratos en condiciones anaerbicas.

El amoniaco es un micronutriente para microorganismos y algas en lossistemas de distribucin. Su presencia en el agua favorece la multiplicacin de

estos.

Este compuesto influye en los procesos de desinfeccin con cloro eincrementa su demanda debido a la formacin de cloramidas.

Por lo general, la eliminacin del amoniaco a concentraciones altas se realizamediante la oxidacin con cloro.

La OMS establece como valor gua para aguas de bebida 1,5 mg/L, referidoms bien a criterios de aceptabilidad (olor y sabor).

2.2.6 Antimonio

No es un elemento esencial para la vida de las personas o animales. En elagua puede encontrarse bajo el estado de oxidacin III V y a concentracionespromedio de 0,6 mg/L. Se lo relaciona con el aumento del colesterol en la sangre.

Las principales fuentes de contaminacin de las aguas superficiales conantimonio son las descargas de la industria petrolera, cermica, electrnica, entreotras.


37/595


38/595


con alumbre a pH de 6 a 7 o ablandamiento con cal a pH 11. A escala experimental,este mtodo ha permitido una remocin de 90% de arsnico.

Debido a sus efectos adversos sobre la salud y a la insuficiente informacinsobre su remocin del agua, la EPA y las guas canadienses recomiendan que elcontenido de arsnico en fuentes de abastecimiento no exceda 0,05 mg/L.

El valor gua de la OMS para el agua de bebida es 0,01 mg/L.

2.2.8 Asbesto

El contenido de asbesto en el agua es una preocupacin reciente. Bajociertas condiciones de calidad del agua y debido a la erosin, las fibras de asbestopueden desprenderse de las tuberas de asbesto-cemento presentes en los sistemasde distribucin. Sin embargo, una vez identificado el problema, es posible mitigarel efecto mediante el control y la reduccin de la corrosividad del agua.

Estudios realizados en el Canad encontraron cantidades que varan desdemenos de 105 hasta 2 x109 fibras de asbesto por litro en agua cruda y cantidadesde 9,5 x106 fibras de asbesto por litro en el agua filtrada (6).

La EPA reporta que concentraciones superiores a 7 millones de fibrasmayores de 10 micrmetros por litro (nivel mximo permitido) en el agua potablepodran significar un alto riesgo de desarrollar plipos intestinales benignos.

Sin embargo, la OMS considera que no es necesario recomendar un valorgua para el asbesto en el agua de bebida, debido a que las concentracionesnormalmente halladas en ella no representan un riesgo para la salud.

2.2.9 Bario

Elemento altamente txico para el hombre; causa trastornos cardacos,vasculares y nerviosos (aumento de presin arterial). Se considera fatal una dosisde 0,8 a 0,9 gramos como cloruro de bario (de 550 a 600 miligramos de bario).

La contaminacin del agua por bario puede provenir principalmente de losresiduos de perforaciones, de efluentes de refineras metlicas o de la erosin de

depsitos naturales.


39/595

22 Manual I: Teora

Las concentraciones halladas en el agua son por lo general muy bajas;varan entre trazas y 0,05 mg/L.

Estudios realizados en las aguas de consumo muestran evidencias de que elbario puede ser absorbido por xidos e hidrxidos de hierro y manganeso, lo cualexplicara su eliminacin durante la coagulacin. Sin embargo, existen pruebasque demuestran que el tratamiento convencional mediante coagulantes de aluminioy hierro, con filtracin posterior, no es un mtodo particularmente efectivo para laremocin de bario en el agua. Sorg y Logsdon (7) encontraron una eficiencia

menor de 30% en pruebas de laboratorio.Por otro lado, un control adecuado del pH en la planta de ablandamiento del

agua mediante cal puede lograr una remocin de 90% del bario (7, 8).

Como un margen de seguridad, la EPA y las Guas de Calidad para Agua deBebida del Canad han fijado tentativamente como lmite 2 y 1 mg/L,respectivamente, en las fuentes de aguas de consumo humano. La OMS da unvalor gua de 0,7 mg/L.

2.2.10 Boro

El boro no se considera un elemento esencial para la nutricin humana.Existen estudios que demuestran su influencia en el retardo del crecimiento de lasplantas.

Estudios realizados en plantas piloto han demostrado gran eficiencia deremocin de boro en los procesos de ablandamiento cal-soda a pH 8,511,3 (98%)y, en menor grado, en la coagulacin con sulfato frrico.

La OMS ha establecido como valor gua para aguas de consumo 0,3 mg/L,mientras que el Canad considera 5 mg/L como concentracin mxima aceptable.Esta diferencia tan grande entre los valores gua se debe a la insuficienteinformacin sobre los efectos de esta sustancia sobre el bienestar del consumidor.

2.2.11 Cadmio

No es un elemento esencial para la vida del hombre.

La contaminacin de las aguas superficiales con este metal pesado puedeprovenir de la corrosin de los tubos galvanizados, de la erosin de depsitos


40/595


naturales, de los efluentes de refineras de metales o de lquidos de escorrenta debateras usadas o pinturas. Muchos pigmentos usados para la coloracin de plsticoso la formulacin de pinturas contienen concentraciones elevadas de cadmio.

Este metal pesado es potencialmente txico y su ingestin tiene efectosacumulativos en el tejido del hgado y los riones.

En el organismo, algunos iones Ca2+ de los huesos pueden ser reemplazadospor iones Cd2+, pues ambos iones tienen el mismo estado de oxidacin y casi el

mismo tamao. Esta sustitucin puede causar fragilidad en los huesos y sus-ceptibilidad a las fracturas.

La ingestin de agua y alimentos que contengan el metal representa de 5 a10% del total de cadmio absorbido en el organismo. Estas concentraciones dependende la ingestin de protenas y de la presencia de vitamina D; incluso, se relacionacon la concentracin en el organismo de algunos elementos, como Zn, Se y Ca,con los cuales compite el cadmio. El cadmio tambin reduce los niveles de hierroheptico.

La vida media del cadmio en el organismo es muy larga y se calcula entre10 y 30 aos, periodo en el cual permanece almacenado en varios rganos, enparticular el hgado y los riones.

Se ha encontrado que los procesos de coagulacin remueven el cadmio,pero una variable importante es el pH. Al usar sales de aluminio y regular el pH,es posible la remocin de 90% de cadmio en aguas turbias (9).

El sulfato de hierro puede remover 90% de cadmio a pH 7,5 (10).

El proceso de ablandamiento cal-soda puede tener una efectividad cercanaa 100%, debido a que se lleva a cabo a pH alto.

La EPA recomienda como margen de seguridad un lmite mximo permisiblede 0,005 mg/L para aguas de consumo humano. Los valores gua dados por laOMS y el Canad son 0,003 mg/L y 0,005 mg/L, respectivamente. Sin embargo,dado el poder bioacumulativo del cadmio, se recomienda que la concentracin enel agua tratada sea la menor posible.


41/595

24 Manual I: Teora

2.2.12 Cianuro

Su presencia no es frecuente en aguas naturales.

La concentracin de cianuro en aguas superficiales se debe, por lo general,a su contaminacin mediante descargas industriales, en especial de galvanoplasta,plsticos, fertilizantes y minera. La extraccin de oro usa cantidades importantesde cianuro en procesos que generan efluentes con estos residuos, la mayor partede los cuales tienen como destino final los ros y los lagos.

El cianuro es muy txico: una dosis de 0,1 mg/L tiene efectos negativos enlos peces y una de 5060 mg/L puede ser fatal para los seres humanos. Losefectos del cianuro sobre la salud estn relacionados con lesiones en el sistemanervioso y problemas de tiroides.

La toxicidad del cianuro depende de su concentracin, el pH y la temperatura,entre otros factores. Los cianuros alcalinos disueltos se transforman por oxidacinen carbonatos alcalinos, lo cual hace que disminuyan extraordinariamente suspropiedades txicas.

El organismo humano convierte el cianuro en tiocianato, sustancia de menortoxicidad y de fcil excrecin.

Es importante anotar que la flora bacteriana no muere, sino que se inhibecon la presencia de pequeas concentraciones de cianuro, y vuelve a desarrollarsu actividad normal cuando desaparece.

Cuando un agua que contiene cianuros o sulfocianuros se clora, se forma

cloruro de ciangeno (ClCN), muy txico, que persiste durante 24 horas a pH 9 sino hay cloro residual.

Bajo condiciones cidas, la ozonizacin o cloracin de aguas contaminadascon tiocianato puede favorecer la formacin de cido cianhdrico (HCN).

En la cloracin con cloro gas o hipoclorito, el cianuro libre (HCN y CN-) sedestruye y se transforma en cianato (11, 12). La cloracin efectuada hasta obtenercloro residual, a pH neutro o ligeramente alcalino, reduce los niveles de cianuropor debajo de los lmites propuestos como deletreos.


42/595


El ozono es tambin particularmente efectivo para la oxidacin del cianuro.

Hay poca informacin reciente sobre la remocin de cianuro durante eltratamiento del agua con fines de consumo, tal vez porque debera estar ausenteen el agua cruda seleccionada para su potabilizacin.

La EPA y las Guas de Calidad para Agua de Bebida del Canad recomiendanun contenido no mayor de 0,2 mg/L en aguas destinadas a consumo pblico. LaOMS propone una concentracin menor: 0,07 mg/L.

2.2.13 Cinc

Las aguas naturales pueden contener cinc en concentraciones bastantebajas. En el agua de suministro, el cinc proviene generalmente del contacto conaccesorios y estructuras galvanizadas o de bronce.

El cinc es un elemento esencial y benfico para el metabolismo humano, yaque muchas enzimas dependen de l para la descomposicin del cido carbnicoy de la insulina, hormona esencial en el metabolismo de los hidratos de carbono.

La salubridad del cinc es variable y depende del pH y de la alcalinidad.

Diferentes estudios han demostrado que el cinc no tiene efectos sobre lasalud en concentraciones tan altas como 40 mg/L, pero que tiene un marcadoefecto sobre el sabor; por ello su contenido debe limitarse.

Por ser un elemento anftero, el cinc puede estar en sus formas solublestanto con pH cido como alcalino. Debido a esto, su remocin es difcil, aunquehay poca informacin al respecto.

Estudios de remocin de cinc en aguas residuales reportan que la coagulacincon sulfato no es efectiva (30%). El ablandamiento cal-soda con un pH de 9,5puede mejorar la eficiencia hasta un rango de 60 a 90% (10).

Debido a su influencia en el sabor y a la poca informacin respecto a suremocin, las Guas de Calidad para Agua de Bebida del Canad recomiendanque la concentracin de cinc en aguas de consumo no exceda los 5 mg/L. LaOMS limita esta recomendacin a 3 mg/L.


43/595

26 Manual I: Teora

2.2.14 Cloruros

Las aguas superficiales normalmente no contienen cloruros enconcentraciones tan altas como para afectar el sabor, excepto en aquellas fuentesprovenientes de terrenos salinos o de acuferos con influencia de corrientesmarinas.

En las aguas superficiales por lo general no son los cloruros sino los sulfatosy los carbonatos los principales responsables de la salinidad.

A partir de ciertas concentraciones, los cloruros pueden ejercer una accindisolvente sobre ciertas sales presentes en el agua y tambin sobre algunoscomponentes del cemento, al impartirles una accin corrosiva y erosionante, enespecial a pH bajo.

Por sus caractersticas qumicas y la gran solubilidad de la mayora de loscloruros, su remocin requiere mtodos sofisticados y costosos, muchos de ellosimpracticables, especialmente cuando se trata de volmenes relativamente altos.El mtodo tradicional, que puede resultar ms eficiente y prctico, es el de la

destilacin. Actualmente se est trabajando en este campo para lograr unidadesque aprovechen la energa solar y eliminen los cloruros de manera eficiente y abajo costo. Este sistema puede resultar especialmente til en comunidades costerascuya nica fuente sea el agua del mar.

Los lmites fijados en el agua por las normas de calidad se sustentan ms enel gusto que le imparten al agua que en motivos de salubridad.

Tomando en cuenta el lmite de percepcin del sabor de los cloruros en elagua (cuadro 1-3), se ha establecido un lmite de 250 mg/L en aguas de consumo,concentracin que puede ser razonablemente excedida segn las condicioneslocales y la costumbre de los consumidores. La OMS considera que por encimade esta concentracin, los cloruros pueden influir en la corrosividad del agua.

2.2.15 Cobre

Con frecuencia se encuentra en forma natural en las aguas superficiales,pero en concentraciones menores a un mg/L. En estas concentraciones, el cobreno tiene efectos nocivos para la salud.


44/595


Se trata de un elemento benfico para el metabolismo, esencial para laformacin de la hemoglobina. La deficiencia de cobre ha sido asociada con laanemia nutricional de los nios.

Sin embargo, si se ingiere agua contaminada con niveles de cobre que superanlos lmites permitidos por las normas de calidad, a corto plazo pueden generarsemolestias gastrointestinales. Exposiciones al cobre a largo plazo podran causarlesiones hepticas o renales.

Los peces (principalmente la trucha) son especialmente sensibles a esteelemento y se ven indirectamente afectados cuando, al actuar el cobre comoalguicida, elimina la capacidad de captacin de oxgeno del agua y disminuye elOD a concentraciones tan pequeas que ya no es posible el desarrollo de estasespecies.

La presencia del cobre en el agua est relacionada principalmente con lacorrosin de las caeras en la vivienda, la erosin de depsitos naturales y elpercolado de conservantes de madera, entre otros.

En algunos sistemas se aplica sulfato de cobre en dosis controladas comomecanismo para combatir las algas en el agua. Las dosis van de 0,1 a 2 mg/L.

En concentraciones altas, el cobre puede favorecer la corrosin del aluminioy el cinc y cambiar el sabor del agua.

Pruebas de coagulacin en laboratorio han reportado una eficiencia en laremocin del cobre de entre 60 a 90% (10), dependiendo del pH y la turbiedad.

La EPA ha establecido una concentracin mxima de 1,3 mg/L, que denominanivel de accin; es decir, una concentracin lmite que sirve como un aviso paraque los sistemas pblicos de suministro de agua tomen medidas de tratamiento (sies necesario, adicionales) cuando los niveles de las muestras de agua superan enms de 10% los valores permitidos.

Las Guas de Calidad para Agua de Bebida del Canad han recomendadoun lmite de un mg/L de cobre en aguas destinadas al consumo humano. El valorgua dado por la OMS es 2 mg/L.


45/595

28 Manual I: Teora

2.2.16 Cromo

De las especies normalmente presentes en las aguas superficiales, el Cr(III) es esencial para los seres humanos, pues promueve la accin de la insulina.En cambio, el Cr (VI) es considerado txico por sus efectos fisiolgicos adversos.

No se conoce de daos a la salud ocasionados por concentraciones menoresde 0,05 mg/L de Cr (VI) en el agua.

El cromo metlico y los derivados del cromo (VI) usualmente son de origenantropognico.

Por su naturaleza qumica, el Cr (III) difcilmente se encuentra con un pHmayor de 5, donde el cromo est, por lo general, en forma hexavalente.

La erosin de depsitos naturales y los efluentes industriales que contienencromo (principalmente de acero, papel y curtiembres), se incorporan a los cuerposde aguas superficiales. La forma qumica depender de la presencia de materiaorgnica en el agua, pues si est presente en grandes cantidades, el cromo (VI) se

reducir a cromo (III), que se podr absorber en las partculas o formar complejosinsolubles.

Estos complejos pueden permanecer en suspensin y ser incorporados alos sedimentos. La proporcin de cromo (III) es directamente proporcional a laprofundidad de los sedimentos.

En teora, el cromo (VI) puede resistir en este estado en aguas con bajocontenido de materia orgnica, mientras que con el pH natural de las aguas, elcromo (III) formar compuestos insolubles, a menos que se formen complejos. Sedesconoce la proporcin relativa de cromo (III) y cromo (VI) en las aguas.

En el tracto gastrointestinal de los humanos y los animales, se absorbe menosde 1% del cromo (III) y alrededor de 10% del cromo (VI). La forma qumica, lasolubilidad del compuesto en agua y el tiempo de permanencia en los rganosmodifican la velocidad de la absorcin.

Los compuestos de cromo (VI), que son fuertes agentes oxidantes, tiendena ser irritantes y corrosivos; tambin son considerablemente ms txicos que los

compuestos de cromo (III) si la dosis y la solubilidad son similares. Se ha postulado


46/595


que esta diferencia en la toxicidad puede estar relacionada con la facilidad con laque el cromo (VI) atraviesa las membranas celulares y con su subsecuente reduc-cin intracelular e intermediarios reactivos.

Se ha demostrado que el cromo (VI) es carcingeno para los seres humanos,mientras que el cromo (0) y los derivados de cromo (III) an no pueden clasificarserespecto a su carcinogenicidad.

Debido a su gran solubilidad, el Cr (VI) es ms difcil de remover que el Cr

(III). La cloracin puede convertir por oxidacin el Cr (III) en Cr (VI) y crear unproblema en el tratamiento del agua.

A escala experimental, la remocin del cromo trivalente puede ser efectivamediante la coagulacin con alumbre o sulfato frrico, y en los sistemas deablandamiento con cal. En este ltimo proceso, el factor pH es muy importante.

Con un pH entre 10,6 y 11,3, la remocin puede llegar a 98%, mientras quea 9,2, la eficiencia baja a 70%.

La remocin del Cr (VI) es muy difcil mediante el tratamiento convencionalde coagulantes. Se ha encontrado que el sulfato ferroso es razonablemente efectivocomo reductor del Cr (VI) a Cr (III) (13). El ablandamiento cal-soda puederemover entre 80 y 90% de Cr (III), pero el Cr (VI) no se remueve a pH 9,5.

La EPA recomienda, como factor de seguridad, que el lmite para cromo enfuentes de agua destinadas a consumo humano no exceda 0,1 mg/L como cromototal. Las guas de la OMS y del Canad son ms exigentes: 0,05 mg/L.

2.2.17 Dureza

Corresponde a la suma de los cationes polivalentes expresados como lacantidad equivalente de carbonato de calcio, de los cuales los ms comunes sonlos de calcio y los de magnesio.

An no se ha definido si la dureza tiene efectos adversos sobre la salud.Pero se la asocia con el consumo de ms jabn y detergente durante el lavado.

La dureza est relacionada con el pH y la alcalinidad; depende de ambos.


47/595

30 Manual I: Teora

Un agua dura puede formar depsitos en las tuberas y hasta obstruirlascompletamente. Esta caracterstica fsica es nociva, particularmente en aguas dealimentacin de calderas, en las cuales la alta temperatura favorece la formacinde sedimentos.

La remocin de la dureza en el tratamiento se lleva a cabo mediante laprecipitacin con cal o mediante el proceso combinado cal-carbonato, conocidocomo ablandamiento cal-soda.

En trminos generales, puede considerarse que un agua es blanda cuandotiene dureza menor de 100 mg/L; medianamente dura, cuando tiene de 100 a 200mg/L; y dura, cuando tiene de 200 a 300 mg/L (en todos los casos, como CaCO

3).

Las normas de calidad no establecen un lmite especfico para la dureza enel agua para consumo humano.

2.2.18 Fenoles

Se definen como los hidrxidos derivados del benceno y su ncleo

condensado.

Su presencia en el agua est relacionada con la descomposicin de hojas ymateria orgnica, cidos hmicos y flvicos, pero principalmente se los asocia aprocesos de contaminacin de las fuentes por desechos industriales, aguas servidas,fungicidas y pesticidas, hidrlisis y oxidacin de pesticidas organofosforados,degradacin bacteriolgica de herbicidas del cido fenoxialqulico, entre otros.

Los compuestos fenlicos y los fenoles halogenados son txicos para elhombre a concentraciones altas. Pero aun en cantidades muy pequeas, cambian

las condiciones organolpticas del agua debido a su intenso olor y sabor, ambosdesagradables.

Los compuestos fenlicos son muy difciles de remover con los tratamientosconvencionales.

Si un agua filtrada que contiene fenoles es sometida a la cloracin, losderivados fenlicos clorados pueden cambiar el olor y el sabor del agua, lo que nonecesariamente ser percibido en la planta de tratamiento, pero s puede

manifestarse en las conexiones domiciliarias.


48/595


Las Guas de Calidad para Agua de Bebida del Canad recomiendan que elcontenido de los compuestos fenlicos no sea superior a 2 g/L.

2.2.19 Fluoruros

Elemento esencial para la nutricin del hombre. Su presencia en el agua deconsumo a concentraciones adecuadas combate la formacin de caries dental,principalmente en los nios (0,8 a 1,2 mg/L).

Sin embargo, si la concentracin de fluoruro en el agua es alta, podra generarmanchas en los dientes (fluorosis dental) y daar la estructura sea.

Algunos pases como el Canad y Estados Unidos han implementadoprogramas de fluorizacin del agua de consumo como una medida para prevenir lacaries dental infantil.

El cuadro 1-4 muestra las recomendaciones referidas al contenido de floren el agua, teniendo en cuenta la temperatura promedio anual del lugar.

Cuadro 1-4. Recomendacin del contenido de floren el agua de consumo

10,0 12,2 1,2

12,7 14,4 1,1

15,0 17,7 1,0

18,3 21,6 0,922,2 26,1 0,8

26,6 32,7 0,7

* Datos de por lo menos cinco aos.

Las principales fuentes de concentraciones contaminantes de flor en elagua son los efluentes de fbricas de acero y metales o de fbricas de plsticos yfertilizantes.

Nivel ptimo de floren mg/L

Promedio anual de temperaturamxima del ambiente, C*


49/595

32 Manual I: Teora

Los procesos convencionales de coagulacin con aluminio no son efectivospara la remocin de fluoruros. Sorg (9)report que para reducir la concentracinde fluoruros en el agua de 3,6 a 1 mg/L se requeriran 350 mg/L de aluminio.

Debido a que la concentracin de fluoruros en el agua est en funcin de latemperatura del agua, la EPA recomienda un rango mximo de 4 mg/L en aguaspara consumo humano.

Las guas de calidad de agua para consumo humano, tanto del Canad

como de la OMS, indican como valor gua 1,5 mg/L.

2.2.20 Fosfatos

Las especies qumicas de fsforo ms comunes en el agua son los or-tofosfatos, los fosfatos condensados (piro-, meta- y polifosfatos) y los fosfatosorgnicos. Estos fosfatos pueden estar solubles como partculas de detritus o enlos cuerpos de los organismos acuticos.

Es comn encontrar fosfatos en el agua. Son nutrientes de la vida acuticay limitantes del crecimiento de las plantas. Sin embargo, su presencia est asociadacon la eutrofizacin de las aguas, con problemas de crecimiento de algas indeseablesen embalses y lagos, con acumulacin de sedimentos, etctera.

Para una buena interpretacin de la presencia de fosfatos en las fuentes deaguas crudas, es recomendable la diferenciacin analtica de las especies qumicasexistentes en ellas.

La fuente principal de los fosfatos orgnicos son los procesos biolgicos.

Estos pueden generarse a partir de los ortofosfatos en procesos de tratamientobiolgico o por los organismos acuticos del cuerpo hdrico.

Otra fuente importante de fosfatos en las aguas superficiales son lasdescargas de aguas que contienen como residuo detergentes comerciales.

Concentraciones relativamente bajas de complejos fosforados afectan elproceso de coagulacin durante el tratamiento del agua.

Las normas de calidad de agua no han establecido un lmite definitivo. Sinembargo, es necesario estudiar la concentracin de fosfatos en el agua, su relacin


50/595


51/595

34 Manual I: Teora

En las aguas superficiales, el hierro puede estar tambin en forma decomplejos organofrricos y, en casos raros, como sulfuros. Es frecuente que sepresente en forma coloidal en cantidades apreciables.

Las sales solubles de hierro son, por lo general, ferrosas (Fe II) y la especiems frecuente es el bicarbonato ferroso: Fe (HCO

3)

2.

En contacto con el oxgeno disuelto en el agua, las sales ferrosas seconvierten en frricas por oxidacin y se precipitan en forma de hidrxido frrico.

Esta precipitacin es inmediata con un pH superior a 7,5.

Con un pH mayor de 2,2, el hidrxido frrico es insoluble. El ion ferroso loes con un pH mayor de 6. De acuerdo con ello, las aguas subterrneas que, porestar fuera del contacto con el aire, se encuentran en un medio natural fuertementereductor podrn tener en solucin cantidades notables de hierro ferroso.

Este metal en solucin contribuye con el desarrollo de microorganismosque pueden formar depsitos molestos de xido frrico en la red de distribucin.

La remocin del hierro de las aguas crudas superficiales es relativamentefcil con los procesos comunes de remocin de la turbiedad, mediante los cualessu concentracin puede bajar de 10 mg/L a 0,3 mg/L, que es la concentracinrecomendada para el agua de consumo. Sin embargo, es posible que hayaproblemas

Documents

Lidro Cepis Agua