Tratamientos
- 1. OPERACIONES UNITARIAS Y PROCESOS UNITARIOS EMPLEADOS EN EL ACONDICIONAMIENTO DE AGUAS OPERACIONES UNITARIAS Mezcla Sedimentación Flotación Absorción Filtración Adsorción Transferencia de calor Evaporación Humidificación y Secado
- 2. PROCESOS UNITARIOS Estabilización Precipitación Química Coagulación Desinfección Intercambio Iónico Combustión Procesos Biológicos OPERACIONES UNITARIAS Y PROCESOS UNITARIOS EMPLEADOS EN EL ACONDICIONAMIENTO DE AGUAS
- 3. CARACTERISTICAS DE LAS PLANTAS DE TRATAMIENTOS Una planta de agua es una instalación donde se han combinado una serie de unidades y equipos con el fin de corregir las impurezas del agua. Se diseñan en función de los tipos de impurezas que deseamos corregir y al uso que deseamos destinar el agua. La primera etapa en el acondicionamiento del agua es su potabilización.
- 4. La potabilización dependerá de la calidad del agua de la fuente (pozos, ríos y embalses) El agua de cada fuente presenta impurezas que le son características y por lo general sus tratamientos son diferentes CARACTERISTICAS DE LAS PLANTAS DE TRATAMIENTOS
- 5. PRETRATAMIENTO DEL AGUA Aereacion Desinfección Cloración Clarificación Filtración Suavización por precipitación Intercambio iónico
- 6. PRETRATAMIENTO DEL AGUA: AEREACIÓN AIRE REDUCE CO2, NH3, H2S OXIDA Fe y Mn
- 7. PRETRATAMIENTO DEL AGUA: DESINFECCIÓN DESTRUYE PATOGENOS ENFERMEDADES
- 8. Capaz de destruir los organismos. Actuar a la temperatura del lugar y en el tiempo adecuado. No hacer tóxica el agua o de sabor desagradable. De fácil obtención, manejo sencillo y bajo costo DESINFECTANTE IDEAL
- 9. FACTORES QUE AFECTAN LA DESINFECCION RELACION CONCENTRACION – TIEMPO TEMPERATURA La eficiencia depende del tiempo de contacto y cantidad de desinfectante dosificado Al aumentar la temperatura aumenta la eficiencia y disminuye el tiempo de desinfección La mayoría de las bacterias viven entre 5ºC y 80ºC
- 10. FACTORES QUE AFECTAN LA DESINFECCION NUMERO Y TIPOS DE ORGANISMOS El tipo de microorganismo si influeye por la sensibilidad de cada especie al desinfectante. El número no afecta siempre que se mantenga la concentración, tiempo, pH y temperatura. pH El pH óptimo de los microorganismos es 7. Muy altos o muy bajos le son fatales a las Bacterias. Los virus a pH <4 y >10 sobreviven solo horas.
- 11. MODO DE DESINFECCION DESINFECCION NATURAL LUZ SOLAR, SEDIMENTACION, FILTRACION EN CAPAS TERRESTRES O ESTABILIZACION DE LA MATERIA ORGANICA QUE DISMINUYE LA RESERVA DE ALIMENTO PARA LOS MICROORGANISMOS. . DESINFECCION ARTIFICIAL AGENTES FISICOS: CALOR Y RAYOPS ULTRAVIOLETAS. AGENTES QUIMICOS: HALOGENOS (Cl2, Br2, I2), PLATA IONIZADA Y OZONO.
- 12. DESINFECTANTES FISICOS NOMBRE USO OBSERVACION RAYOS ULTRAVIOLETA Se aplica en piscinas, no es de uso industrial ni en acueductos. No deja efecto residual ni se puede determinar la cantidad dosificada. CALOR Se aplica como desinfección domestica . El agua adquiere sabor peculiar por expulsión de gases.
- 13. DESINFECTANTES QUIMICOS NOMBRE CARACTERISTICAS OBSERVACION CLORO Es eficiente, fácil de aplicar, deja efecto residual medible de forma sencilla . Es corrosivo, forma subproductos peligrosos a la salud y produce sabor desagradable . YODO Bajo poder de oxidación y mas estable. Sus residuales se conservan mas tiempo. Le da sabor medicinal al agua a >1 mg/l. Es mucho mas costoso que el Cl2 y no se conoce efecto fisiologico por ingestión continua. BROMO Se usa en piscinas por irritar menos los ojos. Es el de mayor costo y su manejo es complejo . OZONO Oxida Fe y Mn lo cual crea precipitación y flotación de los minerales oxidados . Compite con el Cl2 por su costo y eficiencia . Es muy tóxico
- 14. CARACTERISTICAS DEL CLORO El cloro se puede suministrar al agua como gas, hipoclorito de sodio y calcio, ClO2. Impurezas que son oxidadas por la acción del cloro: * Bacterias, algas y materia orgánica. * Compuestos inorgánicos solubles. * Compuestos productores de olor. * Compuestos productores de sabor. Efectivo contra un amplio rango de organismos a bajos tiempos de contacto y dosificaciones.
- 15. PRETRATAMIENTO DEL AGUA: CLORACION ELIMINA BACTERIAS ALGAS HONGOS Compuestos y sustancias indeseables como la oxidación de Fe, Mn, H2S, remoción de NH3, materia orgánica, color, control de sabor y olor del agua .
- 16. Proveen desinfección residual. Puede ser removido con carbón activado. Puede ser usado como un oxidante. Ayuda en la coagulación a la remoción de partículas microscópicas y coloides. CARACTERISTICAS DEL CLORO
- 17. GENERALIDADES: CLORACIÓN Cantidad de cloro necesaria para reaccionar con todas las impurezas del agua. DEMANDA DE CLORO RESIDUAL DE CLORO Cantidad total de cloro libre o combinado que permanece en el agua después que la demanda de cloro ha sido satisfecha. RESIDUAL DE CLORO LIBRE Cloro que existe en el agua como ión hipoclorito y ácido hipocloroso.
- 18. GENERALIDADES : CLORACIÓN RESIDUAL DE CLORO COMBINADO Cloro residual que existe en el agua combinado químicamente con el amoníaco y otros compuestos orgánicos nitrogenados. PUNTO DE RUPTURA Media del contenido de materia orgánica del agua. Se obtiene una vez satisfecha la demanda y aparece residual de cloro libre
- 19. TRIHALOMETANOS (THM) Están presentes en el agua, por el tratamiento con cloro. Estos compuestos son cancerígenos. Existen 4 compuestos: Cloroformo, Bromodiclorometano, Dibromoclorometano, Bromoformo.
- 20. PREVENCION Cambiar el cloro por ozono, cloraminas, U.V. Procesos por membranas: osmosis inversa y ultra filtración. Técnicas de adsorción: Carbón activado y/o resinas.
- 21. Por aeración Carbón activado Regenerar periódicamente con vapor ELIMINACION
- 22. CLARIFICACION PROCESO DE CLARIFICACION DESESTABILIZACION FLOCULACION PRECIPITACION
- 23. CLARIFICADOR CON MEZCLA RAPIDA, LENTA Y SEDIMENTADOR RECTANGULAR
- 24. COAGULACION DEL AGUA Consiste en la desestabilización y agrupación de los sólidos suspendidos en pequeñas masas llamadas flóculos, coagulo o grumos. Se hace necesaria cuando la velocidad de asentamiento de partículas muy pequeña es tan baja que hace antieconómica sedimentarlas .
- 25. Muchas impurezas en el agua natural y en la residual están presentes como sólidos coloidales que no se sedimentan . Sedimentación de partículas de PE=2.65 en agua a 10 °C COAGULACION DEL AGUA Tamaño de la partícula ( m) Velocidad de Sedimentación (m/h) 1000 (arena gruesa) 100 (arena fina) 10 (limo) 1 (bacteria) 0.1 (coloides) 600 (6 s) 20 (180 s) 0.3 (200 min) 0.003 (333 h) 0.00001 (4166 d)
- 26. Las partículas mayores a 100 micras pueden observarse a simple vista (arena fina) y se consideran asentables. De 10 a 100 micras se considera como turbidez. COAGULACION DEL AGUA Por debajo de 10 micras se les considera coloidales . Por encima de 0.1 micras son visibles con el microscopio óptico, por debajo de 0.1 micras se usa el microscopio electrónico.
- 27. Remover turbidez orgánica e inorgánica que no pueda sedimentarse rápidamente Remover color verdadero y aparente Eliminar bacterias y organismos patógenos Destruir algas y plancton en general Eliminar sustancias productoras de sabor y olor y precipitados químicos suspendidos USOS DE LA COAGULACION
- 28. COAGULACION
- 29. FACTORES QUE AFECTAN LA COAGULACION Inferior a 1 micra y de diferentes diámetros para que la floculación sea rápida y efectiva con flóculos pesados y compactos Sílice activada con alumbre, floculo preformado, arcilla y polielectrolíticos. Cambia el tiempo de formación del flóculos, entre mas fría el agua la reacción es mas lenta y el tiempo de formación del flóculos es mayor. Tamaño de las partículas Ayudantes de coagulación Temperatura
- 30. La cantidad de coagulante es inversamente proporcional al tiempo de formación del floculo. Cada coagulante tiene una zona de pH donde la floculación se hace en el tiempo más corto y con la mínima dosis de coagulante . FACTORES QUE AFECTAN LA COAGULACION pH Relación cantidad – tiempo Alcalinidad Las sales de alumbre y hierro reaccionan con la alcalinidad para formar un precipitado que ayuda en la aglutinación de los coloides del agua.
- 31. El cloro no es un coagulante pero ayuda a la coagulación por remoción de materiales que inhiben la formación del flóculos. FACTORES QUE AFECTAN LA COAGULACION Cloración
- 32. TIPOS DE COAGULANTES SALES DE ALUMBRE SALES DE HIERRO Forman un floculo ligeramente pesado Forman un floculo mas pesado y de mayor velocidad de asentamiento, y trabajan con un mayor rango de pH Las mas conocidas Al2(SO4)3, sulfato de aluminio amoniacal y el aluminato de sodio Las mas conocidas son: cloruro férrico, sulfato férrico y sulfato ferroso . El Al2(SO4)3, por ser de bajo costo y manejo sencillo se usa con mayor frecuencia en plantas de tratamiento En Venezuela son muy pocas las plantas de purificación que usan sales de hierro para coagulación
- 33. MEZCLA RAPIDA Consiste en la disposición rápida de un producto químico o coagulante en toda la masa de agua por tratar para: disminuir el tiempo de reacción y propiciar la rápida colisión de los coloides. Se puede hacer con mezcladores mecánicos y no mecánicos .
- 34. MEZCLADOR MECANICO Hacen una mezcla instantánea Tienen un tiempo de retención de 10 a 60 s y una velocidad del agua de 1 a 3 m/s. Ventajas: flexibilidad de operación y ocupan poco espacio. Desventajas: consumen energía y requieren mayor cuidado operacional
- 35. MEZCLADOR NO MECANICO Utilizan la energía que trae el agua para el mezclado Turbulencia producida por un venturi, mezclado tipo cascada donde exista facilidad de diferencia de niveles, mezclar agua con tanques provistos de tabiques
- 36. FLOCULACION Para que el floculo se forme es necesario que las partículas choquen unas con otras a fin de que se aglutinen y se conviertan en grumos pesados. El flujo en el floculador debe ser mas lento que en el mezclador. Velocidades muy altas rompen el floculo y muy lentas demoran su formación. El agua en el floculador debe permanecer un tiempo suficiente como para que la formación del floculo sea adecuada antes de pasar al sedimentador (10-45 min)
- 37. Los floculadores son del tipo mecánico o hidraulico . El tipo mecánico consiste en un tanque de capacidad que provea el tiempo de retención requerido provisto de una serie de paletas de eje horizontal o vertical movidas por un motor eléctrico que les comunica una lenta rotación. FLOCULACION
- 38. SEDIMENTACION Ocurre una vez desestabilizado el coloide y formado el floculo. Consiste en la separación del floculo por efecto de la gravedad. Para que esta ocurra los sólidos deben tener el suficiente tamaño y peso.
- 39. CARACTERISTICAS DE LOS SEDIMENTADORES Mezcla rápida: 3-5 min Mezcla lenta: 15-30 min Tiempo de sedimentación: 4-6 hr Insensibles a cambio bruscos en el caudal de agua. Suficiente tiempo para hacer ajustes ante cambios bruscos en las características del agua. Clarifican grandes volúmenes de agua
- 40. FILTRACIÓN Consiste en pasar el agua a través de un medio poroso (arena, antracita, carbón) para remover los sólidos suspendidos y coloidales presentes en el agua y producir un efluente con una turbidez hasta <1 NTU.
- 41. TIPOS DE MEDIO FILTRANTES Se pueden utilizar la arena cuarzosa, arena silícea, antracita, granate, magnetita, etc Los filtros pueden tener un solo tipo de medio, dos o tres medios filtrantes (multicapas) Existen tres tipos de filtros con medio filtrante granular: gravedad, presión y flujo ascendente.
- 42. FILTROS DE UNA CAPA Tienen un solo medio filtrante soportado por grava TIPOS DE MEDIO FILTRANTES
- 43. FILTROS MULTICAPAS El menos denso en la parte superior y el mas denso en la inferior. Mas eficientes que los de una capa TIPOS DE MEDIO FILTRANTES
- 44. FILTROS DE GRAVEDAD CONVENCIONAL Usados en plantas de aguas municipales por ser grandes volúmenes de agua Normalmente de uno o dos medios filtrantes TIPOS DE MEDIO FILTRANTES
- 45. FILTROS DE GRAVEDAD SIN VALVULAS En operación aumenta el DP y el nivel de agua en la línea de entrada y de retrolavado El retrolavado comienza cuando ocurre el efecto sifón TIPOS DE MEDIO FILTRANTES
- 46. FILTROS A PRESION Usados en plantas industriales Son de bajo costo de inversión, largas corridas, ocupan poco espacio y pueden ser automatizados TIPOS DE MEDIO FILTRANTES
- 47. BENEFICIOS Reducción del ensuciamiento (“fouling”) Reducción de los lavados del relleno de la torre Reducción del coste de productos químicos Reducción del coste de agua Mejor control microbiológico
- 48. SUAVIZACION POR PRECIPITACION La alcalinidad puede estar presente en el agua en forma de bicarbonatos, carbonatos o hidróxidos. Cada uno de ellos comúnmente combinados con Calcio, Magnesio y Sodio. Estas sales neutralizan la acidez en la bebida, cambiando el sabor característico del producto. El tipo de alcalinidad más común en agua cruda es debida a la presencia de bicarbonatos.
- 49. Esto se debe a que el agua de lluvia conteniendo CO 2 disuelto de la atmósfera, reaccionará con carbonatos y otras sales a su paso por la corteza terrestre. SUAVIZACION POR PRECIPITACION
- 50. DUREZA Temporal o Carbonatica: Calcio y magnesio disueltos afectan la dureza del agua, la cual es responsable de la formación de incrustación y destrucción de tenso-activos. Permanente o No Carbonatica: Sulfatos, cloruros y nitratos. CaSO 4 , MgSO 4 , SiO 2
- 53. CLASIFICACION EN FUNCION DE DUREZA
- 54. ABLANDAMIENTO EN FRIO CON CAL Adición de Cal para aumentar el pH y disminuir la solubilidad de los iones calcio y magnesio Reduce la Alcalinidad, la Dureza, la Sílice y los Sólidos Disueltos
- 55. Ablandamiento en Frío con Cal: REDUCE Dureza Cálcica Dureza Magnésica Alcalinidad Sólidos Disueltos (Alcalinidad) Sílice (solo pocas cantidades a baja T) Materia Orgánica
- 56. Ablandamiento en Frío con Cal: ELIMINA Sólidos en Suspensión Dióxido de Carbono Hierro y Manganeso Microorganismos
- 57. ABLANDAMIENTO EN CALIENTE CON CAL Adición de Cal para aumentar el pH y disminuir la solubilidad Inyección de Vapor para aumentar T y disminuir la solubilidad Reduce la Alcalinidad, Dureza, Sílice, Sólidos Disueltos y Oxígen
- 58. INTERCAMBIO IONICO RESINA DE INTERCAMBIO IONICO Es una macromolécula insoluble en agua, compuesta por una alta concentración de grupos ácidos o básicos integrados a una matriz de un polímero sintético (estirénicas, acrilicas, etc)
- 59. SELECTIVIDAD IONICA DE LAS RESINA DE INTERCAMBIO IONICO
- 60. TIPOS DE RESINAS RESINAS CATIONICAS FUERTE (H2SO4, HCl) DEBILES (H2CO3) RESINAS ANIONICAS FUERTES (amonio cuaternario) DEBILES (aminas primarias, etc)
- 61. Unidad Catiónica Acido Fuerte Reemplazará todos los cationes con H + El H + reacciona con el bicarbonato para formar ácido carbónico el cual se puede remover posteriormente por desgasificación H + + HCO 3 - ---> H 2 CO 3 H 2 CO 3 --------------> H 2 O + CO 2
- 62. Unidad Catiónica Acido Débil Reemplazará principalmente los cationes divalentes (Ca +2 y Mg +2 ) por iones H + Se utiliza en aguas con alta dureza que tienen considerable alcalinidad bicarbonatica La reacción inicial reduce la dureza y el contenido de los iones divalente. También forma ácido carbónico que se pueda reducir por desgasificación
- 63. Unidad Catiónica Acido Débil También se utilizan porque se regeneran más eficientemente que las unidades ácidos fuertes Se siguen generalmente por una unidad cationica ácida fuerte para retener iones monovalentes tales como sodio
- 64. Unidad Aniónica Base Fuerte Cuando está regenerada con base fuerte substituirá todos los aniones en el agua cruda por el ión hidróxido (OH -) Aunque puede quitar HCO3- y el CO2, el proceso de la desgasificación es generalmente más económico.
- 65. Unidad Aniónica Base Débil Reemplazará la mayoría de los aniones por hidróxidos (OH - ), pero no es efectivo contra bases débiles tales como bicarbonatos y sílice Se puede utilizar aguas arriba de una unidad de base fuerte para reducir la carga de aniones Usualmente se regenera y opera mas eficiente y económicamente que una unidad base fuerte Frecuentemente se utilizan en conjunto con una unidad base fuerte
Notas del editor
- #42: A sidestream filter is a piece of equipment (normally a sand filter) through which a percentage of a cooling system’s total recirculating water is passed for the purpose of removing suspended solids. Normally the filter is sized so that between 3% and 5% of the total recirculating water flow passes through it. It should be sized so that all of the system’s water passes through the filter in 24 hours. Most cooling water sidestream filters are pressure filters. They are placed on line under pressure thus the necessity of pumping the filtered water back to the cooling tower is eliminated.
- #48: However, the following benefits are quantifiable: Reduced fouling by suspended matter will improve heat transfer efficiency. Reduced labor costs for physically cleaning the tower because a smaller quantity of suspended solids will settle out in the tower basin. Reduced chemical cost due to less adsorption and loss of treatment chemical on suspended matter. Reduced water cost, if reducing the suspended solids, allows operation of the cooling tower at higher cycles of concentration. In addition to these quantifiable benefits, sidestream filtration can also impact: Corrosion - if fouling by suspended solids settling out in low flow areas or on heat exchangers in low flow areas is prevented (e.g., shell side cooling), there is less potential for corrosion resulting from growth of anaerobic corrosive bacteria, which exist only under deposits (oxygen free environment). Although difficult to quantify until metal needs to be replaced, this often is a major cost. Improved microbiological control - this can be improved as a result of removing organisms and nutrients from the system water filtration.
- #56: Silica removal: Silica is removed as it precipitates on magnesium sludge (Mg(OH) 2 ). At the temperatures involved in cold lime softening, silica removal is not highly effective. Typically, only small amounts of silica are removed in this manner.
- #57: Suspended Solids Removal: In some instances, suspended solids removal is accomplished as the sludge agglomerates (combines) with incoming suspended solid particles.