JUNIO 2002

PRESENTACIÓN FUNDAMENTAL SOBRE TRATAMIENTO DE AGUA   El estudio de sistemas de tratamiento de agua es un campo bastante amplio. Esta presentación no tiene la intención de cubrir todas sus ramificaciones, sino ofrecer solamente un repaso de los varios métodos de tratamiento, según los requisitos y necesidades de ciertos tipos y condiciones de agua.   Introducción Los primeros que debemos saber es que toda el agua está contaminada, puesto que incluso el agua más prístina contiene más que H2O. El agua pura es simplemente una teoría que los ingenieros de tratamiento de agua y otros profesionales relacionados con la industria siempre usan. No todos los contaminantes son malos, pero la remoción de aquellos que son indeseables puede ser una tarea difícil. Existen varios tipos de contaminación, y cada situación debe tratarse de manera distinta, según las características individuales de cada contaminante y/o características físicas del agua, lo cual puede complicar su remoción. Esto incluye la interacción de otros contaminantes, temperatura, pH (el nivel de acidez o alcalinidad del agua) y flujo.   El agua para el hogar debe ser potable para consumo humano. Es posible que deba ser filtrada y desinfectada, si es agua dura, también puede necesitar suavización. Existen varios sistemas para obtener buenos resultados.   El agua destinada para uso industrial y comercial puede requerir mayor tratamiento, particularmente en aplicaciones donde se requiera agua ultrapura, como en industrias de electrónicos, farmacéuticos, y revestimiento de metales, quienes además pueden requerir reciclaje y circuitos de recirculación para reducir desperdicios de agua. También pueden necesitarse procesos de filtración, suavización, desinfección y desionización por intercambio de iones u ósmosis inversa. Otros métodos más avanzados incluyen ozonización y luz ultravioleta para desinfección y oxidación, así como técnicas de clarificación por coagulación y floculación para la remoción de materias coloidales y sedimentación – partículas suspendidas.   Análisis del agua El requisito más importante en el tratamiento de agua es obtener un análisis físicos-químico completo para saber exactamente el nivel de cada ion y contaminante y las necesidades de reducción (ver figura 1.)                              Figura 1                                                                                        REPORTE DE ANÁLISIS Cliente:                                                                   Muestra: Recibido (fecha):                                                     Prueba (fecha): CATIONES                                    COMO                   ION                     COMO     CACO3 Calcio (Ca++)                                   mg/L                                                  x2.50      mg/L Magnesio (Mg++)                              mg/L                                                  x4.12      mg/L Sodio (Na+)                                      mg/L                                                  x2.18      mg/L Potasio (K+)                                      mg/L                                                  x1.28      mg/L Aluminio (Al+++)                               mg/L                                                  x5.56      mg/L Bario (Ba++)                                     mg/L                                                  x0.73      mg/L Estronio (Sr)                                      mg/L                                                  x1.142    mg/L Hierro (Fe++)                                    mg/L                                                  x1.79      mg/L Manganeso (Mn++)                           mg/L                                                  1.82        mg/L Total Cationes                                    mg/L                                                                 mg/L ANIONES                                     COMO                   ION                     COMO     CACO3 Bicarbonato (HCO3-)                        mg/L                                                  x  .82      mg/L Carbonato (CO3-)                             mg/L                                                  x1.67      mg/L Hidróxido (OH-)                                mg/L                                                  x2.94      mg/L Sulfato (SO4-)                                   mg/L                                                  x1.04      mg/L Cloruro (CL-)                                    mg/L                                                  x1.41      mg/L Nitrato (NO3-)                                  mg/L                                                  x  .81      mg/L Fluoruro (F-)                                     mg/L                                                  x2.63      mg/L Sílice (SIO2)                                      mg/L                                                  x  .83      mg/L Total Aniones                                     mg/L                                                                 mg/L Ph Temperatura                                                                               oF                                  oC TDS                                                                                        ppm             Turbiedad                                                                                NYU Dureza Total                                                                            mg/L                                                                                                                                                                          AGUA   RESIDUAL Características químicas del agua residual:   Promedio Máximo Mínimo Valor Objetivo pH                   Sólidos Disueltos m/l                   Sólidos Suspendidos mg/l                   Sólidos Sedimentables ml/l                   Grasas y Aceites mg/l                   DBO  mg/l                   DQO  mg/l                   Arsénico  mg/l                   Cadmio  mg/l                   Cianuros  mg/l                   Cobre  mg/l                   Cromo Hexavalente  mg/l                   Cromo Total  mg/l                   Fenoles  mg/l                   Fierro  mg/l                   Flour  mg/l                   Mercurio  mg/l                   Níquel  mg/l                   Plata  mg/l                   Plomo  mg/l                   Zinc  mg/l                   SAAM  mg/l                   Color Escala Pt-Co                   Cloruros  mg/l                   Nitrógeno  mg/l                   Coliformes NMP/100 ml                   Otros:                                                               NOTA: Para determinar los parámetros que se necesitan conocer, es imprescindible determinar qué calidad de agua tratada se desea. Ejemplo: Si Usted desea descargar en Agua residual EN AGUAS Y BIENES NACIONALES, será necesario revisar los parámetro que fija la NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001-ECOL-1996.      QUE ESTABLECE LOS LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CONTAMINANTES EN LAS DESCARGAS DE AGUAS RESIDUALES EN AGUAS Y BIENES NACIONALES.                       Filtración de partículas Uno de los primeros pasos en tratamiento de agua es la filtración. Este proceso remueve las partículas suspendidas, para lo cual existen varios métodos, de acuerdo a principios de adsorción y absorción, y dependiendo de la carga de las partículas y el flujo requerido. Las opciones son las siguientes. ·        Cartucho ·        Filtro de bolsa ·        Filtro de arena ·        Filtro multimedia (o multi-capa)   Los filtros de cartucho pueden incluir los de espiral, polipropileno hilado, plizados, compuestos o tipo resina. Estos pueden ser fabricados en tolerancias particulares, para la remoción de contaminantes de una gran variedad de tamaños que llegan hasta niveles submicrones, pero por lo general son para partículas de mayor tamaño. Los filtros multimedia pueden incluir los de arena verde (“greensand”) de manganeso, alúmina activada, calcita, granato, KDF y otros medios genéricos y especializados, combinados, o por sí solos. Estos no solo cumplen su misión de filtrar, sino que además cambian las características de ciertos contaminantes dependiendo de su naturaleza iónica o química.   Filtración con carbón activado El carbón activado se usa para remover o reducir varios agentes químicos como el cloro y otras fuentes contaminantes que crean problemas que afectan el sabor, color y olor del agua. La reducción de otros agentes químicos es un campo complicado y requiere ser estudiado más a fondo.   Los tipos de carbón utilizados con mayor frecuencia incluyen carbón antracita, carbón de hueso, varias maderas, cáscara de coco y otros productos de cáscaras (nuez, etc). Cada uno puede tener diversas capacidades para remover contaminantes dependiendo del tamaño de su porosidad, área superficial y otros factores. Estas capacidades se pueden realzar con el proceso de activación que puede agregar características catalíticas o permitir la impregnación de propiedades bactericidas, como las de la plata. Se pueden procesar en forma granular, pulverizada o en bloque. Algunos incluso ofrecen la capacidad de extrusión para ser moldeados en formas particulares para aplicaciones específicas..   Desinfección La desinfección del agua para potabilizarla es muy importante para la salud del cuerpo humano. Existen varios métodos para desinfectar el agua, y el uso de cloro es la manera más común. El cloro puede venir en forma líquida, gaseosa o sólida y puede ser administrado por alimentación química, producción en sitio o mediante sistemas de alimentación granular o de tableta. Los términos comunes para referirse al cloro incluyen dióxido de cloro, hipoclorito de cloro y blanqueador casero. Es muy importante tomar las debidas precauciones constantemente al administrar cloro, ya que algunas formas, especialmente líquido y gas, pueden ser peligrosas y causar serio daños a la salud o hasta ser mortales si no se administran en forma apropiada. La cloración con tabletas, relativamente segura, es popular en aplicaciones de agua de pozo.   La cloramida, el peróxido de hidrógeno, el bromo o el yodo también pueden ser utilizados para la desinfección del agua. En cada caso, pueden existir condiciones y precauciones específicas relacionadas – a veces similares al cloro – para asegurar el uso y precauciones apropiados, así como la desinfección eficaz. Para la alimentación química de éstos agentes, puede requerirse una bomba para asegurar la dosificación apropiada (ver gráfica 1).   Otras tecnologías avanzadas relacionadas con la desinfección que han ganado popularmente, incluyen la irradiación por luz ultravioleta (UV) y la ozonación. La ozonación implica la generación en sitio de ozono (O3), que es un oxidante muy eficaz y desinfectante poderoso de corta media vida con duración  de segundos o minutos (lo que significa residuos mínimos o inexistentes) antes de revertir a oxígeno (O2). La irradiación UV, la cual no genera residuos, implica generación de luz en una longitud de ondas determinada (185 o 254 nanómetros), que al exponer los contaminantes, los mata o los inactiva genéticamente, previniendo su reproducción.   Ambos métodos mencionados anteriormente requieren una generación de electricidad confiable. El ozono, el cual requiere una generación de electricidad confiable. El ozono, el cual requiere un control de flujo estricto para asegurar el tiempo apropiado de contacto (CT*), tampoco tiene problemas con subproductos de desinfección como al utilizar cloro. Solamente el agua que contiene el ion del bromuro es de consternación, dada la formación de bromato. El ozono tiene el poder de oxidar productos orgánicos como las bacterias del hierro y del sulfuro, al igual que otros contaminantes que afectan el sabor, color y olor del agua. También  ayuda a convertir metales pesados comi hierro, arsénico, etc., en formas más fáciles de filtrar.   Con un mínimo de residuos de desinfección (si alguno), no puede proteger la red de distribución. No obstante, esto es una ventaja para el uso del ozono para proteger el agua embotellada, ya que ayuda a extender la vida del producto en almacenamiento. Para su mayor eficacia en el proceso UV, el agua debe estar perfectamente clara, libre de partículas, turbiedad o hierro, lo cuál requiere un significante tratamiento previo. También debe controlarse el flujo del agua y asegurar que la lámpara y la funda de la lámpara se mantengan limpias. Una análisis detallado de las ventajas y desventajas de los procesos de ozono y UV deben proporcionarse en un artículo dedicado exclusivamente a ése tema tan extenso.   El uso de estos productos es muy efectivo pero presentan problemas al ponerse en contacto con agentes orgánicos, como materias húmicas, taninos, etc. Otros procesos de desinfección, excepto UV, producen subproductos de desinfección como trihalometanos (THM), acidos holacéticos (THAA*) y formas de bromuro considerados como posibles carcinógenos. La característica más importante de la desinfección – y el valor específico del cloro – es que mantiene residuos para proteger el agua a través de la red municipal. Gráfica 1. Selección de una bomba dosificadora   Flujo de agua (gpm) x Dosis (ppm) x 1440 Minutos en un día .entre poder de productos químico = gpd de la bomba   Donde gpm = galones por minuto (gal/min)             ppm = partes o partículas por millón              gpd = galones por día (gal/día)   Nota: Hipoclorito tipo casero (blanqueador) Tiene una concentración de 52,500 ppm (5.25%)   15 gpm x 10 ppm x 1440 entre 52,500 = 4.1 gpd   Use  una bomba de 6 a 8 galones por 24 horas.   Suavización Muchas veces la dureza en el agua debe ser tratada, ya que causa muchos problemas en el hogar, como la formación de escamas en tubería, en calentadores de agua y en otros aparatos. También, requiere mayor uso de jabones y detergentes, y además deja la ropa empañada y el cabello deslustrado. Los hoteles, restaurantes y otros negocios comerciales e industriales son clientes potenciales para el proceso de suavización de agua (remoción de la dureza vía intercambio de iones), también conocido cono acondicionamiento o ablandamiento.   El intercambio de iones es una forma de tratamiento de agua que funciona en un nivel molecular, quitando o alterando contaminantes, basado en características de atracción determinadas por la carga eléctrica o valencia del contaminante o de sus compuestos. Este proceso utiliza resinas especialmente formuladas para atacar ciertos tipos determinados de contaminantes. La violencia positiva o negativa de los contaminantes a ser removidos determina el tipo de resina que debe ser removidos determina el tipo de resina que debe ser utilizada, ya sea aniónica o catiónica. Las resinas catiónicas se utilizan generalmente para suavizar, removiendo contaminantes como calcio y magnesio que causan escamosidad. Se regeneran usando sal (cloruro de sodio o de potasio) Las resinas aniónicas se utilizan para la desionización o desmineralización (nitrato, uranio). A menudo se regeneran usando agentes cáusticos o ácidos. Para los tamaños adecuados de un suavizador, vea la gráfica 2.   Gráfica 2. Tamaño del suavizador   Para elegir el tamaño de un suavizador debe conocerse el nivel de dureza, el flujo requerido en galones por minuto (gpm) y también el número de galones que el cliente consume durante 24 horaas (gpd).   Ejemplo: Demanda: 5 personas x 60 gpd = 300gal Dureza: 10 granos/galón (gpg)* Capacidad: 10 x 300 = 3,000 granos /día   1 pie3 de resina regenerado con 6 ibs de sal produce 20,000 granos de capacidad   Suavizador de 0.5 pie3 da 10,000 granos de capacidad   Este suavizador nos da 3 días por regeneración   1 gpg (EE. UU.) = 17.1 mg/L (CaCO3) = 17.1 ppm (CaCO3) =  142.86 libras (CaCO3) por millón de galones de agua.   Recomendamos a nuestros lectores que consulten artículos más específicos a los temas de intercambio iónico, suavización de agua y/o desmineralización, para obtener mayores detalles sobre la remoción de contaminantes determinados y los métodos más eficientes de diseño, operación y regeneración y el cuidado determinado de los contaminantes que pueden afectar la salud humana (arsénico, etc.)   Osmosis inversa El estudio del tratamiento de agua por ósmosis inversa (Ol) es un campo bastante amplio y complejo. A continuación trataremos de explicar brevemente los conceptos básicos de este sistema.   Osmosis es el paso de sal por una membrana semi-permeable del lado del agua a dejar el lado salado y pasar al lado de agua pura. Presión natural causada por el contenido de sales en el agua.   Nota: 100 ppm de TDS* = 1 psi   Donde: TDS* = sólidos totales disueltos                Psi  = libras por pulgadas cuadrada de presión   Si tenemos 2,00 ppm de TDSS* se requieren 20 psi antes de obtener el paso de moléculas de agua por la membrana.   Osmosis inversa no es sólo filtración, sino que funciona en un nivel molecular para también extraer contaminantes indeseables. Favor de ver el diagrama de filtración.   Permear es el flujo de agua que pasa por la membrana y contiene bajas sales. Concentrado es el flujo de agua conteniendo la concentración de sales rechazadas por la membrana. Recuperación es el porcentaje de agua de alimentación convertido en agua de producto al pasar por la membrana.   El rechazo de sal es el porcentaje de sales eliminadas del agua de alimentación convertido en agua de producto al pasar por la membrana debido a los contaminantes. También es la prueba que se debe obtener antes de designar el sistema de ósmosis inversa para dada aplicación.   Conclusión Existen muchas otras formas de tratamiento de agua, como destilación, aireación, secuestración, electrólisis, etc., que presentamos con mayor detalle en el interior de la presenta página web. Tome en cuenta que, en la mayoría de los casos no hay tecnología que sea un remedio universal, y muchos funcionarios reguladores de la calidad del agua recomiendan una combinación de tecnologías para proporcionar agua de la mejor calidad que cumpla con las necesidades de usted y las de sus clientes. La intención de este artículo es servir solamente como introducción básica a algunas  de las tecnologías que usted encontrará conforme busca soluciones a sus problemas de calidad de agua.   William E. “Bill” Sr. Agua - Latinoaméricana Septiembre / Octubre Pág. 28, 29, 30, 31, 32 y 34

 

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