Estudio de diferentes procesos de coagulación para la remoción de materia orgánica natural para disminuir la formación de trihalometanos en aguas de Puerto Díaz, Juigalpa

Texto completo

(1)UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGÍA y AMBIENTE. Estudio de diferentes procesos de coagulación para la remoción de materia orgánica natural para disminuir la formación de trihalometanos en aguas de Puerto Díaz, Juigalpa. Monografía para obtener el Título de Ingeniera e Ingeniero en Calidad Ambiental. Autores: Br. María José Soriano López Br. Norman Enrique Lacayo Cuadra Tutora: PhD. Indiana García. Managua, Nicaragua Diciembre, 2017.

(2)

(3) Dedicatoria A Dios por darnos la vida, la paciencia, la tolerancia y las fuerzas necesarias para llegar a la cima de esta etapa. “No hay enseñanza sin investigación ni investigación sin enseñanza” -Paulo Freire A nuestra tutora, Indiana García, por brindarnos la posibilidad de culminar nuestra carrera de la mano de sus conocimientos. Por su valioso tiempo y apoyo incondicional. A nuestros docentes, Romer Altamirano, Elizabeth Peña, Karina Sinclair, Daniel Corrales, Reina Granados, Cipriano López, Claudio Wheelock y Urania Estrada, por las herramientas que lograron crear en nosotros la posibilidad de construir y reconstruir conocimientos para ser profesionales para Nicaragua. “No le evitéis a vuestros hijos las dificultades de la vida, enseñadles más bien a superarlas” -Louis Pasteur A nuestras familias, por ser los cimientos de cariño y amor, los pilares de nuestra educación y el sustento de nuestras necesidades. Llegar juntos es el principio. Mantenerse juntos, es el progreso. Trabajar juntos es el éxito”- Henry Ford. A nuestros compañeros, porque la variedad de sus conocimientos complementan los nuestros y nos alientan a superarnos..

(4) Agradecimientos. Primeramente darle gracias a Dios, por haberme permitido llegar hasta esta etapa de mi vida, por acompañarme en este largo camino y brindarme la fortaleza y sabiduría suficiente en esos momentos que más lo necesité. A mi familia por su apoyo y amor incondicional. A mi papá y a mi mamá, por el esfuerzo que ellos hicieron conmigo, por haberme enseñado los valores y principios que me ayudaron a ser mejor cada día, a mis hermanas por siempre estar para mí, por ser mis consejeras y mejores amigas. A Fer porque también es parte de mi familia y porque siempre estuvo en los momentos más difíciles dándome su apoyo y las palabras de aliento que necesitaba escuchar para levantarme y seguir hacia adelante, toda esta etapa fue más bonita a tu lado. A mis compañeros de clase, con quienes compartí muchos momentos de estrés, de desvelos, de preocupaciones, de llantos pero que también hubieron muchos momentos de alegría, de compañerismo, de unión, momentos en los que nos tocó animarnos unos a otros, gracias por su aliento y por las veces que de alguna u otra manera me ayudaron. A mis amigos de estos cinco años de estudio y de los que siguen Ofelia Sequeira, Josué Castillo, Norman Lacayo, Rubén Medina, Joseph Ramos. Y por último a cada uno de mis profesores por todas sus enseñanzas que serán de mucha ayuda en la vida laboral, pero en especial muchas gracias a nuestra tutora Indiana García por todo su apoyo y tiempo brindado a lo largo de esta investigación.. -María José Soriano López.

(5) Agradecimientos. En los momentos más difíciles de nuestras vidas, cuando nos sentimos desanimados, lastimados, preocupados, estresados, es Dios, la familia y los más allegados los que nos animan a seguir trabajando para coronar nuestras metas y nuestros propósitos de vida. Por lo tanto, deseo dar gracias primero a Dios, porque sin Él nada fuese posible, gracias padre por la vida, por la familia que me regalaste, por las fuerzas para poder llegar hasta este punto. Espero no decepcionarte, con tu propósito para conmigo. Expreso gratitud a mis padres Carla y Alejandro, a mis hermanos Alejandro y Sarah, porque aunque no seamos una familia perfecta, son parte del motor que me impulsa todos los días para seguir luchando por mis metas. No seré el mejor hijo, ni el mejor hermano, pero espero poder salir adelante para llegar a ser un pilar importante de nuestra familia, para ayudarles en lo que me necesiten. Así mismo, agradezco a Diana, por ser una de las personas que más me ha brindado su apoyo para terminar mi carrera, gracias por tu compañía en las noches de desvelos, por llorar conmigo en mis desilusiones, por hacer de mis problemas sus problemas y por estar 100% para mí cuando necesité de su ayuda. Gracias a los docentes que de la mano de sus conocimientos comprendí que lo importante es utilizar nuestras habilidades para ayudar a alguien, para hacer el bien contribuyendo al desarrollo de los menos favorecidos. También quiero agradecer a mis compañeros, Josué, Ofelia, Joseph, Rubén y a mi compañera de tesis por ser parte de esta aventura. Quiero crecer, cognitiva y emocionalmente para lograr ser alguien para mi país, para mi familia y para mí. Este es el primer paso para cumplir con el propósito que le he dado a mi vida. -Norman Lacayo.

(6) RESUMEN. El propósito de la presente investigación fue evaluar los diferentes procesos de coagulación para reducir la carga de Materia Orgánica Natural (MON) antes del proceso de desinfección utilizando agua de Puerto Díaz, Juigalpa, para disminuir de esta forma la formación de subproductos de la desinfección (THM´s). Para tal fin, se caracterizó el agua proveniente de Puerto Díaz, y a esta se aplicaron los procesos de coagulación en estudio, que son, coagulación clásica, doble coagulación y coagulación clásica con floculación emballestada (con lodos como floculante orgánico y con silica gel como floculante inorgánico). Además, se realizó el mismo procedimiento para agua sintética preparada en el laboratorio con ácido húmico, para eliminar interferencias en los resultados por la presencia de contraiones. Tras haber aplicado los procesos de coagulación al agua de Puerto Díaz, y al agua sintética, se procedió a realizar la determinación de los parámetros físicoquímicos para cada una de las muestras obtenidas, por cada proceso de coagulación se obtuvieron seis muestras, que corresponden a las seis jarras de esta prueba. En total se lograron obtener 48 muestras a las cuales se les determinaron, pH, turbiedad, absorbancia a 254 nm, sulfatos, aluminio, sólidos totales disueltos, carbono orgánico disuelto, conductividad; después se simuló el proceso de desinfección con hipoclorito de sodio y se determinó la formación de trihalometanos. El proceso de coagulación clásica con floculación emballestada utilizando los lodos como floculante orgánico fue según los resultados obtenidos, el más eficiente en términos de remoción de MON, por lo tanto, también es el proceso en el que se obtuvieron menores concentraciones de trihalometanos.. Palabras claves: coagulación, floculación emballestada, materia orgánica natural, desinfección, trihalometanos..

(7) ABSTRACT. The purpose of this investigation was evaluate the different coagulation processes to reduce the load of Organic Natural Matter (MON) before the disinfection process using water from Puerto Díaz, Juigalpa, to decrease the formation of disinfection byproducts ( THM's). Therefore, water from Puerto Diaz was characterized, and the coagulation processes under study were applied, which are classic coagulation, double coagulation and classic coagulation with emballested flocculation (with sludge as organic flocculant and with silica gel as inorganic flocculant). Also, the same procedure was carried out for synthetic water prepared in the laboratory with humic acid, in order to eliminate interferences in the results due to the presence of counterions. After having applied the coagulation processes to the water of Puerto Diaz, and to synthetic water, we proceeded to determine the physical-chemical parameters for each of the samples obtained, for each coagulation process, we obtained six samples, which correspond to the six jars of this test. In total, 48 samples were obtained, which were determined, pH, turbidity, absorbance at 254 nm, sulfates, aluminum, total dissolved solids, dissolved organic carbon, conductivity; then the process of disinfection with sodium hypochlorite was simulated and the formation of trihalomethanes was determined. The classic coagulation process with emballested flocculation using sludge as an organic flocculant was, according to the results obtained, the most efficient in terms of removal of MON, therefore, it is also the process in which lower concentrations of trihalomethanes were obtained.. Keywords: coagulation, trihalomethanes.. emballested. flocculation,. organic. natural. matter,. disinfection,.

(8) TABLA DE CONTENIDO. I. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1 II. OBJETIVOS ........................................................................................................ 3 2.1 Objetivo General ............................................................................................ 3 2.2 Objetivos Específicos..................................................................................... 3 III. MARCO CONCEPTUAL..................................................................................... 4 3.1 El Agua .......................................................................................................... 4 3.2 Calidad del Agua ........................................................................................... 4 3.3 Caracterización del Agua ............................................................................... 4 3.3.1 Parámetros físico-químicos ..................................................................... 5 3.4 Potabilización ............................................................................................... 13 3.4.1 Sistemas de tratamientos convencionales para potabilización ............. 15 3.5 Subproductos de la Desinfección ................................................................ 25 3.5 Normas de Calidad de Agua ........................................................................ 27 IV. MARCO METODOLÓGICO ............................................................................. 29 4.1 Caracterización físico-química del agua cruda ............................................ 30 4.1.1 Medición de los parámetros .................................................................. 30 4.2 Aplicación del proceso de coagulación clásica ............................................ 34 4.2.1 Preparación del reactivo Sulfato de aluminio ........................................ 34 4.2.2 Prueba de jarras .................................................................................... 35 4.2.3 Determinación de los parámetros físico-químicos ................................. 36 4.3 Aplicación del proceso de doble coagulación .............................................. 36 4.3.1 Prueba de jarras .................................................................................... 36 4.3.2 Determinación de los parámetros físico-químicos ................................. 36 4.4 Aplicación del proceso de coagulación clásica con floculación ................... 37 emballestada 4.4.1 Coagulación clásica con floculación emballestada utilizando ............... 37 lodos de la coagulación clásica como floculante orgánico 4.4.2 Coagulación clásica con floculación emballestada utilizando ............... 38 silica gel como floculante sintético.

(9) 4.4.3 Determinación de los parámetros físico-químicos ................................. 38 4.5 Determinación de la Producción de Trihalometanos (THM’s) ...................... 38 4.5.1 Simulación del Proceso de Desinfección .............................................. 39 4.5.2 Preparación de los reactivos ................................................................. 39 4.5.3 Preparación de la curva absorbancia vs concentración ........................ 40 4.5.4 Determinación de los THM’s ................................................................. 40 4.6 Comparación de la Efectividad de Remoción de Materia Orgánica ............. 41 de los Procesos de Coagulación Aplicados V. RESULTADOS Y DISCUSIONES ..................................................................... 42 VI. CONCLUSIONES ........................................................................................... 76 VII. RECOMENDACIONES ................................................................................... 78 VIII. ABREVIATURAS ........................................................................................... 80 IX. REFERENCIAS ............................................................................................... 80 ANEXO A. DETERMINACIONES ANALÍTICAS .................................................... 82 ANEXO B. MEMORIA DE FOTOS ...................................................................... 922 B.1 Pruebas de Jarras ....................................................................................... 92 B.2 Equipos e Instrumentos Utilizados .............................................................. 94 ANEXO C. MEMORIA DE CÁLCULO ................................................................... 95 C.1 Curva para la Determinación de Trihalometanos (THM’S) .......................... 95 C.2 Curva para Determinación de la Concentración de la Demanda ................ 98 Química de Oxígeno (DQO) C.3 Curva para Determinación de la concentración de Color ............................ 99 ANEXO D. TABLAS DE RESULTADOS ............................................................. 102.

(10) ÍNDICE DE TABLAS. Tabla 1. Efectos de la MON en la calidad del agua y sus características ............. 12 Tabla 2. Parámetros organolépticos...................................................................... 28 Tabla 3. Tabla de recolección de resultados ......................................................... 35 Tabla 4. Tabla de comparación de resultados....................................................... 41 Tabla 5. Caracterización del agua cruda de Puerto Díaz ...................................... 42 Tabla 6. Caracterización del agua del Lago Cocibolca ......................................... 44 Tabla 7. Resultados de los parámetros para el proceso de CC ............................ 45 Tabla 8. Resultados de los parámetros para la el proceso de DC ........................ 51 Tabla 9. Resultados de los parámetros obtenidos en el proceso de CC+L ........... 57 Tabla 10. Resultados de los parámetros obtenidos en el proceso de CC+S ........ 63 Tabla 11. Resultados de la formación de THM’s ................................................... 68 Tabla 12. Resultados de la comparación de los procesos de coagulación ........... 70 Tabla 13. Resultados obtenidos con el agua sintética .......................................... 73.

(11) ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Clasificación de la Materia Orgánica Natural. ........................................ 10 Figura 2. Neutralización de carga en la coagulación. ............................................ 16 Figura 3. Fases de la coagulación......................................................................... 19 Figura 4. Coagulación por adsorción..................................................................... 20 Figura 5. Coagulación por barrido. ........................................................................ 20 Figura 6. Floculación emballestada. ...................................................................... 23 Figura 7. Prueba de jarras, coagulación clásica. ................................................... 45 Figura 8. Turbiedad vs absorbancia en la CC ....................................................... 46 Figura 9. pH en el proceso de CC. ........................................................................ 47 Figura 10. Comportamiento de los STD y la conductividad en el proceso. ........... 48 de CC Figura 11. Aluminio en el proceso de CC. ............................................................. 48 Figura 12. Sulfatos en el proceso de CC. .............................................................. 49 Figura 13. Color en el proceso de CC. .................................................................. 50 Figura 14. COD en el proceso de CC. ................................................................... 50 Figura 15. Turbiedad vs absorbancia en el proceso de DC. ................................. 52 Figura 16. pH en el proceso de DC. ...................................................................... 53 Figura 17. Comportamiento de los STD y la conductividad en el proceso. ........... 53 de DC Figura 18. Aluminio en el proceso de DC. ............................................................. 54 Figura 19. Sulfatos en el proceso de DC. .............................................................. 54 Figura 20. Color en el proceso de DC. .................................................................. 55 Figura 21. COD en el proceso de DC. ................................................................... 55 Figura 22. Prueba de jarras CC+L ........................................................................ 57 Figura 23. Turbiedad vs absorbancia en el proceso de CC+L. ............................. 58 Figura 24. pH en el proceso de CC+L . ................................................................. 59 Figura 25. Comportamiento de los STD y la conductividad en el proceso. ........... 59 de CC+L Figura 26. pH en el proceso de CC+L. .................................................................. 60 Figura 27. Sulfato en el proceso de CC+L. ........................................................... 60 Figura 28. Color en el proceso de CC+L. .............................................................. 61 Figura 30. Prueba de jarras doble coagulación. .................................................... 51 Figura 29. COD en el proceso de CC+L................................................................ 62 Figura 31. Prueba de jarras CC+S. ....................................................................... 63 Figura 32. Turbiedad vs absorbancia en el proceso de CC+S. ............................. 64 Figura 33. pH en el proceso de CC+S................................................................... 65 Figura 34. Comportamiento de los STD y la conductividad en el proceso. ........... 65.

(12) de CC+S Figura 35. Aluminio y sulfatos en el proceso de CC+S. ........................................ 66 Figura 36. Color en el proceso de CC+S............................................................... 67 Figura 37. COD en el proceso de CC+S. .............................................................. 67 Figura 38. Parte del proceso para la determinación de THM’s.............................. 69 Figura 39. Celdas para la medición de absorbancia, determinación de THM’S .... 69 Figura 40. Turbiedad vs absorbancia de los procesos de coagulación. ................ 70 Figura 41. Remociones de Turbiedad y Absorbancia de los procesos de............. 71 coagulación Figura 42. Comparación del comportamiento de los STD. .................................... 72 Figura 43. Comparación de la remoción de la turbiedad de los diferentes ............ 74 procesos aplicados. Figura 44. Comparación de la remoción de la absorbancia de los diferentes. ...... 74 procesos aplicados Figura 45. Comportamiento del pH en los procesos de coagulación. ................... 74 Figura 46. Prueba de jarras CC+S en agua sintética. ........................................... 75 Figura B1. Prueba de jarras con agua de Puerto Díaz. ......................................... 92 Figura B2. Prueba de jarras con agua sintética..................................................... 92 Figura B3. Prueba de jarras CC+S agua de Puerto Díaz. ..................................... 93 Figura B4. Prueba de jarras doble coagulación, agua de Puerto Díaz. ................. 93 Figura B5. HACH DRB200. ................................................................................... 94 Figura B8. Espectrofotómetro Génesis 10SUV.Vis. .............................................. 94 Figura B6. HACH DR900....................................................................................... 94 Figura B7. HACH 2100Q. ...................................................................................... 94 Figura C1. Curva absorbancia vs concentración para determinación de THM’s. .. 97 Figura C2. Curva para determinación de DQO. .................................................... 98 Figura C3. Curva para determinar la concentración de color. ............................... 99.

(13) I. INTRODUCCIÓN. El agua es el líquido vital para todo ser viviente, la presencia de la vida en la tierra está limitada a la accesibilidad a este recurso. Para los seres humanos y animales, el agua debe de estar disponible en cantidad y con la calidad óptima para poder ser consumida. Esta calidad depende de sus propiedades físicas, químicas y biológicas, que esta a su vez dependen del medio en el que se encuentran, y sobre todo de la influencia de las actividades humanas sobre el recurso. El agua ha sido y será un recurso indispensable para el desarrollo; después de la revolución industrial y debido al crecimiento poblacional, la demanda del recurso ha incrementado desenfrenadamente, tanto para consumo humano como para la producción de productos o servicios. Al utilizar mayores cantidades, también se producen grandes volúmenes de aguas residuales que son desechadas en sitios de disposición final, que generalmente son cuerpos de agua naturales, ya sean ríos, lagos, quebradas, o el mismo océano. Además del uso desmedido del recurso hídrico para las actividades humanas que conllevan al agotamiento del recurso, la deforestación, las sequías y el cambio climático han incidido más en la falta de agua en muchos países a nivel mundial, sobre todo, en los países en vías de desarrollo, donde el agua es fundamental para los principales rubros económicos, como lo es la agricultura. Como respuesta a la degradación de las fuentes de agua naturales y a los problemas actuales de disponibilidad, se han desarrollado diversas tecnologías que permiten mejorar la calidad del recurso que ha sido contaminado por cualquier fuente antropogénica. Las tecnologías más eficientes y seguras han sido concebidas en los países con gran potencial económico y con un alto poder adquisitivo, a diferencia de los países sub-desarrollados donde estas tecnologías de punta no se pueden utilizar porque su operación y mantenimiento es muy costoso, además que es necesario contar con técnicos y especialistas en el campo. Nicaragua a pesar de ser un país tan privilegiado por los recursos hídricos que posee, la contaminación y el mal uso de las fuentes hídricas ha conllevado a la escasez, por lo tanto, ha sido necesario que los cuerpos de agua donde se realiza el vertido final de las aguas residuales domésticas e industriales, como el Lago de Nicaragua conocido como Lago Cocibolca sean utilizados para abastecer de agua 1.

(14) para potabilizar a Juigalpa y otros departamentos del país. Por la calidad del recurso, y por las actividades que influyen en esta, se debe dar un tratamiento adecuado para remover toda la contaminación a la que ha sido expuesta, para evitar enfermedades en la población que está siendo servida. En zonas rurales de Nicaragua se hace uso de la técnica de filtración en múltiples etapas, cuando se trabaja con aguas superficiales. En las grandes plantas potabilizadoras de la región central del país se utiliza el tratamiento convencional que consiste en una serie de operaciones y procesos unitarios en los cuales se encuentran: coagulación-floculación-sedimentación, filtración rápida y desinfección. Los suministros de agua potable requieren alguna forma de desinfección para prevenir la transmisión de enfermedades causadas por bacterias, virus y protozoarios, y efectos adversos debidos a la presencia de agentes químicos contaminantes. Entre los desinfectantes utilizados se encuentran el cloro, las cloraminas, el ozono o el dióxido de cloro. La mayoría de las aguas de Nicaragua son desinfectadas con cloro, siendo el método más apropiado en términos de costo y efectividad. Para desinfectar el agua se usan tres formas de cloro: cloro líquido o gas (Cl2), hipoclorito de calcio (Ca(OCI)2) e hipoclorito de sodio (NaOCl) (Sarmiento, Roja, Medina, Olivet, & Casanova, 2003). La desinfección del agua mediante cloración es adecuada para la eliminación de agentes infecciosos causantes de enfermedades, pero tiene el inconveniente de originar una serie de subproductos tóxicos de la desinfección, siendo los más abundantes los trihalometanos (THM’s). Estos se producen cuando el cloro reacciona con la materia orgánica presente, formada por sustancias húmicas (SH) y fúlvicas. Los THM originados mediante este proceso incluyen el cloroformo (CHCl3), el bromodiclorometano (CHBrCl2), el clorodibromometano (CHClBr2) y el bromoformo (CHBr3), todos ellos volátiles. Se ha observado una asociación positiva entre la concentración de los productos de la cloración y el riesgo de cáncer de vejiga, colon y recto (Sarmiento, Roja, Medina, Olivet, & Casanova, 2003). La presente investigación tiene como objetivo principal aplicar diferentes procesos de coagulación para la remoción de materia orgánica a agua natural de Puerto Díaz y agua sintética preparada en laboratorio, y de esta manera evaluar cuál de los procesos es más efectivo en términos de remoción de materia orgánica natural y por consiguiente para la reducción en la formación de sub-productos de la desinfección. 2.

(15) II. OBJETIVOS. 2.1 Objetivo General Evaluar los diferentes tipos de procesos de coagulación para la reducción de la carga de materia orgánica antes de la desinfección utilizando agua del Puerto Díaz, Juigalpa. 2.2 Objetivos Específicos a. Caracterizar mediante los parámetros físico-químicos la presencia de materia orgánica natural y otros compuestos en el agua cruda proveniente de Puerto Díaz. b. Aplicar el proceso de coagulación clásica para la remoción de materia orgánica. c. Demostrar la remoción de materia orgánica haciendo uso del proceso de doble coagulación. d. Valorar la remoción de materia orgánica después de la aplicación el proceso de coagulación clásica con floculación emballestada e. Determinar la concentración de trihalometanos que se forma después de la remoción de materia orgánica utilizando los tres procesos de coagulación estudiados previamente. f. Valorar la efectividad de los procesos de coagulación en la remoción de materia orgánica. g. Comparar la eficiencia de los procesos de coagulación en la remoción de materia orgánica natural en agua natural de Puerto Díaz y en agua sintética preparada en el laboratorio.. 3.

(16) III. MARCO CONCEPTUAL. En este capítulo se presentan cada una de las definiciones científico-técnicas tomados en cuenta para hacer posible el desarrollo de esta investigación. Entre los aspectos abordados está la caracterización físico-química y bacteriológica del agua, las normativas nacionales e internacionales que rigen la calidad de agua para consumo humano y los tratamientos convencionales, haciendo énfasis en la técnica de coagulación y floculación. 3.1 El Agua Graham, Parkinson, y Chahine (2010) explican que el agua está en todas partes de la Tierra y es la única sustancia que naturalmente puede existir como gas, líquido y sólido dentro de la gama relativamente pequeña de temperaturas y presiones del aire encontradas en la superficie. En total, el contenido de agua de la Tierra es de aproximadamente 1,39 millones de kilómetros cúbicos, la mayor parte de ella, aproximadamente el 96,5%, está en los océanos, aproximadamente el 1,7% se almacena en forma de hielo, glaciares y nieve permanente, y otro 1,7% se almacena en aguas subterráneas, lagos, ríos, arroyos y en el suelo. Finalmente, un milésimo del 1% existe como vapor de agua en la atmósfera de la Tierra (Graham, Parkinson & Chahine, 2010). 3.2 Calidad del Agua El agua se puede clasificar según sus propiedades físico-químicas y biológicas, estas propiedades determinan el uso que se les puede dar, ya sea para consumo humano, para riego, para recreación, etc. Además estas propiedades pueden manifestar el peligro o los beneficios que significa un recurso hídrico para los seres vivos. 3.3 Caracterización del Agua El agua es clasificada según sus propiedades físicas, químicas (materia orgánica e inorgánica) y biológicas, es importante la clasificación porque de ella depende si es apta para consumo humano o para cualquier otra actividad, evitando de esta forma los problemas de salud resultantes por el consumo de agua contaminada. 4.

(17) La clasificación aporta resultados cualitativos y cuantitativos relacionados a la estética, calidad e inocuidad del recurso. 3.3.1 Parámetros físico-químicos  Turbiedad La turbiedad es una medida general de la nubosidad del agua creada por las partículas suspendidas. Se ha utilizado para evaluar la calidad del agua potable durante más de un siglo y sigue siendo la medida más utilizada en el tratamiento de agua potable. Estas partículas suspendidas pueden incluir arcilla, limo, materia inorgánica y orgánica finamente dividida, compuestos orgánicos de color soluble y plancton, además de otros organismos microscópicos. La turbidez excesiva, o nubosidad, en el agua potable es estéticamente poco atractiva, y también puede representar un problema de salud, ya que puede proporcionar alimento y refugio para patógenos (Parsons & Jefferson, 2006). Según Crittenden, et. al (2012), las partículas se definen como sólidos finamente divididos más grandes que las moléculas, pero generalmente no se distinguen individualmente por el ojo sin ayuda de un equipo como el microscopio. Las partículas en el agua son importantes por una variedad de razones, incluyendo su impacto en los procesos de tratamiento y los posibles impactos en la salud sobre todo por las partículas asociadas con patógenos. Las partículas en agua pueden clasificarse de acuerdo con su fuente, tamaño, estructura química, características ade carga eléctrica y características de interfaz agua-sólido. Las principales fuentes naturales de partículas en el agua son los procesos de erosión del suelo y la actividad biológica. Las arcillas y limos son producidos por la intemperie. Las algas, las bacterias y otros microorganismos superiores son los tipos predominantes de partículas producidas biológicamente. Algunas partículas tienen fuentes naturales y otras proceden de fuentes antropogénicas. Las partículas pueden ser transportadas al agua a través de la erosión directa de los ambientes terrestres, suspendidas por turbulencia y mezcladas en agua, o formadas en la columna de agua durante la actividad biológica, la precipitación química o mediante la deposición atmosférica (Crittenden, et. al, 2012).. 5.

(18)  Color El color de un agua se debe a sustancias coloreadas existentes en suspensión o disueltas en ella: materias orgánicas procedentes de la descomposición de vegetales, así como de diversos productos y metabolitos orgánicos que habitualmente se encuentran en ellas (coloraciones amarillentas). Además, la presencia de sales solubles de Fe y Mn (aguas subterráneas y superficiales poco oxigenadas) también produce un cierto color en el agua. En aguas naturales de lagos y embalses suele existir una relación directa entre color y pH, de forma que cuando aumenta el segundo lo hace el primero. El color de las aguas profundas de lagos y embalses durante la época de estratificación térmica es marcadamente superior al del agua superficial (Galvín, s.f.). En este sentido, la importancia del color en el agua de consumo es fundamentalmente, de carácter organoléptico: cuando se toma agua coloreada, ineludiblemente se la asocia a agua "peligrosa" para la salud.  pH El pH de un agua se debe sobre todo al equilibrio carbónico y a la actividad vital de los microorganismos acuáticos. Respecto a lo primero, la secuencia de equilibrios de disolución de CO2 en un agua, y la subsiguiente disolución de carbonatos e insolubilización de bicarbonatos, alteran drásticamente el pH de cualquier agua. Según Crittenden, et. al (2012), el pH es una medida de las propiedades ácidobase de una solución. El pH es un parámetro importante en el tratamiento del agua, ya que influye directamente en las dosificaciones de sustancias químicas que se añaden a la dureza y las partículas coaguladas. El pH se mide como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno: pH=−log10[H+]. (1). Con relación al agua potable, el consumo de aguas con valores extremos de pH puede provocar irritaciones de mucosas y órganos internos, e incluso procesos ulcerosos. Además, aguas con pH<7 favorecen corrosiones en la red de distribución de aguas potables, y la aparición de condiciones físico-químicas que permiten la formación de H2S en casos extremos mediante concurso microbiano. Por último, otro efecto asociado al pH de un agua potable es que valores altos 6.

(19) están generalmente asociados a la presencia de aguas coloreadas y por tanto, no agradables para el consumo humano.  Conductividad La conductividad es producida por los electrolitos que lleva disueltos un agua y es, lógicamente, muy baja en el agua pura (unas pocas centésimas de μS/cm). La conductividad del agua es la medida de la habilidad de una solución de conducir una corriente eléctrica. Porque la corriente eléctrica es transportada por los iones en solución, la conductividad incrementa si la concentración de iones incrementa. En efecto, la medida de la conductividad eléctrica es utilizada como un sustituto de la medida de la concentración total de los sólidos suspendidos. En la actualidad la conductividad eléctrica del agua es uno de los parámetros más importantes para determinar la solubilidad del agua para irrigación (Metcalf & Eddy, 2003).  Sulfatos Los sulfatos, sales solubles en agua a excepción de los de Plomo, Bario y Estroncio, se hallan profusamente repartidos en todas las aguas. Las fuentes primarias de sulfatos son rocas evaporitas, que se forman por evaporación de agua y precipitación mineral, como yeso (CaSO4 • 2H2O) y anhidrita (CaSO4), roca sedimentaria como la pirita (FeS2), precipitaciones y metabolismo bacteriano. La concentración de sulfato en aguas oxidadas oscila típicamente entre 5 mg/L y 30 mg/L, indican que los sulfatos en un agua de bebida provocan sabores amargos . Como efecto positivo, ha de destacarse que aguas con importante contenido en sulfatos, insolubilizan los metales pesados allí presentes y minimizan su toxicidad (Crittenden, et. al, 2005).  Carbón Orgánico Disuelto (COD) Paolini (1990) señala que el carbono orgánico transportado por los ríos generalmente se divide en la fracción disuelta (COD) y particulada en base a filtración. Esta distinción es puramente operacional ya que entre ambas fracciones existe un continuo intercambio. El término se refiere a los compuestos disueltos en el agua que se derivan de la materia orgánica. Las sustancias húmicas representan aproximadamente el 70 % 7.

(20) de la MON. Si la proporción de carbón orgánico disuelto y carbón orgánico total (COD/COT) es relativamente baja (la mayor cantidad de material orgánico está en forma de partículas), y puede esperarse que los procesos físicos como sedimentación y filtración remuevan un fragmento significativo de MON. Del mismo modo, las proporciones de COD/COT relativamente altas (> 0.5) indican que la MON está en forma soluble. Por consiguiente, otro proceso como coagulación, adsorción por carbón activado granular, y filtración de membrana son requeridos para lograr una remoción adecuada (Krasner, Croue, Buffle & Perdue 1996). Generalmente se determina como mg/L de COD en la muestra.  Absorción Ultravioleta a 254 Nanómetros (UV254) Para el análisis de la concentración de materia orgánica residual en los ensayos de adsorción se ha utilizado el parámetro UV 254 (Absorbancia Ultravioleta a 254 nm) en vez del COT (Carbono Orgánico Total): la UV254 es un parámetro que también se usa como indicador del contenido orgánico total del agua y como sustituto rápido del COT (Rodríguez, 2003).  Aluminio (Al3+) El Aluminio (Al3+) presente en aguas naturales proviene de la disolución de silicatos y filosilicatos, pudiendo encontrarse como sales solubles o compuestos coloidales. La dinámica del Al en aguas naturales se inicia con la meteorización de rocas silicatadas que generan en un principio aluminio coloidal, posteriormente convertido en aluminio disuelto (Universidad de Jaén, 2005). La existencia de Al3+ en aguas tratadas proviene del uso común de sales de aluminio en coagulación de aguas destinadas a consumo doméstico. Respecto a esto, durante mucho tiempo se consideró que existía relación entre alta incidencia de la enfermedad de Alzheimer y el uso de agua de grifo rica en Al 3+, en procesos de diálisis a que se sometía a enfermos renales. Sin embargo, en la actualidad este punto parece no confirmarse (Universidad de Jaén, 2005).  Sólidos Totales Disueltos (STD). Los sólidos disueltos totales (STD) comprenden las sales inorgánicas principalmente de calcio, magnesio, potasio y sodio, bicarbonatos, cloruros y sulfatos) y pequeñas cantidades de materia orgánica que están disueltas en el agua. Los STD presentes en el agua de consumo proceden de fuentes 8.

(21) naturales, aguas residuales, escorrentía urbana y aguas residuales industriales. Las sales empleadas en algunos países para eliminar el hielo de las carreteras también contribuyen a aumentar el contenido de STD en el agua de consumo. Debido a las diferentes solubilidades de diferentes minerales, las concentraciones de STD en el agua varían considerablemente de unas zonas geológicas a otras (Organización Mundial de la Salud [OMS], 2006). No se dispone de datos fiables sobre posibles efectos para la salud asociados a la ingestión de STD presentes en el agua de consumo y no se propone ningún valor de referencia basado en efectos sobre la salud. No obstante, la presencia de concentraciones altas de STD en el agua de consumo puede resultar desagradable para los consumidores (OMS, 2006). 3.3.2 Materia orgánica natural (MON) La materia orgánica natural (MON), es el término utilizado para describir la compleja matriz de productos químicos orgánicos procedentes de fuentes naturales que están presentes en todas las masas de agua. La materia orgánica natural se origina en un cuerpo de agua debido a la actividad biológica, incluyendo secreciones de la actividad metabólica de algas, protozoos, microorganismos y formas de vida superiores, decadencia de materia orgánica por bacterias y las excreciones de peces u otros organismos acuáticos. Los cuerpos y el material celular de plantas y animales acuáticos contribuyen a la MON. La materia orgánica natural originada de muchas de las mismas actividades biológicas experimenta diversas reacciones debido a la presencia del suelo y de diversos organismos (Crittenden, et. al, 2005). Históricamente, la importancia de la MON en el agua potable se ha relacionado por su impacto en la calidad estética del recurso, ya que la MON produce un color amarillento en el agua, que muchas personas encuentran desagradable. Recientemente, la preocupación por la MON se ha centrado en su capacidad para reaccionar con cloro y formar subproductos de desinfección, que a menudo son cancerígenos (Crittenden, et. al, 2005). Thurman and Malcolm (1981) citado por García (2011), explican que la MON puede estar dividida en dos fracciones, la fracción hidrofóbica y la fracción hidrofílica. La fracción hidrofóbica o húmica de alta aromaticidad es menos soluble en el agua, debido a su alto peso molecular, es de color amarillo a negro marrón y es pobre en nitrógeno. La fracción hidrofílica o no húmica, por otro lado, es 9.

(22) considerada como la menos reactiva y rica en nitrógeno, y consiste en carbohidratos, lípidos, ácidos hidrofílicos y aminoácidos. Según García (2011), la fracción húmica consiste mayormente en ácidos húmicos y fúlvicos. El ácido húmico es más reactivo que el ácido fúlvico y puede ser removido más fácilmente por coagulación debido a su mayor peso molecular, gran tamaño y su baja solubilidad en el agua, por lo tanto, bajas dosis de coagulante son suficiente para formar flóculos. El ácido húmico es caracterizado por su color negro marrón a negro debido a sus dobles enlaces. El ácido fúlvico es menos reactivo, y mayores dosis de coagulante son requeridas para su remoción debido a su bajo peso molecular, pequeño tamaño y mejor solubilidad en el agua. Su color varía desde amarillo, hasta negro marrón. Ácidos Húmicos Fracción Húmica (Hidrofóbica) Ácidos Fúlvicos Materia Orgánica Natural. Ácidos Hidrofílicos. Fracción NoHúmica (Menos hidrofóbica). Proteínas. Carbohidratos. Aminoácidos Figura 1. Clasificación de la Materia Orgánica Natural. Fuente: García, 2011..  Ácido Húmico Manahan (2007) expresa que la clase más importante de agentes formadores de complejos que existe en la naturaleza son las sustancias húmicas. Éstos son resistentes a la degradación y se forma durante la descomposición de la vegetación depositada en el suelo, en sedimentos de los pantanos, turba, carbón, lignito o en casi cualquier lugar donde se hayan deteriorado grandes cantidades de vegetación. Las sustancias húmicas se clasifican normalmente según su solubilidad. Si un material que contiene sustancias húmicas se extrae con una 10.

(23) base fuerte y se acidifica la disolución resultante, los productos son (a) un residuo de panta no extraíble llamado humina (insoluble en álcali o ácido); (b) un material que precipita del extracto acidificado, llamado ácido húmico (soluble en álcali); y (c) un material orgánico que permanece en la disolución acidificada, llamado ácido fúlvico (soluble en álcali o ácido). Debido a sus propiedades ácido-base, de sorción y para formar complejos, las sustancias húmicas, tanto solubles como insolubles tienen un fuerte efecto en las propiedades del agua. En general, el ácido fúlvico se disuelve en el agua y ejerce sus efectos en disolución. La humina y el ácido húmico permanecen insolubles y afectan la calidad del agua a través del intercambio de especies, como cationes o materiales orgánicos, con el agua. Las sustancias húmicas son macromoléculas polielectrolíticas de elevado peso molecular. Sus masas moleculares varían desde unos poco cientos para el ácido fúlvico a decenas de miles para las fracciones de ácido húmico y de humina. Estas sustancias contienen un esqueleto de carbono con un elevado grado de aromaticidad y con un alto porcentaje de peso molecular incorporado en grupos funcionales, la mayoría de los cuales contiene oxígeno. Las sustancias húmicas se conocen desde antes de 1800, pero sus características estructurales y químicas todavía están siendo investigadas (Manahan, 2007).  Propiedades y Estabilidad de las Partículas en Agua Las partículas en agua pueden clasificarse, en la práctica, como suspendidas y coloidales, según el tamaño de partícula. Debido a que las pequeñas partículas suspendidas y coloidales y los constituyentes disueltos no pueden eliminarse por sedimentación en un periodo de tiempo razonable, se deben usar métodos químicos (es decir, el uso de coagulantes químicos y auxiliares de floculantes) para ayudar a conseguir la eliminación de estas partículas. Para apreciar el papel de coagulantes químicos y auxiliares de floculantes, es importante comprender las propiedades fisicoquímicas y eléctricas de las partículas coloidales que se encuentran en el agua y las propiedades de la materia orgánica disuelta (Crittenden, et. al, 2005). Se requiere la eliminación de contaminantes en partículas porque pueden: 1. Reducir la claridad del agua a niveles inaceptables (es decir, provocar turbidez) así como impartir color al agua (razones estéticas) 2. Ser agentes infecciosos (por ejemplo, virus, bacterias, y protozoos) 3. Tienen compuestos tóxicos adsorbidos a sus superficies externas. 11.

(24) La eliminación del MON disuelto es importante porque muchos de los constituyentes disueltos que comprenden la MON son precursores de la formación de subproductos de desinfección cuando se usa cloro para la desinfección. Muchos de los componentes que componen la MON pueden también impartir color al agua. La eliminación de componentes disueltos como el calcio y el magnesio, que causan dureza (Crittenden, et. al, 2005). El método más común utilizado para eliminar la materia particulada y una porción del MON disuelto de las aguas superficiales es por sedimentación y / o filtración después del acondicionamiento del agua por coagulación y floculación (Crittenden, et. al, 2005). Tabla 1. Efectos de la MON en la calidad del agua y sus características. Parámetro. Color. Metales orgánicos sintéticos. Sub-productos de la desinfección. Coagulación. Efecto de la materia orgánica natural (MON) La materia orgánica natural puede ocasionar un color amarillento en el agua, siendo este un aspecto estéticamente desagradable. La MON puede reaccionar y hacer complejos con metales y químicos orgánicos hidrófobos (como plaguicidas), haciéndolos más solubles. Una vez que estos productos químicos son solubles, pueden transportarse más fácilmente en medios acuáticos y son más difíciles de eliminar durante el tratamiento. La MON reacciona con desinfectantes químicos, formando subproductos de desinfección. Muchos de estos subproductos han demostrado ser carcinógenos o tienen otros efectos adversos para la salud pública. La MON reacciona y consume coagulantes, de manera que la dosis requerida para lograr una eliminación efectiva de la turbidez es mucho mayor de lo que sería si estuviese ausente. 12.

(25) Parámetro. Adsorción. Membranas. Distribución. Efecto de la materia orgánica natural (MON) La MON se adhiere al carbón activado, agotando rápidamente la capacidad de absorción del carbono. Las isotermas de adsorción son mucho más difíciles de predecir en la presencia de la materia orgánica. La materia orgánica obstruye los poros de la membrana y ensucia las superficies, lo que conduce a una rápida disminución del flujo a través de la membrana. La MON puede ser biodegradable, conduciendo a la corrosión y al crecimiento de sistemas de distribución (especialmente cuando se utilizan oxidantes durante el tratamiento).. Fuente: Crittenden, et. al, 2005.. 3.4 Potabilización La potabilización del agua es la aplicación de un conjunto de tecnologías y procesos con el fin de eliminar los constituyentes del agua que afectan a la salud y bienestar de los seres humanos, animales y plantas. Se han desarrollado un sin número de tecnologías alrededor del mundo para potabilizar el agua para consumo humano, muchas de estas tecnologías tienen altos costos de operación y mantenimiento, además que requiere personal altamente capacitado para diseñar y operar las plantas, estas se han desarrollado en los países con buenas economías, donde la población tiene las posibilidades para pagar el suministro de agua en cantidad y calidad. No es el caso de algunas regiones, como en algunos países de Centroamérica, donde se utilizan algunas tecnologías de bajo costo y por lo tanto de baja eficiencia para tratar las aguas que serán suministradas a la población (Organización Panamericana de la Salud [OPS], 2004). Los sistemas de potabilización en Nicaragua, tales como plantas de filtración lenta o rápida, se utilizan solo en las localidades del interior del país, donde las fuentes 13.

(26) de agua para esas zonas provienen de aguas superficiales (principalmente ríos). En la zona del Pacífico, se explotan fuentes subterráneas, que presentan excelente calidad: en consecuencia, todos los sistemas localizados en esta Región solo disponen de desinfección con soluciones de cloro gas o líquido (OPS, 2004). En Nicaragua, el uso de sistemas de tratamiento complejos para potabilización no es una práctica común. Sin embargo los proyectos futuros de desarrollo de sistemas de abastecimiento en la Zonas Atlántica, necesariamente demandarán el diseño y construcción de plantas potabilizadoras, y por ende, capacitación del personal y nuevos laboratorios (OPS, 2004). Por otro lado, en el interior del país, principalmente en las zonas norte, central y sur, operan sistemas de abastecimiento con tomas de agua en fuentes superficiales, generalmente ríos, que requieren de tratamiento de potabilización. En estos sistemas se han aplicado tanto las tecnologías de bajo costo como las de tipo convencional. La capacidad conjunta de estas obras de tratamiento es del orden de 532 L/s y están formadas en un 78% de plantas de filtración rápida y el 22% comprenden plantas de filtración lenta (OPS, 2004). Estos sistemas de tratamiento no existen en la Región Atlántica, sin embargo, en la medida que se aumente la cobertura de los servicios en esa zona, se prevé el uso intenso de agua superficial. Esto conllevará a la necesidad de utilizar los procesos de potabilización convencional (OPS, 2004). El incremento de sistemas de tratamiento, necesariamente demandará acciones de capacitación de personal, así como técnicos de laboratorio en las ciudades o localidades en las cuales sean construidas. La Empresa Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados [ENACAL], cuentan con un laboratorio central con equipos modernos para determinaciones de análisis físico químicos y bacteriológicos, así como equipos para detección de metales pesados, sin embargo, no cuenta con los suficientes patrones y reactivos para el monitoreo de estos últimos (OPS, 2004).. 14.

(27) 3.4.1 Sistemas de tratamientos convencionales para potabilización La calidad del agua cruda oscila grandemente de una fuente a otra; por ello, el tipo de tratamiento requerido para producir agua potable también varía. Dependiendo de la calidad del agua cruda, el grado de complejidad del tratamiento es diferente. El diseño de una planta de tratamiento eficiente y económico requiere un estudio de ingeniería cuidadoso basado en la calidad de la fuente y en la selección apropiada de los procesos y operaciones de tratamiento más adecuados y económicos para producir agua de la calidad requerida. Como no existe una norma o fórmula que permita determinar el tipo de planta requerido para valorar un agua, es necesario realizar los estudios de tratabilidad. Se han formulado criterios generales de tratamiento de agua cruda, según la calidad de la fuente, los cuales sirven como guía (Rojas, 1999). Típicamente, la materia orgánica encontrada en aguas naturales está presente en una de tres formas: particulada, coloidal o disuelta. La materia orgánica disuelta se define pragmáticamente por la industria del agua como aquellas moléculas que pasan a través de un filtro de 0,45 μm. La materia particulada es mayor que ésta y puede eliminarse fácilmente con un tratamiento de agua convencional que comprende coagulación, floculación, sedimentación y filtración, de una manera similar a la eliminación de otras partículas de turbidez (Nowack & Cannon, 1997).  Coagulación Es un proceso de desestabilización química de las partículas coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados, por medio de la adición de los coagulantes químicos y la aplicación de la energía de mezclado (Vickers, Thompson, & Kelkar, 1995). El uso de coagulante es necesario para lograr la neutralización de carga y facilitar la agregación de partículas necesaria para que los procesos de sedimentación y filtración funcionen correctamente. Las variaciones en la calidad del agua cruda, tanto diaria como estacional, como el pH, la alcalinidad, el carbono orgánico total (COT) y la temperatura determinan la dosis óptima de coagulante (Vickers, Thompson, & Kelkar, 1995). La coagulación es el tratamiento más eficaz pero también es el que representa un gasto elevado cuando no está bien realizado. Es igualmente el método universal 15.

(28) porque elimina una gran cantidad de sustancias de diversas naturalezas y de peso de materia que son eliminados al menor costo, en comparación con otros métodos (Crittenden, et. al, 2005). El proceso de coagulación mal realizado puede conducir a una degradación rápida de la calidad del agua y representa gastos de operación no justificadas. Por lo tanto que se considera que la dosis del coagulante condiciona el funcionamiento de las unidades de decantación y que es imposible de realizar una clarificación, si la cantidad de coagulante está mal ajustada (Crittenden, et. al, 2005). En esta figura se muestra como las sustancias químicas anulan las cargas eléctricas sobre la superficie del coloide, permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren formando flóculos.. Figura 2. Neutralización de carga en la coagulación. Fuente: Vargas, 2004.. La adición de un coagulante neutraliza las cargas, produciendo un colapso de la “nube de iones” que rodean los coloides de modo que puedan aglomerarse. 16.

(29) Crittenden, et al, (2005) afirman que el objetivo del proceso de coagulación depende de la fuente del agua y de la naturaleza de los componentes orgánicos suspendidos, coloidales y disueltos. La coagulación mediante la adición de los productos químicos hidrolizantes, tales como alúmina y sales de hierro y / o polímeros orgánicos, puede implicar:  La desestabilización de pequeñas partículas suspendidas y coloidales  La adsorción y/o reacción de porciones del MON coloidal y disuelto a partículas.  La creación de partículas floculantes que barrerán a través del agua que se va a tratar, engrasando pequeños materiales suspendidos, coloidales y disueltos a medida que se asientan. Los mecanismos que pueden ser explotados para lograr la desestabilización de partículas y según Vargas (2004) incluyen:    . La compresión de la doble capa eléctrica La adsorción y la neutralización de la carga La adsorción y la interconexión de puente El enmezclado en un precipitado o "floc de barrido".. Coagulantes Utilizados Vargas (2004) dice que los componentes son productos químicos que al adicionar al agua son capaces de producir una reacción química con los componentes químicos del agua, para formar un precipitado voluminoso, muy absorbente, constituido generalmente por el hidróxido metálico que se está utilizando. Los principales coagulantes utilizados para desestabilizar las partículas y producir el floc son:       . Sulfato de Aluminio Aluminato de Sodio Cloruro de Aluminio Cloruro Férrico Sulfato Férrico Sulfato Ferroso Polielectrolitos 17.

(30) Siendo los más utilizados las sales de Aluminio y de Hierro; cuando se adiciona estas sales al agua se producen una serie de reacciones muy complejas donde los productos de hidrólisis son más eficaces que los iones mismos; estas sales reaccionan con la alcalinidad del agua y producen los hidróxidos de aluminio o hierro que son insolubles y forman los precipitados (Vargas, 2004). Influencia de la Dosis de Coagulante Vargas (2004) expresa que la cantidad de coagulante a utilizar tiene influencia directa en la eficiencia de la coagulación, así:  Poca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partícula, la formación de los microflóculos es muy escaso, por lo tanto la turbiedad residual es elevada.  Alta cantidad de coagulante produce la inversión de la carga de la partícula, conduce a la formación de gran cantidad de microflóculos con tamaños muy pequeños cuyas velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto la turbiedad residual es igualmente elevada. Para determinar la cantidad de coagulante necesario en una planta de tratamiento se puede utilizar la prueba de jarra, que es una simulación, en la medida de lo posible, de las condiciones esperadas o deseadas en las instalaciones de coagulación-floculación. Generalmente, la prueba consiste en una fase de mezcla rápida (alta intensidad de mezcla) con una adición simple del lote del coagulante o coagulantes seguida de un período de lenta mezcla simular la floculación. Los flóculos se dejan sedimentar y se toman muestras del sobrenadante. Estos parámetros deben medirse como parte de la rutina de ensayo de jarra: (1) eliminación de turbidez o eliminación de sólidos suspendidos; (2) extracción de MON; (3) concentraciones residuales de coagulantes disueltos de coagulantes Fe o Al3+; y (4) el volumen de lodo que se produce. Si se va a usar filtración directa, la filtrabilidad debe ser evaluada usando una prueba de filtrabilidad (Crittenden, et. al, 2005). Se resumen los resultados de una serie de prueba de jarras para determinar la dosis óptima de alúmina para la eliminación de turbidez para un agua dada. Sin embargo, debe enfatizarse que la concentración de partículas de agua bruta y MON varían con la estación y, por lo tanto, la dosis óptima de coagulante también cambia con la estación (Crittenden, et. al, 2005). 18.

(31) Etapa o Fases de la Coagulación Según Vargas (2004), el proceso de coagulación se desarrolla en un tiempo muy corto (casi instantáneo), en el que se presentan las siguientes etapas:  Hidrólisis de los coagulantes y desestabilización de las partículas en suspensión  Formación de compuestos químicos poliméricos  Adsorción de cadenas poliméricas por los coloides  Adsorción mutua de coloides  Acción de barrido. Figura 3. Fases de la coagulación. Fuente: Vargas, 2004.. 19.

(32) Tipos de Coagulación Se presentan dos tipos básicos de coagulación: Coagulación por Adsorción: cuando el agua presenta una alta concentración de partículas al estado coloidal; cuando el coagulante es adicionado al agua turbia los productos solubles de los coagulantes son adsorbidas por los coloides y forman los flóculos en forma casi instantánea (Vargas, 2004).. Figura 4. Coagulación por Adsorción. Fuente: Vargas, 2004.. Coagulación por Barrido: Este tipo de coagulación se presenta cuando el agua es clara (presenta baja turbiedad) y la cantidad de partículas coloides es pequeña; en este caso las partículas son estampadas al producirse una sobresaturación de precipitado de sulfato de aluminio o cloruro férrico (Vargas, 2004).. Figura 5. Coagulación por barrido. Fuente: Vargas, 2004.. 20.

(33)  Mezcla Rápida El diseño de mezcla rápida, radica en la importancia de dispersar uniformemente el coagulante en el agua cruda de manera que se evite el sub-tratamiento o el sobre-tratamiento. Consiste en hacer pasar el agua por turbulencia para que permita la dispersión del coagulante en el agua, pueden utilizarse saltos hidráulicos, canaletas, etc. El tiempo y el grado de mezcla han sido considerados como los factores más importantes en el diseño; sin embargo, consideraciones adicionales sobre el mecanismo de la coagulación y la cinética de las reacciones de coagulación son también necesarias. La coagulación en el agua, con alumbre, ocurre predominantemente mediante dos mecanismos: adsorción de las especies hidrolizadas solubles sobre el coloide, con la consecuente desestabilización de éste, y coagulación de barrido, en la cual el coloide es entrapado dentro del hidróxido de aluminio precipitante (Rojas, 1999).  Floculación EI término floculación se refiere a la aglomeración de partículas coaguladas en partículas floculentas; es el proceso por el cual, una vez desestabilizados los coloides, se provee una mezcla suave de las partículas para incrementar la tasa de encuentros o colisiones entre ellas sin romper o disturbar los agregados preformados (Rojas, 1999). De la misma manera que la coagulación, la floculación es influenciada por fuerzas químicas y físicas tales como la carga eléctrica de las partículas, la capacidad de intercambio, el tamaño y la concentración del flóculo, el pH, la temperatura del agua y la concentración de los electrolitos. En partículas muy pequeñas el movimiento Browniano provee cierto grado de transporte de ellas creando la floculación pericinética, pero en partículas grandes, el movimiento Browniano es muy lento y se requiere algún mecanismo de transporte que induzca la colisión de las partículas creando la floculación ortocinética (Rojas, 1999). Teniendo en cuenta que la influencia y magnitud del efecto de cada uno de los factores que participan en la floculación no están aún definidas exactamente, es importante conocer el comportamiento del agua mediante ensayos de jarras o experiencias previas en plantas de tratamiento (Rojas, 1999).. 21.

(34) En la floculación, una vez introducido y mezclado el coagulante, las partículas diminutas coaguladas son puestas en contacto una con otra y con las demás partículas presentes, mediante agitación lenta prolongada, floculación, durante la cual las partículas se aglomeran, incrementan su tamaño y adquieren mayor densidad (Rojas, 1999). De acuerdo a Crittenden, et. al (2005), el objetivo de la floculación es producir partículas, por medio de la agregación, que pueden eliminarse mediante procedimientos posteriores de separación de partículas tales como sedimentación por gravedad y/o filtración. Dependiendo del tamaño de las partículas y del método de agregación, se pueden identificar dos tipos generales de floculación:  Microfloculación (también conocida como floculación pericinética) en la que la agregación de partículas es provocada por el movimiento térmico aleatorio de moléculas fluidas como movimiento Browniano) y  La macrofloculación (también conocida como floculación ortocinética) en la cual la agregación de partículas se produce induciendo gradientes de velocidad y mezclándose en el fluido que contiene las partículas a flocular. Algunas consideraciones a tomar en cuenta son que la agitación del agua, mediante mezcla hidráulica o mecánica, produce gradientes de velocidad cuya intensidad controla el grado de floculación producido. El número de colisiones entre partículas está directamente relacionado con el gradiente de velocidad. Se puede determinar la potencia introducida al agua, necesaria para obtener un grado particular de floculación, según un gradiente de velocidad específico. El período de floculación debe ser inmediato al de mezcla rápida; en algunas aguas, períodos largos tienden a aumentar la rotura del flóculo y producir características pobres de sedimentación; por el contrario, períodos cortos pueden no ser suficientes para una formación completa del flóculo. Aunque la floculación no es siempre necesaria, por ejemplo en plantas de floculación por contacto, en donde el coagulante se aplica directamente a la entrada del agua a los filtros de lecho dual, se reconoce su importancia en aguas turbias y coloreadas (Rojas, 1999). Los dos criterios principales que controlan el proceso de floculación son la intensidad de la mezcla y el período de agitación (Rojas, 1999). La coagulación típicamente ocurre en menos de 10 s cuando la floculación ocurre durante un periodo de 20 a 45 minutos (Crittenden, et. al, 2005). 22.

(35)  Coagulación con floculación emballestada La Floculación de partículas mejorada se ha utilizado en Europa durante más de 15 años, pero solo se ha introducido recientemente en los Estados Unidos. En su forma más básica, la floculación de partículas mejorada implica la adición de un agente de lastre inerte (generalmente silica o lodo reciclado químicamente acondicionado) y un polímero a una suspensión coagulada y parcialmente floculada.. Figura 6. Floculación emballestada. Fuente: Metcalf & Eddy, 2003.. En la Figura 6 se puede observar que el polímero recubre las partículas de lastrado y forma el "pegamento" que une el flóculo químico a las partículas lastradas. Después del contacto con el agente de lastre, la mezcla se agita suavemente en un tanque de maduración que permite que crezcan las partículas del flóculo. Las partículas crecen a medida que las partículas más grandes y más rápidas se apoderan y colisionan partículas de sedimentación lenta. El gradiente de velocidad (G) para la floculación es importante ya que un gradiente alto provocará una degradación en las partículas del flóculo y una agitación insuficiente inhibirá la formación de flóculos (Metcalf & Eddy, 2003).  Sedimentación Se designa por sedimentación la operación por la cual se remueven las partículas salidas de una suspensión mediante la fuerza de gravedad; en algunos casos se denomina clarificación o espesamiento. Dos son las formas de sedimentación usadas la purificación del agua: sedimentación simple y sedimentación después de coagulación y floculación o ablandamiento (Rojas, 1999).. 23.

(36) La sedimentación simple es generalmente un tratamiento primario para reducir la carga de sólidos sedimentables antes de la coagulación; en esos casos se le conoce como pre-sedimentación (Rojas, 1999). La sedimentación después de la adición de coagulantes y de la floculación se usa para remover los sólidos sedimentables que han sido producidos por el tratamiento químico, como en el caso de remoción de color y turbiedad o en el ablandamiento con cal. La sedimentación puede ser precedida por presedimentación y aireación; generalmente va seguida de la filtración. En el tratamiento de aguas residuales, la sedimentación se usa principalmente para remover sólidos suspendidos sedimentables, tratamiento primario, y para la remoción de material orgánico y biomasa preformada en los sistemas de tratamiento secundario y para espesamiento de lodos (Rojas, 1999).  Filtración La filtración remueve el material suspendido, medido en la práctica como turbiedad, compuesto de flóculo, suelo, metales oxidados y microorganismos. La remoción de microorganismos es de gran importancia puesto que muchos de ellos son extremadamente resistentes a la desinfección y, sin embargo, son removibles mediante filtración. Lo anterior indica por qué en la práctica se considera que el propósito principal de la filtración es remover turbiedad e impedir la interferencia de la turbiedad con la desinfección, al proveer protección a los microorganismos de la acción del desinfectante (Rojas, 1999).  Desinfección El método de desinfección del agua utilizado en el país es la cloración, mediante cloro gas y soluciones de hipoclorito de sodio y de calcio. ENACAL tiene 273 unidades de cloración instaladas en sus sistemas. Las empresas de Matagalpa y Jinotega reportan un 100% de clorinadores instalados en las ciudades principales, sin embargo existen algunos problemas de continuidad en los acueductos del interior. El índice de cloración a nivel nacional reportado es del 98%, lo cual es muy alto, existiendo, sin embargo, equipos en malas condiciones (OPS, 2004). Aunque no hay problemas de suministros y entregas de los productos químicos, existen equipos en mal estado (actualmente son 42) siendo por tanto urgente la adquisición de nuevos equipos (OPS, 2004).. 24.