Floculador de lecho poroso en material de relleno plástico

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(1)1. FLOCULADOR DE LECHO POROSO EN MATERIAL DE RELLENO PLASTICO. KIMBERLY GÓMEZ VIDAL LAURA TATIANA JIMENEZ CASTRO. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL VILLAVICENCIO 2017.

(2) 2. FLOCULADOR DE LECHO POROSO EN MATERIAL DE RELLENO PLASTICO. KIMBERLY GÓMEZ VIDAL LAURA TATIANA JIMENEZ CASTRO AUXILIAR DE INVESTIGACION COMO REQUISITO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERÍA CIVIL. ASESOR ING. NELSON EDUARDO GONZALEZ. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL VILLAVICENCIO 2017.

(3) 3. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA. DRA. MARITZA RONDÓN RANGEL RECTORA NACIONAL. DR.CESAR PEREZ LONDOÑO DIRECTOR DE SEDE. DR.HENRY VERGARA BOBADILLA SUBDIRECTOR DE ACADEMICO. DRA. NANCY GIOVANA COCUNUBO DIRECTORA DE INVESTIGACIONES. ING.RAUL ALARCÓN BERMÚDEZ DECANO DE FACULTAD DE INGENIERIAS. ING.NELSON GONZALEZ.

(4) 4. COORDINADOR DE COMITÉ DE INVESTIGACIONES PROGRAMA. PAGINA DE ADVERTENCIA. La universidad cooperativa de Colombia sede Villavicencio.

(5) 5. No se hace responsable de los conceptos Emitidas por los autores de este trabajo.. NOTA DE ACEPTACION _______________________________ _______________________________ _______________________________. _______________________________. FIRMA DEL PRESIDENTE JURADO. _______________________________. FIRMA DEL JURADO. _______________________________. FIRMA DEL JURADO.

(6) 6. Villavicencio, mayo 9 del 2017.. Quiero dedicarle esto a Dios por darme la capacidad para poder culminar mi carrera y lograr este gran sueño, a mi papi que a pesar de que por circunstancias de la vida estuvo lejos sin poder ver mi proceso, estuvo siempre apoyándome en la distancia y dándome las fuerzas necesarias para hacer posible lo imposible sin importar nada. Y sobre todo a mi mami que no pudo acompañarme en esta etapa, que mi Dios decidió tenerla en el cielo para que fuera mi ángel y la luz de mi camino, a ella que antes de partir le prometí con lágrimas en mis ojos que iba ser la mejor ingeniería e iba a seguir demostrándole que así ella no estuviera yo seguiría viviendo y luchando por mis sueños y metas, a ella que no puede abrazarme y decirme estoy orgullosa de ti, a ella que la necesito, y me dolerá no verla sentada cuando me entreguen mi diploma; si a ella, gracias porque lo logre, espero que desde el cielo estés orgullosa de mi . Gracias solamente gracias porque sin ustedes no podría decir ME GRADUE. Esto es por ustedes y para ustedes. LOS AMO.. Dedicatoria de Kimberly Gómez Vidal.

(7) 7. A DIOS Por haberme permitido llegar al final de esta etapa en mi vida, por ayudarme en los momentos de desesperación, donde pensé que no iba a poder lograrlo, por ir junto a mí, para cumplir con los objetivos propuestos que tenía desde el colegio. A MI MADRE Por estar siempre a mi lado brindándome su apoyo incondicional y aconsejándome en cada momento o circunstancia donde lo vio necesario, y por inculcarme desde pequeña, que debía estudiar para ser una persona exitosa ya que con su esfuerzo esperaba poder cumplir ese único objetivo en su vida. A MI ABUELA Que con todo el amor del mundo me brindó la oportunidad de poder estudiar una carrera profesional junto con mi madre y hacer de mí una persona de bien y de utilidad para la sociedad. A MIS TIOS Por representar en mi vida esa figura paterna, y por ser quienes me alentaron a esforzarme y estudiar con compromiso y responsabilidad.. Dedicatoria de Laura Jiménez Castro.

(8) 8. AGRADECIMIENTO Expresamos nuestro agradecimiento a toda la facultad de ingeniería civil de la universidad cooperativa de Colombia, quienes fueron primordiales en el proceso educativo con su rol respectivo, donde hubo apoyo, entrega y ayuda para lograr llegar al final de la carrera, a todos ellos muchas gracias por cada colaboración y en especial al Ing. civil y PH.D Flaminio Rueda y el ing. Nelson Eduardo González Rojas quienes estuvieron pendientes en cada paso de nuestro proyecto, dando su apoyo y conocimiento para enseñarnos en esta última etapa cosas nuevas que se quedan en nosotros. Muchas gracias..

(9) 9. TABLA DE CONTENIDO. 1.0 GLOSARIO………………………………………………………………………………15 2.0 RESUMEN………………………………………………………………………............16-17 3.0 INTRODUCCION……………………………………………………………................17-19 4.0 MARCO REFERENCIAL……………………………………………………………...20 4.1 MARCO LEGAL………………………………………………………………….…20-25 4.2 MARCO TEORICO………………………………………………………………….25 4.2.1 Floculación………………………………………………………………………25-27 4.2.1.1 Teoría básica sobre floculación……………………………………………....27-32 4.2.2 Floculadores…………………………………………….......................................32 4.2.2.1Tipos de floculadores……………………………………................................33-35 4.2.2.2 Ventajas y desventajas…………………………………………………….....35-36 4.2.2.3 Proceso de diseño de un floculador…………………………………….........36-38 4.2.2.4 Recomendaciones para el diseño………………………………… ….........38-40 4.2.3 Agua Potable…………………………………………………………………......40-41 4.2.3.1 Causas de la contaminación del agua……………………………………….42-47 4.2.4 Planta de tratamiento de agua potable……………………………………...........47-49 4.2.4.1 Pros y contras de una PTAP………………………………………………....49-50 4.2.4.2 Proceso constructivo de un PTAP…………………………………………..50-52 4.2.4.3 tipo de plantas de tratamiento de agua potable………………………….......53-54 4.2.4.4 Procesos en una planta de tratamiento de agua potable……………………...54-57 4.2.5 Floculación para el tratamiento de agua……………………..................................57-58.

(10) 10. 4.2.6 Material de relleno plástico (panel lamelar-sedimentador de flujo cruzado en plástico ABS ………………………………………………………………………………...............59-61 4.2.6.1 Características, precios, usos, países e importadores del material……........61-68 4.2.6.2 Utilización del material de relleno plástico en Colombia……………...........68 4.3 MARCO CONCEPTUAL………………………………………...................................69-70 5.0 DISEÑO DE INVESTIGACION………………………………..................................70 5.0.1 TIPO DE INVESTIGACION………………………………...................................70-71 5.0.2 FASES DE DISEÑO………………………………………………..........................71-73 6.0 ANALISIS DE LOS RESULTADOS……………………………..................................74 6.1 CARACTERIZACION DEL FLOCULADOR EN MATERIAL DE RELLENO PLASTICO EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE…………………………………………………………………………………..74. 6.1.1 Material de relleno plástico- uso…………………………………………………..74 6.1.2 Material de relleno plástico- Aplicación y ventajas ………………………………74-75. 6.2 DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL FLOCULADOR A ESCALA DE LABORATORIO APLICANDO EL MATERIAL DE RELLENO PLASTICO…………………………………………………………………………….........76 6.2.1 Diseño del Floculador prototipo a escala del laboratorio…………………………76-86 6.2.2 Proceso del Floculador con material de relleno plástico a escala…………………87-91 6.3 REALIZACION DE PRUEBAS Y ANALISIS DE LOS RESULTADOS, DEL FLOCULADOR DE LECHO POROSO CON MATERIAL DE RELLENO PLASTICO PARA PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE…………………………………92-93 7.0 CONCLUSIONES……………………………………………………………………..93-94 RFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS……………………………………………………..95-104 ANEXO…...……………………………………………………………………………….105-111.

(11) 11. Lista de tablas Pag. Tabla 1. Clasificación de los floculadores……………………………………………………..34 Tabla 2. Materiales para la construcción de un Floculador de lecho poroso…………………...38 Tabla 3: pros y contra de una ptap………………………………………………………..........50 Tabla 4: dimensiones de los materiales del prototipo a escala…………………………………78.

(12) 12. Lista de figuras Pag. Figura 1. Características Físicas del agua para el consumo humano…………………………...23 Figura 2. Características Químicas que tienen mayores consecuencias sobre la salud humana...24. Figura 3: Frecuencias y número de muestras de control para los análisis microbiológicos de Coliformes Totales y E. Coli que deben ejercer las personas prestadoras en la red de distribución………………………………………………………………………..25. Figura 4: Floculadores de contacto de solidos…………………………………………………36. Figura 5. Métodos de tratamientos de acuerdo a la calidad del agua………………………….42 Figura 6: Diseño de una planta de tratamiento………………………………………………...46. Figura 7. Proceso de una planta de agua potable………………………………………………51 Figura 8: Panel lameral del material de relleno plástico……………………………………….64 Figura 9: Dosificadores del prototipo: dosificador de hipoclorito, dosificador de soda liquida y dosificador de floculante clarín……………………………………………………………………………………………79 Figura 10: Torres de filtración con el carbón coke……………………………………………81 Figura 11: Tanque en aclirico de 4mm…………………………………………………….…..83 Figura 12: Tanque en aclirico con el modulo panel lameral…………………………………...84.

(13) 13. Figura 13: Hipoclorito de sodio para la eliminación de impurezas en el agua…………………85 Figura 14: Tanque de floculación con arena silica y grava…………………………………….86 Figura 15: Adecuación del panel lameral………………………………………………………88 Figura 16: Dosificadores para el proceso de floculación………………………………………89 Figura 17: verificación de tubería e instalación de los tanques………………………………..90 Figura 18: preparación para ensayo y prueba………………………………………………….91 Figura 19: Agua obtenida de un pozo………………………………………………………….92 Figura 20: Kit analizador de PH (se utiliza el frenol rojo) y (oto) orthotolidina ………..……93.

(14) 14. Anexos. Anexo A. Documentación técnico normativa del sector de agua potable y saneamiento básico. Resolución No. 1096/2000 de noviembre de 2000.

(15) 15. 1.0 GLOSARIO. Proceso: es la serie de pasos en la cual el agua es sometida para eliminar residuos y poder llegar a ser consumida sin ningún peligro.. Sedimentación: Es el proceso por el que los materiales procedentes de la erosión de las rocas y transportados por distintos agentes.. Potabilización: es un proceso que se lleva a cabo sobre cualquier agua para transformarla en agua potable y de esta manera hacerla absolutamente apta para el consumo humano.. Consumo: volumen de agua que consume un usuario en un determinado lapso de tiempo. Prueba: ensayos que se realizan para ayudar a determinar si el proceso es eficaz en el transcurso del tiempo. Solidos disueltos: es una medida de la calidad de agua que se utiliza para disolver en forma homogénea..

(16) 16. 2.0 RESUMEN. En este trabajo de grado el resultado final de un análisis sistemático de la literatura en el tema “Floculador de lecho poroso con material de relleno plástico” realizado por el grupo de investigación del programa de ingeniería civil de la universidad cooperativa de Colombia sede Villavicencio en el periodo de los meses marzo y abril del año 2017, en donde se realizaron varias pruebas de laboratorios donde se realizaron hallazgos de bajos niveles de PH en aguas crudas, entre otros aspectos como el hecho de que sea difícil usar estas fuentes hídricas en la producción residencial, especialmente en zonas rurales que es captad a través de pozos o jagueis sin ningún tratamiento. En el trabajo grado, es una investigación exploratoria de tipo cuantitativo y corte longitudinal, en la cual se describe la elaboración de un prototipo con material de relleno plástico donde aglutina solidos de las aguas subterráneas como generador de conocimiento, con las fases del desarrollo de dichos objetivos : descripción del problema, revisión de literatura sobre plantas de tratamiento de agua potable, el panel lameral, los métodos de floculación con sus respectivas características y materiales para el diseño del prototipo a escala con material de relleno plástico. En el desarrollo del trabajo, se establece que el Floculador, construido por los estudiantes de ingeniería civil fue instalado en una zona de Villavicencio- departamento del Meta, donde se instaló el prototipo experimental con lecho poroso para utilizar agua de pozos profundos, y en donde se realizaron las pruebas, la toma de muestras del agua cruda y filtrada, para establecer si hubo la reducción de las impurezas que contiene el agua. Con el proceso de floculación, se logró determinar.

(17) 17. 3.0 INTRODUCCION. La alta tasa de morbilidad y algunos casos de muerte en especial de niños menores de 5 años en las zonas rurales de Colombia relacionados con el consumo de agua cruda contaminados con coliformes totales y fecales por la falta de sistemas de tratamiento de agua potable. En estas zonas por las condiciones propias del medio, no se dispone de los recursos técnicos (mano de obra calificada) y económicos que se requieren para operar eficientemente plantas de tratamiento convencionales por lo que se requiere de sistemas de tratamiento sencillos y económicos. Regiones como la Orinoquia y la amazonia han sido las más afectadas pues cuentan con pocos recursos, un bajo nivel de educación provocando que no tenga una buena mano de obra calificada a esto le agregamos la pésima calidad del agua que se encuentran en estos lugares y que han causado diversas enfermedades por consumirla. La calidad del agua que se consume en una localidad está determinada entre los factores por la calidad de la fuente, el tratamiento que se aplica para potabilizarla, el estado de las instalaciones químicas y de los equipos, la disponibilidad de los recursos necesarios para el funcionamiento de las instalaciones de tratamiento y la disponibilidad del personal para operar y mantener adecuadamente dichas instalaciones. El alto nivel de contaminación en el agua de las zonas a tratar en este proyecto, son tan grandes que es imposible que los habitantes de dichas comunidades cuenten con una salud optima. El principal objetivo es cumplir con los parámetros que exige la RAS 2000 titulo A y C “criterios para tener en cuenta a la hora de diseñar un floculador tipo hidráulico y el saneamiento del agua” de esta manera se busca que con el prototipo del floculador se pueda.

(18) 18. demostrar la utilidad y la ayuda que brinda a la hora de potabilizar el agua y así bajar el índice de morbilidad y enfermedades gastrointestinales que se ven en dichas comunidades. Teniendo en cuenta los procesos que se llevan para la potabilización de agua, se quiso profundizar en el tema de floculación, en este caso los ensayos que se realizaron fueron en un floculador hidráulico de flujo ascendente donde se observa el comportamiento de las impurezas en el agua y lo que hace este proceso, aglomerar los sedimentos que trae el agua, armando flocs para que estos se queden en el fondo dejando al agua seguir para terminar su proceso y salir optima El floculador resulta ser una solución de gran impacto en estas regiones ya que no necesita de mano calificada para su funcionamiento y su producción, requiere muy pocos recursos por esta razón se piensa hacer Revisión sistemática de literatura con respecto a los floculadores lecho en material de relleno plástico con el fin de dar la mejor solución. a la mala calidad. del agua que se consume en nuestra región. Para verificar que el plan propuesto si sea eficiente se diseñara y construirá un prototipo a escala de un floculador de lecho poroso para laboratorio así se Realizar pruebas experimentales con el prototipo construido. Usando los datos recolectados se Sacara conclusiones y posteriormente armos recomendaciones para adelantar el proyecto de investigación. Es importante señalar, que el suministro de agua potable es uno de los servicios públicos más importantes en esta época de expansión urbana e industrial, y por eso se requiere de soluciones eficaces y seguras, para la potabilización de la misma para el consumo humano y otros usos; por lo que existe la necesidad de realizar procesos de filtración adecuada, capaz de reducir la.

(19) 19. presencia de impurezas a un nivel admisible de tal forma que este cumpla con los parámetros establecidos norma Colombiana de Calidad de agua para consumo humano..

(20) 20. 4.0 MARCO REFERENCIAL 4.1 MARCO LEGAL. El tema de agua en Colombia, ha tenido un tratamiento legislativo desde el año 1887 cuando se acoge o emite el Código Civil de Andrés Bello, que mediante los artículos 677 y 668 señalan condiciones sobre este recurso, así: . Artículo 677. Los ríos y todas las aguas que corren por cauces naturales son bienes de la Unión, de uso público en los respectivos territorios. Exceptúense las vertientes que nacen y mueren dentro de una misma heredad: su propiedad, uso y goce pertenecen a los dueños de las riberas, y pasan con estos a los herederos y demás sucesores de los dueños.. . Artículo 678. El uso y goce que, para el tránsito, riesgo, navegación y cualesquiera otros objetos lícitos, corresponden a los particulares en las calles, plazas, puentes y caminos públicos, en ríos y lagos, y generalmente en todos los bienes de la Unión de uso público, estarán sujetos a las disposiciones de este Código. En 1946 se crea el Instituto Nacional de Aprovechamiento de Aguas y Fomento Eléctrico,. el cual tenía por objetivo la protección de este recurso y las fuentes hídricas en el todo el territorio nacional.. Constitución Política de Colombia de 1991 . Artículo 365. Los servicios públicos son inherentes a la finalidad social del Estado. Es deber del Estado asegurar su prestación eficiente a todos los habitantes del territorio nacional. Los servicios públicos estarán sometidos al régimen jurídico que fije la ley,.

(21) 21. podrán ser prestados por el Estado, directa o indirectamente, por comunidades organizadas, o por particulares. En todo caso, el Estado mantendrá la regulación, el control y la vigilancia de dichos servicios. . Artículo 366. El bienestar general y el mejoramiento de la calidad de vida de la población son finalidades sociales del Estado. Será objetivo fundamental de su actividad la solución de las necesidades insatisfechas de salud, de educación, de saneamiento ambiental y de agua potable.. . Artículo 356. Inciso 4. Los recursos del SGP de los departamentos, distritos y municipios se destinarán a la financiación de los servicios a su cargo, dándoles prioridad al servicio de salud, los servicios de educación, preescolar, primaria, secundaria y media, y servicios públicos domiciliarios de agua potable y saneamiento básico, garantizando la prestación y la ampliación de coberturas con énfasis en la población pobre.. Decreto 1575 del 2007 . Artículo 3°. Características del agua para consumo humano. Las características físicas, químicas y microbiológicas, que puedan afectar directa o indirectamente la salud humana, así como los criterios y valores máximos aceptables que debe cumplir el agua para el consumo humano, serán determinados por los Ministerios de la Protección Social y de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial en un plazo no mayor a un (1) mes contado a partir de la fecha de publicación del presente decreto. ARTÍCULO 8º.- RESPONSABILIDAD DE LAS DIRECCIONES. DEPARTAMENTALES, DISTRITALES Y MUNICIPALES DE SALUD. Las direcciones territoriales de salud como autoridades sanitarias de los departamentos, distritos y municipios,.

(22) 22. ejercerán la vigilancia sobre la calidad del agua para consumo humano. Para ello desarrollarán las siguientes acciones:. 1. Consolidar y registrar en el sistema de registro de vigilancia de calidad del agua para consumo humano los resultados de los análisis de las muestras de agua para consumo humano exigidas en el presente decreto 2. Correlacionar la información recolectada del control y vigilancia de la calidad del agua para consumo humano con la información de morbilidad y mortalidad asociada a la misma y determinar el posible origen de los brotes o casos reportados en las direcciones territoriales de salud 3. Realizar la supervisión a los sistemas de autocontrol de las personas prestadoras de acuerdo con los protocolos que definan los Ministerios de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial y de la Protección Social.. ARTÍCULO 13.- ÍNDICE DE RIESGO MUNICIPAL POR ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO - IRABAm. Es la ponderación de los factores de: 1. Tratamiento y continuidad del servicio de los sistemas de acueducto, 2. Distribución del agua en el área de jurisdicción del municipio correspondiente, que pueden afectar indirectamente la calidad del agua para consumo humano y por ende la salud humana. Este índice tiene por objeto asociar el riesgo a la salud humana causado por los sistemas de abastecimiento y establecer los respectivos niveles de riesgo..

(23) 23. ARTÍCULO 29.- ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD. Toda persona natural o jurídica que realice diseños o estudios para un sistema de suministro de agua, deberá incluir en éstos los riesgos y peligros potenciales, naturales y provocados, mediante un análisis de vulnerabilidad, teniendo en cuenta el mapa de riesgos realizado en la zona. ARTÍCULO 33.- SISTEMAS DE ALARMA. Todo sistema de suministro de agua contará en la entrada a la planta de tratamiento y de ser posible en la captación, con un sistema de alarma que permita detectar desde un comienzo la posible contaminación tóxica en el agua y proceder a tomar las medidas pertinentes.. Resolución Número 2115 de 2007 Por medio de la cual se señalan características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano Artículo 2. Características físicas. El agua para consumo humano no podrá sobrepasar los valores máximos aceptables para cada una de las características físicas que se señalan a continuación:. Figura 1. Características Físicas del agua para el consumo humano..

(24) 24. Artículo 7. Características químicas que tienen consecuencias económicas e indirectas sobre la salud humana. Las características químicas del agua para consumo humano en relación con los elementos y compuestos químicos que tienen consecuencias económicas e indirectas sobre la salud se señalan a continuación: Figura 2. Características Químicas que tienen mayores consecuencias sobre la salud humana. Fuente. Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Decreto 1575 de 2007.. ARTÍCULO 22º.- FRECUENCIAS Y NÚMERO DE MUESTRAS DE CONTROL DE LA CALIDAD MICROBIOLÓGICA DEL AGUA PARA CONSUMO HUMANO QUE DEBE EJERCER LA PERSONA PRESTADORA. El control para los análisis microbiológicos de coliformes totales y E.coli a realizar al agua para consumo humano por las personas prestadoras en la red de distribución, se sujetará como mínimo, a las frecuencias y número de muestras de acuerdo con la población atendida, definidos en el cuadro Nº.12 de la presente Resolución..

(25) 25. Figura 3: Frecuencias y número de muestras de control para los análisis microbiológicos de Coliformes Totales y E. Coli que deben ejercer las personas prestadoras en la red de distribución. 4.2 MARCO TEORICO. 4.2.1 FLOCULACION: Se analiza como un proceso causado por la colisión entre partículas. En ella intervienen, en forma secuencial, tres mecanismos de transporte. 1) Floculación pericinética o browniana. Se debe a la energía térmica del fluido..

(26) 26. 2) Floculación orto cinética o gradiente de velocidad. Se produce en la masa del fluido en movimiento.. 3) Sedimentación diferencial. Se debe a las partículas grandes, que, al precipitarse, colisionan con las más pequeñas, que van descendiendo lentamente, y ambas se aglomeran.. (Bratby (1)) encontró que si los gradientes de velocidad en el agua son mayores de 5 s-1 y las partículas tienen un diámetro mayor de un micrómetro, el efecto de la floculación pericinética es despreciable.. (Arboleda Valencia, 2000) Dice que la floculación se define como una lenta agitación en el agua para permitir el crecimiento del Floculador. Este crecimiento es inducido por el contacto de partículas de diámetro mayor de una micra (1), el contacto de partículas se crea por el gradiente de velocidad de la masa liquida.. Los dos objetivos básicos que se persiguen con la floculación son:. a). Reunir los microflóculos para formar partículas mayores con peso específico superior al agua..

(27) 27. b). Compactar el floc (disminuyendo su grado de hidratación) para producir una baja concentración volumétrica, que permita una alta eficiencia en la fase de separación (sedimentación – filtración).. Factores que influyen en la floculación • La naturaleza del agua; • Las variaciones de caudal; • La intensidad de agitación; • El tiempo de floculación, y • El número de compartimentos de la unidad.. 4.2.1.1 Teoría básica sobre floculación Las primeras teorías sobre la cinética de la floculación fueron desarrolladas por Smoluchowski (2,3), quien derivó las expresiones básicas para la frecuencia de colisión de las partículas bajo el efecto del movimiento browniano y en régimen de flujo laminar, y desarrolló la siguiente expresión, que es representativa de la floculación peri cinética..

(28) 28. Dónde: J = número de colisiones entre las partículas n1 = concentración de partículas de diámetro (d1) n2 = concentración de partículas de diámetro (d2) dv = energía desarrollada en el proceso Camp y Stein (4) fueron los primeros en determinar que para fines prácticos, era necesario añadirle turbulencia al proceso y generalizaron la ecuación de Smoluchowski para incluir las condiciones de flujo turbulento. Así, de acuerdo con la expresión de Camp y Stein, la frecuencia de colisiones está expresada por la siguiente ecuación:. Dónde: (Hij) es el número de colisiones por unidad de tiempo y por unidad de volumen entre las partículas de radio (Ri) y (Rj); (ni) y (nj) son las concentraciones de las partículas colisionantés; (Rij) es el radio de colisión (Ri + Rj) y (G) es el gradiente de velocidad que, según ellos, es igual a:. Dónde: (ε) = potencia total por unidad de volumen del fluido (v) = viscosidad cinemática..

(29) 29. Otras alternativas fueron estudiadas por Frisch (6), Levich (7), y Saffman y Turner (8), quienes desarrollaron expresiones estrictamente formuladas para flujo turbulento.. La principal objeción a la expresión (2) se basa en el hecho de que esta ecuación fue deducida para condiciones de flujo laminar y que pierde mucho de su sentido físico cuando se la aplica a floculadores cuyo flujo es en su mayor parte turbulento, según expresaron los autores y posteriormente Snell y Arboleda (5).. Harris et al. (13) y Parker et al. (15) identifican dos formas de ruptura de los flóculos: (1) por erosión de las partículas primarias de la superficie de los flóculos y (2) por fractura del flóculo propiamente dicho, para formar un grupo de aglomerados floculentos de menor tamaño.. Para comprender el mecanismo de fragmentación de los flóculos, deben distinguirse dos modos de acción hidrodinámica de acuerdo con el tamaño de los flóculos, que pueden ser mayores o menores que la micro escala de turbulencia.

(30) 30. Un enfoque más simple fue tomado por Hudson (14), quien admite una distribución bimodal compuesta solamente por flóculos y partículas primarias cuyas variaciones de tamaño en cada grupo no son significativas. En estas condiciones, δ = a = 1 y la ecuación (6) se puede simplificar de la siguiente forma:. Dónde: nF y RF son, respectivamente, el número de flóculos por unidad de volumen y el radio de cada flóculo.. Siendo: (∀) el volumen total de flóculos y dv/dy, el gradiente de velocidad medio, la ecuación (7) puede reescribirse del siguiente modo:. cuya integración resulta en:.

(31) 31. que es la ecuación de Hudson. En esta ecuación (n1) representa el material en suspensión al inicio de la floculación (t = o) y (nt ) representa la concentración remanente de partículas (número de flóculos) después de un tiempo (T).. La conclusión más importante a que se llega mediante la ecuación de Hudson es que la velocidad de floculación depende del volumen total de flóculos y no del número ni del tamaño de las partículas primarias. La ecuación (8) se aplica a la decantación en manto de lodos. Considerando al tanque de floculación como un reactor en serie con (m) número de cámaras, Harris et al. (13) demostraron que:. Donde (n1) y (nm) representan las concentraciones de las partículas en la primera cámara y en la cámara de orden (m), respectivamente, y (T), el tiempo total de floculación. La ecuación anterior muestra claramente que una eficiencia dada puede ser obtenida en tiempos cada vez menores a medida que aumenta el número de cámaras de floculación en serie. Según Argaman y Kaufman (16), el modelo teórico de la floculación, en su forma más general, que combina los efectos de aglomeración y ruptura de flóculos, puede ser representado por:. La función de aglomeración o tasa de crecimiento de los flóculos es definida por Argaman y Kaufman como:.

(32) 32. N = concentración de partículas primarias (m-3). G = gradiente de velocidad (s-1). KA = coeficiente de aglomeración.. La función de ruptura puede ser escrita de la siguiente forma:. Villegas y Letterman (20) realizaron un estudio de gran importancia práctica, en el cual relacionaron el tiempo de floculación (T) y el gradiente de velocidad (G) con la dosis de coagulante. 4.2.2 FLOCULADOR: Según el tipo de energía usada para producir la agitación, los floculadores pueden clasificarse en hidráulicos, mecánicos e hidromecánicos. Los hidráulicos según el sentido del flujo, se clasifican en: de flujo horizontal, de flujo vertical y de flujo helicoidal. Los mecánicos, se clasifican según el sentido del movimiento, en reciprocantes y rotatorios. Y los.

(33) 33. hidromecánicos, son de flujo horizontal. Cabe destacar también dos tipos de floculadores que tienen carácter experimental; los de piedras y los de mallas.. 4.2.2.1 Tipos de floculadores.

(34) 34. TABLA 1. Clasificación de los floculadores.. Fuente: (Arboleda Valencia, 2000) De acuerdo con este principio, podemos clasificarlos del siguiente modo: • Floculadores de contacto de sólidos, y • floculadores de potencia o de disipación de energía..

(35) 35. Floculadores de contacto de sólidos. Los floculadores de contacto de sólidos o de manto de lodos son controlados por la concentración de sólidos (C). Como esta varía continuamente, es necesaria una constante atención del operador. Usualmente, los floculadores de contacto de sólidos no son utilizados en nuestros proyectos de plantas de tratamiento. Han sido desarrollados y son ofertados generalmente por fabricantes de equipos, cada uno con sus características pro Mecánicos Hidráulicos Contacto de sólidos Hidráulicos Pantallas Helicoidales Medios porosos Tuberías Paletas Turbina Mecánicos Potencia Floculación 289 pías, que siempre resaltan sus ventajas más aparentes. Normalmente forman parte de los tanques de decantación de flujo vertical y constituyen unidades relativamente compactas. Antes de que aparecieran los decantadores de placas, paralelos o tubulares, presentaban precios inferiores a los proyectos convencionales, pero actualmente ya no tienen una ventaja muy significativa de precio..

(36) 36. Figura 4: floculadores de contacto de solidos. Floculadores de potencia. Los floculadores de potencia, las partículas son arrastradas por el flujo de agua a través del tanque de floculación sin que prácticamente exista concentración de sólidos. Normalmente, los gradientes son prefijados en el proyecto. En algunos casos, pueden ser ajustados por el operador. De acuerdo con la forma de disipación de energía, se pueden clasificar en hidráulicos y mecánicos.. 4.2.2.2 ventajas y desventajas Ventajas -Ahorro energético -Aumento de control y calidad de vida -Un menor impacto medioambiental -Bajo costo de mantenimiento -Son muy confiables, garantizan un funcionamiento continuo.

(37) 37. -Cuando está bien diseñada, el tiempo de retención teórico y el normal son prácticamente iguales, anulándose la posibilidad de formación de espacios muertos y cortocircuitos. Su funcionamiento es totalmente hidráulico, por lo que la operación es muy confiable y económica al no requerir de energía eléctrica.. -requiere de áreas pequeñas y se logran diseños muy compactos. Desventajas -Es posible el aumento de costo en la construcción. -Puede estar construida con tecnología compleja de operación. -Requiere de espacios muy grandes. -El tiempo de floculación y gradiente de velocidad son función del caudal y son difícil ajuste. -La pérdida de carga puede ser significativa. -La limpieza suele ser difícil.. 4.2.2.3 proceso de diseño de un floculador El floculador se encuentra dividido por pantallas, dispuesto de forma que el agua haga un recorrido de ida y vuelta alrededor de las mismas, además del flujo vertical el agua debe fluir por encima y por debajo de las pantallas que dividen el tanque. El diseño de la unidad cuenta con una abertura en la base de cada pantalla con un área equivalente al 5% del área horizontal del compartimiento, la cual evita la acumulación de lodos. Los principales criterios que se tuvieron en cuenta para el diseño del floculador fueron los siguientes [5, 6]:  Tiempo de retención y gradiente de velocidad:.

(38) 38. El tiempo de retención se recomienda que este entre 12 y 20 minutos y el gradiente de velocidad debe estar entre 20 s-1 y 70 s-1, así mismo deben determinarse las pérdidas de carga.. Velocidad del agua: La velocidad del agua a través del tanque de 0.2 m/s a 0.6 m/s.. Tabla 2: materiales para la construcción de un Floculador de lecho poroso. Detalle. Cantidad (unidades). Filtro de sílice Tanque de floculado Torres de filtración (Bandejas) Varilla roscada Tuercas Bandeja de floculación Flanche PVC Carbón coke Arena Silica ref: 1020 Grava Hipoclorito Clarín Cloruro de calcio Soda liquida 1-32 Dosificadores (tarros) Llaves de microgoteo Flanche Codos. Costo unitario. Costo total. Total. 1. $235.000 $235.000. $235.000. 1. $300.000 $300.000. $300.000. 3. $13000. $39000. $39000. 4. $9500. $38000. $38.000. 38 1. $600 $16000. $22800 $16000. $22800 $16000. 1. $4500. $4500. $4500. 1Bulto 1Bulto. $58000 $35000. $58000 $35000. $58000 $35000. 1Bulto 1Botella 1Botella 1Kilo. $25000 $9500 $10000 $8000. $25000 $9500 $10000 $8000. $25000 $9500 $10000 $8000. $5500 $7000. $5500 $21000. $5500 $21000. $4500. $4500. $4500. $13500 $1500. $13500 $9000. $13500 $9000. 3 3 3 6.

(39) 39. SUBTOTAL. La Columna de Floculación ascendente, es un módulo de pre-tratamiento de agua, que permite en un punto inicial, mejorar las características de turbiedad del agua con una pequeña dosificación de reactivo Floculante.. 4.2.2.4 Recomendaciones para el diseño Según la RAS 2000 título C estas son los criterios para tener en cuenta a la hora de diseñar un floculador tipo hidráulico.. Floculadores de flujo horizontal y flujo vertical. 1. Tiempo de detención y gradiente de velocidad RAS-2000. Sistemas de Potabilización Página C.47 El tiempo de detención y el gradiente de velocidad deben determinarse a través de pruebas de laboratorio. El gradiente medio de velocidad ( G - ) debe estar entre 20 s-1 y 70 s-1 y el.

(40) 40. tiempo de detención (td) entre 20 y 30 minutos, deben determinarse en base a las pérdidas de carga y la longitud de trayectoria del flujo.. 2. Velocidad del agua El floculador debe diseñarse de manera que la velocidad del agua a través del tanque de 0.2 m/s a 0.6 m/s.. Floculador Alabama. 1. Número de cámaras Se recomienda un número mínimo de 8 cámaras.. 2. Velocidad en el codo En los codos la velocidad debe estar entre 0.4 m/s y 0.2 m/s. Se recomienda colocar un dispositivo a la salida del codo, como una platina de orificio para regular el gradiente de velocidad. Debe evitarse la ruptura del flóc en los cambios de dirección. 3. Gradiente de velocidad y tiempo de detención El gradiente de velocidad debe estar entre 20 s1 y 70 s-1 de acuerdo con la obtenida en la prueba de jarras y el tiempo de detención entre 20 y 40 minutos, debe determinarse de acuerdo con las pérdidas hidráulicas.. Floculador flujo helicoidal. 1. Dimensionamiento La unidad debe ser cuadrada, con una relación mínima entre el lado y la profundidad de 1:2 como mínimo o puede circular con una relación de diámetro a profundidad mínima de 1:2 cuidando no romper el floc entre los pasos entre cámaras.. 2. Volumen de la unidad El volumen del floculador debe obtenerse al dividir el volumen total de acuerdo con el tiempo de detención entre el número de cámaras..

(41) 41. 3. Tiempo de detención y gradiente Debe determinarse a través de la prueba de jarras y calcularse con base en las pérdidas de carga en cada paso.. 4.2.3 agua potable. Llamamos agua potable al agua que podemos consumir o beber sin que exista peligro para nuestra salud. El agua potable no debe contener sustancias o microorganismos que pueden provocar enfermedades o perjudicar nuestra salud. Por eso antes de que el agua llegue a nuestras casas, es necesario que sea tratado en una planta potabilizadora. En estos lugares se limpia el agua y se trata hasta que esté en condiciones adecuadas para el consumo humano. Desde las plantas potabilizadoras, el agua es enviada hacia nuestras casas a través de una red de tuberías que llamamos RED DE ABASTECIMIENTO O RED DE DISTRIBUCION de agua..

(42) 42. Figura 5. Métodos de tratamientos de acuerdo a la calidad del agua.. Fuente. Organización Panamericana de la Salud OPS (2005). Guía para el mejoramiento de la calidad del agua a nivel casero. Lima – Perú. Organización Panamericana de la Salud OPS.

(43) 43. 4.2.3.1 causas de la contaminación del agua Aunque el agua del grifo está clasificada como apta para el consumo humano, en realidad, contiene muchos elementos nocivos para la salud, los cuales no producen la muerte instantánea pero perjudican al organismo y, a la larga, según la opinión de muchos expertos, son responsables de la aparición de muchas enfermedades degenerativas como el cáncer, enfrmedades del corazón, etc. El agua se contamina fundamentalmente por las siguientes causas -. CONTAMINACION INDUSTRIAL: Viene producida por los vertidos que las industrias realizan directamente en los ríos o a la atmosfera a través de las chimeneas de expulsión de los humos. Las partículas expulsadas al aire se depositan con la lluvia en el suelo y se filtran hacia los acuíferos subterráneos contaminando las aguas. -. CONTAMINACION AGRICOLA Y GANADERA: Es aquella que se produce por el tratamiento de los productos con herbicidas y abonos químicos. Estos productos se incorporan al agua por filtración de terreno hacia las aguas subterráneas Las explotaciones ganaderas también son responsables de la contaminación del agua, fundamentalmente por la producción de grandes cantidades de residuos orgánicos en forma de purinas que producen la contaminación de los acuíferos.. -. CONTAMINACION DOMESTICA O URBANA: Es la producida por los hogares al verter en el desagüe gran cantidad de residuos orgánicos e inorgánicos. Entre todo podríamos mencionar los plásticos, el vidrio, restos de muebles o electrodomésticos o las materias fecales ricas en bacterias. A los vertidos voluntarios que son filtrados mediante.

(44) 44. depuradoras, hay que sumar aquellos que se producen de una manera accidental por roturas o escapes en las conducciones y que se filtran directamente hacia el subsuelo. A la contaminación domestica hay que añadir la producida por los coches en las ciudades y carreteras con emisión de humos que depositados por la lluvia son los responsables, junto con las emisiones de las industrias, de la lluvia acida. No se deben olvidar tampoco los vertidos incontrolados de aceites de motor, sumamente contaminantes, los líquidos de frenos, etc. -. CONTAMINACION MARINA: El agua del mar, con alto contenido de sal, es responsable de una contaminación de los acuíferos cercanos a la costa por salinización del agua. Cuando los acuíferos son explotados demasiado, su nivel baja lo que facilita que el agua de mar penetre en el agua dulce ocasionando una pérdida de las cualidades del agua por adición de sales.. Principales contaminantes del agua Entre los contaminantes que pueden encontrarse en esta agua, en mayor o menor grado, figuran los siguientes: -. Elementos químicos: metales, no metales, y metaloides (mercurio, arsénico, plomo, cinc, etc.) afectan la salud de los huesos, la sangre y puede llegar al cáncer. -. Restos de detergentes: Tóxicos y cancerígenos. -. Restos de insecticidas: Tóxicos y cancerígenos. -. Hormonas sexuales: Que pueden disminuir la fertilidad. TRATAMIENTOS QUE RECIBE EL AGUA EN LA PLANTA POTABILIZADORA:.

(45) 45. Para que el agua que captamos en embalses, pozos, lagos, etc., sea adecuada para el consumo humano, es necesario tratarla convencionalmente para hacerla potable. Este proceso se denomina potabilización y se realiza en las plantas potabilizadoras.. Existen diferentes métodos y tecnologías de potabilización, aunque todos ellos constan, de las siguientes etapas:. 1. PRECLORACION Y FLOCULACION: Después de un filtrado inicial para retirar los fragmentos solidos de gran tamaño, se añade cloro (para eliminar los microorganismos del agua) y otros productos químicos para favorecer que las partículas sólidas precipiten formados copos (floculos). 2. DECANTACION: En esta fase se eliminan los floculos y otras partículas presentes en el agua. 3. FILTRACION: Se hace pasar el agua por sucesivos filtros para eliminar la arena y otras partículas que aun pudieron quedar, eliminando a la vez la turbidez del agua. 4. CLORACION Y ENVIO A LA RED: Para eliminar los microorganismos más resistentes y para la desinfección de las tuberías de la red de distribución.

(46) 46. Figura 6: diseño de una planta de tratamiento. Que es un Agua Residual tratada? Las aguas residuales son conducidas a una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) donde se realiza la remoción de los contaminantes, a través de métodos biológicos o fisicoquímicos. La salida (efluente) del sistema de tratamiento es conocida como Aguas Residuales tratadas..

(47) 47. Usos para el agua residual Los usos que se da a las aguas residuales ya transformadas para un proceso de reutilización son muy diversos. Estas serían algunas de las reutilizaciones más comunes para el agua residual: riego agrícola (cultivos y semilleros), riego de parques y jardines (campo de golf, cementerios), recarga artificial (recarga de acuíferos, control de la intrusión marina), usos urbanos no potables (riego de zonas verdes, lucha contra incendios, sanitarios, aire acondicionado, lavado de coches, riego de calles, uso medio ambiental (caudales ecológicos, zonas húmedas). Esta lista que podría ser más larga, pone de manifiesto la cantidad de agua potable que se sigue malbaratando y hace evidente la importancia que tiene en estos momentos la correcta gestión del agua por parte de las administraciones. También hay que señalar que la reutilización de las aguas residuales no es que cure todos los males ante la escasez de recursos hídricos. Dicha reutilización está sujeta a algunas limitaciones potenciales como son sus posibles efectos sobre la calidad del agua superficial o subterránea, sobre la salinidad del suelo, los propios cultivos o algunos aspectos relacionados con la salud pública, particularmente la transmisión de patógenos.. La reutilización en recarga artificial La recarga artificial de acuíferos es otro de los usos más frecuentes en la reutilización de aguas residuales. Dicha reutilización supone una depuración final para el agua residual previamente tratada con métodos convencionales, sobre todo si se utilizan sistemas de superficie que utilizan la capacidad depuradora de la zona no saturada para disminuir la carga contaminante del agua tratada.

(48) 48. El tratamiento previo del agua residual es importante realizarlo para reducir problemas de colmatación en los sistemas de recarga, mejorar la calidad físico-química y biológica del agua y evitar reacciones indeseables y formación de sustancias tóxicas. El grado de dicho tratamiento dependerá del sistema de recarga y del uso final al que vaya destinado el agua recuperada. No hay una línea de actuación clara en este ámbito y los especialistas en la materia defienden posturas encontradas. Mientras unos creen que debe tratarse el agua hasta el punto que su adición al acuífero no impida los potenciales usos del agua subterránea, otros defienden que el grado de tratamiento debe de ser lo más elevado posible y así obtener agua de una calidad aceptable para consumo humano, sea cual sea su posterior uso.. PRINCIPALES AGENTES CONTAMINANTES DEL AGUA 4.2.4 Planta de tratamiento de agua potable Una planta de tratamiento de agua potable (PTAP) es un conjunto de estructuras y sistemas de ingeniería en las que se trata el agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano.

(49) 49. Existen diferentes tecnologías para potabilizar el agua, pero todas deben cumplir los mismos principios: -. COMBINACION DE BARRERAS MULTIPLES (diferentes etapas del proceso de potabilización) para alcanzar bajas condiciones de riesgo. -. TRATAMIENTO INTEGRADO (para producir el efecto esperado). -. TRATAMIENTO POR OBJETIVO (cada etapa del tratamiento tiene una meta especifica relacionada con algún tipo de contaminante). Si no se cuenta con un volumen de almacenamiento de agua potabilizada, la capacidad de la planta debe ser mayor que la demanda máxima diaria en el periodo de diseño Además, una planta de tratamiento debe operar continuamente, aun con alguno de sus componentes en mantenimiento; por eso es necesario como mínimo dos unidades para cada proceso de la planta. El tratamiento de aguas y las plantas de tratamiento de agua son un conjunto de sistemas y operaciones unitarias de tipo físico, químico o biológico cuya finalidad es que a través de los equipamientos elimina o reduce la contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales. La finalidad de estas operaciones es obtener unas aguas con las características adecuadas al uso que se les vaya a dar, por lo que la combinación y naturaleza exacta de los procesos varía en función tanto de las propiedades de las aguas de partida como de su destino final..

(50) 50. Debido a que las mayores exigencias en lo referente a la calidad del agua se centran en su aplicación para el consumo humano y animal estos se organizan con frecuencia en tratamientos de potabilización y tratamientos de depuración de aguas residuales, aunque ambos comparten muchas operaciones.. 4.2.4.1 Pros y contra de una ptap Tabla 3: pros y contra de una ptap PROS Evita infecciones gastrointestinales. CONTRAS Para la elaboración de una PTAP se requieren grandes superficies de terreno plano. No requiere personal calificado para su. Dificultad para modificar condiciones y. mantenimiento y manejo. operaciones. Una PTAP es accesible para cualquier. Eficiencia de tratamiento severamente. comunidad. comprometida si el sistema está muy sobre- o sub-dimensionado. Elimina toda clase de impurezas no aptas. Costos altos de operación, por un alto. para el consumo humano. consumo eléctrico. En el mercado es accesible para cualquier. Requiere suministro confiable de. tipo de. electricidad y atención continua en operación y mantenimiento de equipos. Alta eficiencia de tratamiento.

(51) 51. Los microorganismos no desarrollan resistencia frente a ninguna fase de la potabilización. 4.2.4.2 Proceso constructivo de una PTAP Figura 7. Proceso de una planta de agua potable.

(52) 52. ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA AGUA POTABLE (PTAP) . TOMA DEL RIO: Punto de captación de las aguas; REJA. Impide la penetración de elementos de gran tamaño (ramas, troncos, peces, etc). . DESARENADOR: Sedimenta arenas que van suspendidas para evitar dañar las bombas. . BOMBEO DE BAJA (bombas también llamadas de baja presión): Toman el agua directamente de un rio, lago o embalse, enviando el agua cruda a la cámara de mezcla. . CAMARA DE MEZCLA: Donde se agrega al agua productos químicos. Los principales son los coagulantes (sulfato de alúmina), alcalinizantes (cal).. . DECANTADOR: El agua llega velozmente a una pileta muy amplia donde se reposa, permitiendo que se depositen las impurezas en el fondo. Para acelerar esta operación, se.

(53) 53. le agrega al agua coagulante que atrapan las impurezas formando pesados coágulos. El agua sale muy clarificada y junto con la suciedad quedan gran parte de las baterías que contenía. . FILTRO: El agua decantada llega gasta un filtro donde pasa a través de sucesivas capas de arena de distinto grosor. Sale prácticamente potable. . DESINFECCION: Para asegurar aún más la potabilidad del agua, se le agrega cloro que elimina el exceso de bacterias y lo que es muy importante, su desarrollo en el recorrido hasta las viviendas.. . BOMBA DE ALTA: Toma el agua del depósito de la ciudad. . DEPOSITO: Desde donde se distribuye a toda la ciudad. . CONTROL FINAL: Antes de llegar al consumo, el agua es severamente controlada por químicos expertos, que analizan muestras tomadas en distintos lugares del sistema.. Etapas del proceso de purificación del agua: . Pre tratamiento: Torre de aireación natural o forzada, pre oxidación y/o de-alcalinización.. . Coagulación.. . Mezcla rápida.. . Clarificación por adsorción-neutralización ascendente en lechos porosos granulares.. . Filtración descendente en lechos profundos.. . Desinfección con cloro, UV u ozono.

(54) 54. 4.2.4.3 Tipos de plantas de tratamiento de agua potable. . Plantas de ciclo completo: cuentan con los procesos de coagulación, sedimentación, filtración, cloración, sin precisar sobre el tipo de instalación existente para cada proceso. Es el tipo de planta más comúnmente usada en Colombia.. . Plantas de filtración en múltiples etapas: se denomina así a las plantas en donde existe filtración lenta en múltiples etapas.. . Plantas de filtración directa: en donde el agua es llevada directamente a los filtros y enseguida se clora.. . Planta de filtración en línea: se realiza coagulación, filtración y cloración.. . Planta compacta: se denomina así a la planta en la cual se llevan a cabo todos los procesos en un mismo módulo prefabricado.. Significados de los procesos . DECANTACION: Es el proceso de la separación de partículas más pesadas que trae el agua como gravas, arenas, arenillas y piedras que por fuerza de gravedad se sedimentan. . FLOCULACION: Es un proceso de agitación suave y continua del agua con coagulantes con el propósito de que se formen los FLOCS para que puedan ser removidos fácilmente por sedimentación. . FILTRACION: Es el proceso que consiste en retener las partículas suspendidas y coloidales que no se sedimentaron, haciéndolas pasar por un medio poroso. Es una de las.

(55) 55. principales operaciones que se realiza en toda planta de tratamiento y existen varios tipos de filtración como: FILTRACION GRUESA, FILTRACION RAPIDA, entre otras . LA CLORACION: Proceso que se realiza para proteger el agua de posteriores contaminantes. . CLARIFICACION: Remoción de solidos suspendidos y sedimentos.. 4.2.4.4 Procesos en una planta de tratamiento de agua potable Son muchos los procesos que se llevan a cabo antes de que el agua potable llegue hasta el grifo, y el someter a prueba todos estos procesos, desde la fuente hasta los sistemas de distribución proporcionara una mayor eficacia para la planta, reducirá sus costos, y entregara a la comunidad un agua potable más inicua Estos procesos son: Monitoreo del agua desde la fuente: El agua en origen puede ser vulnerable a la contaminación accidental p intencional a los cambios estacionales o relacionados con el clima. El monitoreo del agua que ingresa a su sistema le permite anticiparse a los cambios en el proceso de tratamiento, necesarios para reaccionar ante temporales, proliferación de algas, descargas industriales, derrames de productos químicos, estratificación y destratificacion de los depósitos, vertimiento de aguas residuales u otros eventos de índole natural o producidos por el ser humano Aguas subterráneas: Las aguas subterráneas son la fuente de agua para la mayoría de las instalaciones con bajo consumo de agua potable. Suelen tener poca materia orgánica, lo que hace que la formación de productos derivados de la desinfección no sea tan preocupante. Sin embargo, las aguas subterráneas si contienen.

(56) 56. Aguas superficiales: Son la fuente de agua de la mayoría de las personas a las que se entrega agua potable. Las aguas superficiales por lo general incluyen lagos, ríos y tanques. Debido a que las aguas superficiales están expuestas a la influencia del medio ambiente y del ser humano, están más expuestas a la materia orgánica responsable de la formación de productos derivados de la desinfección. Algunos compuestos que, si bien no son nocivos para el consumo humano, pueden presentar problemas para los sistemas que usan cloro por primera vez Mezcla de aguas de origen: Es la combinación de dos o más aguas de origen. La mezcla puede incluir una fuente de agua tratada o sin tratar, y es una estrategia muy difundida debido a la disponibilidad de agua o con el propósito de lograr ciertos objetivos de calidad del agua. Coagulación, floculación, y purificación: Son quizás los procesos más descuidados al momento de instalar instrumentación en una planta de tratamiento de aguas. Esto bien puede deberse al hecho de que el monitoreo de estos puntos no suele ser un requisito normativo. Para que todo el proceso funcione con eficacia, cada paso del proceso de tratamiento depende del paso que lo antecede y de los pasos sucesivos. La medición es crucial en cada paso pero si se busca optimizar el proceso y controlar los costos operativos Coagulación: Es un proceso que permite incrementar la tendencia de las partículas de agregarse unas a otras para formar partículas y así precipitar más rápidamente Floculación: Consiste en la agitación de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de los floculos recién formados, con la finalidad de aumentar el tamaño y peso necesario para sedimentar con facilidad..

(57) 57. Purificación: Es una serie de pasos por la cual el agua se somete para eliminar organismos y residuos a fin de que el agua sea de mayor pureza y calidad consumible, y se pueda beber sin peligro Monitoreo de filtros: En muchos países se exige el cumplimiento de normativas sobre monitoreo de turbidez de flujo en los filtros, y este ayuda a garantizar que el producto final sea inocuo para el consumo público. Además de cumplir con requisitos normativos, el monitoreo de la turbidez también es benéfico para optimizar el rendimiento del filtro, al crear ciclos de lavado a contracorriente, y detectar alteraciones en el filtro. Hay disponible instrumentación de turbidez para cumplir los requerimientos específicos de las instalaciones de filtrado tanto convencionales como de membrana Control de procesos de desinfección: Independientemente del tipo de desinfectante que se utilice, el examen analítico puede ayudarlo a cumplir con las normativas, incrementar al máximo la eficacia de la desinfección, determinar los adecuados créditos de emisión de carbono, optimizar la velocidad de la bomba de alimentación de químicos, reducir el riesgo de productos derivados de la desinfección, y controlar los problemas de olor y sabor. Un amplio abanico de métodos analíticos e instrumentación está disponible para abordar las necesidades específicas de cada planta en particular Cloro libre: Si bien los pros y los contras de la desinfección con cloro ha sido objeto de un amplio debate, sigue siendo el producto químico más utilizado en la desinfección de agua. El cloro se usa fundamentalmente como desinfectante, pero sirve además como agente oxidante para el control del olor y el sabor, evita la proliferación de algas, mantiene limpios los medios de filtrado, elimina el hierro y el manganeso, ayuda a destruir el sulfuro de hidrogeno y mejora la coagulación..

(58) 58. Cloraminas: En la desinfección con cloramina, la monocloramina se forma a partir de la reacción del amoniaco con el cloro Reducción de productos derivados de la desinfección: Hay avanzadas técnicas de análisis disponibles para identificar los productos específicos derivados de la desinfección que se forman en el proceso de tratamiento y en el sistema de distribución. Estas técnicas están más allá de los recursos técnicos y económicos disponibles en gran parte de las instalaciones. Monitoreo de distribución: El monitoreo de parámetros específicos en los sistemas de distribución suele ser un requisito normativo para organizar la entrega de agua inocua a la comunidad. Un monitoreo adicional entrega además una señal precoz de problemas de infiltración del agua, roturas en tuberías, envejecimiento del agua, o posibles violaciones de la seguridad.. 4.2.5 La floculación para el tratamiento de agua Consiste en la agitación de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de los flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso necesarios para sedimentar con facilidad. Estos flóculos inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores que son capaces de sedimentar Los objetivos básicos de la floculación son reunir microflóculos para formar partículas con peso específico superior al del agua y compactar el flóculo disminuyendo su grado de hidratación para producir baja concentración volumétrica, lo cual produce una alta eficiencia en los procesos posteriores como sedimentación y filtración..

(59) 59. La floculación es favorecida por el mezclado lento que permite juntar poco a poco los flóculos; un mezclado demasiado intenso los rompe y raramente se vuelven a formar en su tamaño y fuerza óptimos. La floculación no solo incrementa el tamaño de las partículas del flóculo, sino que también aumenta su peso. La floculación puede ser mejorada por la adición de un reactivo de floculación o ayudante de floculación. Tipos de floculación Floculación Peri cinética Está producido por el movimiento natural de las moléculas del agua y esta inducida por la energía térmica, este movimiento es conocido como el movimiento browniano. Floculación Orto cinética Se basa en las colisiones de las partículas debido al movimiento del agua, el que es inducido por una energía exterior a la masa de agua y que puede ser de origen mecánico o hidráulico. Parámetros de la floculación Floculación Ortocinética (Se da por el grado de agitación proporcionada: Mecánica o Hidráulica). - Gradiente de Velocidad (energía necesaria para producir la mezcla). - Número de colisiones (choque entre microflóculos). - Tiempo de retención (tiempo que permanece el agua en la unidad de floculación). - Densidad y tamaño de floc. - Volumen de lodos (los flóculos formados no deben sedimentar en las unidades de floculación)..

(60) 60. 4.2.6 Material de relleno plástico (panel lamelar- sedimentador de flujo cruzado en plástico ABS Los rellenos son partículas añadidas a un material (plásticos, material compuesto, hormigón) para reducir el consumo de un material más caro o para mejorar algunas propiedades del material mezclado. En todo el mundo son usados más de 53 millones de toneladas de rellenos, con una suma total de aproximadamente €16 mil millones, en diferentes áreas de aplicación tales como papel, plásticos, gomas, pinturas, recubrimientos, adhesivos y sellantes. Como tal, los rellenos, producidos por más de 700 compañías, se sitúan entre las mayores materias primas en el mundo y están presentes en una variedad de bienes para las necesidades del consumidor diario Anteriormente, los rellenos fueron utilizados para productos finales más económicos, donde son llamados extendedores. Entre los 21 rellenos más importantes, el carbonato de calcio posee la participación de mercado más grande y es principalmente usado en el sector de plásticos.2 Mientras la industria plástica mayoritariamente consume carbonato de calcio molido, la industria de papel utiliza principalmente carbonato de calcio precipitado que es derivado de minerales naturales. Harina de madera y aserrín son utilizados como relleno en el plástico termoestable. En algunos casos, los rellenos también realzan las propiedades de los productos, por ejemplo en los compuestos. En tales casos, una interacción química beneficiosa es desarrollada entre el material anfitrión y el relleno. Como resultado, se han desarrollado un grupo de tipos optimizados de rellenos, nano-rellenos o productos de superficie tratada..

(61) 61. Panel lameral La sedimentación es el proceso unitario más utilizado para realizar la separación sólido-líquido. Los módulos lamelares aumentan la superficie específica de contacto provocando el aumento de la velocidad de separación de las partículas en suspensión, y por lo tanto, aceleran el proceso de sedimentación. Los lamelares son aptos para procesos de depuración, potabilización y tanques de tormenta. Además, la instalación de lamelas en los decantadores permite aumentar la capacidad de estos sin modificar la obra civil. Un buen dimensionamiento de los decantadores lamelares asegura unos rendimientos muy altos en la decantación.. Aplicaciones: . Clarificación (ETAP’S). . Sedimentación primaria. . Sedimentación secundaria. . Tratamientos terciarios. . Estanques de tormentas. . Depuración de aguas industriales. Ventajas: . Mayor capacidad de separación de SS.

(62) 62 . Mayor superficie por m2. . Reducción de costes de obra civil. . Tecnología de ensamblaje Tecno. . Auto portantes. . Conductos uniformes y lisos. . Resistentes contra radiación UV. . Alta resistencia mecánica. 4.2.6.1 Características, precios, usos, países e importadores del material. Importadores del material: ECODENA: EMPRESA DE EXPORTACION DE MATERIAL Módulos Lamelares y Materiales Filtrantes Fabricamos cuerpos de relleno plásticos esféricos para filtros biológicos y percoladores, además de materiales plásticos de elevadas superficies específicas y alto rendimiento para lechos móviles fluidizados y material de relleno para tratamientos de aire. También fabricamos módulos lamelares de diferentes materiales plásticos y para distintos tipos de aplicaciones: Filtros coalescentes para separadores de aceites e hidrocarburos. Filtros biológicos y percoladores de baja carga, tanto aerobios como anaerobios. Sedimentadores primarios y secundarios. Tratamientos físicos-químicos. Torres de enfriamiento de aire (o de evaporación)..