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Utilizaci�n de productos para Potabilizaci�n de Agua

 

Use of products for water purification

 

Uso de produtos para purifica��o de �gua

 

 

 

 

Jaime Eduardo Pachacama-Llumiquinga ^I

quimicosjp@yahoo.com

https://orcid.org/0000-0002-0450-8309

 

 

 

 

Correspondencia: quimicosjp@yahoo.com

 

 

 

 

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

 

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*Recibido: 30 de julio de 2020 *Aceptado: 21 de agosto de 2020 * Publicado: 28 de agosto de 2020

 

 

 

 

1. Ingeniero Qu�mico, Investigador Independiente, Gerente T�cnico de la Empresa Aqua & Soil, Quito, Ecuador.

Resumen

Esta investigaci�n va a contribuir a la de purificaci�n de agua mediante procesos modernos contemplados en la norma t�cnica ecuatoriana, vigente sobre agua potable. El agua es de suma importancia para todo ser viviente y el desenvolvimiento econ�mico de cualquier regi�n del mundo. El deterioro del agua es un gran problema que va en aumento, y es considerado uno de los principales problemas ambientales. Siempre se debe partir de un an�lisis f�sico � qu�mico del agua problema, es decir, del agua a potabilizar, esto se realiza con la finalidad de determinar aspectos como: color, olor, sabor, turbiedad, s�lidos disueltos totales, dureza total alcalinidad F, alcalinidad M, cloruros (Cl), sulfatos (SO4), hierro (Fe), manganeso (Mn), amonio (NH₄⁺), nitritos (NO2), nitratos (NO3), fluoruro (F), ars�nico (As), plomo (Pb) y vanadio (V).� El an�lisis f�sico qu�mico sumado al bacteriol�gico, nos garantizan de manera concreta que nuestra agua es apta para el consumo humano. Para la desinfecci�n del agua: la desinfecci�n del agua para uso humano tiene por finalidad la eliminaci�n de los microorganismos pat�genos contenidos en el agua que no han sido eliminados en las fases iniciales del tratamiento del agua. Los procesos de tratamientos, por presentar una alta eficiencia en la potabilizaci�n del agua, debe ser motivo de estudio e investigaci�n con el objeto de mejorar su dise�o, manejo y operaciones de mantenimiento. Lo anterior presupone beneficios econ�micos que, a su vez, favorecer�n las condiciones de las poblaciones con la necesidad de satisfacer sus requerimientos de agua potable.

Palabras Clave: recursos h�dricos; contaminaci�n; tratamiento qu�mico; potabilizaci�n.

 

Abstract

This research will contribute to the purification of water through modern processes contemplated in the Ecuadorian technical standard, current on drinking water. Water is of the utmost importance for all living beings and the economic development of any region of the world. The deterioration of water is a great problem that is increasing, and is considered one of the main environmental problems. It should always be based on a physical-chemical analysis of the problem water, that is, of the water to be made drinkable, this is done in order to determine aspects such as: color, odor, taste, turbidity, total dissolved solids, total hardness, alkalinity F, alkalinity M, chlorides (Cl), sulfates (SO4), iron (Fe), manganese (Mn), ammonium (NH₄⁺), nitrites (NO2), nitrates (NO3), fluoride (F), arsenic (As), lead (Pb) and vanadium (V). The physical-chemical analysis added to the bacteriological one, guarantee us in a concrete way that our water is suitable for human consumption. For water disinfection: the purpose of disinfection of water for human use is to eliminate pathogenic microorganisms contained in the water that have not been eliminated in the initial phases of water treatment. Treatment processes, due to their high efficiency in the purification of water, should be the subject of study and research in order to improve their design, management and maintenance operations. This presupposes economic benefits that, in turn, will favor the conditions of the populations with the need to satisfy their drinking water requirements.

Keywords: water resources, pollution, chemical treatment, purification.

 

Resumo

Esta pesquisa contribuir� para a purifica��o da �gua por meio de modernos processos contemplados na norma t�cnica equatoriana, atual sobre �gua pot�vel. A �gua � de extrema import�ncia para todos os seres vivos e para o desenvolvimento econ�mico de qualquer regi�o do mundo. A degrada��o da �gua � um grande problema que se agrava e � considerada um dos principais problemas ambientais. Deve-se sempre basear-se na an�lise f�sico-qu�mica da �gua problem�tica, ou seja, da �gua a se tornar pot�vel, para determinar aspectos como: cor, odor, sabor, turbidez, s�lidos totais dissolvidos, dureza total, alcalinidade F, alcalinidade M, cloretos (Cl), sulfatos (SO4), ferro (Fe), mangan�s (Mn), am�nio (NH₄⁺), nitritos (NO2), nitratos (NO3), fluoreto (F), ars�nio (As), chumbo (Pb) e van�dio (V). As an�lises f�sico-qu�micas somadas �s bacteriol�gicas, nos garantem de forma concreta que nossa �gua � pr�pria para consumo humano. Para desinfec��o de �gua: o objetivo da desinfec��o de �gua para uso humano � eliminar os microorganismos patog�nicos contidos na �gua que n�o foram eliminados nas fases iniciais do tratamento da �gua. Os processos de tratamento, devido � sua alta efici�ncia na purifica��o da �gua, devem ser objeto de estudos e pesquisas a fim de melhorar suas opera��es de projeto, gest�o e manuten��o. Isso pressup�e benef�cios econ�micos que, por sua vez, ir�o favorecer as condi��es das popula��es com a necessidade de satisfazer suas necessidades de �gua pot�vel.

Palavras-chave: recursos h�dricos, polui��o, tratamento qu�mico, purifica��o.

 

Introducci�n

De acuerdo a la OMS (2006), el agua es �esencial para la vida y todas las personas deben disponer de un suministro satisfactorio (suficiente, inocuo y accesible). La mejora del acceso al agua potable puede proporcionar beneficios tangibles para la salud�. La potabilizaci�n del agua consiste en la eliminaci�n de compuestos vol�tiles seguida de la precipitaci�n de impurezas con floculantes, filtraci�n y desinfecci�n con cloro.

El agua es de suma importancia para todo ser viviente y el desenvolvimiento econ�mico de cualquier regi�n del mundo. Los recursos h�dricos aprovechables deben repartirse entre muchos usuarios, adem�s de tener en cuenta las necesidades del entorno. A pasar los a�os, los recursos naturales eran considerados disponibles para cualquier uso humano, sin tener en cuenta la calidad o las necesidades para los usos ambientales. Cuando se considera la distribuci�n del agua entre los usuarios, la agricultura es el sector de mayor demanda, adem�s del creciente mercado en el turismo, usos urbanos e industriales, compitiendo por un acceso a un recurso cada vez menos disponible. Normalmente los recursos h�dricos se obtienen de aguas superficiales o de aguas subterr�neas.

El deterioro del agua es un gran problema que va en aumento, y es considerado uno de los principales problemas ambientales. De acuerdo a Fern�ndez (2012), las principales causas, tanto para el agua dulce como la salada, �son los vertidos incontrolados de las aguas residuales urbanas e industriales, muchas veces sin tratamiento, as� como las pr�cticas agr�colas deficientes�. La misma autora expresa que �La contaminaci�n atmosf�rica, la acumulaci�n de sustancias qu�micas en suelos y sedimentos, el exceso de bombeo de aguas subterr�neas, la miner�a y otras industrias de extracci�n, la destrucci�n de zonas pantanosas, tambi�n contribuyen a su deterioro�.

Esta investigaci�n va a contribuir a la de purificaci�n de agua mediante procesos modernos contemplados en la norma t�cnica ecuatoriana, vigente sobre agua potable.

 

Desarrollo

El agua se distribuye por toda la vida en la Tierra. Su distribuci�n es muy variable: en algunas regiones es muy abundante, mientras que en otras escasea. Por el contrario, a lo que muchos seres humanos creen que la cantidad total de agua en el planeta no cambia.

El agua existe en la tierra en forma s�lida conocida como hielo, a su vez se encuentra el agua en forma l�quida y gaseosa percibida como vapor de agua. Se puede observar en oc�anos, r�os, nubes, lluvia y otras formas de precipitaci�n en frecuentes cambios de estado. As�, el agua superficial se evapora, el agua de las nubes precipita, la lluvia se infiltra en el suelo y corre hacia el mar.

 

El agua se localiza en la tierra en un 97 por ciento en los oc�anos. Pardo (2013), indica que la barra del medio en la imagen 1, representa el agua dulce en la tierra, es decir, el 3 por ciento de la primera barra expuesta del lado izquierdo. De esta porci�n un 77 por ciento, se encuentra en glaciares y capas de hielo, principalmente en Groenlandia y la Ant�rtica y en los mares salados que se localizan en partes interiores de los pa�ses. El veintid�s por ciento de esta porci�n son aguas subterr�neas. La barra del lado derecho muestra la distribuci�n de la otra porci�n de la barra anteriormente explicada y el remanente uno por ciento, es la humedad contenida en la atmosfera y suelos, as� como la porci�n de los lagos y r�os.

 

Imagen 1. Distribuci�n del agua del planeta tierra.

 

An�lisis del agua

Siempre se debe partir de un an�lisis f�sico � qu�mico del agua problema, es decir, del agua a potabilizar, esto se realiza con la finalidad de determinar aspectos como: color, olor, sabor, turbiedad, s�lidos disueltos totales, dureza total alcalinidad F, alcalinidad M, cloruros (Cl), sulfatos (SO4), hierro (Fe), manganeso (Mn), amonio (NH₄⁺), nitritos (NO2), nitratos (NO3), fluoruro (F), ars�nico (As), plomo (Pb) y vanadio (V).� El an�lisis f�sico qu�mico sumado al bacteriol�gico, nos garantizan de manera concreta que nuestra agua es apta para el consumo humano.

Este an�lisis debe efectuarse en laboratorios acreditados. Un laboratorio acreditado es aquel que cuenta con el reconocimiento oficial de su competencia.

Para la potabilizaci�n del agua, el an�lisis completo consistir� en la determinaci�n de los par�metros como organol�pticos (color); f�sico-qu�micos (concentraci�n en ion hidr�geno, cloruros, sulfatos, s�lice, sodio, magnesio, entre otros); sustancias no deseables (amonio, carbono org�nico, hidr�geno sulfurado, hidrocarburos, aceites minerales, boro, cloro, fl�or, entre otros); sustancias t�xicas (plata, ars�nico, cianuros, plomo, plaguicidas y productos similares, hidrocarburos poli c�clicos arom�ticos, entre otros); Microbiol�gicos (estreptococos fecales, Clostridium sulfito reductores y test complementarios de Salmonella; Staphylococcus pat�genos; bacteri�fagos fecales; enterovirus; protozoos, anim�lculos (gusanos-larvas); radioactividad.

 

Tratamiento de agua

De oc�anos: se realiza a trav�s del proceso de Osmosis Inversa y la desinfecci�n.

La �smosis inversa es un proceso de purificaci�n de agua que utiliza una membrana parcialmente permeable para eliminar iones, mol�culas no deseadas y part�culas m�s grandes del agua potable. En la �smosis inversa, el agua es forzada bajo una gran presi�n a trav�s de membranas muy finas. Los s�lidos en suspensi�n, colorantes, coloides, compuestos org�nicos, virus y bacterias se separan del agua durante este proceso. Se aplica una presi�n de hasta 100 bares. De esta forma es posible eliminar hasta un 99% de los s�lidos disueltos y bacterias. Existen equipos de �smosis inversa con un m�dulo de �smosis inversa capaz de desinfectar varios litros por hora. Estos est�n dise�ados para el uso dom�stico o de laboratorio. Siguiendo el mismo principio tambi�n existen instalaciones desalinizadoras de agua de mar con una capacidad de varios cientos de metros c�bicos de agua limpia y clara por hora. Lamentablemente, del agua filtrada tambi�n se eliminan los minerales vitales para la vida. Esta agua no tiene ninguna estructura y en realidad deber�a mezclarse con agua dulce o ser revitalizada. La mineralizaci�n y revitalizaci�n es muy importante para este tipo de filtraci�n para mantener estable la calidad del agua obtenida.

Desinfecci�n por cloro y ozono: es el �ltimo proceso de tratamiento del agua de los oc�anos, que consiste en la eliminaci�n de los organismos potencialmente infecciosos.

 

Agua de glaciares

Se hace a trav�s de varios procesos como lo son:

�         Filtraci�n: es el m�todo m�s utilizado para remover part�culas peque�as transportando el agua a trav�s de material poroso.

�         A gravedad: la filtraci�n por gravedad es el proceso en el cual se hace pasar el agua por un filtro, y el proceso se realiza por efectos de la gravedad. Los filtros de presi�n est�n contenidos en recipientes y el agua fluye forzada por efectos de presi�n a trav�s del medio filtrante, as� lo explica Arango (2005).

�         A presi�n: por inyecci�n de aire comprimido en una torre de oxidaci�n rellenas de materiales de contacto (arena y carb�n activado).

�         Desinfecci�n con cloro y ozono: es un proceso qu�mico que elimina organismos pat�genos.

R�os y lagos

�         Plantas convencionales: son instalaciones donde el agua cruda de r�os y lagos es sometida a diversos procesos con el objetivo de eliminar los microorganismos y los contaminantes f�sicos y qu�micos hasta los l�mites aceptables que estipula la normativa.

�         Coagulaci�n y floculaci�n: la coagulaci�n es la inyecci�n de coagulante, se realiza en los seis canales Parshall que constituyen la unidad de mezcla r�pida, mientras que la floculaci�n se realiza en seis canales de floculaci�n con pantallas y flujo vertical.

�         Sedimentaci�n: se refiere al proceso donde se deja que los contaminantes se depositen en el fondo por gravedad, hasta complicados procesos qu�micos, biol�gicos o t�rmicos.

�         Filtraci�n: se dispone de 16 filtros de gravedad y con lecho de arena.

�         Desinfecci�n: se realiza la precloraci�n y poscloraci�n del agua.

 

Imagen 2. Proceso de tratamiento del agua de r�os y lagos.

 

Aguas subterr�neas

�         Dependiendo de la zona puede tener varios elementos qu�micos como: hierro, dureza c�lcica, fl�or, ars�nico, boro, silicio, metales pesados.

�         Dependiendo del elemento presente, se necesita: oxidaci�n, intercambio i�nico, coagulaci�n, floculaci�n, filtraci�n, resinas selectivas y desinfecci�n.

 

Dise�o de los sistemas de potabilizaci�n

�         Caudal de tratamiento: el caudal de dise�o de la planta de tratamiento debe ser el caudal m�ximo diario cuando se cuente con almacenamiento, o en su defecto el caudal m�ximo horario.

�         Tipo de agua: depende de su clasificaci�n si es potable, salada, salobre, dulce, dura, blanda, negras, grises, residuales, bruta, muertas o alcalinas.

�         Fuente de agua: proveniente de los oc�anos, r�os, lagos, entre otras, para aplicar el respectivo tratamiento de potabilizaci�n del agua.

�         An�lisis f�sico � qu�mico: permite medir los minerales y compuestos presentes, disueltos o en suspensi�n.

�         Crecimiento poblacional: la cantidad de agua a potabilizar depende de la demanda poblacional.

 

Qu�micos para potabilizar

�         Coagulantes inorg�nicos: Policloruro de aluminio, sulfato de aluminio, cloruro f�rrico. En la eficacia de la coagulaci�n influyen: pH, agitaci�n y tipo de coagulante. EL pH es un factor cr�tico en el proceso de coagulaci�n.

�         Floculante: mejora el proceso de clarificaci�n, sin embargo, tiene un costo considerable, de igual forma no existe un floculante que sea recomendable para todo tipo de agua y su selecci�n depende del agua a clarificar.� Floculantes sint�ticos. Poliacrilamidas, se utilizan en clarificaci�n y tratamiento de lodos. Poliaminas, se utilizan generalmente en clarificaci�n.

 

Ventaja y desventaja entre sulfato y PAC

�         Sulfato de Aluminio (Alum)

�         Forma fl�culo blanco casi invisible

�         Se requiere normalmente un control del pH.

�         El rango de trabajo de pH muy limitado

�         La remoci�n de material org�nica en el proceso es limitada

�         Problemas con agua de alta turbiedad

�         Muchas veces requiere un ayudante de floculaci�n (pol�mero) para flocular

�         Problemas con alto contenido de Aluminio residual

�         Policloruro de Aluminio (PAC)

�         Normalmente no requiere un ajuste del pH

�         En comparaci�n con el Alum:

�         Un rango de trabajo de pH m�s amplio�

�         Aluminio residual m�s bajo

�         En la remoci�n de turbiedad y

�         Manejo m�s f�cil de producto l�quido y s�lido

�         Menor consumo de pol�mero

�         Menor dosis de Aluminio que con el Alum

�         Velocidad de reacci�n muy alta

�         Un pH demasiado alto para la coagulaci�n puede bajar la remoci�n de sustancia org�nica.

 

Procesos de tratamiento de agua m�s importantes

Filtraci�n: El t�rmino medio filtrante es utilizado para describir cualquier material utilizado para filtrar part�culas de la corriente de flujo de un fluido. Cada filtro se fabrica con el medio filtrante apropiado para brindar la protecci�n necesaria para la aplicaci�n para la cual se dise��.� La filtraci�n se realiza a trav�s de varios materiales como se mencionan a continuaci�n: Antracita, arena sil�cica, zeolita, carb�n Activado, resina ani�nica y cati�nica y arena verde de manganeso.

 

Clasificaci�n de la filtraci�n

�         Seg�n el medio filtrante.

�         Seg�n la velocidad de filtraci�n: Lentos y r�pidos.

�         Seg�n el sentido de flujo: Ascendente, Descendente y Horizontal, mixto.

�         Seg�n la carga sobre el lecho filtrante: Presurizados y gravedad.

 

Desinfecci�n del agua potable: la desinfecci�n del agua para uso humano tiene por finalidad la eliminaci�n de los microorganismos pat�genos contenidos en el agua que no han sido eliminados en las fases iniciales del tratamiento del agua.

 

Consecuencias del Consumo de Agua no Segura o Contaminada

Casi la mitad de la Poblaci�n de los pa�ses en desarrollo padecen enfermedades transmitidas por el agua. El grupo de las enfermedades diarreicas es la causa principal de mortalidad y morbilidad infantil en los pa�ses en desarrollo. Los organismos pat�genos utilizan el agua como veh�culo para introducirse en el organismo humano. Algunas de estas enfermedades por agua contaminada se pueden encontrar: diarrea, amibiasis, tifus, hepatitis, ascariasis y m�ltiples infecciones.

 

Factores que intervienen en la desinfecci�n

�         pH del agua.

�         Tiempo de contacto cloro � agua.

�         Tipo y concentraci�n del agente qu�mico (CLORO).

�         Temperatura.

�         Microorganismos presentes.

�         Calidad del agua (dureza, s�lidos, color, entre otros).

 

pH para mejor desinfecci�n del agua: Conviene que la desinfecci�n se realice a pH < 7.5. Una vez alcanzado el punto, el tiempo de contacto debe ser > 20 min

Dicloroisocianurato de sodio: Entre sus caracter�sticas y beneficios se encuentran: liberaci�n controlada, para una entrega constante de Cloro; es de r�pida disoluci�n; el material no se apelmaza en contacto con la humedad ambiental; el pH es m�s neutro y menos corrosivo; es f�cil de manejar y de almacenamiento seguro, no enturbia el agua y no incrementa la dureza del agua.

Tricloroisocian�rico o cloro org�nico: entre sus caracter�sticas y beneficios est�n: mantiene el pH, no ensucia el agua, no eleva la dureza del agua, el �cido cian�rico, protege al cloro activo contra la degradaci�n solar y por tanto dura m�s, 1,1 Kg. de tricloro es el valor recomendado m�ximo por d�a.

 

 

Control de calidad

La calidad del agua de consumo puede controlarse mediante una combinaci�n de medidas: protecci�n de las fuentes de agua, de control de las operaciones de tratamiento, y de gesti�n de la distribuci�n y la manipulaci�n del agua. Esto est� estipulado en las NORMA T�CNICA ECUATORIANA (NTE INEN 1108) Quinta revisi�n�� 2014-01 de agua potable.

 

Conclusiones

El agua es un recurso b�sico de salud para los seres humanos, y puede ser tambi�n un factor causante de enfermedades, ya que las comunidades que no cuentan con agua potable tienen menores probabilidades de desarrollo.

Los procesos de tratamientos, por presentar una alta eficiencia en la potabilizaci�n del agua, debe ser motivo de estudio e investigaci�n con el objeto de mejorar su dise�o, manejo y operaciones de mantenimiento. Lo anterior presupone beneficios econ�micos que, a su vez, favorecer�n las condiciones de las poblaciones con la necesidad de satisfacer sus requerimientos de agua potable.

Cabe destacar el hecho que el agua para el consumo humano debe tener con especificaciones generales de potabilidad ya establecidas en tablas de an�lisis, y que es de suma importancia la toma de conciencia por un lado de los entes gubernamentales a fin de suministrar a las comunidades ya sean urbanas o rurales un agua optima e inocua para su consumo, a su vez las comunidades que utilizan este recurso debe procurar disminuir los procesos contaminantes de este recurso natural que finalmente representa un 70% de nuestra vida, y que sin el cual no se podr�a vivir.

 

Referencias

1.      Arango, A. (2005). La biofiltraci�n, una alternativa para la potabilizaci�n del agua. Revista Lasallista de Investigaci�n, vol. 1, n�m. 2, 2004, pp. 61-66 Corporaci�n Universitaria Lasallista Antioquia, Colombia. Documento en l�nea. Disponible en: https://www.redalyc.org/pdf/695/69510210.pdf

2.      Fern�ndez, A. (2012).� El agua: un recurso esencial. Revista Qu�mica Viva, vol. 11, n�m. 3. pp. 147-170. Universidad de Buenos Aires Buenos Aires, Argentina. Documento en l�nea. Disponible en: https://www.redalyc.org/pdf/863/86325090002.pdf

3.      NORMA T�CNICA ECUATORIANA (NTE INEN 1108) Quinta revisi�n�� 2014-01 de agua potable. 2011.

4.      Organizaci�n Mundial de la Salud. OMS. (2006). Gu�as para la calidad del agua potable. Tercera Edici�n. ISBN 92 4 154696 4. Documento en l�nea. Disponible en: https://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwq3_es_fulll_lowsres.pdf

5.      Pardo, A. (2013). El origen del agua terrestre: la ciencia actual.� Departamento de Ciencias Agrarias y del Medio Natural. Escuela Polit�cnica Superior, Huesca, Universidad de Zaragoza. Revista ResearchGate. Documento en l�nea. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/280297753_El_origen_del_agua_terrestre_la_ciencia_actual_desde_la_vision_de_Odon_de_Buen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

�2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).