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PTAR Taboada
Introducción
Tecnologías disponibles para el
tratamiento de efluentesindustriales
Ing. Juan Turriate Manrique
Abril, 2016
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TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS
El tratamiento de los efluentes líquidosconsta de un conjunto de operacionesfísicas, biológicas y químicas, quepersiguen eliminar la mayor cantidadposible de contaminantes antes de suvertido, de forma que los niveles decontaminación que queden en los
efluentes tratados cumplan los limiteslegales existentes y puedan serasimilados de forma natural por los
cauces receptores.
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Propósito del tratamiento
Dependen del destino final y puedenser, básicamente:Modificar las propiedades
fisicoquímicas o biológicas del residuocon el fin de alcanzar nivelescompatibles con los requerimientos de
la descargaSeparar o remover del vertimiento los
constituyentes indeseables
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Clasificación de los sistemas de tratamiento
Criterios de selecciónPara la selección de los procesos detratamiento es necesario observar las
siguientes consideraciones:
Características del agua a tratar
Grado de tratamiento requerido segúnel destino final Disponibilidad de espacio
Costos: Capital y O & M
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Clasificación de los sistemas de tratamiento:Por el tipo de proceso
En general, los procesos de tratamiento están
categorizados como transporte de momento, masa ocalor o una combinación de los mismos. Por esa razón se
clasifican en:
RIL TRAT.
PRIMARI
O
TRAT.
SECUNDARIO
PRE-
TRATAMIENTO
TRAT.
AVANZADO
AGUA
TRAT.
Sólidos degran
tamaño,arenas
Sólidossuspendidos,grasas, etc.
Biomasa NN
TratamientosFísicos
TratamientosFísicos y/oQuímicos
TratamientosBiológicos
TratamientosFísicos, Químicos,
Biológicos
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Clasificación por el grado de tratamiento
E = 85-90%E = 30-50%E = 5%
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Clasificación por el grado de tratamiento
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PRETRATAMIENTO
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Pre tratamiento (Tratamiento Preliminar)
Las aguas residuales antes de su tratamiento, propiamente dicho,se someten a un pretratamiento, que comprende una serie deoperaciones físicas y mecánicas, que tienen por objetivo separardel agua residual la mayor cantidad posible de materias, que, porsu naturaleza o tamaño, pueden dar lugar a problemas en lasetapas posteriores del tratamiento.
El correcto diseño y posterior mantenimiento de la etapa depretratamiento son aspectos de gran importancia, pues cualquierdeficiencia en los mismos repercutirá negativamente en el restode las instalaciones originando obstrucciones de tuberías, válvulas y bombas, desgaste de equipos, formación de costras, etc. Dentro
del pretratamiento se incluyen las operaciones de separación de grandes solidos, desbaste, tamizado y desarenado — desengrase .Después de tal pre-tratamiento, las aguas residuales están listaspara cualquier proceso de depuración tanto físico, químico o
biológico.
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Separación de grandes sólidos
Cuando se prevea la presenciade solidos de gran tamaño, o
una excesiva cantidad dearenas, se recurre a ubicar encabecera del PTAR un pozo degruesos, que permita laseparación de estoselementos. Este pozo degruesos tiene en su parteinferior forma de tronco depirámide invertido de paredesmuy inclinadas, al objeto deconcentrar los solidos aeliminar en una zonaespecifica, desde la que sea
fácil su extracción.La retirada de los solidos depositados se efectúa mediante una cucharaanfibia, con movimientos de desplazamiento vertical y horizontal mediantepolipasto y grúa pórtico.Los residuos extraídos por la cuchara se depositan en contenedores, como pasoprevio a su envió a vertedero.
Pozo de gruesos y cuchara bivalva
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Desbaste
El objetivo del desbaste es laeliminación de los solidos de
pequeño y mediano tamaño(trozos de madera, trapos,raíces, etc.) que de otro modopodrían deteriorar o bloquearlos equipos mecánicos yobstruir el paso de lacorriente de agua.El procedimiento mas usualconsiste en hacer pasar lasaguas a través de rejas que,de acuerdo con la separaciónentre los barrotes, puedenclasificarse en:
• Desbaste de gruesos: el pasolibre entre los barrotes es de50 a 100 mm
• Desbaste de finos: el paso libreentre los barrotes es de 10 a 25mmEn función de su geometría, las rejas pueden ser rectas o curvas y, según como seejecute la extracción de los residuos retenidos en los barrotes, se distingue entre rejas
de limpieza manual y rejas de limpieza automática
Desbaste de gruesos empleando rejas rectasde limpieza manual
Reja curva de acondicionamiento automático
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Desbaste (cribado): Especificaciones de las rejas
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Tamizado
Tiene por objeto la reducción delcontenido en solidos en suspensión delas aguas residuales, mediante sufiltración a través de un soportedelgado dotado de ranuras de paso.Se distingue entre tamices estáticosauto limpiantes, tamices rotativos y
tamices deslizantes.Los tamices estáticos auto limpiantesconstan de un enrejado, constituidopor barras horizontales de aceroinoxidable, rectas o curvadas, de
sección triangular, orientadas de talforma que la parte plana se encara alflujo. La inclinación de este enrejadodisminuye progresivamente de arribaabajo, entre 65° y 45°
aproximadamente.Tamizado estático auto limpiante
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Tamizado
Los tamices rotativos estánconstituidos por un enrejado cilíndrico
de eje horizontal, formado por barrasde acero inoxidable, de seccióntrapezoidal. El enrejado giralentamente accionado por unmotorreductor.La alimentación al tamiz se efectúapor su parte exterior. Los solidos detamaño superior a la luz de pasoquedan retenidos en la parte externadel cilindro y la eliminación de la capade solidos retenidos en la periferia deltamiz se logra mediante la acción deuna cuchilla y del propio giro de la
unidad. La fracción liquida, con lossolidos de tamaño inferior a la luz depaso, atraviesa el enrejado cilíndrico yse conduce hacia la zona deevacuación.
Tamiz rotativo
Los tamices deslizantes son de tipo vertical y continuo, su luz de paso oscila entre los 0,2 y
3 mm y se suelen emplear en la operación de desbaste de finos.
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Tamizado
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Desarenado
Tiene por objetivo la eliminación
de materias pesadas de tamañosuperior a 0,2 mm, para evitarque sedimenten en canales yconducciones y para proteger alas bombas y otros elementos dela abrasiónAparte de las arenaspropiamente dichas, se eliminantambién gravas y partículas
minerales, así como elementosde origen orgánico, noputrescibles (granos de café,semillas, huesos, cascaras de
frutas y huevos, etc.).
Desarenado de doble canal
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Desarenado
Los canales desarenadores pueden
ser de flujo variable o de flujoconstante. Los de flujo variable seemplean en PTAR pequeñas, y lasarenas se extraen manualmente deun canal longitudinal, con una
capacidad para el almacenamientode arenas de 4-5 días.Los canales desarenadores de flujoconstante mantienen una velocidadde paso fija, en torno a 0,3 m/s,
independientemente del caudal quelos atraviesa, con lo que se lograque sedimente la mayor parte delas partículas de origen inorgánico yla menor las de origen orgánico (<5% de materia orgánica).
Desarenado de doble canal
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Desarenadores: Características y función
Estructuras destinadas a removerarenas y otros guijarros presentesen las aguas residualesLos desarenadores pueden serrectangulares o circulares; deflujo horizontal o helicoidal;aireados o no; de limpieza manual o
mecánica
Tienen como función prevenir
la abrasión de equiposmecánicos, evitar lasedimentación de arenas entuberías, canales y tanquesubicados aguas abajo
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Desarenadores: Especificaciones
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Desarenadores: Especificaciones
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Desengrasado
Dentro de losdesengrasadores se distingueentre los desengrasadoresestáticos y los aireados.En los desengrasadoresestáticos se hacen pasar lasaguas a través de un deposito
dotado de un tabique, queobliga a las aguas a salir porla parte inferior del mismo, loque permite que loscomponentes de menor
densidad que el agua, quedenretenidos en la superficie. Laretirada de las grasas selleva a cabo de forma manual,haciendo uso de un recogehojas de piscina.
Desengrasador estático
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Desengrasado
En losdesengrasadores
aireados se inyectaaire con objeto dedesemulsionar lasgrasas y lograr unamejor flotacion de lasmismas.
En plantas de tamañomedio-grande lasoperaciones dedesarenado ydesengrasado sellevan a cabo de
forma conjunta enunidades detratamiento conocidascomo desarenadores-desengrasadoresaireados.
Desarenador - Desengrasador aireado
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Homogenización: Función
Son tanques que sirven para regular o disminuir los efectos de lavariación del flujo o de la concentración de las aguas residuales.Un tanque de igualación es un depósito de cualquier forma concapacidad suficiente para contener el flujo de agua que sobrepasa undeterminado valor.
El procedimientode calculo se basaen establecer unbalance de masa aintervalos
regulares detiempo
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Medición de caudales
Aunque los dispositivos que se empleanpara la medición de los caudales no
ejercen ningún efecto de depuraciónsobre las aguas residuales, juegan unpapel muy importante en el global delproceso pues permiten la determinaciónde los caudales de aguas a tratar y losrealmente tratados.
Esto posibilita, a su vez, ajustar lascondiciones operativas de las distintas
etapas del tratamiento, así como obtenerel coste del tratamiento por unidad devolumen tratado.La ubicación de los medidores de caudaltras el pretratamiento pretendeminimizar los problemas asociados aobturaciones, desgastes, formación de
depósitos de grasas, etc.
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Medición de caudales de aguas residuales
NO EXISTE UNA SOLUCIÓN TECNOLÓGICA ÚNICA
NI GENERALIZADA PARA MEDICIÓN DE AGUASRESIDUALES. Este campo de medición es tal vez una de los desafíos
más complejos en medición de caudal. Presenta una variedad de condiciones hidráulicas,
mecánicas y químicas: tubería parcialmente llena,descarga por gravedad, variaciones dramáticas en gasto,canales abiertos, contenido de sólidos y grasas, etc.
Es indispensable definir de antemano el objetivo de la
medición: ¿monitoreo? ¿conservación? ¿eficiencia?¿telemetría?... o…¿facturación de servicio? Es necesario evaluar las distintas opciones de tecnología
existentes hoy en el mercado.
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Aforador Parshall
El aforador Parshall es una estructura hidráulica que
permite medir la cantidad de agua que pasa por unasección de un canal. Consta de cuatro partesprincipales:1 Transición de entrada.2 Sección convergente3 Garganta.4 Sección divergente.En la transición de entrada, el piso se eleva sobre el fondooriginal del canal, con una pendiente suave y las paredes se
van cerrando, ya sea en línea recta o circular.En la sección convergente, el fondo es horizontal y elancho va disminuyendo.En la garganta el pico vuelve a bajar para terminar conotra pendiente ascendente en la sección divergente
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Aforador Parshall
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Aforador Parshall
NOMENCLATURAW= Ancho de la garganta
A= Longitud de las paredes de lasección convergentea=Ubicación del punto de medición HaE= Longitud de la sección convergenteC= Ancho de la salidaD=Ancho de la entrada de la secciónconvergente
E=Profundidad totalT=Longitud de la gargantaG=Longitud de la sección divergenteH=Longitud de las paredes de lasecciónK=Diferencia de elevación entre lasalida y la
M=Longitud de la transición de entradaN=Profundidad de la cubetaP=Ancho de la entrada de la transiciónR=Radio de curvaturaX=Abscisa del punto de medición Hb Y=Ordenada del punto de rnedicion
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Medición de caudales de aguas residuales
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Medición de caudales de aguas residuales
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Medición de caudales de aguas residuales
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Medición de caudales de aguas residuales
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TRATAMIENTOS PRIMARIOS
Tecnologías disponibles para eltratamiento de efluentesindustriales
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TRATAMIENTOS PRIMARIOS: SEDIMENTACIÓN
Se entiende por sedimentación la remoción por efectogravitacional de las partículas en suspensión presentes en el
agua. Estas partículas deberán tener un peso específico mayor
que el fluido.
La remoción de partículas en suspensión en el agua puede
conseguirse por sedimentación o filtración. De allí que ambos
procesos se consideren como complementarios.
La sedimentación remueve las partículas más densas, mientrasque la filtración remueve aquellas partículas que tienen una
densidad muy cercana a la del agua o que han sido resuspendidas
y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en el proceso anterior.
Ó
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TRATAMIENTOS PRIMARIOS: SEDIMENTACIÓN
La sedimentación es un
proceso físico que aprovechala diferencia de densidad y
peso entre el líquido y las
partículas suspendidas
Los sólidos, más pesados queel agua, precipitan
produciéndose su separación
del líquido La sedimentación primaria aplica
para partículas floculentas (con osin coagulación previa)
Los sedimentadores pueden ser
circulares o rectangulares
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Tipos de sedimentación
Las partículas en suspensión sedimentan en
diferente forma, dependiendo de las
características de las partículas, así como de
su concentración. Es así que podemos
referirnos a la sedimentación de partículas
discretas, sedimentación de partículas
floculentas y sedimentación de
partículas
por caída libre e interferida.
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Sedimentación de partículas discretas
Se llama partículas discretas a aquellas partículas que
no cambian de características (forma, tamaño,densidad) durante la caída.
Este tipo de partículas y esta forma de sedimentación
se presentan en los desarenadores, en los
sedimentadores y en los presedimentadores como paso
previo a la coagulación en las plantas de filtración
rápida y también en sedimentadores como paso previoa la filtración lenta.
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Teoría de la sedimentación discreta (libre)
El fundamento para la sedimentación departículas discretas es la ley de Newton, que
se basa en la suposición de que laspartículas son esféricas con diámetroshomogéneos.
Cuando una partícula se sedimenta, vaacelerándose hasta que las fuerzas queprovocan la sedimentación, en particular elpeso efectivo de la partícula, se equilibrancon las resistencias o fuerzas de fricciónofrecidas por el liquido. Cuando se llega aeste equilibrio, la partícula alcanza unavelocidad de sedimentación constante,denominada velocidad final desedimentación de la partícula.
La fuerza que provoca la sedimentación, en este caso el peso efectivo de la partícula,es la diferencia entre su peso y el empuje hidrostático
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Teoría de la sedimentación discreta (libre)
La fuerza de resistencia que trata de impedir la sedimentación es: .Donde: FD es la fuerza de resistencia; CD es el coeficiente de fricción;A es el área proyectada de la partícula, A = 1 /4pd3; yV es la velocidad relativa entre la partícula y el fluido
Para las condiciones que definen la velocidad final de
sedimentación, FS = FD:
Considerando que V= Vs y para partículas esféricas: V =1/p6d3 y A = 1/4pd2
Que es la Ley de Newton
Para las partículas esféricas, el coeficiente de fricción CD
está relacionado con el número de Reynolds NR definidopor la ecuación
En general, para el coeficiente CD se puede obtener unaaproximación por la fórmula
( )
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Teoría de la sedimentación discreta (libre)
Para partículas no esféricas puede emplearse la figura adjunta, sin más que considerar quecada curva corresponde a un valor especifico definido como esfericidad (la esfericidad es elcociente entre el área superficial de una esfera que tenga el mismo volumen que la partículay el área superficial de dicha partícula).
í d l d ó d (l b )
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Teoría de la sedimentación discreta (libre)
Muchos problemas de sedimentación en los tratamientos de aguas residuales se presentan en
la zona de Stokes. Sustituyendo CD = 24/NR = 24μL/dVspL se obtiene
Que es la Ley de Stokes
Gráfico logarítmico de Vs en
función de d.
Para un problema especifico en la zona de Stokes (ps, pL yμL fijadas) se tendría la ecuación:
En la zona de Transición:
En la zona de Newton:
Aun en el caso de los desarenadores, estateoría antes establecida tiene doslimitaciones importantes:
(1) las partículas de arena son muyraramente esféricas, y(2) las partículas de arena no tienen
densidad uniforme
í d l di ió di (lib )
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Teoría de la sedimentación discreta (libre)
Concepto de tanque de sedimentación ideal
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Concepto de tanque de sedimentación idealDesarrollado por Hazen [8] y Camp [2],
El modelo conceptúa cuatro zonas:
1. Zona de entrada. En la cual el flujo puedeconsiderarse laminar. Se supone que en el límitede esta zona (siguiendo la línea vertical xt) laspartículas se distribuyen uniformemente según la
sección de entrada.2. Zona de sedimentación. Se supone que la
partícula deja de estar en suspensión cuando llegaal fondo de esta zona (línea horizontal ty).
3. Zona de salida. El agua residual se recoge aquíantes de su paso al tratamiento posterior.
4. Zona de lodos. Esta zona es la reservada para la
retirada de los lodos.
Concepto de tanque de sedimentación ideal
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p qDesarrollado por Hazen [8] y Camp [2],
La consideración de triángulossimilares en la figura
C t d t d di t ió id l
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Concepto de tanque de sedimentación ideal
F t d ti d t ió
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Factor de carga y tiempo de retención
El flujo específico o factor de carga se define como:
definido como la velocidad de sedimentación Vs de unapartícula que se sedimenta a lo largo de una distancia igual ala profundidad efectiva del tanque durante el período teórico
de retención. Esto resulta de la definición del período deretención (o residencia)
A partir de la ecuación (Q/A) se obtiene que la velocidad desedimentación Vs definida como Vs = H/t es equivalente alfactor de carga, ya que:
V l id d d t
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Velocidad de arrastre
La velocidad de arrastre Vs es el valor de la velocidad
de paso V para la cual, las partículas «previamentesedimentadas», son arrastradas
La velocidad de arrastre se puede calcular a partirde la siguiente ecuación empírica
donde Vc es la velocidad de arrastre (mm/seg), o sea, la velocidad de paso requeridapara arrastrar todas las partículas de diámetro d o inferior; BETA es una constante(0,04 para arena granular: 0,06 para material no uniforme y que puedeapelmazarse):f es el factor de fricción de Weisbach-D'Arcy (0,03 para el cemento); ges la aceleración de la gravedad (mm/seg2) (normal = 9800 mm/seg2); d es eldiámetro de la partícula (mm)
Sedimentación de partíc las floc ladas
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Sedimentación de partículas floculadas
Partículas floculentas son aquellas
producidas por la aglomeración de
partículas coloides desestabilizadas a
consecuencia de la aplicación de agentesquímicos. A diferencia de las partículas
discretas, las características de este tipo
de partículas—
forma, tamaño,densidad— sí cambian durante la caída.
Sedimentación de partículas floculadas
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Sedimentación de partículas floculadas
Modelo de un tanque de sedimentación para deposición con floculante
Un diagrama de sedimentación con floculación es el que se muestraen la figura adjunta. Las trayectorias de sedimentación de laspartículas tienen forma curva, en lugar de las líneas rectas que seproducen en la sedimentación de partículas discretas.
Expresiones de la velocidad de sedimentación
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pfloculada: Criterios
Columna de sedimentación de laboratorio
Los criterios de diseño para sistemas en los que se hace una sedimentación con floculación
se establecen a través de ensayos de sedimentación en laboratorio.
Se usan columnas desedimentación de unos 2,4 m conaberturas para muestreo aprofundidades de 0,6; 1,2; 1,8 y
2,4 m. Los datos obtenidos endichos puntos se utilizan paradeterminar la velocidad desedimentación y su relación con eltiempo de retención. Los datos del
punto de muestreo a 2,4 m seutilizan para determinaciones decompactación y concentración delos lodos.
Expresiones de la velocidad de sedimentación
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Procedimiento
Columna de sedimentación de laboratorio
Etapa 1. Calcular la fracción de sólidosque permanecen en suspensión en cada
punto de muestreo.
Calcular para cada muestra la fracciónde sólidos separada
Expresiones de la velocidad de sedimentación
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Procedimiento
Sólidos en suspensión (% SS) separados. en
función del tiempo
Etapa 2. Para lograr una
aproximación de los datosexperimentales construir un
gráfico del % SS separado con
respecto al tiempo.
Expresiones de la velocidad de sedimentación
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Procedimiento
Etapa 3. A partir
de la figuraanterior construir
el gráfico de
sedimentación
Expresiones de la velocidad de sedimentación
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Procedimiento
Etapa 4.
Calcular el
% de SS
separado y el
factor de
carga
superficial
(m3/d · m2).
Expresiones de la velocidad de sedimentación
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ProcedimientoEtapa 4Preparar un gráfico del
% de SS separados enfunción de la cargasuperficial. Los cálculosque se necesitan para
preparar el gráfico sonlos recogidos en elcuadro adjunto
Procedimiento de determinación
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Procedimiento de determinación
Etapa 4. Hacer
un gráfico delporcentaje departículas convelocidad
inferior a laestablecida, conrespecto a lavelocidad desedimentación(m/h) para untiempo deretención de 25min.
Procedimiento de determinación
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Procedimiento de determinación
Un gráfico típico de este caso, se desarrolla por el análisis de los datos obtenidos de sedimentación
Sedimentación por caída libre e interferida
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Sedimentación por caída libre e interferida
Cuando hay altas concentraciones de partículas, se
producen colisiones que las mantienen en unaposición fija y ocurre un depósito masivo en lugar de
individual. A este proceso de sedimentación se ledenomina depósito o caída interferida o
sedimentación zonal.
Cuando las partículas ya en contacto forman una
masa compacta que inhibe una mayor
consolidación, se produce una compresión o zona decompresión.
Sedimentación por zonas
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Sedimentación por zonas
(a) (b) ( C) (d)
Interface 1
H0 vs
Interface 2 v
t=0 tc>t>0 t= tc t=tuConcentración de
lodo unifo rme
Comienzo de
compactación
Final de
compactación
HuHc
PROCESO DE CLARIFICACION PROCESO DE ESPESADO
Xu
Zona de
agua
clarificada
Xc
Zona de
agua
clarificada
Zona de agua
clarificada
Zona de
compactación
Zona de
transición
Zona
Interfacial
La sedimentación por zonas se presenta en clarificadores con lodoscoagulados químicamente, o activos con conc. > a 500 mg/l.
La capa de lodos presenta varias zonas perfectamente diferenciadas. Cadazona se caracteriza por una concentración específica en lodos y por unavelocidad de sedimentación determinada.
Velocidad de sedimentación
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Velocidad de sedimentación
La velocidad desedimentaciónpor zonas (VSZ)corresponde a lavelocidad a lacual las partículas
en suspensión sesedimentan antesde alcanzar laconcentración
crítica Xc, y vienedada por lapendiente de latangente AB en lafigura adjunta.
Datos de laboratorio para Vs
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Datos de laboratorio para VsLas determinacionesde laboratorio de la
Vs se repiten conlodos de diferentesconcentracionesiniciales X0 (mg/l) deTSS. Esto nos lleva a
una familia de curvasde posible utilidad. Lafigura adjuntapresenta losresultados de
experimentos paralodos activos a variasconcentracionesiniciales X.
Procedimiento para diseñar clarificadores
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Procedimiento para diseñar clarificadores
1. Calcular el área de la superficiemínima que se requiere paraconseguir la clarificación del lodo.
2. Calcular el área de la superficiemínima requerida para conseguir elespesamiento de los lodos y alcanzar las concentraciones deseadas.
3. Considerar la mayor de estas dosáreas como área de diseño para elclarificador.
Determinación del área mínima para
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conseguir la clarificación de lodos
El área mínima requerida Ac para la clarificación depende
de la velocidad Vs para la cual las partículas ensuspensión se sedimentan antes de alcanzar laconcentración crítica interfacial X c . En condiciones decaudal constante, la velocidad del agua sobre el
vertedero no debe exceder de Vs si se quiere obtener laclarificación.
en la cual Qe es el caudal (m3/h), Vs es la velocidadde sedimentación por zonas (m/min) y Ac el áreamínima requerida para la clarificación (m2).
Balance de materia en un clarificador
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primarioLos clarificadores primarios se
diseñan para una separación
determinada (normalmente 40
- 60%) de los sólidos en
suspensión en el vertido de
entrada
Un balance total de los líquidos en
circulación nos daría:
Un balance material para sólidos en
suspensión nos daría
Determinación del área mínima paral d l l d
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conseguir el espesamiento del lodo
Procedimiento de Yoshioka y Dick
En primer lugar hay que considerar que los ensayos desedimentación llevados a cabo en laboratorio nocorresponden a un funcionamiento en continuo. La capacidaddel clarificador para arrastrar los sólidos a su parte inferior,con una concentración Xi, por gravedad, en un
funcionamiento discontinuo, viene dada por:
GB= Xi Vi
Donde: GB = Caudal de sólidos (kg/m2 d)
Xi= concentración de sólidos en el lodo (mg/l),
Vi = velocidad de sedimentación en la zona para unaconcentración Xi
Determinación del área mínima parai l i d l l d
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conseguir el espesamiento del lodo
Procedimiento de Yoshioka y DickConsiderando que la sedimentación en un clarificador continuo, lossólidos se transportan hacia la parte inferior tanto por gravedadcomo por el movimiento que resulta por la separación de los lodospor el fondo del clarificador. La ecuación de flujo será:
GT= GB+Gu
Donde: GT = flujo total de sólidos (kg/m2 d)
GB= Flujo de sólidos en funcionamiento en discontinuo (kg/m2 d)
Gu = Flujo de sólidos que sale al exterior (kg/m2 d)
Si Gu= Xi Vu y GB= Xi ViGT= Xi Vi+XiVu
At= M/Gt = kg sólidos x día/kg sólidos x m2 d = m2
M= Q 0 X0Donde: Qo= Caudal del afluente, Xo= concentración de sólidos en el afluente
Procedimiento gráfico para determinar GT
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Procedimiento gráfico para determinar GT
1. Construir la curva de flujo de circulación de sólidos endiscontinuo, a partir de la ecuación G
B
= Xi
Vi
utilizando el VSZ (Vi) obtenido de los ensayos de laboratorio endiscontinuo para diferentes concentraciones de sólidos Xi
2. A partir del valor específico de la concentración de loslodos extraídos Xu, en la abscisa, trazar una tangente a la
curva de flujo discontinuo. La Intersección de estatangente con el eje de ordenadas nos dará el flujo totalde sólidos GT
3. El área mínima que se requiere para el espesamiento se
puede obtener de las ecuaciones:
Procedimiento gráfico para determinar GT
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oced e to g á co pa a dete a GT
Determinación del área mínima parai l i t d l l d
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conseguir el espesamiento del lodo
Método de Talmadge y
Fitch.El área necesaria para lasinstalaciones de sedimenta-ción y espesado de lodos, se
determina por medio dedatos obtenidos en unensayo de sedimentaciónsimple (batch).
Se deben considerar:- sup. necesaria para laclarificación- sup. necesaria para elespesado
- tasa de extracción del lodo
Determinación del área mínima parai l i t d l l d
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conseguir el espesamiento del lodo
As = Q / vs
As: Área seccióntransversal deldecantador
vs: Veloc. de sedimentación (dec. frenada)
Q: Caudal a tratar
Au = Q tu /HoAv: Area de diseño (m2)
tu: tiempo requerido para alcanzar concentración de fangos deseada (min), Ho: altura inicial (m)
Procedimiento para determinartu:
1. Se traza la horizontal a laprofundidad Hu (correspondientea la que todos los sólidos seencuentren a la concentracióndeseada para el lodo del fondodel tanque, Cu).
Hu = Co Ho / Cu2. Se traza la tangente a la curvade sedimentación en el punto Cc.3. Se traza la vertical que pasapor el punto de intersección de
las rectas trazadas en los pasos 1y 2. La intersección de esta rectacon los ejes del tiempoproporciona el valor para tu.
Hu
Sedimentadores primarios: Criterios
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p
FLOTACIÓN
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O C Ó
Tecnologías disponibles para eltratamiento de aguas residuales
FLOTACIÓN
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Se utiliza para la separación de partículas sólidas olíquidas de una fase líquida.
La separación se consigue introduciendo finas burbujasde gas, normalmente aire, en la fase líquida.
Las burbujas se adhieren a las partículas, y la fuerza
ascensional que experimenta el conjunto partícula-burbujade aire hace que suban hasta la superficie del líquido.
De este modo se logra hacer ascender partículas de mayordensidad que el líquido, y favorece la ascensión de las que
tienen menor densidad (aceite en el agua). Se utiliza principalmente para la eliminación de materia
suspendida (grasas) y para la concentración de lodosbiológicos.
FLOTACIÓN
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Existen tres métodos para la inducción de la formación de la burbuja:
1. Inyección de aire en el líquido sometido a presión y posteriorliberación de la presión a que está sometido el líquido (flotaciónpor aire disuelto).
2. Aireación a presión atmosférica (flotación por aireación).
3. Saturación con aire a la presión atmosférica, seguido de laaplicación de vacío al líquido (flotación por vacío).
Velocidad ascensionalde las partículas
FLOTACIÓN
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En estos sistemas, el aire se disuelve en el agua residual a una presión
de varias atmósferas, para luego liberar presión hasta alcanzar laatmosférica. Las principales aplicaciones de flotación por aire disuelto se centran en
el tratamiento de residuos industriales con un alto contenido de grasas y en el espesamiento de lodos.
FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO
FLOTACIÓN POR AIREACIÓN
Las burbujas de aire se introducen directamente en la fase líquida por mediode difusores o turbinas sumergidas.
La aireación directa por cortos períodos de tiempo no es efectiva paraconseguir que los sólidos floten.
Estas instalaciones no suelen recomendarse para conseguir la flotación degrasas, aceites y sólidos presentes en las aguas residuales industriales, perotiene buenos resultados en el caso de las aguas con tendencia a provocarespumas.
FLOTACIÓN
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FLOTACIÓN POR VACÍO
Generalmente se agregan compuestos químicos para facilitar elproceso de flotación, los que crean una superficie o una estructuraque permite absorber o atrapar las burbujas de aire.
Para agregar las partículas sólidas, de manera que se cree unaestructura que facilite la absorción en las burbujas de aire se usa:- Sales de hierro- Sales de aluminio
- Sílice activada
Adición de compuestos químicos
Consiste en saturar de aire el agua residual, ya sea directamente enel tanque de aireación, o permitiendo que el aire penetre en elconducto de aspiración de una bomba.
La arena y demás sólidos pesados, que se depositan en el fondo, setransportan hacia un cuenco central de lodos para su extracción por
bombeo.
Estanque de flotación por flotación
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Estanque de flotación por flotación
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Como ya se dijo, para modificar la naturaleza de lasinterfases aire-líquido, sólido-líquido o ambas a la vezse suelen utilizar polímeros orgánicos, los que se sitúanen la interfase produciendo los cambios deseados.
Los factores más importantes a considerar en eldiseño de un equipo de flotación son:
- Concentración de sólidos- Cantidad de aire que se va a utilizar- Velocidad ascensional de las partículas- Carga de sólidos
Por ser el método más comúnmente usado, se verá elanálisis de la flotación por aire disuelto.
Flotación por aire disuelto
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Los valores típicospara los espesadores
de lodos varían entre0,005 y 0,060.
La eficacia de un sistema de aire disuelto dependeprincipalmente del valor de la relación entre el volumen de
aire y la masa de sólidos (A/S) necesario para obtener undeterminado nivel de clarificación. La relación A/S es variable para cada tipo de suspensión y
puede ser determinada a nivel laboratorio.
Flotación por aire disuelto
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La relación entre A/S y la solubilidad del aire, la presiónde trabajo y la concentración de sólidos en el lodo, paraun sistema en el que la totalidad del caudal es
presurizado , está dada por:
A 1,3 sa (f P - 1)
S Sa
donde A/S = relación aire-sólidos, mL (aire)/mg (sólidos).sa = solubilidad del aire, mL/L..f = fracción de aire disuelto a la presión P.
Generalmente, f = 0,8P = presión, atm.= p + 101,35
p = presión manométrica, kPa.Sa = concentración de sólidos en el fango, mg/L.
Flotación por aire disuelto
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Para un sistema en el que sólo el caudal de
recirculación es presurizado
A 1,3 sa (f P - 1) RS Sa Q
donde R = caudal de recirculación presurizada, m3/d.Q = caudal de líquido mezcla, m3/d.
El numerador representa el peso del aire y el denominador elpeso de los sólidos.
El factor 1,3 corresponde al peso específico del aire (mg/cc) y el término (-1) del paréntesis se incluye para prever laposibilidad de que el sistema funcione a presión atmosférica.
Flotación por aire disuelto sin recirculación
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Flotación por aire disuelto con recirculación
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Flotación por aire disuelto para clarificaciónde residuos
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de residuos
SISTEMA HIFLOAT. NAIPIER REIDWater and wastewater treatment
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Water and wastewater treatment
El sistema HIFLOAT (Sistema de flotador de
aireación) elimina sólidos en suspensión totales (TSS),algas, aceites o grasas, demanda biológica de oxigeno(DBO), demanda química de oxígeno (BQO) de unagran variedad de aguas y aguas residuales.
Utiliza una mezcla de agua y aire saturada el cualdescarga microburbujas, las cuales se elevan hacia lasuperficie debido a su reducida densidad.
Una operación de desnatado remueve las partículasflotantes a la superficie.
Diagrama esquemático de un tanque FA
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Diagrama de flujo del proceso HIFLOATSistema de flotador de aireación
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Sistema de flotador de aireación
Parámetros de diseño importantes delHIFLOAT Sistema de flotador de aireación
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HIFLOAT Sistema de flotador de aireación
Coagulación y floculación
El coagulante es el químico añadido paradesestabilizar las partículas coloidales y promover laformación de floculos
La foculación promueve la colisión entre las partículasen suspensión desestabilizadas con el fin de formarpartículas de mayor tamaño que puedan ser removidasrápidamente.
Parámetros de diseño importantes delHIFLOAT Sistema de flotador de aireación
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HIFLOAT Sistema de flotador de aireación
Relación aire a sólido, Radio (A/S)
Para u sistema de aire disuelto saturado, larelación entre el A/S, la solubilidad del aire, lapresión de operación, la concentración de sólidos,
el flujo y la tasa de reciclaje vienen dadas por lasiguiente ecuación:
Relación de reciclaje
El radio de reciclaje es de 8 a 150 % basado n lacalidad de agua en tratamiento.
Parámetros de diseño importantes delHIFLOAT Sistema de flotador de aireación
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HIFLOAT Sistema de flotador de aireaciónRazón de carga hidráulica (RCH)
Razón de carga de sólidos (RCS)Es la relación entre los TSS y la cantidad total deaceites y grasa (AOG)
COAGULACIÓN - FLOCULACIÓN
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Tecnologías disponibles para eltratamiento de efluentesindustrtiales
COAGULACIÓN - FLOCULACIÓN
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Partículas coloidales Muchas de impurezas presentes en el agua cruda,incluyendo los m.o. patógenos, los ácidos húmicos que soncorrientemente responsables del color, los ácidos fúlvicos y los complejos arcilla-metal están en el rango del tamaño
coloidal: 1 nm a 10 µm . Los coloides son partículas de tamaño intermedio entrelos sólidos disueltos y las partículas suspendidas, quetarde o temprano decantan por efecto de la gravedad.
Aunque las partículas coloidales son muy pequeñas, sonlo suficientemente grandes como para dispersar la luz,por lo que estas partículas comunican aspecto turbio uopaco al agua, a menos que estén muy diluidas.
Estabilización de las partículas coloidales
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Existen dos tipos de coloides con características :
1. Coloides hidrofílicos (termodinámicamente estables)Presentan afinidad por el agua. Se aíslan y evitan el contacto con otraspartículas, rodeando su superficie con una capa de moléculas de aguahidratación). Ejemplos: grasas, aceites, detergentes, jabones.
2. Coloides hidrofóbicos (termodinam. inestables)
Presentan escasa tendenciaa ser mojados. Deben su estabilidad a cargas eléctricasde superficie. Estas partículas cargadas, se rodean deuna capa de iones de cargaopuesta, llamados contra-iones, constituyendo una
doble capa eléctrica (Capade Stern). Ejemplo: m.o.
Estabilización de las partículas coloidales
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La caída del potencial en la doble capa suele llamarse
Potencial Electrocinético o Potencial z. La estabilidad de la dispersión depende de los iones que el coloide adsorba.Casi todas las partículas coloidales, que estén dispersas en agua a pH entre 5 y7, presentan carga negativa y su potencial z varía entre -14 y -30 mV.
Dispersiones con pot. z < -14 mV, tienden a aglomerarse.
Los mejores resultados de desestabilización se presentan cuando el potencialz es cercano a cero.
Dependiendo de las características de los tipos de contraiones involucrados,el potencial z puede ser reducido de las siguientes formas:
1) Por la compresión del espesor de la doble capa debido a laincorporación de contraiones en la capa difusa
2) Por la adsorción específica del contraión sobre la superficiede la partícula, con la consecuente reducción en el potencial.
Definición de términos
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CoagulaciónDesestabilización, efectuada general-mente por adición de reactivosquímicos. Por medio de mecanismos de
agregación o de adsorción, anulan lasfuerzas repulsivas.
Floculación
Aglomeración de coloides"descargados", que resulta dediversas fuerzas de atracción entrepartículas puestas en contacto, hastaalcanzar un grosor aproximado de 0,1
micra
COAGULANTE
FLOCULANTE
Definición de términos
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Definición de términos
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Definición de términos
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Formación de puentes entre partículas, en presencia depolímeros orgánicos
Coagulantes
L l d b l d d h d fí l
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Los coloides poseen una estabilidad que hace difícil quesedimenten por procesos naturales aplicación de
aglomerantes o coagulantes para su desestabilización yagrupación, consiguiendo así una partícula de mayor tamaño y peso, la cual sí puede sedimentar por acción de lagravedad.
Los principales coagulantes utilizados son sales metálicas:Alumbre o Sulfato de AluminioCalCloruro férricoSulfato férrico
Sulfato ferroso La acción de estos compuestos es compleja y comprende:
- La disolución de la sal- Formación de compuestos complejos del metal- Atrapamiento de partículas individuales en el precipitado.
Coagulantes
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Floculantes orgánicos
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Polielectrolitos Naturales Proteínas
Ácidos nucleicosÁcido pécticoÁcido algínicoPolisacáridos
Polielectrolitos Sintéticos Aniónicos: PoliacrilamidasAc. poliacrílicosPolimetacrilatosPoliacrilnitrilosPoliestireno sulfonadoÁcidos polivinilsulfónicosDerivados de celulosa
No iónicos: Óx. de etileno polimerizadoPoliacrilimidas
Catiónicos: PoliacrilamidasPolietileniminasPolivinilpiridinasPolidialidimetilamonio
Floculantes minerales
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Sílice activada
BentonitaKieselguhrAlgunas arcillasCarbonato de calcio precipitado
Carbón activo en polvo
Determinación de coagulantes
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La cantidad de coagulantes no puede ser determinada en base a fórmulasestequiométricas o leyes químicas, debido a la diversidad de factores que
intervienen en el proceso. Por lo anterior, se recurre a técnicas de laboratorio: Pruebas del Test deJarras o Jar Test.
Este procedimiento entrega información para:
- Seleccionar el coagulante adecuado y dosificación de éste- Seleccionar el floculante adecuado y dosificación de éste- Determinación del pH óptimo- Determinación del punto de aplicación del coagulante, floculan-
te y ajuste de pH.
- Optimización de la energía y tiempos de mezclado- Determinación de efectos de dilución del coagulante- Optimización del reciclaje de lodos- Otros
Determinación de coagulantes
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Determinación de coagulantes
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METODOLOGÍA DEECKENFELDER
Para la selección delcoagulante, dosis y pH
óptimo
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MUCHAS GRACIAS
‘El agua es el vehículo de
la naturaleza’.
Leonardo Da Vinci