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PROGRAMA ESPECIALIZADO EN:

TRATAMIENTO DE AGUA

POTABLE

POR ING.JOSE DANIEL VIZCARRA LLERENA

PROGRAMA ESPECIALIZADO EN TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE INAGEP

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Modulo I

Introducción a la potabilización del agua Parte I

1.- Introducción

Como sabemos el agua es un elemento importante tanto para consumo como también para la

vida cotidiana. El agua es un compuesto con características únicas, de gran significancia para

la vida, el más abundante en la naturaleza y determinante en los procesos físicos, químicos y

biológicos que gobiernan el medio ambiente natural.

Hoy en día se sabe que la molécula de agua resulta de la combinación de un átomo de oxígeno

con dos de hidrógeno la cual es una molécula aparentemente simple, pero cuyas propiedades

extraordinarias constituyen el fundamento mismo de la vida terrestre.

Aunque la física moderna representa en forma compleja los átomos por medio de modelos

orbitales, cabe hacer una representación geométrica simpe de la molécula del agua; de

acuerdo con ella, puede decirse que el átomo de oxígeno tiene seis electrones en su orbital

exterior, la cual, para ser estable, debería tener ocho.

Millones de años atrás la tierra se encontraba desnuda sin cobertura vegetal, expuesta a la

acción del agua y sometida a grandes procesos de erosión. Fue entonces cuando los océanos

alcanzaron sus niveles de salinidad básica. Este proceso aún continua con menor intensidad,

pero sin perder la importancia. Actualmente, en los ciclos biogeoquímicos, en especial, en el

ciclo del agua; circulan las sales marinas manteniendo relativamente constante la

concentración de sales del mar.

El agua es una necesidad fundamental de la humanidad. Según Naciones Unidas cada persona

en la tierra requiere al menos 20 a 50 litros de agua potable limpia y segura al día para beber,

cocinar y simplemente mantenerse limpios. Considera el acceso al agua limpia como un

derecho básico de la humanidad, y como un paso esencial hacia un mejor estándar de vida en

todo el mundo. Las comunidades carentes de recursos hídricos, por lo general, son

económicamente pobres y sus residentes están atrapados en un círculo vicioso de pobreza.

A su vez, la Organización Mundial de la Salud (OMS) considera que los sistemas de

distribución deben lograr que el agua apta para consumo humano esté disponible para que las

personas no tengan que desplazarse más de un kilómetro desde el sitio donde utilizarán el

agua. Para todas las personas, hay un costo involucrado en el logro de la distribución de agua

hasta sus viviendas o hasta la comunidad.

Si se toma en cuenta el dicho de que “El agua es vida”, fácilmente se puede explicar porqué los

asentamientos humanos se localizaban donde este elemento estaba disponible. Con el paso

del tiempo y debido al crecimiento poblacional ha sido necesario realizar obras cada día de

mayor tamaño con la finalidad de abastecer de este preciado líquido a las poblaciones que día

a día lo solicitan en mayor cantidad y de mejor calidad, para sus necesidades.


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Pero, el abastecer de agua a los conglomerados humanos, tiene como consecuencia el retiro

de la mayor parte de ella, una vez que ha sido utilizada y por ende contaminada.

Para ello es necesario que el ingeniero civil, tome en consideración una serie de elementos,

que le permitan mediante estudios y trabajos especializados satisfacer de manera efectiva y

sustentable la necesidad que se tiene del servicio del agua, proporcionándolo en forma

ininterrumpida, en cantidad y con la calidad apropiada.

Punto importante a considerar es la lejanía de las fuentes de abastecimiento, motivado

principalmente por la localización del agua en nuestro planeta, que generalmente ya se

encuentra apartada de los centros urbanos.

2.- Ciclo Hidrológico

El ciclo del agua y el balance del agua global son el modelo básico para entender el

funcionamiento del sistema hídrico atmosférico movido básicamente por la energía solar, el

cual es el enlace vital entre el océano y el continente, mediante la circulación y transformación

del agua a través de la atmósfera, la hidrosfera, la litosfera y la biósfera.

Fig. 1.- Ciclo del agua.

Se estima que el volumen total de agua contenido en la hidrósfera es de 1386 millones de Km3.

De este volumen, el 96.5% se encuentra en los océanos como agua salada y el 3.5% restante

como agua dulce proveniente del continente. De este último porcentaje el 69% se encuentra

en forma sólida en los glaciares y el 30% como agua subterránea quedando solamente 1% que

conforma los ríos y los cuerpos de agua.

Al concluir un ciclo completo, retorna directamente al mar el 78% como precipitación y del

22% restante, precipitado en el continente, el 8% llega al mar por escorrentía superficial y

subterránea.


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El ciclo hidrológico está gobernado por procesos naturales que ocurren de manera continua.

El agua cae sobre la superficie terrestre en forma líquida o solida (nieve, granizo, etc), parte de

la cual puede ser evaporada antes de tocar la superficie terrestre. Aquella fracción que

alcanza la vegetación es parcialmente retenida por las hojas de las plantas (intercepción). De

allí una parte es evaporada nuevamente hacia la atmósfera, en tanto que la fracción restante

cae hacia el suelo, donde puede infiltrarse o escurrir por las laderas, siguiendo la dirección de

las mayores pendientes del terreno.

La fracción que se infiltra puede seguir tres rutas bien definidas:

1. Una parte es absorbida por las raíces de las plantas y llega a formar parte del tejido

vegetal o bien es liberada a través del proceso de transpiración hacia la atmósfera.

2. Otra cantidad puede desplazarse paralelamente a la superficie a través de la zona no

saturada del terreno, como flujo superficial, hasta llegar a aflorar en los nacimientos o

manantiales o continuar infiltrándose hasta alcanzar la zona saturada, donde

recargará el almacenamiento de aguas subterráneas.

3. Una parte alimenta el caudal de los cursos de agua (donde exista conexión hidráulica)

como caudal base.

La zona no saturada se caracteriza porque el agua se encuentra en los vacíos o poros

conjuntamente con aire y está sometida a fuerzas de capilaridad, mientras que a determinada

profundidad el agua llena completamente los vacíos del suelo en la zona saturada, estando

sometido a fuerzas gravitacionales y viscosas. Las aguas subterráneas, limitadas en la parte

inferior por formaciones impermeables (arcillas, formaciones rocosas, etc.), no permanecen

estáticas, sino que se desplazan y forman el flujo subterráneo.

Cuando se presentan fracturas o fallas en la base de la formación impermeable, el agua

subterránea desciende y representa una pérdida de humedad para la cuenca, llegando a

formar parte de almacenamientos inactivos. En estas capas profundas, el tiempo de

circulación o renovación es mucho más largo que en las capas acuíferas superficiales ubicadas

en las zonas no saturadas y saturada y, por lo tanto, no participan en el intercambio hídrico

activo ni están vinculadas a régimen climático actual. Esta parte del ciclo hidrológico es de

orden geológica (tiempo de renovación desde algunas décadas hasta miles de años).

La parte del agua que escurre a lo largo de las laderas puede ser interceptada por las

depresiones naturales del terreno, donde se evapora o infiltra, o finalmente se mueve a través

de los drenajes naturales de la cuenca y forma el flujo superficial. Estos tres flujos

(subterráneo, superficial y subsuperficial), conforman la escorrentía que integra los cauces de

las corrientes, alimenta los diferentes almacenamientos y drena finalmente hacia el mar.

Una fase fundamental del ciclo es la evaporación, ya sea del agua contenida en los océanos,

en la vegetación, de la proveniente de la superficie del terreno, de los cuerpos abiertos de

agua, de las corrientes principales y secundarias o de las zonas no saturada y saturada del

terreno; todo ello por acción de la radiación solar.


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3.- Balance Hídrico

El balance hídrico se basa en la ley física universal de conservación de masas. Representa una

de las herramientas de mayor uso en la práctica hidrológica para el estudio de la variación

espacial y temporal de los elementos constitutivos del ciclo hidrológico; expresa la igualdad

existente entre los aportes de agua que entran por un lado en una unidad hidrogeográfica

determinada y la cantidad de agua que es evacuada por el otro, considerando además las

variaciones internas en el almacenamiento de humedad ocurridas durante el período de

tiempo determinado.

Los balances hídricos, tanto globales como regionales y locales, permiten determinar la

disponibilidad hídrica natural de las áreas en consideración y conocer el comportamiento de la

oferta del agua, tanto superficial como subterránea, a través de estudios de las diferentes

fases del ciclo hidrológico.

La concentración y crecimiento de la demanda del agua en zonas donde la oferta es limitada,

la deforestación, el aprovechamiento y el uso indiscriminado y no planificado de los recursos

naturales, alteran seriamente el ciclo hidrológico y los componentes del balance hídrico y

modifican la disponibilidad del agua, tanto en términos de cantidad como de calidad. La

alteración de los procesos que incluyen la sedimentación de los cauces y la agudización de los

periodos de sequía e inundación pueden causar efectos catastróficos sobre las actividades

humanas y socioeconómicas.

4.- Calidad del agua.

El interés por la calidad del agua no es nuevo. A través de la historia de la civilización, la

preocupación por la disponibilidad de agua potable ha jugado un papel importante en el

asentamiento de la población y en el modo en que esos asentamientos se convirtieron en las

ciudades de hoy.

La descripción y evaluación de la calidad de las aguas es una materia compleja, no exenta de

controversias en cuanto a la capacidad de las diferentes metodologías para informar sobre el

carácter cualitativo del recurso hídrico. El problema reside fundamentalmente en la definición

que se adopte del concepto calidad del agua, para el que existen distintas interpretaciones.

La calidad de las aguas es una variable descriptora fundamental del medio hídrico, tanto

desde el punto de vista de su caracterización ambiental, como desde la perspectiva de la

planificación y gestión hidrológica, ya que delimita la aptitud del agua para mantener los

ecosistemas y atender las diferentes demandas.

La calidad de las aguas puede verse modificada tanto por causas naturales como por factores

externos. Cuando los factores externos que degradan la calidad natural del agua son ajenos al

ciclo hidrológico, se habla de contaminación. La prevención, control y resolución de los

problemas derivados de la contaminación de las aguas constituye uno de los objetivos que

deben plantearse en cualquier política avanzada de gestión de recursos hídricos.

Es evidente que, en estas condiciones, la capacidad de autodepuración de nuestros ríos queda

muy rápidamente superada, haciéndose necesaria una mayor atención a la prevención,


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control y corrección de los vertidos, y en ocasiones, requiriendo el establecimiento de

determinados caudales mínimos, no ya sólo por razones ambientales, sino también sanitarias.

La situación de los vertidos industriales resulta más preocupante por cuanto un porcentaje

nada despreciable de los vertidos directos no cuenta aún con la debida autorización, y otros

muchos tienen autorización provisional en fase de regularización. Es decir, falta mucho por

hacer en cuanto a las medidas de corrección de este tipo de vertidos, que ejercen por su

número y características una gran presión contaminante sobre cauces y masas de agua.

La contaminación difusa procedente de la agricultura supone en nuestro país otra gran

preocupación, sobre todo ligada a la, como veremos, creciente aplicación de fertilizantes y

plaguicidas, que pueden provocar graves problemas de eutrofización en los embalses y de

contaminación de las aguas subterráneas. Aunque esta situación es conocida y está

suficientemente caracterizada en lo que se refiere a la eutrofización en los principales

embalses de las cuencas hidrográficas y los principales acuíferos, en ambos casos convendría

incrementar el conocimiento para lograr una mejor comprensión y diagnóstico de los

problemas planteados.

Teniendo en cuenta que el agua es vía de transporte de contaminantes químicos y biológicos

que pueden provocar enfermedades de diversa gravedad, según vimos en capítulos

anteriores, se hace imprescindible analizar la calidad de las aguas, mediante análisis químicos

y bacteriológicos.

Los resultados obtenidos nos indican con que calidad de agua contamos y cuando se la

compara con los parámetros de las normas de provisión de agua obtenemos las diferencias o

falencias que tienen las aguas que usaremos.

Por supuesto que el agua que se ingresa a la red de provisión debe estar dentro de los

parámetros que hemos visto en capítulos anteriores, por lo que deberemos realizar los

tratamientos correspondientes para llevar el agua que disponemos a los valores aceptables de

las normas. Es decir que la determinación de las falencias de nuestra fuente de agua nos lleva

al diseño del tratamiento necesario.

Veremos en este capítulo, las distintas partes que componen un tratamiento. Estas partes

pueden estar todas o algunas de ellas presentes en la planta de tratamiento, dependiendo

naturalmente de la calidad original de la fuente de provisión.

En esencia se realiza el tratamiento con el objeto fundamental de mejorar la calidad física,

química y bacteriológica del agua proveniente de las obras de toma, a fin de entregarla al

consumo, apta, inocua y aprovechable para el hombre, animales, agricultura e industrias y

cuyo tratamiento debe incidir en los siguiente aspectos básicos:

Higiene: eliminar o reducir del agua las bacterias, protozoos, quistes, parásitos y en

especial aquellos que son patológicos para el hombre. Reducir la excesiva

mineralización o materias orgánicas que pueden originar trastornos fisiológicos de

diferente orden y agregar substancias que aminores o reducen el desarrollo de ciertos

trastornos orgánicos propios de los consumidores.


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Estético: hay factores físicos característicos de las aguas tales como color, olor,

turbiedad y sabor, que son los que mas impresiona al público consumidor, y aunque

no constituyen un problema que afecte la salud pública, deben reducirse su

concentración para que el público no las rechace.

Económico: el efecto corrosivo o incrustante del agua hace que las cañerías tengan

menor vida útil.

La dureza ocasiona mayor consumo de jabón, obstruye los sistemas de calefacción, tuberías y

cuerpos de calderas y forma una gruesa costra calcárea (sarro) en los útiles de cocina.

Conocido el origen de un agua y sus características físicas, químicas y bacteriológicas, así

como su posible micro contaminación, después de comparadas estas características con las

que se requieren para un agua destinada al consumo humano puede juzgarse sobre la

necesidad de su tratamiento.

Este tratamiento puede efectuarse de forma más o menos completa, según los defectos que

deban corregirse. Pueden ser necesarios varios procedimientos y en este caso, deberá

estudiarse su combinación de la forma más razonable, tanto desde el punto de vista de la

eliminación de dichos efectos, como de las condiciones locales de la instalación.

Este estudio tiene además por objeto llegar a la realización más económica en gastos de

primera inversión y en gastos de explotación. Debe efectuarse teniendo en cuenta todas las

posibilidades que ofrece actualmente el automatismo y con una exigencia de seguridad de

explotación que garantice en todo momento la entrega de agua de la mejor calidad sin riesgo

de fallos accidentales.

5.- Composición de las Aguas Naturales

La composición del agua natural depende de muchos factores, tales como el tipo de agua (subterránea, marina, atmosférica), de su localización geográfica, de la estación del año que se considere, de la influencia antropogénica, etc. (Doménech, 2000).

Principales especies químicas presentes en las aguas naturales

Gases

Los gases más abundantes son los provenientes de la disolución de gases atmosféricos (CO2, N2 y O2 principalmente), los producidos por la actividad de los seres vivos (CO2 y O2) y los originados por la descomposición, aerobia o anaerobia, de los mismos (CO2, CH4, H2S, N2) (Orozco et al., 2003).

Sustancias inorgánicas

Los iones que se presentan en mayor concentración provienen (Orozco et al., 2003):

De la disolución y meteorización de los materiales de la corteza terrestre, contándose entre los más abundantes los cationes Ca2+, Na+, Mg2+, K+, Fe2+, etc. (algunos de estos metales pueden estar en forma de especies complejas –compuestos de coordinación- con ligandos naturales orgánicos como ácidos húmicos, o inorgánicos como Cl-, OH-, etc.) y los aniones HCO3-, Cl-, SO42-, PO43-, F-, NO3-.


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De iones presentes en el agua de lluvia, como el H3O+ y el HCO3-. De los procesos de descomposición de los seres vivos: SO42-, PO43-, NO3-, NH4+,

CH3COO-.

Sodio y Potasio

Los iones alcalinos más abundantes en el agua son el Na+ y el K+, los cuales están presentes en el medio acuoso a causa de procesos de meteorización de minerales (Doménech, 2000).

El ión sodio suele estar asociado con el ión cloruro. El contenido en aguas dulces suele estar entre 1 y 150 ppm, pero es fácil encontrar valores muy superiores, de hasta varios miles de ppm (Rigola, 1989).

El ión potasio es un nutriente esencial par la plantas y su concentración es usualmente inferior a la del ión sodio, en una relación inferior a 0.1(K+:Na+) (Doménech, 2000). Las aguas dulces no suelen contener más de 10 ppm y el agua de mar contiene alrededor de 400 ppm (Rigola, 1989).

Calcio y Magnesio

Entre los iones alcalinotérreos, los más comunes en las aguas naturales son el Ca2+ y el Mg2+. Estos elementos están presentes en forma de iones libres, y formando pares iónicos o complejos con aniones (M2+SO42-, MOH+, etc.). El origen de estos elementos debe buscarse en los procesos de disolución de minerales calcáreos, como la calcita (CaCO3) o la dolomita (MgCa(CO3)2). El calcio suele estar a una mayor concentración, por lo general en una relación Ca2+ :Mg2+ compendia entre 4:1 y 2:1. En el agua de mar y en otras aguas muy mineralizadas la relación puede invertirse. El factor que limita la presencia de estos elementos en el agua es la solubilidad de ciertas sales. Así, el carbonato de calcio es unas seis veces menos soluble que la correspondiente sal de magnesio. Otra sal de calcio bastante insoluble es la hidroxiapatita (Ca5(PO4)OH)), que se forma en medios alcalinos y que su precipitación es un factor limitante para la asimilación de fósforo por parte de las plantas (Doménech, 2000).

El contenido de calcio presente en las aguas dulces es de 10 a 250 ppm y de unos 400 ppm en el agua de mar. El contenido de magnesio en agua dulces está entre 1 y 100 ppm, y el agua de mar contiene unos 1300 ppm (Rigola, 1989).

Aluminio

Al pH que se encuentran las aguas naturales, el aluminio está presente a muy baja concentración en forma disuelta, debido a la baja solubilidad de los minerales que contienen este elemento, como son los aluminosilicatos y los hidróxidos y los óxidos de aluminio. Solamente a pH < 4, el aluminio en forma iónica puede liberarse de sus minerales. En disolución forma hidroxocomplejos, como Al(H2O)63+, Al(OH)(H2O)52+ y Al(OH)2(H2O)4+. En medios neutros precipita gasita (Al2O3·3H2O), formando pequeñas partículas coloidales (Doménech, 2000).

Hierro

El hierro está presente en la hidrosfera en forma de Fe divalente y trivalente. La primera es la forma habitual en ambientes reductores, tales como aguas subterráneas o en aguas profundas. En estas condiciones, se encuentra la forma iónica libre, Fe2+, o complejada con


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iones OH- (Fe(OH)+ y Fe(OH)3-). La especie Fe(OH)2 solo se encuentra en medios muy alcalinos en contraste, en medios bien aireados la forma estable es la trivalente. En medios ácidos las especies predominantes son Fe3+, Fe(OH)2+ y Fe(OH)2+. En medios con pH > 4, el Fe precipita como hidróxido. Normalmente, el Fe se encuentra en las aguas naturales a concentraciones de algunas unidades de ppm. No obstante, en aguas ricas en materia orgánica el Fe, y en particular el Fe(III), está a mayores concentraciones gracias a la formación de complejos con la fracción húmica de materia orgánica (Doménech, 2000).

Manganeso

El manganeso, al igual que el hierro, puede estar presente en el agua en varios estados de oxidación, siendo el II y el IV los más frecuentes. La forma II se encuentra en medios reductores, estando su concentración limitada por la formación del hidróxido, sulfuro y carbonato de Mn(II), cuyas respectivas solubilidades son muy bajas. La especie Mn(II) también forma complejos con el material húmico en disolución. En contacto con oxígeno disuelto, el Mn(II) se oxida a Mn(IV). Este proceso se realiza con rapidez en medios con pH > 9, si bien en presencia de partículas sólidas, principalmente óxidos de metales de transición, la oxidación puede ocurrir con facilidad en medios neutros. Una vez formada, la especie Mn(IV) se precipita como MnO2, la cual deteriora ostensiblemente las propiedades organolépticas del agua (Doménech, 2000).

Nitrógeno y Fósforo

Los compuestos inorgánicos de N y P, aunque se encuentran a bajas concentraciones en las aguas naturales, su presencia es relevante puesto que constituyen nutrientes esenciales para los organismos vivos. La presencia de ambos elementos en excesiva cantidad en el agua provoca un crecimiento rápido de algas y otras plantas verdes, que recubren la superficie de las aguas e impiden el paso de luz solar a las capas inferiores. Además, la descomposición de la biomasa generada consume oxígeno, empobreciendo el medio en este elemento. Este fenómeno se denomina eutrofización (Doménech, 2000).

La forma inorgánica predominante del P es como fosfato, particularmente H2PO4- y HPO42-. La concentración a la que se suele encontrar en las aguas naturales es muy baja (< 0.1 ppm), y ello es debido a la formación de los fosfatos de hierro (FePO4), aluminio (AlPO4), magnesio (Mg3(PO4)2) y, sobre todo, a la formación de la hidroxiapatita, cuya solubilidad es muy reducida (Doménech, 2000).

El nitrógeno se presenta en las aguas naturales bajo diferentes formas: amoniaco (NH3) o ión amonio (NH4+), nitrito (NO2-) o nitrato (NO3-). El NH4+ se encuentra en equilibrio con el NH3, siendo el pK de acidez del NH4+ de 9.25. en consecuencia, a pH neutro predominará el ión NH4+, siendo su concentración 180 veces mayor a la del NH3. el nitrógeno amoniacal, que procede básicamente de la descomposición de la materia orgánica animal, está presente en las aguas a concentraciones bajas (algunas centésimas de ppm). Buena parte de ello es debido a la fijación de ión amonio en los suelos, gracias a procesos de intercambio catiónico llevados a cabo principalmente con materiales arcillosos. La oxidación del ión NH4+, catalizada por bacterias nitrificantes, origina el ión NO2-. La concentración de esta especie en las aguas naturales es muy baja, debido a su oxidación a NO3-, que es la especie de nitrógeno inorgánico más estable en condiciones aerobias. La concentración a la que suele estar presente el ión NO3- en aguas naturales es superior a 0.01 ppm; la razón de lo anterior es


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que, a diferencia de lo que le sucede a ión NH4+, no es retenido por el suelo, sino que el NO3- presente en e medio edáfico es fácilmente percolado por el agua de infiltración. En efecto, las partículas sólidas del suelo poseen mayoritariamente carga negativa, debido a sustituciones isomórficas en aluminosilicatos o a la disolución de grupos ácidos y fenólico del humus. A consecuencia de ello, tienen lugar repulsiones electrostáticas entre estas partículas y las especies aniónicas en disolución que facilitan su percolación (Doménech, 2000).

Silicio

Un constituyente importante de las aguas naturales que suele encontrarse a concentraciones superiores a 1 ppm es el silicio. Este elemento se encuentra principalmente en forma de partículas de silicatos, sobre todo aluminosilicatos, las cuales se presentan en forma de granos muy finos, incluso de tamaño coloidal (diámetro inferior a 1 μm), razón por la que en medio acuoso permanecen en suspensión. Son aluminosilicatos típicos las arcillas, como la montmorillonita, la caolinita, la pirifilita, etc. Estos minerales presentan una gran superficie específica, así como una cierta carga en la red cristalográfica, la cual es el origen de la repulsión entre las partículas coloidales y dificulta a su vez su agregación y posterior precipitación (Doménech, 2000).

Cloruros

El ión cloruro, Cl-, forma sales en general muy solubles suele estar asociado al ión sodio, especialmente en aguas muy salinas. Las aguas dulces contienen entre 10 y 250 ppm de cloruros, pero no es raro encontrar valores mucho mayores. Las aguas salobres pueden tener centenares e incluso millares de ppm. El agua de mar contiene alrededor de 20000 ppm (Rigola, 1989).

El contenido en cloruros afecta la potabilidad del agua y su potencial uso agrícola e industrial. A partir de 300 ppm el agua empieza a adquirir un sabor salado (Rigola, 1989).

Sulfatos

El ión sulfato, SO42-, corresponde a sales de moderadamente solubles a muy solubles. Las aguas dulces contienen de 2 a 150 ppm, y el agua de mar cerca de 3000 ppm (Rigola, 1989).

Fluoruros

El ión fluoruro, F-, corresponde a sales de solubilidad en general muy limitada. No suele hallarse en proporciones superiores a 1 ppm. Tiene un efecto beneficioso sobre la dentadura si se mantiene su contenido alrededor de 1 ppm, y por este motivo, se añade a veces al agua potable (Rigola, 1989).

Merece ser señalada la presencia de especies ácidas en las aguas, que pueden tener un efecto importante en los procesos de meteorización, entre las que caben ser destacadas el CO2 o los ácidos orgánicos provenientes de la oxidación de la materia orgánica (Orozco et al., 2003).

Otras especies inorgánicas que se encuentran en suspensión proceden de la erosión y el ataque químico del agua sobre los materiales terrestres, siendo las arenas (sílice) y las arcillas (aluminosilicatos) las más abundantes (Orozco et al., 2003).


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Los principales constituyentes inorgánicos presentas en las aguas naturales se muestran en la tabla 1 clasificados según su concentración y en la forma química en la que se encuentran, a excepción de los constituyentes minoritarios y traza, para los que solamente se especifica su símbolo químico (Doménech, 2000).

Tabla 1. Constituyentes inorgánicos en las aguas naturales (Doménech, 2000).

Especies mayoritarias (1-1000 ppm) Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3-, SO42-, Cl-

Especies secundarias (0.1-10 ppm) Fe2+, Fe3+, Sr2+, K+, CO32-, NO3-, F-, H3BO3 Especies traza (<10-3 ppm) Be, Bi, Cs, Au, Pt, Ra, Ag, Sn

Sustancias orgánicas

En cuanto a la materia orgánica disuelta presente en el agua y procedente de fuentes naturales, deben destacarse las especies provenientes de seres vivos, tales como aminoácidos, hidratos de carbono, ácidos grasos, alcoholes, terpenos, pigmentos naturales, etc., y en suspensión o estado coloidal las sustancias húmicas y fúlvicas, que constituyen la materia orgánica de los suelos, junto a otras macromoléculas orgánicas de origen natural, como proteínas y polisacáridos (Orozco et al., 2003).

Los compuestos orgánicos presentes en las aguas naturales provienen de los procesos metabólicos llevados a cabo por organismos autótrofos. Estos organismos sintetizan estos compuestos a partir de especies inorgánicas sencillas. Así mismo, la descomposición de la biomasa genera compuestos orgánicos. Como resultado de todo ello, se incorporan al agua una variada gama de compuestos orgánicos, como por ejemplo hidratos de carbono, ácidos carboxílicos, aminoácidos, aminas, polipéptidos, fenoles, ácidos grasos, etc. (Doménech, 2000).

Estos compuestos orgánicos sufren transformaciones químicas que dan lugar, o bien a productos de degradación más simples que los originales o bien a compuestos de condensación más resistentes a la biodegradación. Estos últimos pueden formar partículas coloidales que se mantienen en suspensión en el medio acuoso (Doménech, 2000).

La concentración a la que se suele encontrar la materia orgánica en las aguas naturales es, algunas decenas de ppm. En realidad, la concentración es muy variable, dependiendo del tipo de reservorio que se considere, del entorno natural y de la estación del año (Doménech, 2000).

Los compuestos fenólicos son las sustancias orgánicas comúnmente más abundantes en el medio hídrico. Pueden distinguirse compuestos monoméricos –mono y polihidroxifenólicos, generados como producto de transformaciones metabólicas de compuestos aromáticos y poliméricos, como los taninos y ligninas. Otra fracción importante de materia orgánica disuelta o en estado coloidal corresponde a las sustancias húmicas. Estos compuestos son polielectrolitos, es decir, polímeros con grupos iónicos o ionizables en las cadenas, que contienen fundamentalmente grupos hidroxilo y carboxilo. En realidad, se desconoce cuál es su fórmula química exacta (Doménech, 2000).

En las aguas naturales la fracción húmica comprende entre el 5 y el 75% de toda la materia orgánica disuelta y proviene, básicamente, de la percolación del agua a través del suelo. La materia húmica causa una degradación de las propiedades organolépticas del agua, dando lugar a una coloración entre amarilla y marrón, cuya intensidad aumenta al aumentar el pH del medio. Los dos componentes principales del humus, fácilmente separables mediante


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procesos de hidrólisis, son los ácidos húmicos y fúlvicos. Estos componentes se diferencian entre ellos por su composición empírica y en el número de grupos ácido en sus cadenas. Así, los ácidos húmicos, son más ricos en carbono y más pobres en oxígeno que los ácidos fúlvicos, mientras que éstos contienen más grupos ácido que aquellos (Doménech, 2000).

Procesos físico-químicos que influyen en la composición de las aguas

Se puede resumir la posibilidad de incorporación de sustancias al agua según el siguiente esquema, el cual señala los tipos de procesos y reacciones en los que participa la propia agua o algunas de las especies existentes en el seno de la misma. También se indica la naturaleza de algunas de las sustancias que con más frecuencia aparecen en las aguas (Orozco et al., 2003):

Factores que afectan a los procesos físico-químicos

Se pueden señalar tanto factores inherentes a las propias características del agua como otros de tipo ambiental o referentes a las interacciones del agua con los terrenos y ricas con los que se pone en contacto (Orozco et al., 2003).

Entre las características del agua, se pueden destacar: pH, potencial redox, temperatura, concentración de gases y especies disueltas, microorganismos (Orozco et al., 2003).

Entre los factores ambientales deben destacarse la temperatura y la presión: la temperatura porque modifica la solubilidad de todas las sustancias y el producto de solubilidad de sales insolubles; la presión, porque es factor determinante en la solubilidad de gases y hasta de sales, como en el par carbonato/hidrogenocarbonato de calcio, que depende de la presión parcial del dióxido de carbono en el agua (Orozco et al., 2003).

Entre los factores relativos a la interacción agua-terreno, merecen reseñarse: tiempo de contacto, superficie de contacto que incluye propiedades como la granulometría y porosidad del material sólido, capacidad de intercambio iónico y adsorción (Orozco et al., 2003).

Fenómenos limitantes del contenido de sales disueltas

La composición de un agua cambia a lo largo de su recorrido por el correspondiente cause, ya sea superficial o subterráneo, como consecuencia no sólo de los procesos físico-químicos, sino

http://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/prepa2/n3/multimedia/e2/e2_2.jpg


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también por una serie de fenómenos que pueden influir en los mismos, entre los que se pueden destacar (Orozco et al., 2003):

Cambio de fases. Las aguas, en el curso de su trayecto, principalmente el subterráneo, entran en contacto con sustancias sólidas que tienen la propiedad de cambiar sus iones con los contenidos en el agua, mediante procesos de adsorción. La adsorción puede ser de naturaleza física, con débiles uniones entre el material adsorbente y la especie adsorbida, o una adsorción química, a consecuencia de la formación de verdaderos enlaces químicos. Pueden así fijarse iones en la superficie e incluso en el interior de determinadas sustancias presentes en el terreno y también intercambiarse, principalmente, cationes fijos del terreno por cationes disueltos en el agua (Orozco et al., 2003).

Concentración por disolución y por evaporación. La concentración por disolución se produce por influencias litológicas, pues las sales proceden de los terrenos drenados por el agua: los factores que influyen son la temperatura, la presión, superficie y tiempo de contacto, volumen de agua, etc. La concentración por evaporación tiene lugar por causas climáticas, teniendo lugar en zonas de superficie (Orozco et al., 2003).

Nuevas disoluciones. La disolución de nuevas sales hace que pueda variar el contenido de las ya existentes, lo que puede producirse en dos sentidos opuestos, aumentando o disminuyendo la concentración. El primer efecto es el denominado efecto salino, por ejemplo, un aumento de la concentración de ión cloruro o ión sodio, permitirá un mayor disolución de sulfato o carbonato de calcio. El segundo efecto, denominado del ión común, provoca la precipitación de determinados iones; por ejemplo la disolución yesos (sulfato de calcio) podrá provocar a precipitación de carbonato de calcio en aguas con alto contenido en calcio (Orozco et al., 2003).

Mezclas. En la confluencia de dos ríos o de un río con un embalse, se producen mezclas de aguas de distintas composiciones. Esto puede dar lugar a distintos tipos de procesos físico-químicos, en función de las diferentes especies disueltas en cada agua que se mezcla. El equilibrio existente, principalmente por fenómenos de precipitación (superación de producto de solubilidad de las sales) y en otros casos por procesos de complejación. Por formación o destrucción de determinados compuestos de coordinación (Orozco et al., 2003).

Tipos de aguas naturales

Agua atmosférica

El agua atmosférica corresponde al agua líquida natural presente en la atmósfera. Esta se concentra, prácticamente toda, en las nubes; el contenido de agua en las nubes es entre mil y cien mil veces mayor que el contenido en los aerosoles atmosféricos (Doménech, 2000). Se caracteriza porque (Orozco et al., 2003):

Llevan en disolución los gases presentes en el aire: CO2, SO2, NO, O2, O3, CH4. Es un agua muy poco mineralizada (10-100 ppm como valores medios), dependiendo

de las zonas marinas o continentales. Se trata de agua con bajo contenido de sustancias orgánicas provenientes de la

oxidación de compuestos orgánicos en general y de algunos hidrocarburos simples, en particular.


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Una nube es una solución supersaturada de partículas de agua líquida o sólida en el aire. Normalmente, en las nubes hay una mezcla de partículas sólidas y líquidas. Por término medio, el espacio libre entre partículas en la nube es unas cien veces la dimensión de éstas. El tamaño de las gotas en la nube está comprendido entre 10 y 50 μm. Sin embargo, las gotas terminan por agregarse para generar gotas de lluvia, las cuales poseen un diámetro aproximado de 1000 μm. Con tal tamaño, las gotas precipitan en la superficie terrestre (Doménech, 2000).

Tanto en su formación dentro de las nubes como durante su precipitación, las gotas líquidas van disolviendo sustancia atmosféricas, tanto sólidas como gaseosas. En realidad, las pequeñas gotas en el interior de la nube suelen formarse alrededor de partículas sólidas, las cuales actúan como núcleos de condensación. El tipo de partículas que suelen actuar como dichos núcleos son las partículas marinas, constituidas básicamente de NaCl, o bien partículas sólidas de óxidos procedentes de la erosión continental. Otras partículas nucleadoras son las sales amónicas (sulfatos y nitratos) (Doménech, 2000).

Aguas superficiales

Agua dulce

Es el agua, que independientemente de ser o no potable, tiene un contenido de sales tal que no llega a darle sabor (Nebel y Wright, 1999).

Como resultado de la purificación por evaporación, todas las formas de precipitación son de agua dulce, lo mismo que lagos, ríos, aguas subterráneas y otras masas que reciben un flujo abundante de agua de lluvia (Nebel y Wright, 1999).

Aguas superficiales de escorrentía (fluviales)

Entre sus características se pueden citar (Orozco et al., 2003):

Su composición va depender fundamentalmente del tipo de terreno atravesado. La composición es variable en función del tramo de río considerado: procesos de

erosión y disolución. Los estuarios son zonas especiales con fenómenos de estratificación y coagulación

Aguas lacustres y embalses

Se puede destacar que (Orozco et al., 2003):

En los que tienen una profundidad importante, superior a 8 metros, se produce una estratificación térmica que lleva a la existencia de dos zonas separadas por el termoclina, en una y otra tienen lugar distintos procesos, lo que origina una composición diferente en cada una de ellas Orozco et al., 2003):

En las zonas superficiales (Epilimnion), se encuentran especies oxidadas como O2, CO2, SO42-, NO3-, Fe(III), Mn(IV).

En las zonas profundas (Hypolimnion), se encuentran especies reducidas como CH4, H2S, NH3, Fe(II), Mn(II).

Aguas marinas


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En ellas merece destacarse (Orozco et al., 2003):

La influencia de los aportes de la atmósfera (a toda la superficie oceánica), de los ríos (zonas costeras), glaciares (regiones polares) y aguas hidrotermales (zonas profundas).

Se produce una estructura en capas como en el caso de los lagos, con composiciones diferentes en cada una de ellas.

Poseen una elevada salinidad (35-45 g/kg), al actuar como depósito de los restantes tipos de aguas, dependiendo su valor esencialmente de la climatología (evaporación) y de la profundidad.

El valor de pH es bastante constante (7.8-8.2), debido al efecto tampón de los pares de sustancias existentes.

El contenido en oxígeno disuelto disminuye con la profundidad. La materia orgánica es más abundante en las capas superficiales, debido a una mayor

actividad del fitoplancton. La concentración de bionutrientes, compuestos de nitrógeno y fósforo, es muy

variable.

Como muestra de lo señalado anteriormente, se puede observar, por ejemplo en la tabla 2, la diferencia de composición entre aguas saldas y agua dulces, en cuanto a algunas de las especies iónicas mayoritarias. Naturalmente, se trata de valores medios y de aguas no especiales, dentro de cada tipo (Orozco et al., 2003).

Tabla 2. Especies iónicas presentes en los diferentes tipos de aguas (Orozco et al., 2003).

Iones principales

Agua de mar promedio(g/kg)

Agua fluvial promedio(g/kg)

Agua lacustre promedio(g/kg)

Cl- 19.35 * 0.008 0.026

SO42- 10.76 0.011 0.027

HCO3- 0.14 0.059 * 0.155 *

Br- 0.07 - -

Na+ 10.76 * 0.006 0.012

Mg2+ 1.29 0.004 0.006

Ca2+ 0.41 0.015 * 0.043 *

K+ 0.39 0.002 0.0015

Se observa cómo e el agua de mar la concentración de los iones que se encuentran en mayor proporción (ver asterisco) tiene valores mil veces más elevados que en los otros tipos de aguas. Los iones mayoritarios en la aguas marinas son Na+ y Cl-, frente a Ca2+ y HCO3- de las aguas fluviales. La razón parece deberse, en buena parte, a los crustáceos presentes en los océanos, que serían los responsables de la disminución de los iones calcio e hidrogenocarbonato del agua marina, al utilizarlos para formar sus esqueletos de carbonato de calcio (Orozco et al., 2003).

Pero además, el agua de los ríos y lagos puede tener una composición muy distinta en función de los terrenos que recorra o se encuentre, pues según la naturaleza de éstos, y dependiendo de multitud de factores como lo superficie y tiempo de contacto, velocidad de difusión, temperatura, presión, concentración de especies disueltas, etc., puede arrastrar en su seno diferentes sustancias. Así, las zonas yesíferas son responsables de mayor abundancia de iones


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sulfato y calcio; en zonas calizas y dolomíticas, gracias a la acidez de la aguas, será posible la disolución de algunas especies presentes en esta rocas; las zonas feldespáticas incorporan sílice, tanto en suspensión como n solución; las zonas ricas en sulfuro de hierro pueden aportar el catión hierro (II) e incluso aumentar la acidez de las aguas. La existencia de catión hierro (III) en algunas aguas profundas parece estar relacionada con depósitos subterráneos de compuestos de hierro, capaces de formar hidróxidos de hierro (III) con agua caliente, etc. En general, las aguas lacustres contienen una mayor concentración de sales disueltas que las fluviales, como se puede observar en la tabla 2 (Orozco et al., 2003).

Agua salada o salina

Agua de océanos y mares en su mayoría, que contiene al menos tres por ciento de sales (30 partes por millar). Es el agua que contiene sales en mayor proporción que las aguas normalmente destinadas a usos domésticos, agrícolas o industriales (Nebel y Wright, 1999).

Agua dura y agua blanda

El agua dura es aquella que contiene minerales, sobre todo carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio, por lo que corta el jabón e impide la formación de espuma. Produce escoria, cuajos u óxidos en calderas y calentadores. En cambio, el agua blanda es aquella casi libre de los minerales que hacen que el jabón precipite y forme incrustaciones, es decir, está casi libre de calcio y magnesio (Nebel y Wright, 1999).

En términos de dureza las aguas pueden clasificarse así (Romero, 1999):

0-75 mg/L Blanda

75-150 mg/L Moderadamente dura

150-300 mg/L Dura

>300 mg/L Muy dura

Aguas del subsuelo

Como agua del subsuelo se entiende aquélla que se encuentra debajo de la corteza terrestre. Al igual que el agua superficial, la composición química del agua del subsuelo es muy variable, dependiendo de la localización y de la profundidad que se considere. Se pueden distinguir dos tipos de aguas: agua edáfica y agua subterránea, en las que se podría destacar (Orozco et al., 2003):

Son muy importantes los procesos de intercambio de iones agua-suelo. Se produce la adsorción de determinados iones metálicos del agua mediante procesos

de complejación con materiales arcillosos y sustancias húmicas. El proceso de filtración efectuado por el terreno produce unas aguas con ausencia de

materiales en suspensión y de color. La mineralización es elevada, por lo que las aguas presentan una fuerte conductividad. Las condiciones reductoras conducen a la presencia de especies con bajo grado de

oxidación: Fe(II), Mn(II), H2S.

Agua edáfica


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El agua edáfica se localiza en la zona no saturada del subsuelo, en la cual el agua forma una capa superficial adsorbida sobre la superficie de las partículas sólidas. La composición química del agua edáfica es el resultado de su interacción con las partículas minerales, especialmente a través de intercambio iónico. La presencia de especies en el agua edáfica se debe también a su interacción con el aire del suelo, ya que el agua no llena completamente los poros existentes entre las partículas, sino que comparte el espacio poroso con el aire infiltrado. Los iones más abundantes en el agua edáfica son Cl-, SO42- y Ca2+, los cuales se encuentran a niveles comprendidos entre algunas decenas y varias centenas de ppm. Otros iones no tan abundantes son: Mg2+, H3SiO4-, HCO3-, K+, Na+ y Mn2+. La materia orgánica es mucho menos abundante en el agua edáfica, debido a su descomposición en procesos microbiológicos y en procesos químicos de oxidación que ocurren en el suelo (Doménech, 2000).

Agua subterránea

Esta agua se localiza en la zona saturada del subsuelo, es decir, en la región donde todos los poros están llenos de agua. Esta agua tiene su origen en la infiltración del agua superficial, lo cual hace que varíe su composición química, enriqueciéndose de elementos minerales y empobreciéndose de materia orgánica. Por lo anterior, usualmente el agua subterránea es de gran calidad para el consumo humano. Su elevada mineralización se debe a diversos procesos. Durante la infiltración del agua superficial se van incorporando sales solubles presentes en el suelo como cloruros, nitratos y sulfatos de metales alcalinos y alcalinotérreos. Además, a causa de la presencia de CO2 en el agua edáfica, se produce la solubilización de carbonatos. Por ejemplo (Doménech, 2000):

En general, para los iones más abundantes, presentes a concentraciones entre algunas unidades y algunas centenas de ppm, se observa la siguiente ordenación para cationes: Ca2+ > Mg2+ > Na+ > K+; los aniones se presentan en el siguiente orden: HCO3- > Cl- > SO42-. El CO2 está presente en disolución a niveles elevados, mientras que la concentración de O2 es baja, siendo mínima en los horizontes más profundos del suelo, lugar en el que se desarrollan procesos anaerobios (Doménech, 2000).


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Módulo II

Introducción a la potabilización del agua Parte II

1.- Introducción

Si se toma en cuenta el dicho de que “El agua es vida”, fácilmente se puede explicar porqué los

asentamientos humanos se localizaban donde este elemento estaba disponible. Con el paso

del tiempo y debido al crecimiento poblacional ha sido necesario realizar obras cada día de

mayor tamaño con la finalidad de abastecer de este preciado líquido a las poblaciones que día

a día lo solicitan en mayor cantidad y de mejor calidad, para sus necesidades. Pero, el

abastecer de agua a los conglomerados humanos, tiene como consecuencia el retiro de la

mayor parte de ella, una vez que ha sido utilizada y por ende contaminada.

Punto importante a considerar es la lejanía de las fuentes de abastecimiento, motivado

principalmente por la localización del agua en nuestro planeta, que generalmente ya se

encuentra apartada de los centros urbanos. De la misma manera, el desalojo del agua que ya

fue utilizada, es necesario para evitar enfermedades de tipo hídrico a la población, cuidando

siempre de no contaminar a las fuentes que otras comunidades utilicen para su

abastecimiento.

El agua de consumo inocua (agua potable), según se define en las Guías, no ocasiona ningún

riesgo significativo para la salud cuando se consume durante toda una vida, teniendo en

cuenta las diferentes vulnerabilidades que pueden presentar las personas en las distintas

etapas de su vida. Las personas que presentan mayor riesgo de contraer enfermedades

transmitidas por el agua son los lactantes y los niños de corta edad, las personas debilitadas o

que viven en condiciones antihigiénicas y los ancianos. El agua potable es adecuada para

todos los usos domésticos habituales, incluida la higiene personal.

2.- Definiciones Generales

El agua debe ser: “adecuada para consumo humano y para todo uso doméstico habitual,

incluida la higiene personal”. Por lo tanto, el uso del agua no debería presentar riesgo de

enfermedades a los consumidores. (OMS).

2.1.- Agua cruda: Es aquella agua, en estado natural, captada para abastecimiento que no ha

sido sometido a procesos de tratamiento.

2.2.- Agua tratada: Toda agua sometida a procesos físicos, químicos y/ó biológicos para

convertirla en un producto inocuo para el consumo humano.

2.3.- Agua de consumo humano: Agua apta para consumo humano y para todo uso

doméstico habitual, incluida la higiene personal.


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2.4.- Parámetros organolépticos: Son los parámetros físicos, químicos y/o microbiológicos

cuya presencia en el agua para consumo humano pueden ser percibidos por el consumidor a

través de su percepción sensorial.

2.5.- Salud ambiental: Es la ciencia que se ocupa de las interrelaciones positivas y negativas

del hombre con el medio ambiente donde habita y trabaja.

Según su calidad sanitaria, el agua se clasifica en: Apta para beber o agua potable o segura y

agua contaminada. El agua está contaminada cuando se ve alterada su composición o estado,

directa o indirectamente, como consecuencia de la actividad humana, de tal modo que quede

menos apta para uno o todos los usos a que va destinada, para los que sería apta en su calidad

natural.

La contaminación del agua es, la acción y el efecto de introducir materias o formas de energía

o inducir condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto, impliquen una alteración

perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica.

3.- Características físicas de las aguas potables

3.1.- Sólidos en sus diferentes formas

Los sólidos en las aguas potables y de proceso tienen gran importancia. En las aguas potables

indican la calidad de la misma. En las aguas de proceso es conveniente conocer la cantidad de

sólidos que contiene ya que el agua es empleada en procesos tales como alimentación a

calderas, sistemas de enfriamiento o como agua integrada al mismo producto.

3.1.1.- Sólidos totales: Los sólidos totales es la suma de los sólidos disueltos y en suspensión

que la muestra de agua pueda contener. Se puede decir que las aguas naturales son un

conjunto de agua con sólidos disueltos y suspendidos,

3.1.2.- Sólidos disueltos: Los sólidos disueltos lo constituyen las sales que se encuentran

presentes en el agua y que no pueden ser separados del líquido por algún medio físico, tal

como: sedimentación, filtración, etc. La presencia de estos sólidos no es detectable a simple

vista, por lo que se puede tener un agua completamente cristalina con un alto contenido de

sólidos disueltos. La presencia de estos sólidos solo se detecta cuando el agua se evapora y

quedan las sales residuales en el medio que originalmente contiene el líquido.

Analíticamente se miden pesando la cápsula con las sales residuales, unas vez que el agua ha

sido evaporada, y conociendo el peso neto de la cápsula es posible determinar la cantidad de

sólidos disueltos por diferencia de peso.

También es posible cuantificar los sólidos disueltos midiendo la conductividad del agua: los

sólidos disueltos se encuentran en forma de cationes y aniones, por lo que éstos como

partículas con carga pueden conducir la corriente eléctrica, y así pueden ser cuantificados

indirectamente, con cierta precisión, midiendo la conductividad del agua como se describe

posteriormente Sólidos en suspensión: Los sólidos en suspensión es el material que se

encuentra en fase sólida en el agua en forma de coloides o partículas sumamente finas, y que


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causa en el agua la propiedad de turbidez. Cuanto mayor es el contenido de sólidos en

suspensión, mayor es el grado de turbidez.

A diferencia de los sólidos disueltos, estos pueden separarse con mayor o menor grado de

dificultad por procesos mecánicos como son la sedimentación y la filtración. Analíticamente

se determinan pasando un volumen medido de una muestra de agua a través de una cápsula

la cual tiene una membrana o filtro con poros de 0.2 micrones dónde son retenidos los sólidos

suspendidos, cuando se filtra la muestra de agua. Las partículas o sólidos suspendidos se

componen de material orgánico e inorgánico. El material orgánico es principalmente algas o

microorganismos y el inorgánico son: arcillas, silicatos, feldespatos, etc.

3.1.3.- Sólidos volátiles y no volátiles: En los sólidos suspendidos se tiene material orgánico

e inorgánico. La materia orgánica es susceptible de separarse por calcinación de la muestra.

Para esto, la cápsula que retiene los sólidos suspendidos se calcina a 550ºC y el material

orgánico se volatiliza en forma de bióxido de carbono y agua. El material inorgánico es inerte

y no volátil, por lo que es retenido en la cápsula y por diferencia de peso se pueden cuantificar

los sólidos volátiles y no volátiles.

3.2.- Turbidez: Es la capacidad que tiene la materia finamente dividida o en estado coloidal de

dispersar la luz. La turbidez es una característica que se relaciona con el contenido de sólidos

finamente divididos que se presentan en el agua. Sus unidades son NTU's (Neophelometric

Turbidity Units). Un agua turbia estéticamente es desagradable y es rechazada por el

consumidor. La turbidez del agua es un parámetro de importancia no solo porque es una

característica de pureza en el agua a consumir. También la turbidez interfiere en procesos de

tratamiento de las aguas como es en la desinfección con agentes químicos o con radiación

ultravioleta, disminuyendo la efectividad biocida de éstos lo cual representa un riesgo en el

consumidor.

3.3.- Temperatura: La temperatura es un parámetro físico de suma importancia para los

ecosistemas hidráulicos, aunque no es parte de las características de calidad del agua potable.

Cuando la temperatura aumenta, disminuye la concentración de oxígeno disuelto y si las

aguas son deficientes en oxígeno, esto puede ocasionar la muerte de especies acuáticas,

especialmente peces. También, la contaminación térmica puede causar trastornos en

ecosistemas acuáticos ya que en algunos casos el rango de temperatura de estos, es

sumamente restringido

3.4.- Color: El color es una propiedad física que indirectamente describe el origen y las

propiedades del agua. La coloración del agua indica la posible presencia de óxidos metálicos,

como puede ser el óxido de fierro, el cual da al agua un color rojizo. Las algas y material

orgánico en degradación también imparten color al agua. Si esto ocurre, la coloración puede

deberse a la presencia de algas y microorganismos en el agua de suministro. El color, olor y

sabor así como la turbidez, son parámetros que en forma conjunta le dan calidad al agua en lo

que se refiere a sus características estéticas que son muy importantes para el usuario o

consumidor.

4.- Características químicas y fisicoquímicas


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4.1.- Cianuros: Los cianuros por supuesto no deben estar presentes en las aguas potables, sin

embargo, por su alta toxicidad y por la posibilidad de que éste compuesto se presente en

aguas potables debido a derrames accidentales o por infiltración de desechos con este

contaminante, periódicamente se debe monitorear en los yacimientos y en el agua de

suministro. La toxicidad del cianuro se debe a que el radical -C≡N se liga a la hemoglobina

irreversiblemente y con mayor fuerza que el oxígeno y la persona o animal de sangre caliente

muere de asfixia ya que no hay transporte de oxígeno. El límite máximo permitido de este

contaminante en aguas potables es de 0.2 mg/L

4.2.- Radioactividad: La actividad radiológica es una medida de la emisión de partículas alfa y

beta que se producen en la descomposición de materiales radioactivos. Estas emisiones son

nocivas a los órganos de los seres vivos por el daño que producen estas partículas Estos son

principalmente: deformaciones congénitas inducción a la formación de tumores y otros daños

más a nivel celular. La actividad radiológica en el agua se debe a la presencia de materiales

radioactivos en el yacimiento donde se encuentra el acuífero. Estos elementos pueden ser

radio, uranio y otros elementos químicos emisores de partículas alfa y beta El límite máximo

permitido de radiación emitida en el agua potable es de 15 picoCurios/L.

4.3.- Nitratos: Los nitratos y especialmente los nitritos son indeseables en las aguas potables

ya que pueden causar la enfermedad conocida como metahemoglobinemia. La

metahemoglobinemia es una condición en la cual el organismo intercambia nitritos en los

grupos heme de la sangre que son los que se encargan del transporte de sangre en todo el

organismo. Como el nitrito es isoeléctricamente similar al oxígeno, si la concentración de

nitritos en los fluidos corporales es muy alta, los nitritos ocupan el lugar del oxígeno en la

hemoglobina y bajo ciertas circunstancias se puede presentar una condición de anoxia. Esto

ocurre cuando una persona ingiere altas cantidades de nitritos y por su metabolismo es

susceptible a esta condición, puede morir por asfixia. La metahemoglobinemia que se supone

es la causa de algunas muertes de cuna o muerte infantil en niños recién nacidos o de menos

de tres meses de edad, puede ser atribuida a la presencia de altos niveles de nitratos en el

agua de consumo en bebés predispuestos a esta condición Esto puede explicarse porque los

neonatos aún no tienen una alta acidez en sus jugos gástricos, y favorecen las condiciones

reductoras en las cuales los nitratos presentes en el agua potable se convierten parcialmente a

nitritos en un medio no ácido.

Esto no ocurre con frecuencia en adultos normales, pero si puede presentarse cuando la

persona es predispuesta o ingiere altas cantidades de nitritos (en embutidos y otras

conservas). Debido a los escurrimientos agrícolas, donde se emplean cantidades exageradas

de fertilizantes nitrogenados, ya no es raro encontrar aguas superficiales y hasta los mantos

acuíferos subterráneos con niveles anormales de nitrógeno en sus diferentes formas químicas,

especialmente como nitratos. La norma de calidad de agua potable permite un máximo de 10

mg/L de nitrógeno en forma de nitrato.

4.4.- Fósforo: Aunque el fósforo no presenta toxicidad en los seres vivos, la presencia de fosfatos en aguas potables indica la posibilidad de contaminación del acuífero por aguas contaminadas o aguas residuales. Debido a que el fósforo se encuentra presente en cantidades relativamente altas en aguas residuales y aguas de riego agrícola, su presencia en valores mayores a los valores normales en aguas potables, puede deberse a una


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contaminación o infiltración de aguas residuales al yacimiento de agua potable, Aunque el fósforo no representa toxicidad o daño alguno, los herbicidas o pesticidas organofosforados que también están presentes en las aguas de riego agrícola son una advertencia de la calidad del agua ya que la presencia de fósforo en el agua puede ser debida a los agroquímicos fosforados. Si se debe a la infiltración de aguas residuales sin tratamiento previo, también son un riesgo al consumidor de estas fuentes de agua natural.

4.5.- Pesticidas, agroquímicos y orgánicos sintéticos: La presencia de este tipo de compuestos en el agua siempre es por causas antropogénicas (generadas o inducidas por el hombre). Cuando se integran al agua, aún en muy pequeñas cantidades son sumamente nocivas y cuando sus valores son mayores a los máximos permisibles, hacen inadecuada el agua para su consumo. Estos compuestos resultan del uso indiscriminado y sin control de herbicidas y pesticidas en la actividad agrícola, o de la disposición inadecuada de solventes y compuestos orgánicos generados en la actividad industrial. También su presencia en el agua puede deberse a derrames y accidentes cuando estos compuestos orgánicos son transportados por vía terrestre. Estas substancias son nocivas no únicamente al hombre sino también a los peces y a toda la vida acuática en general, por lo que su detección y cuantificación es sumamente importante para tomar acciones preventivas, así como para implementar sistemas que eliminen del agua estos agentes tóxicos. La detección y cuantificación de este tipo de compuestos es sumamente difícil y requiere de técnicas analíticas complejas y costosas ya que existen miles o cientos de miles de compuestos químicos de esta naturaleza, por lo que es prácticamente imposible detectar y cuantificar individualmente cada una de estas sustancias en una fuente de suministro de agua.

4.6.- Demanda bioquímica de oxigeno: La Demanda Bioquímica de Oxigeno DBO, es una de las pruebas más importantes para medir los efectos contaminantes de un agua residual, pero también es un parámetro de importancia en aguas potables. La DBO es definida como la cantidad de oxigeno requerida por las bacterias, para estabilizar la materia orgánica biodegradable, bajo condiciones aerobias. Por materia biodegradable se entiende o se interpreta como la materia orgánica que sirve como alimento a los microorganismos y que proporciona energía como resultado de su oxidación. La DBO es ampliamente utilizada para determinar el grado de contaminación en materia orgánica biodegradable, en aguas residuales domesticas e industriales.

Esta prueba es una de las más importantes en el control de contaminación en aguas, por lo que las agencias de regulación de la contaminación le dan suprema importancia. También la DBO es imprescindible al estimar y diseñar reactores y equipo para la digestión aeróbica de las aguas residuales a depurar. Para esta prueba se mide la cantidad de oxigeno que requieren las bacterias aerobias cuando consumen la materia orgánica biodegradable presente en el agua residual que se analiza. Para esto se inocula con bacterias aerobias la muestra de agua a analizar, y después de cinco días se mide la concentración de oxigeno residual. La cantidad de oxigeno consumido se determina midiendo el oxígeno disuelto al inicio y al término de la prueba. Se ha tomado como tiempo de biodegradación de la muestra un tiempo de 5 días. Generalmente este es el tiempo que se requiere para que las bacterias digieran la materia orgánica biodegradable. También, debido a la baja solubilidad del oxígeno, en muestras con altos valores de DBO es necesario tomar alícuota de la muestra para asegurar que el oxígeno disuelto inicialmente, sea suficiente para la biodegradación completa. También para esta prueba se requiere que la temperatura se mantenga constante a 25°C durante los cinco días de incubación. Para que las bacterias aerobias inoculadas, tengan condiciones favorables de crecimiento y desarrollo deben estar ausentes substancias tóxicas como: metales tóxicos, cloro, etc.; asimismo los nutrientes necesarios como: fósforo, nitrógeno, calcio, magnesio, potasio, etc. deberán encontrarse en la solución de fermentación.


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4.7.- Demanda química de oxigeno: Este otro tipo de prueba consiste en determinar la cantidad total de materia orgánica, en términos de la cantidad de oxigeno que se requiere para oxidar ésta a dióxido de carbono y agua. Para esto se efectúa la oxidación de dicha materia orgánica utilizando agentes fuertemente oxidantes en un medio ácido. Debido a las condiciones tan drásticas empleadas en la oxidación, prácticamente toda la materia orgánica es oxidada a bióxido de carbono y agua. Substancias que no son fáciles de digerir biológicamente como por ejemplo la lignina, son oxidadas completamente como resultado de los oxidantes empleados y debido a esto los valores de Demanda Química de Oxigeno DQO son siempre mayores a la DBO, en un agua residual específica. La forma de llevar a cabo esta prueba es tomando una alícuota de la muestra y agregándole un volumen especifico de solución de dicromato de potasio valorado. Bajo condiciones ácidas, a una temperatura de 150°C y en presencia de un catalizador la materia orgánica es completamente oxidada a bióxido de carbono y agua. Midiendo el dicromato de potasio consumido y de acuerdo a la relación estequiométrica, es posible determinar el oxígeno consumido por la muestra analizada, este oxigeno requerido es la DQO.

La medición de DQO y DBO en una muestra de agua, está directamente relacionado con su grado de contaminación, así como con la naturaleza de la materia que compone los desechos sólidos, ya que a través de esta prueba es posible estimar que proporción del total de la materia orgánica es biodegradable. Esto es de gran importancia en el proceso de digestión aeróbica, puesto que de antemano se conoce cual es el mínimo residual de materia orgánica en un agua de desecho. Al igual que la DBO, la DQO en aguas potables debe ser sumamente baja y es un parámetro a determinar cuando la calidad del agua es incierta.

4.8.- Compuestos Orgánicos Refractarios: Compuestos orgánicos refractarios son aquellos que son persistentes en su descomposición a otros compuestos diferentes de estructura química mas sencilla. También se le llama Compuestos Orgánicos Persistentes, por esta misma razón. La mayoría de los compuestos orgánicos presentes en las aguas naturales son destruidos o transformados a otros compuestos inocuos (como bióxido de carbono y agua) por la acción de la radiación solar ultravioleta, por descomposición microbiana, por efecto del contacto con ozono o medios similares. Los orgánicos refractarios o persistentes no se descomponen fácilmente y pueden permanecer inalterdos a pesar de los tratamientos biológicos, químicos y fisicoquímicos que se dan al agua. Muchos de estos compuestos son tóxicos por lo que su presencia en aguas que se pretenden emplear como potables representa un riesgo. Los mas comunes son sintéticos como: gasolinas y derivados del petróleo, insecticidas, herbicidas y pesticidas, solventes orgánicos, etc. Aunado a su toxicidad, otro gran inconveniente es la dificultad de su detección y cuantificación. La cantidad de compuestos tóxicos que se pueden presentar en el agua por derrames accidentales, por descuidos y negligencia u otras razones, es de miles de ellos, y para detectarlos se deben emplear individualmente técnicas de cromatografía de gases y/o de líquidos acoplado con espectrometría de masas, y espectroscopía de infrarrojo Muy pocos organismos encargados de la calidad del agua que se suministra a los usuarios disponen del equipo, laboratorios, personal capacitado y tiempo para detectar y cuantificar cada uno de estos posibles componentes presentes en el agua. Se tiene la opción de efectuar en la muestra la prueba de Carbono Orgánico Total (COT) [o por sus siglas en inglés Total Organic Carbon (TOC)] En esta técnica, a la muestra de agua se agrega ácido clorhídrico para descomponer a bióxido de carbono los bicarbonatos y carbonatos que contiene el agua y diferenciar del bióxido de carbono que se produce posteriormente por el tratamiento térmico de la muestra. Se evapora el agua y los residuos se someten a altas temperaturas, y el material orgánico que pueda estar presente en la muestra de agua se descompone a CO2 y H2O. Un detector de infrarrojo cuantifica el CO2 generado ya que este tiene una banda de absorción en el espectro infrarrojo, y se puede detectar con un espectrómetro IR no dispersivo, o también se puede absorber en


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agua el CO2 generado en la combustión y se mide la conductividad de ésta antes y después de la absorción y comparando con los estándares se puede medir el contenido de CO2, que es directamente proporcional al contenido de materia orgánica presente en el agua. Obsérvese que en esta técnica de COT, se cuantifica todo el material orgánico contenido en la muestra de agua y no solo los orgánicos refractarios, pero aunque todavía no se tienen parámetros de calidad, es la única forma relativamente sencilla de tener un valor de comparación y evaluar el riesgo de consumir aguas con COT relativamente alto.

4.9.- pH: El potencial hidrogeno o pH, es un parámetro de suma importancia tanto para aguas naturales como aguas residuales. El rango de pH en el cual pueden interactuar los ecosistemas y sobrevivir las especies que lo conforman, está sumamente restringido, por lo cual si este valor es alterado, los procesos biológicos que normalmente se llevan a cabo pueden ser perturbados y/o inhibidos y las consecuencias son adversas. Por definición pH es el logaritmo inverso de la concentración de ión hidrogeno. En aguas naturales y residuales el valor del pH define si las condiciones de esta son ácidas o básicas. Un pH menor de 7.0 indica acidez en el agua, cuanto menor sea el valor del pH mayor es la concentración de iones hidrogeno y mayor es la acidez. Por encima de un pH de 7.0 se tienen condiciones básicas en el agua. La concentración de iones hidrogeno es baja y se dice que el agua es alcalina. Cuando el pH es de 7.0 se dice que el pH es neutro y el agua no tiene características ácidas ni alcalinas. En las aguas naturales y residuales el valor del pH está en el rango de 6.0 a 8.0 unidades de pH, y estos valores son los más adecuados para la actividad biológica de los ecosistemas.

4.10.- Azufre y Sulfatos: El azufre ocurre en las aguas naturales en forma de ión sulfato SO4 -2. El sulfato es el resultado de la oxidación del ácido sulfhídrico H2S originalmente presente en el agua o en el acuífero. Altos niveles de este compuesto no presentan toxicidad pero si problemas en la calidad y usos del agua.

4.11.- Fierro y Manganeso: Fierro y manganeso casi siempre se encuentran presentes en forma conjunta, por lo que si en el agua se tienen niveles relativamente altos de fierro, seguramente el manganeso estará presente en concentraciones problemáticas para el uso del agua. Ni el fierro ni el manganeso representan un problema de toxicidad, pero la calidad del agua no es la deseada cuando se tienen altos valores de estos elementos. Cuando estos metales precipitan del agua dónde originalmente se encuentran disueltos, forman depósitos color amarillo o café oscuro, o una lama negra sumamente desagradable. Esta precipitación ocurre cuando el agua tiene contacto con el aire y se oxidan los metales ocurriendo la precipitación. La precipitación de los metales puede ocurrir en la cerámica del baño, muy frecuentemente en la taza del retrete o excusado, en lavamanos y en general en toda la tubería y accesorios domésticos que entran en su contacto, como cuchillería, platos, vajilla y demás. Si esta agua se emplea en el lavado de ropa, al agregar cloro, blanqueadores y otros detergentes, favorecen la oxidación y precipitación del metal y estos precipitados manchan la ropa, siendo mas notorio en la ropa blanca, por lo que aguas de estas características son indeseables en hospitales, hoteles, lavanderías y hogares en general, y es conveniente darle un tratamiento previo. También el consumo de agua con fierro y manganeso por arriba de la norma de calidad establecida, causa problemas de sabor en el consumidor no acostumbrado, por lo que si esta agua se emplea en la formulación de bebidas, refrescos y alimentos en general los resultados pueden ser muy desagradables.

4.12.- Flúor: La presencia de flúor en el agua es un problema que se presenta con mucha frecuencia en yacimientos subterráneos sobreexplotados o cuando las condiciones de mineralización del yacimiento donde se encuentra el acuífero favorecen la presencia de flúor en el agua, por lixiviación de minerales que contienen este anión. Aunque puede ocurrir, es


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difícil de atribuir la alta concentración de flúor en el agua como una consecuencia de la actividad del hombre. El flúor en el agua es un tema de discusión muy polémico y de actualidad. Está demostrado que el consumo de flúor en pequeñas dosis es benéfico para la dentadura ya que fortalece y endurece esta, al formar en los dientes una capa protectora de fluoruro de calcio, más resistente a la caries dental que el fosfato de calcio que es el esmalte natural. En dosis moderadas el flúor tiene este efecto benéfico, pero en dosis altas el fluoruro de calcio se fija no solo en los dientes sino también en los huesos formando fluoruro de calcio, el cual se deposita como precipitado ya que tiene una constante de producto de solubilidad sumamente baja (Kps=1.7×10-10). Estos depósitos causan endurecimiento de estos órganos y el organismo sufre deformaciones y adquiere la enfermedad llamada osteoporosis o endurecimiento y deformación del sistema óseo. El límite máximo permitido en agua potable es de 2.5 mg/L.

4.13.- Metales Tóxicos: Algunos metales como: cromo, níquel, cadmio, mercurio, plomo arsénico, selenio, etc., presentan toxicidad. La ingestión de ellos aún en cantidades mínimas pero durante un largo periodo, como es toda una vida promedio, puede causar daños en el organismo. La ingestión de metales tóxicos incrementa el riesgo de aparición de tumores, enfermedades en órganos vitales como aparato digestivo, respiratorio y reproductivo con consecuencias no solo al consumidor sino a su descendencia. El daño y grado de toxicidad depende del elemento, ya que algunos son más tóxicos que otros, de la dosis ingerida o tiempo de exposición al contaminante y de la salud o condición física del receptor del agente. La toxicología y mecanismo a través del cual los metales interfieren con los procesos enzimáticos y como causan daños a nivel celular en órganos vitales del ser humano y de animales, se puede encontrar en un tratado de toxicología. Como consecuencia de esto se ha establecido un límite máximo para los diferentes metales y metaloides en agua potable y estos niveles son mínimos, del orden de partes por billón, para minimizar el riesgo de daños en los consumidores de agua potable.

4.14.- Conductividad: La conductividad es una medida indirecta de la cantidad de sales ó sólidos disueltos que tiene un agua natural. Los iones en solución tienen cargas positivas y negativas; esta propiedad hace que la resistencia del agua al flujo de corriente eléctrica tenga ciertos valores. Si el agua tiene un número grande de iones disueltos su conductividad va a ser mayor. Cuanto mayor sea la conductividad del agua, mayor es la cantidad de sólidos o sales disueltas en ella. Como es rápido y relativamente fácil medir la conductividad de una muestra de agua, este parámetro de medición es muy empleado cuando se desea conocer la cantidad de sólidos totales disueltos (STD), Los STD, es el contenido de sales solubles que una muestra de agua en particular contiene. Como ya se ha descrito anteriormente, una forma de conocer este valor, es filtrando el agua a través de una membrana de 0.2 micrones para retener los sólidos suspendidos y después de evaporar el filtrado se pesa y se tara para cuantificar estos sólidos gravimétricamente. Esta forma de determinar los STD, requiere de tiempo, es una técnica analítica de alta precisión y está sujeta a errores si no se efectúa con los cuidados requeridos. Es posible estimar la concentración de sales midiendo la conductividad del agua y relacionar este valor con la cantidad total de sales disueltas, pero para esto se deberán tener ciertas reservas: la conductividad del agua es la suma de las conductividades individuales de cada uno Cade los iones que se encuentran en la solución acuosa. Por ejemplo el ión hidrógeno H+ , es mucho mejor conductor de la corriente eléctrica que el ión Na+ . Los dos tienen la misma carga (+1), pero como el protón es mucho mas ligero (H+ =1 gr/mol, Na+ =23 gr/mol), se desplaza o mueve mucho mas aprisa que el ión sodio. En las aguas naturales se asume que aunque el contenido de sales disueltas entre dos muestras de agua es diferente, la distribución en composición porcentual de cada uno de los iones que se encuentran en solución es mas o menos similar, por lo que una comparación entre sus valores de conductividad es equivalente a su concentración en sales disueltas. La conductividad de una


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solución se expresa en Siemens/cm (S/cm) miliSiemens/cm (mS/cm) ó microSiemens/cm (µS/cm)En aguas naturales es conveniente expresar su conductividad en (µS/cm). Para fines prácticos se establece la siguiente relación: Conductividad µS/cm ≈ ppm STD (Sólidos Totales Disueltos) ×2 “La conductividad en microsiemens/cm es aproximadamente igual a los STD en partes por millón multiplicado por dos”. Lo inverso de la conductividad es la resistencia, y la medición de la resistencia del agua es otra forma de expresar o medir el contenido de sólidos disueltos en el agua.

4.15.- Salinidad y calidad del agua: Todas las aguas naturales contienen sales disueltas (sólidos en suspensión), y la salinidad del agua es en cierta forma una de las características de calidad del agua en lo referente a su sabor y aceptabilidad por el usuario. La cantidad de sólidos disueltos se determina en forma semicuantitativa con la conductividad del agua, la cual se mide en ppm, o resisitividad o conductividad del agua. Cuanto mayor sea la conductividad, mayor es la cantidad de sólidos disueltos y después de cierto valor limite que fija la norma de calidad del agua, ya no es conveniente su consumo directo sin un tratamiento previo. En las normas de calidad de agua potable de la EPA, de la CNA o de la Unión Europea, la conductividad o grado de salinidad del agua, no es un estándar primario (obligatorio), sino que es un estándar secundario (recomendado), La alta salinidad del agua por si sola, no es motivo de daños en la salud del consumidor pero si un inconveniente en su empleo. La alta salinidad puede manchar y dañar los accesorios de baño y de cocina, y aun las tuberías mismas de conducción del agua. La alta salinidad es desagradable para la mayoría de los consumidores y los no acostumbrados a consumir aguas de este tipo. Su consumo como agua de beber, puede causarles desordenes estomacales momentáneos a los usuarios, ya que en este tipo de aguas generalmente hay alta concentración de cloruros y de sulfatos y estos últimos causan diarrea en los consumidores no acostumbrados, pero una vez que el organismo se adapta a estos cambios el agua se puede consumir sin daños a la salud. También la alta cantidad de sólidos disueltos causa problemas en la cocción de alimentos, principalmente oleaginosas ya que estas no se cuecen adecuadamente como resultado de la elevación en la temperatura de ebullición del agua por el alto contenido de sales. Si se emplea agua con estas características en la formulación de alimentos (jugos, bebidas, sopas, etc.) casi siempre se tendrá un deterioro en la calidad del producto. Tampoco es posible emplear con buenos resultados agua de alta salinidad en la cría de ganado, ya que los animales de cría rechazan el agua por su baja calidad, y esto causa perdidas por la disminución de peso y de producción de lácteos del ganado lechero, La única forma de disminuir el nivel de sales en las aguas salinas es con el empleo de la nanofiltración, o mejor aun con la hiperfiltración u osmosis inversa, como es mas conocido este proceso. Estos procesos se discuten con mayor detalle en el capitulo correspondiente.

4.16.- Alcalinidad: La alcalinidad es un parámetro que determina la capacidad de un agua para neutralizar los efectos ácidos que sobre ella actúen. Los constituyentes principales de la alcalinidad son los bicarbonatos (HCO3 - ), carbonatos (CO3 -2), e hidróxidos (OH- ). La alcalinidad proviene de los minerales que se encuentran en forma de carbonatos y bicarbonatos (Na2CO3, NaHCO3, por ejemplo), que disuelve el agua en su contacto con las capas de estratos, y también por la acción del CO2 atmosférico al disolverse en el agua.

CO2 + H2O ⇒ H2CO3 (1) Ácido Carbónico

H2CO3 ⇒ H+ + HCO3 - K1=4.2 × 10-7 (2) Bicarbonato

HCO3 - ⇒ H+ + CO3 -2 K2=4.8 × 10-11 (3) Carbonato


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La alcalinidad es de primordial importancia en algunos procesos que se llevan a cabo en sistemas de tratamiento de aguas, ya que entre otras características, la presencia de alcalinidad en sus diferentes formas es necesaria para evitar los cambios bruscos de pH, y también es un componente que forma parte de las reacciones químicas en procesos tales como la coagulación y floculación o en la precipitación de calcio y magnesio para remoción de la dureza por medio del proceso cal soda/ash. Si se agrega ácido al agua, las reacciones 1, 2 y 3 anteriores se desplazan de derecha a izquierda, desprendiéndose CO2 del agua y anulando parcialmente los efectos del ácido. Si se agrega un álcali, el ión hidrógeno que se produce en las reacciones 2 y 3, reacciona para formar agua con el hidroxilo que se encuentra en el álcali agregado y también anula parcialmente los efectos alcalinos, y de esta manera la alcalinidad del agua ejerce un efecto buffer o amortiguador de cambios bruscos de pH.

4.17.- Dureza: La dureza del agua se debe a la presencia de cationes como: calcio, magnesio, estroncio, bario, fierro aluminio, y otros metales que se encuentran presentes en forma de sólidos disueltos. De éstos, el calcio y el magnesio son los mas abundantes, por lo que casi siempre la dureza está directamente relacionada con la concentración de éstos dos elementos. Desde el punto de vista sanitario, la dureza del agua no tiene ninguna relación con la salud, por lo que es irrelevante consumir agua de alta o baja dureza, sin embargo, el exceso de dureza hacen el agua desagradable para su empleo en servicios y en la industria. Si la cantidad de calcio y magnesio es muy alta, cuando el agua se evapora o cuando cambian sus condiciones, se satura la solución y se forma un precipitado de carbonato de calcio y de hidróxido de magnesio que causan formación de sarro en equipos y tuberías y en algunos equipos industriales dañan éstos irreversiblemente. Para disminuir la dureza a valores adecuados, se emplean resinas de intercambio iónico o se emplea el proceso de precipitación química de calcio y magnesio., como se describirá posteriormente.

4.18.- Calidad bacteriológica del agua: La calidad microbiológica es el parámetro más importante en lo que se refiere a las características del agua y su potabilidad. El agua puede ser vehículo de transmisión de varias enfermedades como: cólera, fiebre tifoidea, hepatitis, etc. por lo cual su caracterización bacteriológica es de suma importancia.

4.19.- Mesofílicos aerobios: Una prueba para evaluar la calidad bacteriológica del agua, es la cuenta en placa de organismos mesofílicos aerobios. Para esto se toma 1 ml. de la muestra de agua a analizar y se inocula en un medio en el cual se encuentran todos los nutrientes que las bacterias requieren para su crecimiento y desarrollo. Las placas con la muestra y el medio de cultivo se incuban a 34°C por un periodo de 24, 48 y hasta 72 horas, y en cada uno de estos tiempos se efectúan las lecturas.

4.20.- Coliformes: Para evaluar mas ampliamente la calidad bacteriológica del agua se determina la presencia o ausencia de organismos coliformes. Los organismos patógenos están dentro del grupo de los coliformes, pero no todos los coliformes son patógenos, por lo que la presencia de coliformes en una muestra de agua no necesariamente indica la presencia de organismos causantes de enfermedad, sin embargo, para considerar un agua segura para beber o para actividades en las cuales el hombre tiene contacto íntimo con el agua, debe estar libre de organismos coliformes. Los coliformes se determinan por medio de la técnica de número más probable (NMP) y por cuenta en placa en un medio de cultivo que es específico para el crecimiento de bacterias coliformes. Los resultados se manejan de forma similar a como se hace en el caso de mesofílicos aerobios: se hace una cuenta en placa a las 24, 48 y 72 horas y se considera la dilución, si la muestra original fue diluida. La cuenta de mesofílicos aerobios indica únicamente el grado de potabilidad del agua en valores relativos. Por ejemplo; un agua con menos de 10 col/ml. de mesofílicos aeróbicos y 0 coliformes/ml. se considera de


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buena calidad, mientras que un agua con 100,000 col/ml. de mesofílicos aeróbicos y cero coliformes por ml. se considera apta para consumo como agua potable pero indica una fuente de contaminación.

5.- Estándares de calidad en agua potable

El establecimiento de un estándar es largo y complicado. Este incluye el identificar que substancias son de riesgo a la salud, conducir estudios sobre los efectos de los mismos, definir el máximo nivel permisible y establecer un estándar. Los tipos de contaminantes se dividen en:

Contaminantes inorgánicos: Tales como: cromo, arsénico, plomo y mercurio.

Contaminantes orgánicos: Que incluye pesticidas, herbicidas, trihalometanos, solventes y otros compuestos orgánicos.

Turbidez: La cual se debe a la presencia de partículas coloidales en suspensión.

Contaminantes microbiológicos: Tales como bacterias, virus y protozoarios.

Contaminación radiológica: La cual se debe a la emisión de radiaciones de alta energía por efectos naturales o por la acción del hombre.

5.1.- Definición de estándar: Un estándar es el máximo nivel de concentración de un contaminante específico que un agua puede contener. A su vez un estándar puede ser clasificado como NMP (Nivel Máximo Permitido) ó NMD (Nivel Máximo Deseado). La diferencia entre NMP y NMD es que el primero es obligatorio, mientras que el NMD es aquel que en estudios en laboratorio no ha mostrado efectos adversos en la salud, pero cuya presencia es objetable y deteriora la calidad del agua para diversos usos Los estándares primarios son aquellos que se tienen establecidos como limites máximos permisibles por ley. Estos máximos niveles establecidos son para aquellas substancias de las cuales se tienen evidencias firmes de que son perjudiciales al consumidor en el corto, mediano o largo plazo.

Contaminantes microbiológicos: Son aquellos organismos microscópicos que son potenciales transmisores de enfermedades infecciosas como: cólera, hepatitis, disentería, fiebre tifoidea, etc. El estándar establece que la muestra de agua no deberá contener mas de 100 mesofílicos aeróbicos por mililitro y deberá registrar negativo a la prueba de coliformes.

Contaminantes inorgánicos: Son aquellos compuestos o sustancias que son de origen inorgánico y casi siempre químicamente muy simples.

Contaminantes orgánicos: Son substancias químicas, generalmente de naturaleza muy compleja, y que se originan en forma natural, aunque casi siempre son sintetizadas químicamente por el hombre.

Contaminantes radiológicos: Este tipo de contaminación también puede ser espontánea o inducida por el hombre, ya que hay depósitos naturales en los cuales se produce radiación alfa y gama, pero también se presenta por desechos o residuos de la actividad humana.


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Módulo III

Marco Legal relativo al agua potable

1.- Introducción

El agua es uno de los recursos más preciados en la actualidad y mucho más preciado para la

raza humana, puesto que es necesario para el desarrollo de las industrias tanto como para el

uso doméstico de estos. Es por tal motivo que el agua para consumo humano también

llamado agua potable tiene vital importancia.

El agua es importante porque constituye el componente más indispensable para la vida, y es considerada fundamental para la protección de la salud a través de su consumo como agua potable. El agua para el consumo humano no es químicamente pura, por ello debe ser tratada, y utilizada con las debidas condiciones sanitarias que se realizan en los servicios de abastecimiento, donde se le procesa y adecua para el consumo, mejorando la calidad de agua se reduce los índices de mortalidad y morbilidad por enfermedades infecciosas intestinales.

2.- Marco Legal referente al agua potable

2.1.- Constitución Política del Perú (1993).

La Constitución Política del Perú constituye, dentro del ordenamiento jurídico, la norma legal de mayor jerarquía e importancia dentro del Estado Peruano. En ella se resaltan los derechos fundamentales de la persona humana, como son el derecho de gozar de un ambiente equilibrado y adecuado al desarrollo de la vida.

2.2.- Ley General del Ambiente - Ley N° 28611.

Artículo I.- Del derecho y deber fundamental

Toda persona tiene el derecho irrenunciable a vivir en un ambiente saludable, equilibrado y adecuado para el pleno desarrollo de la vida; y el deber de contribuir a una efectiva gestión ambiental y de proteger el ambiente, así como sus componentes, asegurando particularmente la salud de las personas en forma individual y colectiva, la conservación de la diversidad biológica, el aprovechamiento sostenible de los recursos naturales y el desarrollo sostenible del país.

Artículo V.- Del principio de sostenibilidad

La gestión del ambiente y de sus componentes, así como el ejercicio y la protección de los derechos que establece la presente Ley, se sustentan en la integración equilibrada de los aspectos sociales, ambientales y económicos del desarrollo nacional, así como en la satisfacción de las necesidades de las actuales y futuras generaciones.


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Artículo IX.- Del principio de responsabilidad ambiental

El causante de la degradación del ambiente y de sus componentes, sea una persona natural o jurídica, pública o privada, está obligado a adoptar inexcusablemente las medidas para su restauración, rehabilitación o reparación según corresponda o, cuando lo anterior no fuera posible, a compensar en términos ambientales los daños generados, sin perjuicio de otras responsabilidades administrativas, civiles o penales a que hubiera lugar.

Artículo X.- Del principio de equidad

El diseño y la aplicación de las políticas públicas ambientales deben contribuir a erradicar la pobreza y reducir las inequidades sociales y económicas existentes; y al desarrollo económico sostenible de las poblaciones menos favorecidas. En tal sentido, el Estado podrá adoptar, entre otras, políticas o programas de acciones afirmativas, entendidas como el conjunto coherente de medidas de carácter temporal dirigidas a corregir la situación de los miembros del grupo al que están destinadas, en un aspecto o varios de su vida social o económica, a fin de alcanzar la equidad efectiva.

2.3.- Ley de Recursos Hídricos - Ley Nº 29338.

Esta Ley establece que las aguas, sin excepción alguna, son de propiedad de la Nación, y su dominio es inalienable e imprescriptible. No hay propiedad privada de las aguas ni derechos adquiridos sobre ellas. El uso justificado y racional del agua, sólo puede ser otorgado en armonía con el interés social y el desarrollo del país.

Según el Artículo 83º Está prohibido verter sustancias contaminantes y residuos de cualquier tipo en el agua y en los bienes asociados a ésta, que representen riesgos significativos según los criterios de toxicidad, persistencia o bioacumulación. La Autoridad Ambiental respectiva, en coordinación con la Autoridad Nacional, establece los criterios y la relación de sustancias prohibidas.

2.4.- Ley General de Salud Ley Nº 26842

Esta Ley establece que la salud es condición indispensable del desarrollo humano y medio fundamental para alcanzar el bienestar individual y colectivo. Por tanto, es responsabilidad del Estado regularla, vigilarla y promoverla.

En el Artículo 103° se indica que la protección del ambiente es responsabilidad del Estado y de las personas naturales y jurídicas, los que tienen la obligación de mantenerlo dentro de los estándares que para preservar la salud de las personas, establece la Autoridad de Salud competente.

En el Artículo 104º se señala que toda persona natural o jurídica está impedida de efectuar descargas de desechos o sustancias contaminantes en el agua, el aire o el suelo, sin haber adoptado las precauciones de depuración en la forma que señalan las normas sanitarias y de protección del ambiente.

En el Artículo 105º se encarga a la Autoridad de Salud competente, la misión de dictar las medidas necesarias para minimizar y controlar los riesgos para la salud de las personas derivados de elementos, factores y agentes ambiental, de conformidad con lo que establece, en cada caso, la ley de la materia.

2.5.- Ley Orgánica de Municipalidades (Ley Nº 27992)


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Artículo 12°

Los Gobiernos Locales Provinciales Distritales están facultados para la gestión de la calidad del agua para consumo humano en sujeción a sus competencias de ley, que se detallan a continuación:

1. Velar por la sostenibilidad de los sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano.

2. Supervisar el cumplimiento de las disposiciones del presente Reglamento en los servicios de agua para consumo humano de su competencia.

3. Informar a la autoridad de salud de la jurisdicción y tomar las medidas que la ley les faculta cuando los proveedores de su ámbito de competencia no estén cumpliendo los requisitos de calidad sanitaria normados en el presente Reglamento.

4. Cooperar con los proveedores del ámbito de su competencia la implementación de las disposiciones sanitarias normadas en el presente Reglamento.

Artículo 80º

Saneamiento salubridad y salud (Las municipalidades en materia de Saneamiento, Salubridad y Salud ejercen lo siguiente:

1. Funciones específicas compartidas de las municipalidades 2. Administrar directamente o por concesión el servicio de agua potable, alcantarillado o

desagüe, limpieza pública y tratamiento de residuos sólidos, cuando este en capacidad de hacerlo.

3. Proveer los servicios de Saneamiento rural y coordinar con las municipalidades de Centros Poblados para la realización de campañas para el control de epidemias y control de sanidad animal.

4. Difundir programas de saneamiento ambiental.

En concordancia con la normativa, las instituciones involucradas en la gestión de calidad del agua son:

1. Ministerio de Salud; 2. Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento; 3. Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento; 4. Gobiernos Regionales; 5. Gobiernos Locales Provinciales y Distritales; 6. Proveedores del agua para consumo humano; 7. Organizaciones comunales y civiles representantes de los consumidores.

A continuación presentaremos el Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano con la finalidad de contar con un instrumento para realizar nuestro trabajo en la educación de buenas prácticas. Contiene lo siguiente:

2.6.- Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano – Decreto Supremo N° 031-2010-S.A


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El presente Reglamento establece las disposiciones generales con relación a la gestión de la calidad del agua para consumo humano, con la finalidad de garantizar su inocuidad, prevenir los factores de riesgos sanitarios, así como proteger y promover la salud y bienestar de la población.

Fig. 2.- Contenido Decreto Supremo N° 031-2010-S.A

Títulos específicos que tratan sobre el abastecimiento de agua

Título IV: Vigilancia sanitaria del agua para consumo humano

Se refiere a la Vigilancia sanitaria investiga, identifica y evalúa los factores de riesgo asociados con los sistemas de abastecimiento de agua desde la fuente hasta el consumo.

Título V: Control de calidad.

Plan de control de la calidad del agua (PCC): Se refiere a actividades que desarrolla el proveedor para verificar en el sistema de abastecimiento que la calidad del agua cumple con la legislación.

Título VIII: Abastecimiento de agua, proveedor y consumidor

Capítulo I: Sistema de abastecimiento de agua

Artículo 45. Sistema de abastecimiento de agua.

El sistema de abastecimiento de agua para consumo humano es el conjunto de componentes hidráulicos e instalaciones físicas que son accionadas por procesos operativos, administrativos y equipos necesarios desde la captación hasta el suministro del agua.

Artículo 46. Tipos de suministro.

El sistema de abastecimiento de agua atiende a los consumidores a través de los siguientes tipos de suministro:


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a. Conexiones domiciliarias b. Piletas públicas c. Camiones cisterna d. Mixtos, combinación de los anteriores.

En caso que el abastecimiento sea directo mediante pozo, lluvia, río, manantial entre otros, se entenderá como recolección individual el tipo de suministro.

Artículo 47. Componentes hidráulicos del sistema de abastecimiento.

Los principales componentes hidráulicos en los sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano, de acuerdo al tipo de suministro, son los siguientes:

e. Estructuras de captación para aguas superficiales o subterráneas f. Pozos g. Reservorios h. Cámaras de bombeos y rebombeo i. Cámara rompe presión j. Planta de tratamiento k. Líneas de aducción, conducción y red de distribución l. Punto de suministro

Artículo 48. Requisitos sanitarios de los componentes de los sistemas de abastecimiento de agua.

La Autoridad de Salud del nivel nacional normará los requisitos sanitarios que deben reunir los componentes de los sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano en concordancia con las normas de diseño del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, los que serán vigilados por la Autoridad de Salud del nivel regional, los mismos que deberá considerar sistemas de protección, condiciones sanitarias internas y externas de las instalaciones, sistema de desinfección y otros requisitos de índole sanitario.

3.- Autoridad competente

3.1.- Ministerio de salud

El ministerio de salud es responsable de la vigilancia sanitaria, atreves de sus oficinas regionales y locales. Estas oficinas deben realizar acciones que complementen las medidas técnicas identificadas por la municipalidad y la JASS (DIRESA Y MVCS, 2014).

3.2.-Ministerio de vivienda, construcción y saneamiento

El MVCS, está facultado para la gestión de la calidad de agua para consumo humano, como el de generar las condiciones necesarias para el acceso a los servicios de agua en niveles de calidad y sostenibilidad en su prestación, en concordancia a las disposiciones sanitarias, en especial de los sectores de menores recursos económicos (DIRESA Y MVCS,2014).

Funciones:

Ejecutar acciones de promoción, asistencia técnica, capacitaciones, investigación científica y tecnológica en materia de construcción y saneamiento.


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Apoyar técnica y financieramente a los gobiernos locales en la prestación de los servicios básicos.

3.3.- Municipalidad

La municipalidad cuenta con un área técnica de saneamiento básico rural. Su participación en la vigilancia sanitaria de la calidad de agua es indispensable (DIRESA Y MVCS, 2014). Y por ende cuenta con las siguientes responsabilidades:

Reconocimiento y registro de la JASS.

Promover la formación de organizaciones comunales para la administración operación y mantenimiento de los servicios de SABA.

Velar por la sostenibilidad de los sistemas instalados

Participar en el financiamiento de la prestación de los servicios.

Inspección sanitaria y operacional en coordinación con el sector de salud.

3.4.- Junta administradora de servicios de saneamiento - JASS

La JASS, se encarga de la administración, operación y mantenimiento de los servicios de agua, eliminando de excretas y residuos sólidos para dotar servicios de calidad, (DIRESA Y MVCS, 2014).

Funciones.

Informar a la asamblea general de usuarios acerca de las condiciones en las que se encuentra el sistema de agua y saneamiento.

Maneja los recursos económicos, autoriza gastos y aprueba rendición de cuentas.

Elabora y ejecuta el plan operativo de trabajo, presupuesto anual y propone la cuota familiar.

Gestiona a diversa instituciones locales la mejora del sistema de saneamiento básico.

3.5.- Vigilancia sanitaria

La vigilancia sanitaria es un conjunto de actividades realizadas por la Autoridad de Salud, para identificar y evaluar factores de riesgo que se presentan en los sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano, desde la captación hasta la entrega del producto al consumidor, con la finalidad de proteger la salud de los consumidores en cumplimiento de los requisitos normados en el Reglamento (MINSA-DIGESA.D.S031, 2013).

3.6.- Vigilancia de la calidad del agua para el consumo humano

La vigilancia de la calidad del agua de consumo puede definirse como la evaluación y examen, de forma continua y vigilante, desde el punto de vista de la salud pública, de la inocuidad y aceptabilidad de los sistemas de abastecimiento de agua de consumo.

Población con agua segura para consumo humano vigilada involucra un conjunto de actividades periódicas y sistemáticas desarrolladas por personal de salud competente con el objetivo de vigilar de manera adecuada y oportuna la calidad del agua para consumo humano y el nivel de riesgo sanitario de los sistemas de abastecimiento de agua de modo que puedan tomarse las acciones correctivas pertinentes antes que presenten problemas de salud pública en la población consumidora (MINSADIGESA.D.S031, 2010).


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4.- SUNASS

La SUNASS es el organismo encargado de regular, supervisar y fiscalizar, en el ámbito nacional, la prestación de los servicios de saneamiento. Esta institución fue creada el 19 de diciembre de 1992 por decreto ley 25965, con la finalidad de garantizar a los usuarios la prestación de los servicios de saneamiento en las mejores condiciones de calidad, cobertura y precio; de esta forma, la labor de la SUNASS también está orientada a contribuir al bienestar de la población y a la preservación del medio ambiente.

La SUNASS, como organismo público, está adscrita a la Presidencia del Consejo de Ministros, entidad que designa a los miembros de su Consejo Directivo. En el país existen diferentes organismos involucrados en el sector saneamiento. Así, el Ministerio de Economía y Finanzas es el encargado de aprobar los presupuestos de las EPS y de la SUNASS, a la vez que canaliza los fondos que se invierten en el sector.

El Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento es el responsable del sector de saneamiento; como tal, establece los estándares de diseño y las especificaciones técnicas de los sistemas de agua potable y alcantarillado. Por otro lado, el Ministerio de Agricultura otorga licencias para el uso de aguas superficiales y subterráneas, así como para el uso de aguas residuales tratadas, y el Ministerio de Salud tiene como una de sus funciones regular y vigilar la calidad del agua para consumo humano y de los efluentes.

El marco legal que respalda a la SUNASS como el organismo regulador de los servicios de saneamiento es el decreto supremo 017-2001-PCM, la Ley General de Servicios de Saneamiento (ley 26338) y el Reglamento de la Ley General de los Servicios de Saneamiento.

La SUNASS, como ente regulador, tiene las siguientes funciones: normativa, reguladora, supervisora y fiscalizadora, y de solución de reclamos en segunda instancia administrativa. La función normativa le permite a la SUNASS dictar de manera exclusiva, dentro del ámbito de su competencia, reglamentos, directivas y normas de carácter general relacionado con los deberes, derechos e intereses de las EPS y los usuarios. Así, la SUNASS puede emitir disposiciones sobre regulación de tarifas y sus diversos mecanismos de aplicación y, a la vez, establecer los niveles de cobertura y calidad de los servicios para cada una de las localidades administradas por las empresas prestadoras, en concordancia con los niveles tarifarios aprobados.

La función reguladora le permite a la SUNASS establecer, fijar y regular la estructura tarifaria, así como determinar los niveles de cobertura y calidad de los servicios de saneamiento en cada localidad, entre otras acciones.

Para realizar su función supervisora, la SUNASS verifica en qué medida las EPS cumplen sus obligaciones legales, contractuales y técnicas, así como toda disposición, resolución o mandato de la SUNASS o de cualquier otra institución involucrada en el sector saneamiento. De esta forma, corresponde a la SUNASS supervisar:

El cumplimiento de la normatividad y de las disposiciones emitidas sobre prestación de servicios de saneamiento;

La ejecución de los contratos de concesión;

El cumplimiento, por parte de las empresas prestadoras, de los niveles de cobertura y calidad del servicio establecidos,

La correcta aplicación de la estructura y niveles tarifarios de las EPS.


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La función fiscalizadora permite a la SUNASS imponer sanciones y medidas correctivas a las EPS por el incumplimiento de las normas aplicables, de las disposiciones de la SUNASS y de las obligaciones de los contratos de concesión.

Por último, la SUNASS tiene también como una de sus funciones resolver, en última instancia y mediante la vía administrativa, las controversias entre EPS, entre usuarios, y entre éstos y las EPS. La función de resolver controversias y reclamos comprende, además, la labor de conciliar intereses contrapuestos. Cuando se presenta una discordia entre empresas prestadoras y usuarios, la primera instancia es la empresa prestadora, y la segunda y última el Tribunal Administrativo de Solución de Reclamos de los Servicios de Saneamiento (TRASS).

De esta forma, la SUNASS busca cautelar en forma imparcial los intereses del Estado, de las empresas y de los usuarios, con el fin de generar el bienestar adecuado para el buen funcionamiento de los servicios de saneamiento.

5.- Empresas prestadoras de servicios de saneamiento (EPS)

Las empresas prestadoras de servicios de saneamiento (EPS) pueden ser entidades públicas cuando dependen del gobierno central o de las municipalidades, cuando dependen de personas naturales o jurídicas privadas o mixtas cuando dependen de las municipalidades y de personas naturales o jurídicas privadas que brindan servicios de saneamiento a la población. Las EPS son fiscalizadas y supervisadas por la SUNASS, que es el organismo regulador del sector saneamiento.


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Módulo IV

Tratamiento del agua potable

1.- Introducción

Si se toma en cuenta el dicho de que “El agua es vida”, fácilmente se puede explicar porqué los asentamientos humanos se localizaban donde este elemento estaba disponible. Con el paso del tiempo y debido al crecimiento poblacional ha sido necesario realizar obras cada día de mayor tamaño con la finalidad de abastecer de este preciado líquido a las poblaciones que día a día lo solicitan en mayor cantidad y de mejor calidad, para sus necesidades.

Pero, el abastecer de agua a los conglomerados humanos, tiene como consecuencia el retiro de la mayor parte de ella, una vez que ha sido utilizada y por ende contaminada. Para ello es necesario que el ingeniero civil, tome en consideración una serie de elementos, que le permitan mediante estudios y trabajos especializados satisfacer de manera efectiva y sustentable la necesidad que se tiene del servicio del agua, proporcionándolo en forma ininterrumpida, en cantidad y con la calidad apropiada.

Punto importante a considerar es la lejanía de las fuentes de abastecimiento, motivado principalmente por la localización del agua en nuestro planeta, que generalmente ya se encuentra apartada de los centros urbanos. De la misma manera, el desalojo del agua que ya fue utilizada, es necesario para evitar enfermedades de tipo hídrico a la población, cuidando siempre de no contaminar a las fuentes que otras comunidades utilicen para su abastecimiento.

2.- Sistema de agua potable

Un sistema de abastecimiento de agua potable, tiene como finalidad primordial, la de entregar a los habitantes de una localidad, agua en cantidad y calidad adecuada para satisfacer sus necesidades, ya que como se sabe los seres humanos estamos compuestos en un 70% de agua, por lo que este líquido es vital para la supervivencia. Uno de los puntos principales de este capítulo, es entender el término potable.

El agua potable es considerada aquella que cumple con la norma establecida por la Organización Mundial de la Salud (OMS), la cual indica la cantidad de sales minerales disueltas que debe contener el agua para adquirir la calidad de potable.

Sin embargo una definición aceptada generalmente es aquella que dice que el agua potable es toda la que es “apta para consumo humano”, lo que quiere decir que es posible beberla sin que cause daños o enfermedades al ser ingerida. La contaminación del agua ocasionada por aguas residuales municipales, es la principal causa de enfermedades de tipo hídrico por los virus, bacterias y otros agentes biológicos que contienen las heces fecales (excretas), sobre todo si son de seres enfermos. Por tal motivo es indispensable conocer la calidad del agua que se piense utilizar para el abastecimiento a una población.


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Captación

Es la parte inicial del sistema hidráulico y consiste en las obras donde se capta el agua para poder abastecer a la población. Pueden ser una o varias, el requisito es que en conjunto se obtenga la cantidad de agua que la comunidad requiere. Para definir cuál será la fuente de captación a emplear, es indispensable conocer el tipo de disponibilidad del agua en la tierra, basándose en el ciclo hidrológico, de esta forma se consideran los siguientes tipos de agua según su forma de encontrarse en el planeta:

Aguas superficiales.

Aguas subterráneas.

Aguas meteóricas (atmosféricas).

Agua de mar (salada).

Las agua meteóricas y el agua de mar, ocasionalmente se emplean para el abastecimiento de las poblaciones, cuando se usan es porque no existe otra posibilidad de surtir de agua a la localidad, las primeras se pueden utilizar a nivel casero o de poblaciones pequeñas y para la segunda, en la actualidad se desarrollan tecnologías que abaraten los costos del tratamiento requerido para convertirla en agua potable, además de que los costos de la infraestructura necesaria en los dos casos son altos. Por lo tanto, actualmente solo quedan dos alternativas viables para abastecer de agua potable a una población con la cantidad y calidad adecuada y a bajo costo, las aguas superficiales y las subterráneas.

Las aguas superficiales son aquellas que están en los ríos, arroyos, lagos y lagunas, las principales ventajas de este tipo de aguas son que se pueden utilizar fácilmente, son visibles y si están contaminadas pueden ser saneadas con relativa facilidad y a un costo aceptable.

Su principal desventaja es que se contaminan fácilmente debido a las descargas de aguas residuales, pueden presentar alta turbiedad y contaminarse con productos químicos usados en la agricultura. Las aguas subterráneas son aquellas que se encuentran confinadas en el subsuelo y su extracción resulta algunas veces cara, éstas se obtienen por medio de pozos someros y profundos, galerías filtrantes y en los manantiales cuando afloran libremente. Por estar confinadas están más protegidas de la contaminación que las aguas superficiales, pero cuando un acuífero se contamina, no hay método conocido para descontaminarlo.

Las obras de captación son las obras civiles y electromecánicas que se emplean para extraer las aguas. Estas obras varían de acuerdo a las características de la fuente de abastecimiento, su localización, la topografía del terreno y por la cantidad de agua a extraer. Un requisito importante para el diseño de una obra de captación, es la previsión que sea necesaria para evitar la contaminación de las aguas.

Conducción

La denominada “línea de conducción” consiste en todas las estructuras civiles y electromecánicas cuya finalidad es la de llevar el agua desde la captación hasta un punto que puede ser un tanque de regularización, una planta de tratamiento de potabilización o el sitio de consumo. Es necesario mencionar que debido al alejamiento 20 cada vez mayor entre la


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captación y la zona de consumo, las dificultades que se presentan en estas obras, cada día son mayores.

Tratamiento

El tratamiento, se refiere a todos los procesos físicos, mecánicos y químicos que harán que el agua adquiera las características necesarias para que sea apta para su consumo. Los tres objetivos principales de una planta potabilizadora son lograr un agua que sea: segura para consumo humano, estéticamente aceptable y económica. Para el diseño de una planta potabilizadora, es necesario conocer las características físico-químicas y biológicas del agua así como los procesos necesarios para modificarla.

3.- Procesos en la Potabilización del agua

3.1.- Captación

El agua es bombeada de la fuente a la planta. La captación de aguas subterráneas se efectúa por medio de pozos de bombeo o perforaciones.

3.2.- Aireación

Se utiliza para eliminar las cantidades excesivas de hierro y manganeso de las aguas subterráneas. Estas sustancias causan problemas de sabor y color, interfieren con el lavado de la ropa, manchan los accesorios de plomería y favorecen el crecimiento de bacterias férricas en tuberías maestras. Al burbujear aire en el agua, o al crear contacto entre el aire y el agua por aspersión, el hierro o manganeso disuelto ( Fe+2, Mn+3) se oxida a una forma menos soluble (Fe+3, Mn+4) que se precipita y se puede separar en un tanque de sedimentación o un filtro. La aireación elimina también los olores que causa el sulfato de hidrogeno gaseoso.

3.3.- Suavizamiento o ablandamiento

La precipitación de la dureza se basa en las siguientes reacciones:

El objetivo es precipitar el calcio como CaCO3 y el magnesio como Mg(OH)2. Para precipitar el calcio, el pH del agua se debe incrementar alrededor de 10.3. Parar precipitar el magnesio, el pH debe ser incrementado alrededor de 11. El magnesio es más costoso de remover que el calcio, de manera que se trata de dejar la mayor cantidad de magnesio posible en el agua.

3.4.- Adsorción

Es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de un material. Este proceso se usa principalmente para extraer sustancias orgánicas que causan sabores y olores.

Uno de los materiales más empleados es el carbón activado. Se emplea para la depuración de agua subterránea, la decloración del agua, el refinamiento de las aguas residuales tratadas En este proceso, el agua es bombeada dentro de una columna que contiene el carbón activo, esta


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agua deja la columna a través de un sistema de drenaje. La actividad del carbón activo de la columna depende de la temperatura y de la naturaleza de las sustancias.

El agua pasa a través de la columna constantemente, con lo que produce una acumulación de sustancias en el filtro. Por esa razón el filtro necesita ser sustituido periódicamente. Un filtro usado se puede regenerar de diversas maneras, el carbón granular puede ser regenerado fácilmente oxidando la materia orgánica. La eficacia del carbón activo disminuye en un 5-10% tras cada regeneración. Una parte pequeña del carbón activo se destruye durante el proceso de la regeneración y debe ser sustituida.

Coagulación- mezclado rápido y floculación

La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales (generalmente negativas (-)) causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí.

La neutralización de la carga eléctrica del coloide, objeto de la coagulación, se realiza aplicando al agua determinadas sales de aluminio o hierro (coagulantes); generalmente se aplica sulfato de aluminio, de forma que los cationes trivalentes de aluminio o hierro neutralizan las cargas eléctricas negativas que suelen rodear a las partículas coloidales dispersas en el agua. Las reacciones de coagulación son muy rápidas duran fracciones de segundo desde que se ponen en contacto las partículas con el coagulante. Existen tres propiedades claves que debe reunir un coagulante: ser un catión trivalente, no ser toxico y ser insolubles a un pH neutro.

Coagulantes más comunes

Sulfato de aluminio

Sulfato ferroso

Sulfato férrico

Cloruro férrico

Polihidróxido de aluminio

La coagulación y la floculación tienen lugar en sucesivas etapas, de forma que una vez desestabilizadas las partículas, la colisión entre ellas permita el crecimiento de los microflóculos, apenas visibles a simple vista, hasta formar mayores flóculos. Al observar el agua que rodea a los microflóculos, esta debería estar clara, si esto no ocurre, lo más probable, es que todas las cargas de las partículas no han sido neutralizadas y por tanto la coagulación no se ha completado, en este caso será necesario añadir más coagulante.

Prueba de jarras

Uno de los métodos más comunes para evaluar la eficiencia de la coagulación es mediante la prueba de jarras. Seis vasos de precipitado se llenan con agua y luego cada uno es mezclado y floculado uniformemente con un agitador de paleta. La prueba se conduce usualmente añadiendo en primer lugar la misma dosis de coagulante y variando el pH en cada jarra. La prueba de jarras se repite luego manteniendo el pH constante variando la dosis de coagulante.

Entre los objetivos de una prueba de jarra están:

1. Controlar la dosis de coagulante.


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2. Determinar la resistencia de los flóculos. 3. Predecir la calidad del agua filtrada. 4. Determinar el pH óptimo para un coagulante. 5. Determinar la intensidad óptima del mezclado. 6. Evaluar la dosis óptima de los ayudantes de la coagulación. 7. Determinar cuál coagulante es más adecuado.

Pasos para realizar una prueba de jarras:

1. Se tiene la muestra de agua. 2. Agregar el coagulante de acuerdo a la dosis deseada. 3. Se deja mezclar por varios minutos. 4. Se reduce la velocidad del mezclado. Mezclado lento (floculacin). 5. Se detiene el mezclado y se deja sedimentar la muestra. Esto dura varios minutos. 6. Una vez sedimentada se toma una muestra del agua ya clarificada y se mide la

turbidez por medio de un turbidímetro. 7. Se escoge la dosis que genera menor turbidez.

Mezclado

En la eficacia de la coagulación influyen diversos factores entre los que destaca el pH y otras características físico-químicas del agua, así como una adecuada energía de agitación rápida para conseguir una apropiada dispersión del coagulante y proporcionar las necesarias colisiones entre las partículas para conseguir una óptima coagulación.

A continuación de la etapa de coagulación tiene lugar un segundo proceso llamado floculación, este tiene lugar tras someter a los microflóculos a una agitación lenta que permite la unión de estos en agregados mayores o flóculos, visibles ya a simple vista y con la suficiente cohesión y densidad para someterlos a la siguiente etapa de sedimentación. La floculación requiere un menor gradiente de agitación para impedir la rotura y disgregación de los flóculos ya formados. Los flóculos rotos son difíciles de retornar a su tamaño inicial.

La floculación se ve mejorada con el empleo de coadyuvantes de esta, conocidos como polielectrolítos, estos suelen se macromoléculas de polímeros orgánicos (tipo poliacrilamidas). La coagulación se consigue mediante una difusión rápida de las sustancias coagulantes en el agua objeto del tratamiento, empleando medios de agitación rápida. Tras la neutralización de las partículas coloidales, es decir una vez conseguida la desestabilización coloidal, las partículas formadas están en disposición de aglomerarse, esta aglomeración de las partículas descargadas, ayudadas ahora por una agitación lenta, es el objetivo de la floculación. La floculación está relacionada con los fenómenos de transporte de las partículas dentro del líquido, que son los que ocasionan el contacto de las partículas coaguladas.

Floculacion

En los floculadores que pueden ser mecánicos o hidráulicos, se produce la mezcla entre el producto químico y el coloide que produce la turbiedad, formando los floc. Los floculadores mecánicos son paletas de grandes dimensiones, y velocidad de mezcla baja. Son hidráulicos con canales en forma de serpentina en la cual se reduce la velocidad de ingreso del agua produciendo la mezcla.

- Floculación y clarificación.


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La Floculación es el proceso que consiste en la aglomeración de las partículas desestabilizadas, para formar flóculos de un peso molecular lo suficientemente elevado para que sedimenten o floten. La reunión de estos flóculos pequeños en conglomerados mayores (floculación) se realiza con ayuda de polímeros polielectrolíticos, que permiten la decantación a velocidades altas de sedimentación.

Debido a que la coagulación y la inmediata etapa de floculación ocurren muy rápidamente, en la práctica poco se distinguen. El estanque de Floculación-Clarificación posee un tiempo de residencia de 0.5 horas, adicionalmente permite la flotación- sedimentación de los flóculos formados.

Los compuestos que pueden estar presentes en el agua pueden ser:

Sólidos en suspensión.

Partículas coloidales (menos de 1 micra), gobernadas por el movimiento browniano.

Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros).

La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores. Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son el gradiente de la velocidad, el tiempo y el pH.

El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes. El control de la coagulación y floculación, en una planta de tratamiento de agua, es una de las fases más importantes y difíciles del proceso general.

Sedimentación

Es la forma de tratamiento de aguas más antigua y de uso más extendido, emplea el asentamiento por gravedad para separar las partículas del agua. Es un método relativamente sencillo y económico que se puede aplicar en estanques redondos, cuadrados o rectangulares. La sedimentación se puede hacer después de una coagulación- floculación para aguas muy turbias, u omitirse por completo con aguas de turbidez moderada.

El agua que contiene materia particulada fluye con lentitud a través de un tanque de sedimentación, y de esta manera se retiene el tiempo suficiente para que las partículas más grandes ese asienten en el fondo antes que el agua clarificada salga del estanque por un vertedero en el extremo de salida. Las partículas que se han sedimentado en el fondo del tanque se extraen de forma manual o por medio de raspadores mecánicos para de4scargarse en una alcantarilla, devolverse a la fuente de agua si ello es permisible, o almacenarse para un posterior tratamiento.

Se sedimentan partículas más pequeñas a medida que se incrementa el tiempo de retención utilizando tanques más grandes. La separación de partículas muy pequeñas por sedimentación simple seria poco practica debido al alto costo de construcción de un tanque de sedimentación del tamaño suficiente para permitir el tiempo de retención necesario. El tiempo de retención típico es de 3 horas en tanques de 3 a 5 metros de profundidad.


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Las partículas demasiado pequeñas para sedimentarse en este tiempo, se deben eliminar por filtración o por otros métodos. Los decantadores o sedimentadores es su tramo final poseen vertederos en los cuales se capta la capa superior del agua (que contiene menor turbiedad) por medio de estos vertederos el agua pasa a la zona de filtración. Se realiza en depósitos anchos y de poca profundidad. La sedimentación puede ser simple o secundaria. La simple se emplea para eliminar los sólidos más pesados sin necesidad de tratamiento especial mientras mayor sea el tiempo de reposo, mayor será el asentamiento y consecuentemente la turbiedad será menor haciendo el agua más transparente. El reposo prolongado natural también ayuda a mejorar la calidad del agua debido a la acción del aire y los rayos solares; mejor sabor y el olor, oxida el hierro y elimina algunas substancias.

La secundaria se emplea para quitar aquellas partículas que no se depositan ni aun con reposo prolongado, y que es la causa principal de turbiedad. En este caso, se aplican métodos de coagulación con sustancias como el alumbre, bajo supervisión especializada. En el caso del tratamiento de las aguas residuales, este proceso se realiza para retirar la materia sólida fina, orgánica o no, de las aguas residuales, aquí el agua pasa por un dispositivo de sedimentación donde se depositan los materiales para su posterior eliminación, El proceso de sedimentación puede reducir de un 20 a un 40% la DBO5 y de un 40 a un 60% los sólidos en suspensión.

Filtración

Es el proceso mediante el cual el agua es separada de la materia en suspensión haciéndola pasar a través de una sustancia porosa. Este material poroso es generalmente arena. La filtración se realiza ingresando el agua sedimentada o decantada por encima del filtro. Por gravedad el agua pasa a través de sucesivas capas de arena de distinto grosor las cuales retienen las impurezas o turbiedad residual que queda en la etapa de decantación. Hay dos clases de filtros de arena: los de acción lenta y los de acción rápida, y estos se dividen en filtros de superficie libre y filtros de presión.

En los filtros lentos el agua pasa por gravedad a través de la arena a baja velocidad, la separación de los materiales sólidos se efectúa al pasar el agua por los poros de la capa filtrante y adherirse las partículas a los granos de arena. En los filtros rápidos con superficie libre el agua desciende por gravedad a través de la arena a una velocidad mayor. Es imprescindible el tratamiento con coagulantes para sacar la mayor cantidad de partículas en suspensión. Se emplea para obtener una mayor clarificación y generalmente

Se aplica después de la sedimentación. La filtración más usual se realiza con un lecho arenoso de unos 100 por 50 metros y 30 centímetros de profundidad. La función principal de un filtro es la de eliminar materias en suspensión; pueden retener ciertas bacterias, quistes etc., pero por si solos no garantizan la potabilidad del agua. Los filtros de presión son recipientes cerrados, casi siempre cilíndricos, que contiene material filtrante a través del cual se fuerza el paso de agua por presión, no por gravedad.

Una vez que el filtro colmató su capacidad de limpieza, se lava ingresando agua limpia desde la parte inferior del filtro hacia arriba, esto hace que la suciedad retenida en la arena, se despegue de la misma.

Piletones para filtración rápida

Este piletón consta de tres compartimientos operando en serie, con velocidades y tamaños de grava decrecientes entre el primero y el último. El afluente ingresa a los compartimientos por


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vertederos ubicados por encima del nivel máximo de operación de la unidad. Cada compartimiento consta de un tanque de sección rectangular lleno de grava de tamaño uniforme. La tasa de velocidad depende de la calidad del agua y del tamaño de grava seleccionado. La estructura de salida de cada compartimiento consta de un canal que se comunica con el compartimiento de la grava a través del sistema de drenaje; de tal manera que el agua percola a través de la grava, pasa por el canal de drenaje y asciende por el canal de salida, hasta alcanzar el vertedero que comunica con el siguiente compartimiento de la unidad.

Piletones para filtración lenta

Un filtro lento consta de un piletón que contiene una capa sobrenadante de agua cruda, manto filtrante de arena, drenaje y un juego de llaves para la regulación y control. El filtro lento tiene las siguientes características:

La estructura de ingreso consiste en una cámara de distribución con vertederos rectangulares para distribuir el caudal uniformemente a todas las unidades del sistema y válvula de limpieza.

Si no se han considerado piletones previos para acondicionar la calidad del agua, en esta cámara se incluirá el sistema de ajuste y medición de caudal, consistente en una válvula y un vertedero triangular.

Las cajas de las cisternas deberán ser, por lo menos, dos y estarán compuestas de un sistema de drenaje, una capa de grava granulada, una capa de arena, una capa de agua y el borde libre.

La estructura de salida es común a dos unidades y comprende un vertedero de control de nivel máximo de operación, una caja de desagüe, dos cámaras de salida cada una con un vertedero de control de nivel mínimo, una válvula para comunicar la cámara de salida con la de desagüe, una válvula para intercomunicar las cámaras de salida, una cámara de reunión del efluente y dos válvulas para eliminar el efluente inicial.

Los filtros de arena lentos requieren grandes áreas de terreno y mucha mano de obra a causa de la frecuente limpieza necesaria para producir cantidades suficientes de agua.

Desinfección

Es el proceso por el cual se destruyen los agentes microbianos, por medio de productos químicos como: Hipoclorito de Sodio, Hipoclorito de calcio, Dióxido de cloro, ozono etc.

Rayos ultravioleta

Por medio de una lámpara de cuarzo llena de vapor de mercurio, se pueden producir rayos ultravioleta. Estos rayos matan a las bacterias, desintegrándolas. Las lámparas ultravioleta para uso germicida están diseñadas para generar radiación en la zona del espectro que produce daños en los ácidos nucleicos de los microorganismos y protozoos, lo cual inhibe la reproducción de los organismos. Su empleo es muy limitado, ya que se necesita de un aparato especial que requiere energía eléctrica para su funcionamiento. Su efectividad es muy reducida en aguas turbias.

Ozono


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Es un oxidante poderoso de impurezas inorgánicas y orgánicas. No deja olor pero sí sabor, aunque no desagradable. Es difícil regular su aplicación. Además tiene la ventaja de no formar trihalometanos como el cloro. El ozono en contacto con sustancias oxidables se descompone rápidamente en oxígeno naciente y oxígeno diatómico inactivo. El primero destruye la materia orgánica.

El ozono es ampliamente usado en tratamientos de agua en Europa, en particular en Francia, donde muchos municipios lo utilizan para desinfectar el agua potable pública. En Estados Unidos y Canadá, a excepción de las ciudades de Montreal y Los Ángeles, la desinfección con ozono se limita a unas cuantas plantas pequeñas.

Las desventajas del ozono son: que no se puede transportar con facilidad y por ende se debe generar localmente. No proporciona un residuo como las cloraminas como protección contra la infección en los sistemas de distribución. Es muy costoso.

Yodo

Muy buen desinfectante, necesita un tiempo de contacto de media hora. Es muy costoso para emplearse en abastecimientos públicos.

Plata

En forma coloidal o iónica es bastante efectiva; no da sabor ni olor al agua, tiene una acción residual muy conveniente. Su efectividad disminuye con la presencia de ciertas substancias, como cloruros, que se encuentran a veces en exceso en el agua.

Cloro

El cloro es EFECTIVAMENTE el elemento más importante que existe para la desinfección del agua. Se suele usar en una dosis de 0,0001% que destruye todos los microbios en cuatro minutos. Además se usa para:

1. Eliminar olores y sabores. 2. Decolorar. 3. Ayudar a evitar la formación de algas. 4. Ayudar a quitar el hierro y manganeso. 5. Ayudar a la coagulación de materias orgánicas.

El método de cloración es el procedimiento para desinfectar el agua más comúnmente usado, pero como el cloro reacciona con la materia orgánica en las aguas de desecho y en el agua superficial produce pequeñas cantidades de hidrocarburos cancerígenos.

Otros desinfectantes como el ozono, el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) y luz ultravioleta empiezan a ser empleados en algunos lugares, pero son más costosos que el de cloración. La cloración se puede aplicar a grandes cantidades de agua y es relativamente barato. El cloro proporciona al agua sabor desagradable en concentraciones mayores de 0.2 ppm aunque elimina otros sabores y olores desagradables que le proporcionan diferentes materiales que se encuentran en el agua.


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Aunque el cloro elemental o en forma atómica se puede usar para la desinfección del agua, son más utilizados algunos de los compuestos de cloro como el ácido hipocloroso, el hipoclorito de sodio, el hipoclorito de calcio y el peróxido de cloro.

El cloro tiene una acción tóxica sobre los microorganismos y actúa como oxidante sobre la materia orgánica no degradada y sobre algunos minerales. En los abastecimientos de agua potable se emplea el gas cloro mientras que para abastecimientos medianos o pequeños se utilizan hipocloritos.

Almacenamiento

El agua tratada se acumula en cisternas y tanques elevados desde donde es distribuida por red a los domicilios. Una planta de tratamiento nunca satisface en directo la demanda, trabaja constantemente y almacena en caso de que las demandas futuras sean enormes, esto es que el diseño de la planta de Tratamiento de Agua nunca debe ser igual a la demanda actual, sino por el contrario se debe preparar para crecimientos futuros programados, ya sea de capacidad instalada mayor y/o modular.

535.*&/50%&(6 · cual es el enlace vital entre el océano y el continente, mediante la circulación...

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