EL SUMINISTRO Y TRATAMIENTO DEL AGUA

EL SUMINISTRO Y TRATAMIENTO DEL AGUA

Introducción El agua es uno de los elementos mas utilizados por la humanidad, tanto en la industria como en el hogar. Quienes vivimos en ciudades tendemos a pensar que el suministro del agua es ilimitado. Basta con abrir una canilla para que el agua esté ahí. Todo lo que necesitamos es un suministro abundante, que nos permita cubrir nuestras necesidades para beber, cocinar, bañarnos, lavar la ropa y muchos otros usos hogareños. El agua es por lo general un producto relativamente fácil de obtener y barato. En la industria, el agua es utilizada para numerosas aplicaciones. Algunas de estas aplicaciones son: agua de alimentación de calderas, agua de incendio, agua industrial (usos generales), agua potable, agua para circuitos de enfriamiento, agua para transporte de sólidos, agua para lavados y limpieza, agua producto (agua que formará parte de productos determinados, bebidas, etc.). El agua químicamente pura (H2O) no existe. El agua es un gran disolvente que tiende a disolver aquellas sustancias con las que está en contacto (aún el vidrio!). Por ello, en el agua es posible encontrar sales y gases disueltos, materia orgánica, sólidos en suspensión, arcillas, hierro, manganeso, microorganismos, etc. Si bien gran parte del planeta está cubierto por agua, el agua de mar presenta el inconveniente de su elevada salinidad, lo que la hace inapropiada para la mayoría de las aplicaciones. El tratamiento de esta agua para permitir su uso en aplicaciones industriales u hogareñas es normalmente muy caro, lo que restringe habitualmente su utilización, excepto en aquellas regiones donde no existe otra fuente de suministro (Arabia, Israel, Canarias, etc.). El agua considerada “dulce”, con salinidades que la hacen apta para muchas aplicaciones, constituye tal vez menos del 4 % del agua del mundo. Está concentrada en ríos, lagos, glaciares y acuíferos subterráneos.

El ciclo del agua El ciclo del agua en la naturaleza puede explicarse en forma simple de la siguiente manera: La evaporación del agua de ríos, lagos y mares constituye las nubes, que finalmente ocasionan las lluvias. El agua de lluvia inicialmente es agua pura, que a lo sumo puede contener algunos gases atmosféricos disueltos. Al comenzar la lluvia, esta arrastra sustancias sólidas muy finas en suspensión en la atmósfera, limpiando la misma. Parte de estas sustancias pueden ser problemáticas, como cuando la atmósfera contiene ácidos provenientes del uso industrial, que son responsables de la llamada lluvia ácida.

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Al llegar al suelo, parte del agua corre sobre el mismo disolviendo parte de las sustancias que constituyen el mismo. Esta agua que corre sobre el suelo se va agrupando en arroyos y ríos, llegando finalmente al mar. Otra parte del agua se infiltra en el suelo y penetra dentro del mismo, moviéndose a través de lo que llamamos napas. En esta infiltración también se produce la disolución de las sustancias que constituyen el suelo. Las napas no son “cavernas” como alguna gente piensa, sino capas de arenas rodeadas de roca, donde el agua fluye lentamente entre los intersticios. El agua que se infiltra también pude provenir de la nieve que se acumula en las montañas, que se licua y se infiltra. Estas son las dos fuentes principales de agua dulce de que disponemos: las aguas superficiales (ríos, lagos, arroyos) y las agua subterráneas. Las características de estas aguas son distintas, lo que hace que a veces sea preferible utilizar una u otra. Las aguas superficiales son normalmente de menor salinidad, con bajos contenidos de sílice. El hierro o manganeso prácticamente no existen, pues han resultado oxidados y han precipitado. Presentan normalmente un alto contenido de oxígeno (excepto en casos de alta contaminación orgánica) y están saturadas en los gases atmosféricos. Han arrastrado sólidos por lo que presentan sólidos en suspensión (arenillas, arcillas, limos, etc.). También es posible encontrar materia orgánica, ácidos húmicos provenientes del suelo, etc. Pueden presentar algún color, y son normalmente turbias. Por el contrario, las agua subterráneas no presentan importantes contenidos de sólidos en suspensión (la napa ha actuado como un gran filtro). Su salinidad y contenido de sílice son habitualmente mas altos que en el caso de aguas superficiales, incluso a veces extremadamente altos. El contenido de oxígeno es ínfimo, lo que permite la subsistencia de algunas sustancias, como el hierro o el manganeso, en su forma reducida. En estos casos, al entrar en contacto con la atmósfera, el oxígeno del aire provoca la oxidación de estas sustancias con la consiguiente precipitación de los óxidos correspondientes. Esto puede traer problemas en muchas aplicaciones por la coloración que le dan al agua y por las manchas que pueden producir (en la industria textil esto puede ser dramático). Contrariamente a las aguas superficiales, la materia orgánica y la actividad biológica suele ser muy baja o nula, sobre todo en las napas profundas. Es importante destacar que la napa freática, también llamada primera napa o napa superficial, es susceptible de contaminación por todo aquello que pueda infiltrarse desde la superficie. En zonas pobladas, donde abundan pozos ciegos (pozos negros), es posible que esta napa resulte contaminada con materia orgánica, nitratos, y presente actividad biológica. También en algunas zonas donde la agricultura es intensiva, con mucha aplicación de fertilizantes, es posible que esta napa presente niveles de nitratos altos. Esta napa no debería utilizarse en lo posible. Los problemas mencionados en el punto anterior prácticamente no existen en las napas profundas, por lo que estas son las que se deberían utilizar para el suministro de agua, tanto industrial como potable. En zonas pobladas, es importante la calidad del pozo (un buen encamisado) que impida toda posibilidad de contaminación de una napa profunda con agua proveniente de la napa freática.

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Que agua utilizar: Superficial o profunda? Cuando el agua está destinada a usos industriales generales, o como agua potable, la utilización de aguas subterráneas provenientes de napas profundas es por lo general la solución más simple. En efecto, prácticamente todo lo que se requiere es el pozo y la bomba. El agua puede utilizarse sin ningún otro tipo de tratamiento, y así se hace en la mayoría de los casos. Cuando el destino es agua potable en poblaciones pequeñas, es posible que se incluya una desinfección con el agregado de cloro, mas por razones de seguridad que por necesidad real. Esto es así en la mayoría de los casos, donde la salinidad del agua está dentro del rango aceptable para uso humano. Existen, sin embargo, algunas zonas donde el agua subterránea contiene salinidades por encima de los valores aceptables, o presencia de algunos elementos como el arsénico, que obligan a incluir algún otro tratamiento adicional. La utilización de aguas superficiales implica la necesidad de algunos tratamientos destinados a eliminar sólidos en suspensión, turbiedad, materia orgánica, microorganismos, etc. Esto implica la necesidad de una planta con una cierta complejidad. La ventaja puede de la utilización de aguas superficiales está en la menor salinidad (esto incluye una menor dureza) y en menores costos de operación, ya que el costo principal del tratamiento es el bombeo del agua, que resulta elevado en el caso de aguas subterráneas, donde la profundidad de bombeo puede estar en el orden de los 50 a 100 metros. En resumen, cuando la calidad del agua subterránea es buena (no se requieren tratamiento de acondicionamiento químico de la misma), en el caso de consumos no muy elevados conviene utilizar aguas subterráneas, pues si bien el costo de operación es mayor, prácticamente no hay inversión al no requerirse una planta (solo el pozo). Contrariamente, con consumos mayores, donde el costo de operación pesa, el costo de la planta de tratamiento para aguas superficiales puede ser amortizado en un plazo razonable con el menor costo de operación.

Problemas que ocasionan algunos elementos presentes en el agua Dureza. Con este nombre se conocen las sales de calcio y magnesio. Las sales de hierro o manganeso también podrían se consideradas como “dureza”, pero su concentración las hace despreciables frente a las de calcio y magnesio. La dureza presenta dos características destacables: a nivel hogareño es conocido el efecto de la dureza sobre el jabón. En efecto, la dureza reacciona con el jabón produciendo una especie de cuajada gomosa, lo que es claramente inconveniente. El jabón no produce espuma, excepto que se utilice una cantidad fija de agua y tanto jabón como sea necesario para que consuma el exceso de dureza. Esto hace que sea trabajoso el lavado, tanto de la ropa como el baño personal. La sensación al tacto es que el jabón desaparece

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rápidamente de la piel, dejándola áspera. El cabello es difícil de lavar, quedando normalmente duro. El los recipientes que contienen el agua (lavatorios, etc.), queda un anillo de depósitos de dureza que tienden a ser confundidos con suciedad. Mancha los accesorios (canillas, ducha, etc.), se adhiere a las roscas de las cañerías haciendo que estas deban ser reemplazadas más rápido que lo esperable normalmente. Cuando el agua es calentada, los bicarbonatos se descomponen y se transforman en carbonatos y CO2. El carbonato de calcio es insoluble y precipita sobre las superficies de calefacción causando incrustaciones (sarro). Este proceso se inicia alrededor de los 55 ºC y se acelera con la temperatura, hasta ser total a los 100 ºC. El sarro tapa las serpentinas de los calefones y los tubos de las calderas. En este último caso otras sales de calcio y magnesio, como los sulfatos, al concentrarse en el agua de la caldera, precipitan del mismo modo con efectos similares. El sarro o incrustación en los tubos de calefacción, aparte de disminuir su sección interior, constituyen un aislante térmico que provoca una mayor temperatura en el metal del tubo o serpentina para mantener la misma capacidad de generación o potencia térmica. Esto termina por provocar la falla del material por la temperatura elevada a la que se llega. Por ello, en el agua de alimentación para calderas, el tratamiento mínimo es un ablandamiento (eliminación de la dureza). Hierro. El agua subterránea puede contener pequeñas cantidades de hierro. El hierro, aún en cantidades tan pequeñas como 0,3 ppm, produce manchas rojizas en los accesorios (canillas) y le confiere al agua un gusto “metálico”. El hierro aparece como bicarbonato ferroso, que es soluble e incoloro. Pero en contacto con el aire, el hierro se oxida con formación de hidróxido férrico insoluble, que precipita, y CO 2 que se libera. También puede aparecer como consecuencia de la corrosión de cañerías de acero. Manganeso. Poco frecuente, produce efectos similares al del hierro, dando una coloración negra. Salinidad. Nos referimos a sales solubles, tales como cloruros, sulfatos y bicarbonatos de sodio y potasio. Estas sales no ocasionan problemas particulares, salvo que sus concentraciones sean muy elevadas. Para uso humano existen límites a las concentraciones de estos elementos, incluidos en reglamentaciones nacionales e internacionales. Estos límites se incluyen mas adelante. Sílice. Normalmente no existen problemas con la sílice para el uso humano, pero en las calderas es un elemento problemático. Parte de la sílice pasa al vapor y provoca serios problemas de erosión en los alabes de las turbinas. Materia orgánica. Aparte de indicar contaminación, la materia orgánica puede conferirle al agua gustos y olores desagradables. Estos provienen de la descomposición de restos principalmente vegetales. La presencia de algas es un problema estacional, que a veces

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es combatido mediante la cloración del agua. El proceso de cloración libera ciertos compuestos que son los responsables de conferirle al agua gustos y olores desagradables. Gases disueltos. Los gases comúnmente encontrados son el oxígeno y el CO 2. Eventualmente el SH2. El oxígeno prácticamente no existe en aguas subterráneas, pero sí en aguas superficiales. Su presencia no es problema para el uso humano, pero es corrosivo cuando el agua se calienta, como en las calderas. El CO 2 se encuentra en mayor concentración en las aguas subterráneas que en las superficiales, excepto cuando hay contaminación industrial. La presencia de SH 2, aún en pequeñas cantidades, le confiere al agua el clásico olor a “huevo podrido”. Puede resultar corrosivo, pero no peligroso a nivel humano, al menos en las concentraciones a las que se lo puede encontrar. Sólidos en suspensión. Su presencia le confiere al agua un aspecto sucio. Los sólidos en suspensión pueden ser arenillas, arcillas, limo, algas, hierro precipitado, etc. Descontamos la eventual presencia de sólidos en suspensión grandes, tales como ramas, troncos, botellas, etc. Estos últimos son retenidos en rejas y/o tamices a la entrada de las plantas de tratamiento. Los sólidos en suspensión son mantenidos en esta forma por la turbulencia propia del flujo del agua. Estos sólidos precipitan cuando el agua se aquieta, excepto aquellos limos muy finos constituidos por materia coloidal. Si colocamos agua en un recipiente, al cabo de un tiempo relativamente corto todos los sólidos en suspensión habrán precipitado, excepto algunos muy finos que quedan en suspensión por tiempo indefinido. Estos confieren al agua una turbiedad que no se elimina por el simple recurso de permitir la sedimentación de los sólidos en suspensión. Los coloides son partículas muy pequeñas (f