Ciencia y Educación
(L-ISSN: 2790-8402 E-ISSN: 2707-3378)
Vol. 5 No. 1
Enero del 2024
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OPTIMIZACIÓN DE UNA PLANTA POTABILIZADORA COMPACTA DE FILTRACIÓN
RÁPIDA PARA TRATAR EL AGUA DEL RÍO BABAHOYO.
OPTIMIZATION OF A COMPACT RAPID FILTRATION WATER TREATMENT PLANT TO
TREAT WATER FROM THE BABAHOYO RIVER.
Autor: ¹Isidoro Pacífico Merino Acosta.
¹ORCID ID: https://orcid.org/0009-0006-0509-9531
¹E-mail de contacto: isidoro.merinoa@ug.edu.ec
Afiliación: ¹Universidad de Guayaquil, (Ecuador).
Articulo recibido: 4 de Octubre del 2023
Articulo revisado: 6 de Noviembre del 2023
Articulo aprobado: 31 de Diciembre del 2023
¹Ingeniero Químico, graduado de la Universidad de Guayaquil (Ecuador). Posee una maestría en Gestión Ambiental graduado de la
Universidad de Guayaquil (Ecuador).
Resumen
La presente investigación se trató de la
Optimización de una planta potabilizadora
compacta de filtración rápida para tratar el agua
del rio Babahoyo. Los procesos que se realizan
para la potabilización del agua son: coagulación-
floculación, filtración y desinfección. Con el
empleo del método de muestreo, se recolectaron
muestras en épocas de invierno y de verano, para
su posterior caracterización, utilizando técnicas
recomendadas por el Estándar Methods, siendo
estas volumétricas, instrumentales y
gravimétricas; se utilizó equipos portátiles de
laboratorio para análisis in situ con sus
respectivos kits de reactivos para la
determinación cuantitativa de cada parámetro en
las muestras. La información obtenida, analizada
y comprendida, es la base para estructurar el
marco teórico y diseñar la parte experimental del
trabajo. En los análisis preliminares para
determinar el estado actual de la planta se obtuvo
resultados de remoción de turbiedad del agua en
un 65%, siendo su valor de salida un promedio de
5.5 NTU, para el color el porcentaje de remoción
está en el orden de 65% y los valores del agua de
salida tienen un promedio de 25 unidades de Pt-
Co, en el contenido de organismo coliflores se
logró una remoción del 70% de los organismos.
Estos resultados indican que la calidad del agua
del efluente no cumple con la normativa NTE
INEN 1108: 2014 Quinta Revisión Agua Potable
Requisitos. En base a estos resultados se optimizo
la planta potabilizadora la misma que cuenta con
las etapas: coagulación-floculación, filtración y
desinfección. La misma que consistió en el
acondicionamiento de las alturas de los lechos
porosos de los filtros, para un caudal de
operación de 54.5 m3/día. Se espera con esto
mejorar la calidad de vida en los sectores
emergentes, garantizando así el consumo de este
recurso.
Palabras clave: Potabilización del Agua,
Sectores emergentes, Filtración, Desinfección,
Optimización.
Abstract
The present research was about the
Optimization of a compact rapid filtration
water treatment plant to treat water from the
Babahoyo River. The processes carried out to
purify water are coagulation-flocculation,
filtration and disinfection. Using the sampling
method, samples were collected in winter and
summer, for subsequent characterization, using
techniques recommended by Standard
Methods, these being volumetric, instrumental
and gravimetric; Portable laboratory equipment
was used for in situ analysis with their
respective reagent kits for the quantitative
determination of each parameter in the
samples. The information obtained, analyzed
and understood is the basis for structuring the
theoretical framework and designing the
experimental part of the work. In the
preliminary analyzes to determine the current
state of the plant, 65% water turbidity removal
results were obtained, with its output value
being an average of 5.5 NTU, for color the
removal percentage is in the order of 65 % and
the values of the outlet water have an average
of 25 Pt-Co units, in the cauliflower organism
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content a removal of 70% of the organisms was
achieved. These results indicate that the quality
of the effluent water does not comply with the
NTE INEN 1108: 2014 Fifth Revision of
Drinking Water Requirements regulations.
Based on these results, the water treatment
plant is optimized, which has the stages:
coagulation-flocculation, filtration and
disinfection. This consisted of conditioning the
heights of the porous beds of the filters, for an
operating flow rate of 54.5 m3/day. This is
expected to improve the quality of life in
emerging sectors, thus guaranteeing the
consumption of this resource.
Keywords: Water Purification, Emerging
Sectors, Filtration, Disinfection,
Optimization.
Sumário
A presente pesquisa tratou da Otimização de
uma estação compacta de tratamento de água de
filtração rápida para tratar água do rio
Babahoyo. Os processos realizados para
purificar a água são: coagulação-floculação,
filtração e desinfecção. Utilizando o método de
amostragem, foram coletadas amostras no
inverno e no verão, para posterior
caracterização, utilizando técnicas
recomendadas pelos Métodos Padrão, sendo
estas volumétricas, instrumentais e
gravimétricas; Para análise in situ foram
utilizados equipamentos laboratoriais portáteis
com seus respectivos kits de reagentes para
determinação quantitativa de cada parâmetro
nas amostras. A informação obtida, analisada e
compreendida constitui a base para a
estruturação do enquadramento teórico e
desenho da parte experimental do trabalho. Nas
análises preliminares para determinar o estado
atual da planta foram obtidos resultados de
remoção de turbidez da água de 65%, sendo seu
valor de saída em média de 5,5 NTU, para cor o
percentual de remoção é na ordem de 65% e os
valores da água de saída tem em média 25
unidades de Pt-Co, no conteúdo de organismos
da couve-flor foi alcançada uma remoção de
70% dos organismos. Estes resultados indicam
que a qualidade da água efluente não cumpre os
regulamentos NTE INEN 1108: Quinta Revisão
dos Requisitos de Água Potável de 2014. Com
base nesses resultados é otimizada a estação de
tratamento de água, que possui as etapas:
coagulação-floculação, filtração e desinfecção.
Esta consistiu em condicionar as alturas dos
leitos porosos dos filtros, para uma vazão
operacional de 54,5 m3/dia. Espera-se que isto
melhore a qualidade de vida nos setores
emergentes, garantindo assim o consumo deste
recurso.
Palavras-chave: Purificação de Água,
Setores Emergentes, Filtração, Desinfecção,
Otimização.
Introducción
El agua es la sustancia más importante para los
seres vivos, después del oxígeno. En pleno siglo
XXI, todavía casi 800 millones de personas en
el mundo no cuentan con acceso a este bien;
teniendo una cobertura, alrededor del 84% de la
población en países en vías de desarrollo tienen
accesos a fuentes de abastecimiento de agua
potable como es el caso de América Latina y el
Caribe están en ese orden de magnitud de
cobertura; sin embargo, todavía el 37% de la
población se encuentran sin acceso a las fuentes
de abastecimiento de agua potable mejoradas
como las que vive en África subsahariana
(Acosta Pacheco, 2024).
En el año 2000 las Naciones Unidas acordaron
ocho metas de desarrollo humano, denominadas
“Objetivos de Desarrollo del Milenio” (ODM)
para cumplirse en el 2015. Una de ellas, que
busca garantizar el sustento del medio
ambiente, implicaba la reducción a la mitad de
la proporción de las personas sin acceso
sostenible al agua potable y a servicios básicos
de saneamiento.
El agua es un recurso renovable, pero
distribuido de forma irregular, lo que le
convierte en algunas zonas en un bien escaso.
La creciente necesidad de ingerir agua segura
para el ser humano y el constante crecimiento
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poblacional lleva a las empresas prestadoras de
este servicio optimizar sus procesos, y
garantizar un producto inocuo exentó de
cualquier contaminante en su composición ya
sea este físico, químico y bacteriológico
(Alvarado, 2024).
En el Ecuador, a principios las empresas del
Estado dedicadas a prestar servicio de agua a la
población, se suministraba agua entubada, no
presentaba ningún tipo de tratamiento cual
reflejaba un alto índice de enfermedades
hídricas ocasionadas por la ingesta de estas
aguas, no existía control alguno, simplemente
porque no contaban con técnicos especializados
en cuanto a tratamientos de agua potable. Con
el paso del tiempo los gobiernos se fueron
preocupando, los mismo que crearon leyes
reglamentos y normas (NTE INEN) de calidad
para que sean regulados por entidades de
control (MSP) y así contrarrestar el alto número
de personas contagiadas por la ingesta de agua
cruda no apta para el consumo humano.
En vista de que en las partes rurales carecen de
este servicio y son afectadas por el fenómeno
del niño se ha enfocado esta investigación en
dotar de agua segura, para comunidades
formadas por 80 familias las mismas que
desconocen sobre el tratamiento de las aguas
origen superficial, las cuales están ocasionando
enfermedades por el mal hábito de consumo de
dichas aguas (Mancheno, 2024).
Desarrollo
Tratamiento de las aguas superficiales para
el proceso de potabilización.
La Investigación de la calidad del agua y los
Ensayos de Tratabilidad se efectúan, en el
presente Estudio, siguiendo los procedimientos
establecidos en los Standards Methods for the
Examination of Water and Wastewater, última
edición de la APHA – WPCF – AWWA,
introduciendo las innovaciones establecidas en
papers, del Congreso de Ingeniería Sanitaria,
AIDIS, en relación con las pruebas de jarras.
Se utiliza en las pruebas de floculación Sulfato
de Aluminio tipo A, calidad comercial para uso
en Plantas de Agua Potable, Al2 (SO4)2 14H
2O, conocido también –erróneamente- como
alumbre o sulfato de alúmina. Los principios
básicos del diseño de la Planta consideran la
mezcla rápida con el coagulante en el resalto
hidráulico del medidor de Venturi (Castañeda,
2024).
El tratamiento de las aguas de origen superficial
tiene como objetivo básico el de proteger la
salud y promover el bienestar de las personas
miembros de una sociedad (Muñoz, 2024).
Fuentes de abastecimiento
El Agua al igual que la energía, no se crea ni se
destruye por lo que la cantidad total presente en
el planeta es constante. Sin embargo. Al nivel
local la cantidad y, particularmente, la calidad
no es constante. Por conveniencia la humanidad
ha hecho uso de las fuentes de mejor calidad
para abastecer sus necesidades por requerir
menor tratamiento para su uso. Estas, las
subterráneas y superficiales, se conocen como
fuentes convencionales (Medina, 2024).
Aguas superficiales
Se define como cualquier cuerpo de agua
abierto a la atmosfera susceptible de fluir o
permanecer en reposo como corrientes, ríos,
lagunas y embalses. Estas fuentes se alimentan
de precipitación directa. O bien por la descarga
de agua de algún manto freático. Son
susceptibles de introducir y trasportar
contaminantes hacia la red de suministro de
agua, las aguas superficiales por lo general son
menos duras, tienen mayor concentración de
oxígeno disuelto y no contienen ácido sulfúrico
(Muñoz, 2024).
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Aguas subterráneas
Se forman a partir del agua que percola (infiltra)
y precipita al suelo, por acción de la gravedad
hasta alcanzar un estrato impermeable y
constituir un acuífero. Se caracterizan por tener
un patrón de flujo relativamente estable en
términos de dirección y velocidad. Por lo
general los acuíferos por estar cubiertos,
presentan una buena calidad de agua, libre de
solidos suspendidos. No requieren grandes
sistemas de potabilización y la simple
desinfección es suficiente.
Comparación de la calidad de las aguas
superficiales y subterráneas
Tabla 1 Principales diferencias entre las aguas
superficiales y las aguas subterráneas.
Agua superficial
Agua subterránea
Alto contenido de sólidos.
Bajo contenido de
sólidos.
Muy oxigenadas.
Poco oxigenada.
Presencia de bacterias.
Poco contenido de
bacterias.
Aguas blandas.
Aguas duras: alto
contenido de carbonatos
y sulfatos.
Presencia de sales
disueltas: bicarbonatos y
sulfatos.
Libres de impurezas
orgánicas.
Contaminadas con
sustancias orgánicas.
Aguas de formación son
muy salinas y contienen
residuos de crudo.
Fuente. Degremont, 1979
Componentes del sistema de agua potable:
El sistema de tratamiento consiste por un sin
número de operaciones unitarias:
Sistemas de captación
Las aguas de origen se pueden clasificar según
su presencia en aguas superficiales, y aguas
subterráneas. El sistema de captación utilizado
para aguas subterráneas es el bombeo, mientras
para las aguas superficiales, se utilizan distintos
métodos, si hablamos de tomas de embalses,
ríos, o mar.
Para la optimización de la planta de agua
potable se captó de la fuente superficial del rio
Babahoyo para realizar los ensayos de
tratabilidad.
Sistema de aducción
Al proceso de conducir el agua desde su
captación a la planta de tratamiento, se
denomina aducción. Se puede distinguir dos
tipos de conducciones, dependiendo de las
alturas del punto de toma y la entrada de la
planta.
Conducción forzada: (tuberías). Se utilizan
cuando el punto de toma está situado a una cota
más baja que la entrada en la planta, para salvar
las diferencias de alturas, se emplean grupos de
bombeos.
Tratamiento
Un sistema de tratamiento es un conjunto de
procesos en la que se trata el agua para
transformarla apta para el consumo humano.
Una planta de tratamiento de agua potable
completa está en función a la calidad de agua de
origen a tratarse.
Pruebas de tratabilidad agua cruda
La Investigación de la calidad del agua y los
Ensayos de Tratabilidad se efectúan, en el
presente Estudio, siguiendo los procedimientos
establecidos en los Standards Methods for the
Examination of Water and Wastewater, última
edición de la APHA – WPCF – AWWA,
introduciendo las innovaciones establecidas en
papers, del Congreso de Ingeniería Sanitaria,
AIDIS, en relación con las pruebas de jarras.
Se utiliza en las pruebas de floculación Sulfato
de Aluminio tipo A, calidad comercial para uso
en Plantas de Agua Potable, Al2 (SO4)2 14H
2O, conocido también –erróneamente- como
alumbre o sulfato de alúmina. Los principios
básicos del diseño de la Planta consideran la
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mezcla rápida con el coagulante en el resalto
hidráulico del medidor de Venturi (Feria, 2020)
Prueba de jarras
La determinación de los parámetros de los
procesos mediante simulación en el laboratorio
es necesaria en la fase de proyecto para
determinar las dimensiones de las unidades de
la planta o para rehabilitar u optimizar sistemas
existentes. Durante la evaluación de un sistema,
ello servirá para determinar si las unidades están
operando de acuerdo con las condiciones que el
agua requiere y durante la operación de una
planta, permitirá ajustar los procesos a las
mencionadas condiciones. Determinar las
cantidades optimas de los productos químicos:
regulador de pH, coagulante y polímero
floculante y tiempo de sedimentación,
necesarios para lograr la mejor clarificación de
una muestra de agua (Rubio Dávila, 2020)
Un agitador mecánico provisto con tres a seis
paletas, capaz de operar a velocidades variables
(de 0 a 100 revoluciones por minuto;
actualmente pueden obtenerse equipos que
operan con velocidades de hasta 400
revoluciones por minuto).
Parámetros de calidad del agua cruda y
tratada
La caracterización del agua tiene como objetivo
conocer sus atributos físicos, químicos y
biológicos con el propósito de definir sus
aptitudes para uso humano, agrícola, industrial,
recreacional entre otras.
Parámetros físicos
Se refieren en general a mediciones indirectas
de componentes químicos presentes en el agua
que pueden o no ser tóxicos. Dentro este tipo de
parámetros se encuentran aquellos relacionados
con la calidad estética, cuya importancia residen
que el agua debe agradar a los consumidores y
no provocarles desconfianza.
➢ Color. El valor máximo de color se fija en
300 unidades de color, una cifra menor
señala una calidad aceptable para el
tratamiento, si se sobrepasa dicha cifra
puede ser necesario un tratamiento especial
para que el agua satisfaga las normas de
agua potable.
➢ Olor y sabor. Con frecuencia ocurren juntos
y en general son prácticamente
indistinguibles. Las causas más comunes
materia orgánica en solución, H2S, cloruro
de sodio, sulfato de sodio y magnesio,
hierro, manganeso, fenoles, diferentes
especies de algas, hongos, etc. La
determinación de estas variables en el agua
es útil para evaluar la calidad de esta y su
aceptabilidad por parte del consumidor.
➢ Conductividad y resistividad. La
conductividad eléctrica es la medida de la
capacidad del agua para conducir
electricidad. Es indicativo de la materia
ionizable total presente en el agua. Las
sales disueltas son las que permiten al agua
conducir electricidad. Depende de la
concentración total de las sustancias
disueltas ionizadas en el agua y de la
temperatura del agua al momento de la
medición. El agua pura contribuye
mínimamente a la conductividad, la
cantidad de sales solubles en agua se mide
por la electro-conductividad (EC), la
resistividad es la medida reciproca de la
conductividad.
➢ Solidos totales disueltos. Indica la cantidad
de sales disueltas en el agua y está
relacionada con la tendencia corrosiva o
incrustante del agua, se lo expresa en
(ppm), se determina mediante el método
gravimétrico o conductividad eléctrica.
➢ Solidos suspendidos. Es un criterio sobre la
cantidad de partículas sólidas suspendidas
y material coloidal del agua (limo, arcilla),
influye directamente sobre la turbidez, las
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aguas turbias contienen gran cantidad de
sólidos suspendidos, se los expresa en
(ppm) y se los determina por método
gravimétrico.
➢ Turbiedad. Es la dificultad del agua para
transmitir la luz debido a materiales
insolubles en suspensión, que varían en
tamaño desde dispersiones coloidales hasta
partículas gruesas, entre otras arcillas,
limo, materia orgánica e inorgánica
finamente dividida, organismos
planctónicos y microorganismos.
➢ PH. El pH de un agua mide su acidez o
alcalinidad. La escala de valores es de 0 a
14 unidades de pH. Las aguas que tienen un
pH inferior a 7 son ácidas y las superiores
a 7 son básicas.
Parámetros químicos
El agua como solvente universal, puede
contener cualquier elemento de la tabla
periódica. Sin embargo, pocos son los
elementos significativos para el tratamiento del
agua cruda con fines de consumo o los que
tienen efectos en la salud del consumidor. Sin
embargo, cuando se altera el equilibrio de estos
elementos debido a su ausencia o exceso,
también se modifica la calidad del cuerpo de
agua y puede limitar su uso.
➢ Alcalinidad. La alcalinidad es una medida
de la capacidad para neutralizar ácidos.
Contribuyen a la alcalinidad los iones
bicarbonato, CO3H-carbonato, CO3= y
oxhidrilo, OH-, pero también los fosfatos y
ácidos de carácter débil.
➢ Coloides. Es una medida del material en
suspensión en el agua que por su tamaño de
alrededor de los 10ˉ4 – 10ˉ5 mm, se
comporta como una solución verdadera y
atraviesa el papel del filtro.
➢ Cloruros. El ion cloruro (Cl) forma sales
muy solubles, suele asociarse con el ion
Na+, esto en aguas muy salinas. Las aguas
dulces contienen entre 10 y 250 ppm de
cloruros, pero también se encuentran
valores muy superiores fácilmente.
➢ Sulfatos. El ion sulfato (SO4²),
corresponde a sales moderadamente
solubles a muy solubles. Las aguas dulces
entre 2 y 250 ppm y el agua de mar
alrededor de 3000 ppm.
➢ Nitratos. El ion nitrato (NO3) forma sales
muy solubles y estables. En un medio
reductor puede pasar a nitritos, nitrógeno
gas e incluso amoniaco. Las aguas
normales tienen menos de 10 ppm y el agua
de mar hasta 1 ppm.
➢ Fosfatos. El ion fosfato (PO4³) en general
forma sales muy poco solubles y precipita
fácilmente como fosfato cálcico. Como
procede de un ácido débil contribuye a la
alcalinidad del agua.
➢ Fluoruros. El ion fluoruro (F), corresponde
a sales de solubilidad muy limitada, suele
encontrarse en cantidades superiores a 1
ppm, alrededor de dicha concentración
puede resultar beneficioso para la
dentadura
➢ Sílice. La sílice, (SiO2) se encuentra
disuelta en el agua como ácido silícico
SiO4H4 y como materia coloidal;
contribuye a provocar algo de alcalinidad
en el agua. Las aguas naturales contienen
entre 1 y 40 ppm, pudiendo llegar a las 100
ppm (si son aguas carbonatadas sódicas).
➢ Bicarbonatos y carbonatos. Las aguas
dulces suelen contener entre 50 y 350 ppm
de ion bicarbonato, y si el pH es inferior a
8.3, no habrá ion bicarbonato. El agua de
mar contiene alrededor de 100 ppm de ion
bicarbonato.
➢ Sodio. El ion sodio (Na+), corresponde a
sales de solubilidad muy elevada y difíciles
de precipitar, suele estar asociado al ion
cloruro. El contenido de las aguas dulces
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esta entre 1 y 150 ppm, pero se pueden
encontrar casos de hasta varios miles de
ppm.
➢ Potasio. El ion potasio K+, corresponde a
sales de muy alta solubilidad y difíciles de
precipitar. Las aguas dulces no suelen tener
más de 10 ppm y el agua de mar alrededor
de 400 ppm.
➢ Calcio. El ion calcio (Ca++) forma sales
desde moderadamente solubles a muy
insolubles. Precipita fácilmente como
carbonato de calcio (CO3Ca). Es el
principal componente de la dureza del agua
y causante de incrustaciones.
➢ Magnesio. El ion magnesio (Mg ++), tiene
propiedades muy similares a las del ion
calcio, aunque sus sales son un poco más
solubles y difíciles de precipitar. El
hidróxido de magnesio es, sin embargo,
menos soluble. Las aguas dulces suelen
contener entre 1 y 100 ppm
➢ Hierro. Es un catión muy importante desde
el punto de vista de contaminación, aparece
en dos formas: ion ferroso (Fe++), o más
oxidado como ión férrico (Fe+++). La
estabilidad y aparición en una forma u otra
depende del pH, condiciones oxidantes o
reductoras, o composición de la solución
➢ Manganeso. El ion manganeso se comporta
en la mayoría de los casos muy parecido al
ion hierro, además de poder ser bivalente y
trivalente positivo puede también
presentarse con valencia +4 formando el
MnO2 que es insoluble.
➢ Arsénico. Este se pasa al agua por contacto
con ella. Es bien conocido desde hace
siglos como tóxico, ya que afecta a la salud
humana produciendo daños al sistema
nervioso y respiratorio, produce graves
consecuencias en la piel, hígado y riñones.
Uno de los principales síntomas de una
ingestión prolongada de arsénico es la
hiperqueratosis de las palmas de pies y
manos.
➢ Gases disueltos. El dióxido de carbono
(CO2), es un gas relativamente soluble que
se hidroliza formando iones bicarbonato y
carbonato en función del pH del agua. Las
aguas subterráneas profundas pueden
contener hasta 1500 ppm pero las
superficiales se sitúan entre 1 y 30 ppm, un
exceso hace que el agua sea corrosiva. Se
elimina por desgasificación o des
carbonatación.
➢ Dureza. Corresponde a la suma de los
cationes polivalentes expresados como la
cantidad equivalentes de carbonato de
calcio, de los cuales los más comunes son
los de calcio y lo de magnesio.
Parámetros microbiológicos
Son los que determina la carga de
contaminación biológica del agua a ser tratadas.
➢ Coliformes totales. Los coliformes totales
son ampliamente utilizados a nivel mundial
como indicadores de potabilidad por ser
fácil de detectar y cuantificar. Los
coliformes totales son eliminados del agua
mediante procesos de desinfección como la
cloración, radiación UV y ozonización. El
valor guía de la OMS es de ausencia en 100
ml.
➢ Coliformes fecales. Son todos los bacilos
que difieren del grupo coliformes total por
su capacidad de crecer a una temperatura de
entre de 44 y 45·C. los coliformes fecales
no se encuentran en aguas y suelos que no
han estado sujetos a contaminación fecal.
Plantas de tratamientos para potabilizar
agua cruda
Una planta potabilizadora es una instalación
donde ha combinado una serie de componentes
y equipos con el fin de purificar las impurezas
del agua a tratar.
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Proceso de tratamiento convencional
Martínez Federico (2010) define los procesos
que componen el sistema:
Un proceso de coagulación y mezcla rápida
seguido de la floculación a través de una mezcla
lenta que pretende aglutinar las sustancias
coloidales del agua ganando peso a través de la
adición de un químico coagulante.
El siguiente proceso corresponde al de
sedimentación de las partículas coaguladas en
un proceso físico donde se aprovecha el peso
adquirido por las partículas que superan el peso
específico del agua dirigiéndose al fondo del
tanque.
Por otra parte, se realiza el proceso de filtración
el cual consiste en conducir el agua sedimentada
a través de un medio filtrante que puede ser de
arena, antracita o mezcla de ambos. En este
proceso se eliminan algunas sustancias y
partículas presentes en el agua que se adhieren
al lecho filtrante de gran área superficial. Por
último, se lleva a cabo el proceso de
desinfección del agua con la adición de un
desinfectante el cual puede ser cloro.
Tipos de plantas potabilizadoras
Una planta de tratamiento es una secuencia de
operaciones o procesos unitarios,
convenientemente seleccionados con el fin de
remover completamente los contaminantes
microbiológicos presentes en el agua cruda y
parcialmente los fisicoquímicos hasta llevarlos
a límites aceptables estipulados por las Normas
de Calidad del Agua.
➢ Plantas de filtración lenta. Los filtros lentos
operan con tasas que normalmente varían
entre 0.10 y 0.30 m/h; esto es, con tasas
como 100 veces menores que las tasas
promedias empleadas en los filtros rápidos:
se les conoce con el nombre de filtros
ingleses, por su lugar de origen. Los filtros
lentos simulan los procesos de tratamiento
que se efectúan en la naturaleza en forma
espontánea.
➢ Plantas convencionales antiguas. Este tipo
de sistema es el más antiguo en nuestro
medio. Se ha venido utilizando desde
principios del siglo pasado (1910–1920).
Se caracteriza por la gran extensión que
ocupan las unidades donde se producen los
procesos de tratamiento.
➢ Plantas de filtración rápida. Las plantas de
este tipo están básicamente constituidas por
las unidades de mezcla rápida, floculado
res, decantadores y filtros. Estas plantas
están conformadas por filtros que operan
con velocidades altas, entre 80 y 300
m3/m2.d, de acuerdo con las características
del agua, del medio filtrante y de los
recursos disponibles para operar y
mantener estas instalaciones. Como
consecuencia de las altas velocidades con
las que operan estos filtros, se colmatan en
un lapso de 40 a 50 horas en promedio. En
esta situación se aplica el retro lavado o
lavado ascensional de los filtros, para des
colmatar el medio filtrante devolviéndole
su porosidad inicial y reanudar la operación
de la unidad.
➢ Planta de filtración rápida completa. Estas
plantas normalmente están integradas por
los procesos de coagulación, decantación,
filtración y desinfección. El proceso de
coagulación se realiza en dos etapas: una
fuerte agitación del agua para obtener una
dispersión instantánea de la sustancia
coagulante en toda la masa del agua
(mezcla rápida), seguida de una agitación
lenta para promover la rápida aglomeración
y crecimiento del floculo. La coagulación
tiene de mejorar la eficiencia de remoción
de las partículas coloidales en el proceso de
decantación (sedimentación de partículas
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floculentas). El proceso final de filtración
desempeña una labor de acabado, le da el
pulimento final del agua.
➢ Planta de filtración directa. Es una
alternativa a la filtración rápida,
conformada por los procesos de mezcla
rápida y filtración, apropiada solo para
aguas claras.
Componentes de la planta potabilizadora
(Descripción de las unidades de la planta de
tratamiento)
Para este propósito se realiza la optimización de
una planta potabilizadora móvil que puede ser
trasladada a los diferentes sectores emergentes
para dotar de agua de consumo humano
(inocua).
El caudal de la planta es de 54.5 m3/día, la cual
entrega agua potable aproximadamente a 80
familias conformadas por 3 personas cada una
de ellas (240 personas), con una dotación per-
cápita de 150 litros/personas-día, que es la
dotación mínima en la parte rural impuesta por
la OPS/OMS.
La planta opera solo 16 horas en el día, y los
procesos que se llevan a cabo son: coagulación,
floculación, filtración y desinfección. Para la
captación del agua bruta al ser tratada se utilizó
una bomba sumergible de marca
PREDATORST MYERS de ½ Hp que a un
caudal de 54.5 m3/día.
Mediante la prueba de tratabilidad (prueba de
jarras) se determinó la dosis optima de
coagulante (Sulfato de Aluminio Tipo A), a ser
aplicado al agua bruta cuya turbiedad era de 225
NTU en época de invierno, para el tratamiento
de potabilización. La inactivación microbiana
(desinfección), se realizó utilizando pastillas de
cloro las mismas que son ubicadas en la unidad
de cloración y son dosificadas por contacto
directo entre el agua y las mencionadas
pastillas. Las que son capaces de eliminar hasta
el 99% de la carga bacteriana, son de bajo costo
y fácil de conseguir y dejan un efecto residual,
el mismo que debe estar entre el intervalo de
(0.3-1.5) mg/l a la salida de la planta según lo
menciona la NTE INEN 1108:2014 Quinta
Revisión Agua Potable Requisitos.
La preparación del coagulante se realizó
utilizando una caneca de 10lt de capacidad
donde está la solución, el mismo que será
introducido por acción de la gravedad hacia la
unidad de mezcla rápida conformada por el
medidor de Venturi (coagulador hidráulico), la
misma que consiste en poner en contacto el
coagulante con el agua bruta lográndose gracias
al estrangulamiento en la sección del Venturi
provocando un resalto hidráulico el mismo que
sirve para mezclar dicho coagulante. La
floculación y la sedimentación se realizaron
utilizando un tanque cilíndrico, que consiste en
la formación de las partículas floculantes y por
diferencias de gravedad específica estas se
sedimentan con facilidad. Para determinar la
velocidad de sedimentación de las partículas, la
misma que fue obtenida mediante un Test de
Jarras.
Las unidades de filtración formadas por dos
tanques cilíndricos, los mismos que tienen en
cada unidad los lechos porosos (antracita, arena
de sílice y grava de distintas granulometrías),
que sirven para retener las partículas
sedimentadas en la primera unidad de filtración
y la segunda unidad servirá como pulimento del
agua tratada, para la filtración se utilizan
tanques a presión, lo cual hace que puedan
trabajar a una mayor velocidad de filtración y
ocupen un menor espacio.
La limpieza de los filtros colmatados se realizó
con el agua tratada que se encuentra en los
reservorios de 1 m3 de capacidad cada uno,
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consiste en utilizar 250 lts de agua tratada para
eliminar los sólidos sedimentados y que fueron
retenidos en los filtros esto se hace cada vez
cuando la turbiedad del efluente está por encima
de los 5 NTU. En la optimización de las
unidades de filtración se determina la velocidad
de filtración que es el parámetro que determina
el dimensionamiento de los filtros.
Para alimentar la planta de tratamiento
seleccione una bomba sumergible de marca
PREDATORST MYERS de ½ Hp, que a un
caudal de trabajo de 54.5 m3/día. La planta
completa tiene unas dimensiones: largo
(2.15m), ancho (1.25m) y altura (2.35m), la que
le permite ser movilizada hacia los sectores
emergentes.
Etapas del proceso de potabilización.
Las etapas que corresponden para el proceso de
potabilización son las siguientes (coagulación,
floculación, filtración, desinfección.)
Coagulación
Es un proceso químico, por el cual se añade una
sustancia química (coagulante), al agua con el
objeto de destruir la estabilidad de los coloides
y promover su agregación y floculación. Los
coagulantes son aquellos compuestos de hierro
o aluminio capaces de formar un floc y que
pueden efectuar coagulación al ser añadidos
➢ Tipos y usos
Los coagulantes más usados son: El sulfato de
Aluminio, sulfato Ferroso y la Cal, Cloruro
férrico, el aluminato de Sodio y la cal.
• Sulfato de aluminio (alumbre). Es el
coagulante estándar empleado en
tratamientos de agua. cuando se añaden
soluciones de sulfato de aluminio al agua,
las moléculas se disocian en Al+++ y
SO=4. El Al+++ puede combinarse con
coloides cargados negativamente para
neutralizar parte de la carga de la partícula
coloidal, reduciendo así el potencial zeta.
• Sulfato ferroso. el sulfato ferroso
comercial, FeSO4. 7H2O, reacciona con la
alcalinidad del agua para formar
bicarbonato ferroso, (Fe (HCO3)2, el cual
es bastante soluble. Para que sea útil como
coagulante debe existir la oxidación del ion
ferroso en ion férrico insoluble.
• Sulfato ferroso y cal. El tratamiento con
sulfato ferroso y cal añade dureza al agua.
Este proceso puede ser más barato que el de
coagulación con alumbre, pero la
dosificación de dos reactivos químicos
diferentes lo hace más difícil. Vale la pena
anotar que la precipitación depende del
oxígeno disuelto presente en el agua.
• Sulfato ferroso y cloro. La coagulación con
sulfato ferroso y cloro es útil en plantas
donde se requiere pre cloración, permite
una remoción efectiva de color, en este
caso se usa cloro para oxidar el sulfato
ferroso, produciendo cloruro férrico, y
sulfato férrico, los que actúan como
coagulantes.
• Cloruro férrico. El cloruro férrico
reacciona con la alcalinidad del agua o con
la cal para formar floc de hidróxido férrico.
Se usa más en tratamiento de aguas
residuales que en aguas de consumo
humano, sin embargo, produce buenos
resultados en aguas subterráneas con alto
contenido de hierro.
• Sulfato férrico: No es tan corrosivo como
el cloruro férrico, pero debe manejarse con
equipos resistentes a la corrosión. Actúa en
un intervalo amplio de pH, es usado en
tratamiento de aguas con un alto contenido
de manganeso.
• Cal. La cal viva es el producto resultante de
la calcinación de la piedra caliza,
compuesto principalmente de óxidos de
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Calcio y magnesio. La cal hidratada (cal
apagada) es por lo general un polvo seco,
obtenido mediante el tratamiento de la cal
viva con suficiente agua para satisfacer su
afinidad química por el agua, en las
condiciones de su hidratación.
• Aluminato de sodio. Es un compuesto
usado como coagulante, debido a la
presencia del sodio, su uso puede resultar
benéfico para ablandar aguas duras o para
tratar aguas coloreadas blandas, utilizado
conjuntamente con el alumbre sirve para
reducir la dosis de este último.
Tabla 2 Características físicas, sustancias inorgánicas NTE INEN 1108: Quinta revisión 2014-01
Fuente: El autor
Tabla 3 Requisitos microbiológicos NTE INEN 1108: Quinta revisión 2014-01
Parámetro
Unidad
Límite máximo permisible
Coliformes fecales (1) Tubos múltiples
NMP/100ml
< 1.1*
Filtración por membrana
Ufc/100ml
<1**
Cryptosporidium,
NMP/100ml
Ausencia
Guardia
NMP/100ml
Ausencia
<1.1 significa que en el ensayo del NMP, utilizando 5 tubos de 20cm3 o 10 tubos de 10cm3 ninguno es Positivo
** <1 significa que no se observan colonias
Fuente: El autor
Unidad
Límite máximo permisible
ºC
Ambiente
u
6.5 - 8.5
Upt-Co
15
UNT
5
mg/l
0.39
-
No objetable
-
No objetable
mg/l
50
mg/l
3.0
mg/l
0.02
mg/l
0.01
mg/l
0.7
mg/l
2.4
mg/l
0.003
mg/l
0.07
mg/l
0.3 – 1.5
mg/l
2.0
mg/l
0.05
mg/l
1.5
mg/l
0.006
mg/l
0.07
mg/l
0.01
Bg/l
0.5
Bg/l
1.0
mg/l
0.04
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Resultados
Pruebas de tratabilidad del agua cruda
Tabla 4 Caracterización del agua cruda (Influente).
Fecha de análisis: 30/07/2013
Caudal de promedio:
10GPM
Tiempo de operación: 16 horas
Parámetro
Expresado
como
Unidad
Agua cruda
valor
obtenido
Limite máximo
permisibles tulas
Método de
análisis **
Temperatura
T
ºC
27,5
Condición Natural + o -
3grados
APHA 2550-B
Potencial Hidrógeno
pH
u
7,79
6 hasta 9
APHA 4500-B
Alcalinidad a la
Fenolftaleina (CaCO3)
(CaCO3)
mg/l
-
-
APHA 2320-B
Alcalinidad Total (CaCO3)
(CaCO3)
mg/l
39
-
APHA 2320-B
Cloruros (Cl)
(Cl-)
mg/l
6
250
4500-CL-B
Color Verdadero
Pt-Co
Upt-Co
82
100
APHA 2120-C
Conductividad (eléctrica)
uS/cm
mmohs/cm
114
-
APHA 2510-B
Dureza Total (CaCO3)
(CaCO3)
mg/l
-
500
APHA 2340-C
Cloro Libre
Cl2
mg/l
-
-
DPD-Comparador
Hierro Total (Fe)
Fe
mg/l
0,81
1
HACH
Calcio (Ca++)
(Ca++)
mg/l
11,4
-
HACH
Magnesio (MgH)
(MgH)
mg/l
5,83
-
HACH
Nitrógeno Amoniacal (N -
NH3)
(N - NH3)
mg/l
-
1
HACH
Sulfatos (SO4)
(SO4)
mg/l
1
400
HACH
Sólidos Disueltos Totales
SDT
mg/l
51
1000
Medidor Portátil
Sólidos Suspendidos
Totales
SST
mg/l
18
-
APHA 2540-B
Sólidos Totales
ST
mg/l
69
-
Gravimétrico
Turbiedad
U.N.T
UNT
16
500
APHA 2130-B
Fosforo (P04)
(P04)
mg/l
0,39
-
HACH
Materia Orgánica (D.Q.O)
DQO
mg/l
-
3
APHA 5220-D
Nitratos (NO3 - N)
(NO3 - N)
mg/l
0,3
10
HACH
Nitritos (NO2 - N)
(NO2 - N)
mg/l
0,006
1
HACH
Aluminio (Al+3)
(Al+3)
mg/l
0,021
0,2
HACH
Fuente: El autor
Examinando los diferentes parámetros de las
tablas se observó lo siguiente:
➢ Temperatura. Cumple con la norma
TULAS
➢ Potencial Hidrógeno. Cumple con la norma
➢ Cloruros. Cumple con la norma TULAS (
➢ Color Verdadero. Cumple con la norma
TULAS
➢ Hierro Total. Cumple con la norma TULAS
➢ Sulfatos. Cumple con la norma TULAS
➢ Sólidos Disueltos Totales. Cumple con la
norma TULAS
➢ Turbiedad. Cumple con la norma TULAS
➢ Nitratos. Cumple con la norma TULAS
Conclusión: (agua cruda)
De acuerdo con el Registro Oficial Edición
Especial No 2, Marzo 31 del 2003, Decreto No
3516,
Texto Unificado de Legislación Secundaria del
Ministerio de Ambiente (TULAS).
Límites máximos permisibles para aguas de
consumo humano y uso doméstico que
únicamente Requieran tratamiento
convencional (Coagulación, Floculación,
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Sedimentación, Filtración y Desinfección). Los
resultados obtenidos en los análisis
Fisicoquímico y microbiológicos
correspondientes a la muestra analizada No 1,
con Fecha de Ingreso 30/Julio/2013, si cumplen
con los límites máximos permisibles, para
efectuar el tratamiento convencional previo, al
consumo humano y uso doméstico; y se refieren
exclusivamente a la muestra analizada.
Métodos utilizados: Estándar Methods for the
examinatión of wáter, wasterwater 22 ND
editión 2012.
Tabla 5 Caracterización del agua cruda (Influente).
Fecha de análisis: 20/08/2013
Caudal de promedio:
10GPM
Tiempo de operación: 16 horas
Parámetro
Expresado
como
Unidad
Agua cruda
valor
obtenido
Límite máximo
permisibles tulas
Método de
análisis **
Temperatura
T
ºC
26,1
Condición Natural + o
-3grados
APHA 2550-B
Potencial Hidrógeno
pH
u
7,45
6 hasta 9
APHA 4500-B
Alcalinidad a la
Fenolftaleina (CaCO3)
(CaCO3)
mg/l
-
-
APHA 2320-B
Alcalinidad Total (CaCO3)
(CaCO3)
mg/l
35
-
APHA 2320-B
Cloruros (Cl)
(Cl-)
mg/l
3
250
4500-CL-B
Color Verdadero
Pt-Co
Upt-Co
62
100
APHA 2120-C
Conductividad (eléctrica)
uS/cm
mmohs/cm
107
-
APHA 2510-B
Dureza Total (CaCO3)
(CaCO3)
mg/l
-
500
APHA 2340-C
Cloro Libre
Cl2
mg/l
-
-
DPD-
Comparador
Hierro Total (Fe)
Fe
mg/l
0,42
1
HACH
Calcio (Ca++)
(Ca++)
mg/l
12,3
-
HACH
Magnesio (MgH)
(MgH)
mg/l
1,33
-
HACH
Nitrógeno Amoniacal (N -
NH3)
(N - NH3)
mg/l
-
1
HACH
Sulfatos (SO4)
(SO4)
mg/l
6
400
HACH
Sólidos Disueltos Totales
SDT
mg/l
39
1000
Medidor Portátil
Sólidos Totales
ST
53
-
APHA 2540-B
Turbiedad
U.N.T
mg/l
12
500
Gravimétrico
Fosforo (P04)
(P04)
UNT
0,47
-
APHA 2130-B
Materia Orgánica (D.Q.O)
DQO
mg/l
-
3
HACH
Nitratos (NO3 - N)
(NO3 - N)
mg/l
0,5
10
APHA 5220-D
Nitritos (NO2 - N)
(NO2 - N)
mg/l
0,004
1
HACH
Aluminio (Al+3)
(Al+3)
mg/l
0,92
0,2
HACH
Fuente: El autor
SI CUMPLEN con los límites máximos permisibles, para efectuar el tratamiento convencional previo,
al consumo humano y uso doméstico; y se refieren exclusivamente a la muestra analizada
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Fecha de análisis: 20/08/2013
Caudal de promedio:
10GPM
Tiempo de operación: 16 horas
Parámetro
Expresado
como
Unidad
Agua cruda
valor
obtenido
Límite máximo
permisibles tulas
Método de
análisis **
Temperatura
T
ºC
26
Condición Natural + o
-3grados
APHA 2550-B
Potencial Hidrógeno
pH
u
7,42
6 hasta 9
APHA 4500-B
Alcalinidad a la
Fenolftaleina (CaCO3)
(CaCO3)
mg/l
-
-
APHA 2320-B
Alcalinidad Total (CaCO3)
(CaCO3)
mg/l
42
-
APHA 2320-B
Cloruros (Cl)
(Cl-)
mg/l
4
250
4500-CL-B
Color Verdadero
Pt-Co
Upt-Co
33
100
APHA 2120-C
Conductividad (eléctrica)
uS/cm
mmohs/cm
109
-
APHA 2510-B
Dureza Total (CaCO3)
(CaCO3)
mg/l
-
500
APHA 2340-C
Cloro Libre
Cl2
mg/l
-
-
DPD-
Comparador
Hierro Total (Fe)
Fe
mg/l
0,82
1
HACH
Calcio (Ca++)
(Ca++)
mg/l
12,03
-
HACH
Magnesio (MgH)
(MgH)
mg/l
2,91
-
HACH
Nitrógeno Amoniacal (N -
NH3)
(N - NH3)
mg/l
-
1
HACH
Sulfatos (SO4)
(SO4)
mg/l
5
400
HACH
Sólidos Disueltos Totales
SDT
mg/l
53
1000
Medidor Portátil
Sólidos Suspendidos
Totales
SST
mg/l
20
-
APHA 2540-B
Sólidos Totales
ST
mg/l
73
-
Gravimétrico
Turbiedad
U.N.T
UNT
11
500
APHA 2130-B
Fosforo (P04)
(P04)
mg/l
0,68
-
HACH
Materia Orgánica (D.Q.O)
DQO
mg/l
-
3
APHA 5220-D
Nitratos (NO3 - N)
(NO3 - N)
mg/l
0,4
10
HACH
Nitritos (NO2 - N)
(NO2 - N)
mg/l
0,04
1
HACH
Aluminio (Al+3)
(Al+3)
mg/l
0,09
0,2
HACH
Fuente: El autor
SI CUMPLEN con los límites máximos
permisibles, para efectuar el tratamiento
convencional previo, al consumo humano y uso
doméstico; y se refieren exclusivamente a la
muestra analizada.
Discusión
El análisis de resultados mediante la
caracterización del efluente tratado se puede
apreciar que los mencionados parámetros
mediante los análisis físico-químico y
microbiológico cumplen las normas
establecidas nacionales de control de calidad
del agua, los mismos que están dentro de los
parámetros permitidos como son valores de pH,
color, turbiedad, alcalinidad, solidos totales,
nitritos y nitratos, logrando disminuir un alto
porcentaje mediante el proceso de la filtración.
Cabe mencionar en cuanto el resultado de los
análisis microbiológicos mencionados en la
tabla revelo una alta eficiencia de remoción
mediante el proceso de filtración de lecho mixto
con un porcentaje de remoción en los
indicadores de contaminación fecal siendo estos
los coliformes fecales del influente y del
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efluente, lo cual demuestra que el sistema de
purificación actúa eficientemente.
Con los análisis realizados, ahora se tiene
conocimiento de la variación de los parámetros
caracterizados, estas variaciones se atribuyen a
causas externas como los efectos climáticos (en
época de invierno), cabe mencionar que existe
una variación en la turbiedad del agua bruta esto
se debió a las condiciones climáticas bajo el
cual el agua arrastra una mayor cantidad de
contaminantes.
En cuanto a los resultados de los análisis
microbiológicos arrojo que se encontraron
dentro de los parámetros permisibles los
mismos que fueron eliminados completamente
en la etapa de desinfección demostrándonos la
eficiencia de la planta. Todo esto se consiguió
mediante la optimización de la planta.
Se determinó la granulometría de los lechos de
filtración para la optimización de la planta, lo
cual se realizó para mejorar la eficiencia
mediante el uso de un lecho mixto (arena y
antracita) y un lecho de soporte que es la grava,
se varió la altura de los lechos tomando en
consideración el espacio libre de expansión para
evitar la interferencia del medio poroso en el
agua tratada. Los resultados obtenidos
demostraron la disminución de los parámetros
de calidad para las plantas potabilizadoras
demostrando así la eficiencia y eficacia de la
planta.
No debemos de dejar de mencionar que los
análisis fisicoquímicos y microbiológicos se
realizaron en épocas de invierno y verano los
mismos que nos permitieron determinar las
dosis del químico a utilizar en la floculación y
en la etapa de desinfección para cumplir con los
estándares de calidad del agua NTE INEN
1108:2014 Quinta revisión.
La dosis del químico está en función de la
característica de las aguas ya que son diferentes
en épocas de verano e invierno, menciono esto
es porque se hace de mayor uso de los químicos
que intervienen en el proceso de potabilización
del agua, en invierno por la cantidad de
impurezas arrastradas en las lluvias lo cual nos
representa mayor cantidad de contaminantes.
Conclusiones
Cabe evidenciar que mediante la optimización
del proceso de filtración en la planta
potabilizadora de filtración rápida con un
caudal de tratamiento se encuentra trabajando al
máximo de su capacidad que son de 0,63 l/s,
esto no implica un aumento de caudal, ya que la
fuente de aprovisionamiento es el rio Babahoyo.
La caracterización del efluente de la planta
potabilizadora, se verifico con el proceso actual,
logrando remover la turbiedad del agua en un
99%, siendo el valor del efluente de 1.25 NTU,
para el color el porcentaje de remoción es casi
removido en su totalidad en un 96% y un
porcentaje de remoción de coliformes fecales en
el efluente de 100% esto significa ausencia total
de microorganismo patógenos.
Estos resultados en el efluente indican que el
agua procesada cumple los estándares de
calidad establecidas por la Organización
Mundial de la Salud (OMS), Organización
Panamericana de la Salud (OPS) y de la
Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los
Estados Unidos de Norteamérica, que resultan
compatibles con la Legislación Ambiental
nacional vigente y las Norma NTE INEN
1108:2014, quinta revisión.
En la Planta de Potabilización se aplicaron los
procesos de Clarificación y Desinfección del
Agua. Los procesos de clarificación incluyen
tres fases: coagulación, floculación y
separación de partículas; las dos primeras son
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solamente procesos preparatorios para el
tercero, que se hace por sedimentación y
filtración.
La coagulación incluye la Mezcla rápida del
agua cruda con las substancias químicas. Se
cumplió la optimización de la planta, y se pudo
obtener un agua de excelente calidad. Es una
planta con un límite de seguridad amplio para
trabajar con turbiedades altas y bajas para
distintas estaciones del año.
Mediante las muestras experimentalmente
analizadas en los laboratorios, se pudo obtener
las dosis optimas del coagulante atreves de la
prueba de jarras para el agua cruda, en las
diferentes estaciones del año, cabe mencionar
que dicha dosis fue determinada en los meses de
Febrero y Julio, que sirvieron para determinar
las diferentes corridas experimentales en la
planta; no debemos de dejar de mencionar que
la dosis del coagulante varía según la calidad de
la fuente.
Se logró determinar las variables de operación
mediante los diferentes ensayos en la menciona
planta potabilizadora las mismas que son:
turbiedad, pH, color y temperatura.
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