La potabilización convierte el agua bruta en agua apta para el consumo humano mediante procesos físicos y químicos que eliminan residuos, partículas, microorganismos y otros contaminantes. La depuración, en cambio, trata el agua residual después de su uso para reducir su carga contaminante antes de devolverla al medio natural o reutilizarla en usos no potables.
Estas actividades permiten comprender las fases del ciclo integral del agua, diferenciar el agua potable del agua depurada, relacionar los tratamientos con la protección de la salud y del medio ambiente y aplicar la geometría al estudio de una estación depuradora de aguas residuales.
Ejercicio 1. El ciclo integral del agua
En este ejercicio tendrás que ver unos vídeos muy interesantes sobre el ciclo integral del agua (potabilización y depuración) y responder a una serie de cuestiones. De cada tema hay dos vídeos, uno explica qué hay que hacer en cada proceso y el otro muestra realmente cómo se hace.
Primero ve los dos de la potabilización del agua y contesta a las preguntas. Cuando hayas acabado, mira los otros dos, sobre depuración, y responde a las cuestiones. El objetivo de esta actividad es ayudarte a alcanzar tus propias conclusiones sobre la trascendente interrelación humano- agua.
Actividad 1A. Potabilización del agua
La potabilización del agua se define como el conjunto de procesos físicos y químicos para tratar el agua sucia (agua del medio natural) y adecuar porque sea apta para el consumo humano.
El proceso de potabilización convierte el agua en apta para el consumo humano mediante diversas fases de tratamiento. Solo el 0,4% del agua en la Tierra es potable de forma natural, lo que resalta la importancia de este proceso.
La potabilización - Didáctica del Agua
Cuestionario sobre potabilización
¿Cuál es la diferencia entre el agua bruta y el agua potable?
¿Qué etapas tiene el ciclo integral del agua?
A la estación depuradora de agua potable se la conoce como________________ y a la estación desaladora de agua de mar como __________________________________.
¿Por qué cuatro etapas pasa el agua bruta, dentro de la estación depuradora, en su proceso de tratamiento?
¿Cómo se eliminan las materias en suspensión?
¿Qué es un flóculo?¿Es bueno que el agua tenga flóculos?¿Por que?
Indica si es verdadero (V) o falso (F):
- Se puede beber agua que no ha pasado por el proceso de filtrado.
- Las arenas se eliminan del agua mediante desarenadoras.
- Para filtrar el agua también se puede usar carbón activo o membranas.
- Para eliminar las grasas que pueda haber en el agua se pasa a través de rayos UVC.
- El agua salada no se tiene que potabilizar, con desalarla es suficiente.
¿Para qué se añaden compuestos de cloro y flúor al agua? ¿En qué etapa se hace?
¿Por qué se trata el agua con ozono?
Enumera los tres pasos que constituyen el proceso de desalación del agua del mar.
¿En cuál de las tres etapas anteriores se eliminan las bacterias, iones y moléculas?
¿Hay algún tipo de control en todo el proceso? Si es así, pon un par de ejemplos.
Información para resolver las preguntas
El Agua potable es el agua que es apta para el consumo humano. La Potabilización del Agua es un tratamiento Previo al Consumo y el agua que se potabiliza procede de los ríos, embalses, lagos, etc.
La potabilización varía dependiendo de dónde viene el agua, de la fuente que la irriga. Existen dos tipos fundamentales de fuentes: superficial (agua de un río o un lago, por ejemplo) y aguas con presencia de sales o metales pesados.
En el primer caso, el proceso es más simple, y suele consistir en separar ciertos componentes del agua natural, seguido de la precipitación de impurezas, filtración y desinfección con cloro u ozono. El segundo caso es más complejo y suele darse en regiones con escasez de recursos hídricos.
En ambos casos, gran parte del proceso tiene lugar en las Estaciones de Tratamiento de Agua Potable (ETAP), comúnmente conocidas como potabilizadoras.
Fases del tratamiento del agua potable
En las ETAP se siguen seis fases básicas:
- Pretratamiento. Elimina los sólidos de gran tamaño, aplica una pre-desinfección y separa la arena del agua para no dañar las bombas de la ETAP.
- Coagulación-floculación. Ya dentro de la potabilizadora, se incorporan los componentes que potabilizan el agua y se ajusta el PH del agua (el parámetro que mide la alcalinidad o acidez de una disolución).
- Decantación. Mediante gravedad, el decantador separa las partículas en suspensión más densas que porta el agua.
- Filtración. Capta y separa las partículas menos densas al pasar el agua por un medio o filtro poroso de diferentes tipos: de arena o carbón activado, abierto y por gravedad o cerrado y a presión.
- Desinfección del agua. Se consigue mediante un agente desinfectante. El cloro es el más común, aunque también se emplean dióxido de carbono (CO2), rayos equis u ozono.
- Análisis. Finalizado el proceso en la ETAP, se analiza el agua para comprobar que el proceso ha sido correcto y cumple la legislación de cada país en cuanto a sus características para considerarla potable.
El primer paso en ese proceso es el filtrado o también llamado cribado, que elimina los residuos grandes como los palos y la basura del agua a tratar para para liberarla de las sustancias extrañas.
Suelen ponerse varios filtros de diferentes tamaños para ir filtrando los residuos sólidos por tamaños, de mayor a menor. Si el agua procede de aguas subterráneas este paso puede no ser necesario.
Los trabajadores de la planta de tratamiento agregan alumbre y otros productos químicos al agua, lo que hace que se formen pequeñas partículas pegajosas o flóculos.
Estos flóculos atraen las partículas de suciedad, haciéndolas finalmente lo suficientemente pesadas para hundirse en el fondo del tanque de almacenamiento de agua. Este proceso de unir los flóculos se llama Floculación.
La decantación consiste en dejarla reposar un tiempo en grandes depósitos hasta conseguir que la arena y los flóculos formados se vaya al fondo.
Mientras el agua se asienta en el depósito de decantación, el floc y la arena, partículas pesadas, se asienta en el fondo, donde permanecen allí hasta su eliminación.
Con el fin de cumplir con los estándares aún más altos establecidos por las Agencias de Medio Ambiente, el agua tratada puede someterse a un proceso de filtración final utilizando lechos poco profundos de gravas (piedras de diferentes tamaños).
La filtración capta y separa las partículas menos densas al pasar el agua por un medio o filtro poroso de diferentes tipos: de arena o carbón activado, abierto y por gravedad o cerrado y a presión.
Además, en los filtros de CARBÓN ACTIVO se mejora el olor y sabor del agua garantizando su seguridad al retener compuestos químicos.
Otra de las tecnologías más prometedoras es la de los filtros de membrana, con una capacidad de filtración sin precedentes.
Además de estos pasos básicos, en situaciones donde se sospecha la presencia de contaminantes específicos, se pueden aplicar técnicas adicionales, como la filtración por membrana, la adsorción o la oxidación avanzada, para eliminar compuestos químicos, metales pesados u otros contaminantes específicos.
Desinfección y control de calidad
Para desinfectarla se suele añadir cloro u ozono, con el fin de destruir los microbios que podrían causarnos enfermedades, como el tifus o la gastroenteritis, entre otras muchas y además ayuda a mantener el agua limpia hasta su distribución.
La desinfección es un paso crucial para garantizar la seguridad microbiológica del agua.
TODAS las aguas para ser consideradas potables tienen la etapa de DESINFECCIÓN FINAL.
Una vez potabilizada deben hacerse las pruebas de calidad del agua. Las pruebas ayudan a garantizar que el proceso de tratamiento de agua ha dado como resultado un producto que cumple con las pautas y normas gubernamentales de la calidad del agua.
El análisis del agua implica buscar varios tipos de contaminantes, incluidos niveles peligrosos de contaminantes orgánicos, inorgánicos, microbianos y/o radioactivos.
Desalinización del agua de mar
Un caso particular es la desalinización del agua de mar, que habitualmente emplea técnicas de ósmosis inversa o destilación.
Cuando se trata de agua de mar, el tratamiento para desalar el agua del mar es muy específico y concreto donde se combinan algunas etapas anteriores con una etapa de ósmosis.
Otra posibilidad es la destilación, mediante la cual se separa el agua de las sales aprovechando los cambios de estado.
Los filtros de membrana y, especialmente, la ósmosis inversa permiten separar sales, compuestos orgánicos y contaminantes disueltos.
Tanto las ETAP como las desalinizadoras enfrentan otro desafío: alimentarse de una energía eléctrica lo más ecológica y renovable posible.
Tipos de depuración relacionados con la potabilización
Existen diferentes tipos de procesos de depuración del agua, cada uno diseñado para eliminar contaminantes específicos y adaptarse a diferentes fuentes de agua:
- Depuración física: Este tipo de depuración se enfoca en la eliminación de partículas y sedimentos sólidos presentes en el agua. Los procesos físicos incluyen la sedimentación, la filtración y la clarificación.
- Depuración química: Se basa en la adición de productos químicos para eliminar contaminantes y mejorar la calidad del agua. Los procesos químicos incluyen la coagulación, la floculación y la desinfección.
- Depuración biológica: Se utilizan microorganismos para descomponer y eliminar contaminantes orgánicos presentes en el agua.
- Depuración por membranas: Este tipo de depuración utiliza membranas semipermeables para separar contaminantes del agua.
- Depuración por adsorción: La adsorción implica el uso de materiales adsorbentes, como el carbón activado, para eliminar sustancias orgánicas, productos químicos y compuestos tóxicos del agua.
Actividad 1B. Depuración de aguas residuales
Las aguas que salen por los desagües de nuestros hogares se denominan aguas residuales y están cargadas de sustancias contaminantes, por lo que no se pueden devolver a los ríos en ese estado, ya que producirían un mayor deterioro de la calidad del agua, aguas abajo de su vertido, provocando incluso la muerte de los seres vivos acuáticos.
Por eso, antes de proceder a su vertido, han de pasar por un proceso de depuración en las llamadas «EDAR» Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales.
La potabilización - Didáctica del Agua
Cuestionario sobre depuración
¿Qué son las aguas residuales?
¿Qué siglas tienen las estaciones depuradoras de aguas residuales?
¿Cuáles son las cinco etapas del proceso de depuración?
¿Mediante qué elementos se retienen los residuos sólidos visibles a simple vista que lleva el agua residual?
¿Cómo se separan las arenas de las grasas?
¿Para qué se tiene que quedar el agua en reposo durante un tiempo en el decantador primario?
¿Qué porcentaje de materia sólida se elimina en esta etapa?
¿Qué se elimina del agua en el reactor biológico?
Completa:
- La zona que no tiene oxígeno es la zona ________________________________________
- La que tiene poco oxígeno se llama_____________________________________________
- La zona ampliamente oxigenada es la zona______________________________________
¿Qué finalidad tiene añadir oxígeno al agua?
¿Qué nombre se le da al agua que sale del reactor biológico hacia los decantadores secundarios?
¿Cómo se llama el proceso por el que se separan los fangos del agua?
¿Qué hacemos en el tratamiento terciario?
¿Con qué se desinfecta el agua antes de devolverla al río?
Cita tres modos de reutilización del agua.
Completa:
- Los fangos producidos se emplean como_________________________________________
- Con el biogas generado se produce_____________________________________________
- Las microalgas sirven para____________________________________________________
¿Es recomendable tirar toallitas o aceite por el inodoro?¿Por qué?
Cuando el agua de la depuradora de Lugo sea devuelta al río, ¿alterará el ecosistema existente?
Qué son las aguas residuales
El agua depurada procede del agua de los desagües de las viviendas y de la industrial (ya usada) y es el que, una vez tratada, sale de la depuradora, donde se le han eliminado los residuos contaminantes que lleva el agua para devolverla de nuevo a su medio natural en el mejor estado posible (ríos, pantanos, etc.).
La Depuración del Agua es un Tratamiento Posterior al Consumo.
La depuración del agua, también conocida como tratamiento del agua residual o tratamiento de aguas residuales, se refiere al proceso de eliminar o reducir los contaminantes presentes en el agua utilizada en actividades humanas antes de ser devuelta al medio ambiente.
Esto incluye las aguas residuales generadas por hogares, industrias, agrícolas, entre otras fuentes.
La composición y las características de las aguas residuales pueden variar significativamente dependiendo de la ubicación geográfica, las prácticas locales y las fuentes de contaminación.
Tipos de aguas residuales
Las aguas residuales son aquellas que resultan de diversas actividades humanas y contienen una variedad de contaminantes.
- Aguas residuales domésticas: Son generadas por actividades cotidianas en hogares, como el lavado de ropa, el uso del baño, la cocina y el lavado de utensilios.
- Aguas residuales industriales: Pueden contener sustancias químicas tóxicas, metales pesados, aceites, disolventes y productos químicos utilizados en los procesos industriales.
- Aguas residuales agrícolas: Son generadas por actividades agrícolas, como el riego, el lavado de equipos y la limpieza de instalaciones.
- Aguas residuales de origen comercial: Son generadas por establecimientos comerciales, como restaurantes, hoteles, oficinas y centros comerciales.
- Aguas residuales de origen pluvial: Son generadas por la escorrentía de las lluvias que arrastran contaminantes presentes en las superficies urbanas, como calles, aceras y techos.
Las aguas residuales no tratadas pueden tener un impacto negativo en los ecosistemas acuáticos y terrestres.
El vertido directo de aguas residuales sin tratar en ríos, lagos o mares puede provocar la eutrofización, es decir, el enriquecimiento excesivo de nutrientes en el agua, lo que conduce al crecimiento descontrolado de algas y la disminución de oxígeno, dañando la vida acuática y alterando los ecosistemas naturales.
Además, si las aguas residuales contienen contaminantes químicos, puede ser tóxica para los organismos vivos.
Etapas de la depuración
El tratamiento implica una serie de procedimientos más complejos que los necesarios para la potabilización del agua porque el volumen de materia orgánica y la variedad de microorganismos son mucho mayores.
En las grandes ciudades se eliminan los sólidos, grasas, residuos orgánicos y microbios que contiene el agua.
- Pretratamiento. Se filtra el agua residual por varios filtros de diferentes tamaños.
- Decantación primaria. Se deja decantar en un tanque decantador para que la arena (más pesada que el agua) se deposite en el fondo.
- Desengrasado. Se quitan las grasas, aceites, espumas y demás materiales flotantes más ligeros que el agua.
- Tratamiento biológico. Se inyectan en al agua unas bacterias (microbios) que digieren (se comen) la materia orgánica presente.
- Tratamiento terciario y desinfección. Se desinfecta con cloro u ozono, como ya vimos en la potabilización.
Para obtener las grasas, aceites y demás productos flotantes se agita el agua insuflando aire hasta que se produzcan burbujas con estos productos que después se retiran, por ejemplo mediante palas.
Después de desengrasar el agua, se vuelve a decantar para que los lodos restantes vayan al fondo.
El tratamiento biológico elimina la materia orgánica y parte de los nutrientes presentes en el agua residual mediante la acción de microorganismos.
Con este tratamiento se logra unos rendimientos de eliminación de la materia orgánica de hasta un 90 %.
El proceso da lugar a la formación de nuevos microorganismos llamado fango biológico.
Estos fangos espesados se someten a un proceso biológico en ausencia de oxígeno, a una temperatura de 35ºC, mediante el cual la mitad de la materia orgánica que contienen se transforma en biogás o gas metano.
Este gas que se produce puede quemarse como combustible para operar la planta de tratamiento.
Para atacar algunos compuestos y con el fin de acelerar el tiempo de reacción, en ocasiones puede hacerse necesario combinar el Ozono con rayos ultravioleta o con ultra sonido, siendo variables las cantidades de Ozono requeridas para tratar un determinado tipo de compuestos, así como el tiempo de contacto necesario.
Ahora este agua ya se puede verter al río o usarse para el riego de jardines, campos de golf o para el lavado de las calles.
Los fangos obtenidos al final de la depuración se someten a un proceso de secado (quitarles el agua).
Los lodos secados se utilizan para hacer abonos, para ser quemados o enterrado en vertederos pero siempre por un gestor autorizado.
Reutilización y protección ambiental
La depuración de aguas residuales permite que el agua tratada se reutilice en diversas aplicaciones, como riego agrícola, usos industriales y recarga de acuíferos.
Esto ayuda a conservar los recursos hídricos y reduce la demanda de agua dulce, especialmente en regiones donde la escasez de agua es un desafío.
Las aguas grises son mucho más fáciles de reutilizar que las negras, las negras hay que depurarlas obligatoriamente.
La depuración de aguas residuales es de vital importancia, puesto que pueden contener una amplia gama de contaminantes, incluyendo microorganismos patógenos, productos químicos tóxicos y compuestos orgánicos.
Si estas aguas residuales se liberan sin tratamiento adecuado en el medio ambiente, pueden contaminar fuentes de agua potable y causar enfermedades graves en la población.
Por último, la mayoría de los países tienen regulaciones y normativas que exigen el tratamiento de aguas residuales antes de su liberación al medio ambiente.
Comparación entre potabilización, depuración y filtración
| Proceso | Origen del agua | Objetivo principal | Resultado |
|---|---|---|---|
| Potabilización | Ríos, embalses, lagos o aguas subterráneas | Eliminar contaminantes y microorganismos para hacer el agua apta para el consumo humano | Agua potable |
| Depuración | Agua utilizada en hogares, industrias, actividades agrícolas y comercios | Reducir la carga contaminante antes de devolver el agua al medio ambiente o reutilizarla | Agua depurada no potable |
| Filtración | Agua que se somete a tratamiento | Retener partículas y sustancias suspendidas | Agua con menor cantidad de sólidos y partículas |
La potabilización y la depuración del agua son dos procesos relacionados, pero diferentes en su enfoque y objetivos.
La potabilización del agua se refiere al conjunto de procesos destinados a convertir el agua cruda o no apta para el consumo humano en agua potable, es decir, agua que cumple con los estándares de calidad y es segura para el consumo humano.
Por otro lado, la depuración del agua, también conocida como tratamiento del agua residual o tratamiento de aguas residuales, se refiere al proceso de eliminar o reducir los contaminantes presentes en el agua utilizada en actividades humanas antes de ser devuelta al medio ambiente.
Por último, la filtración del agua es un proceso específico dentro de la potabilización o la depuración del agua que se utiliza para eliminar partículas y sustancias suspendidas en el agua.
El agua depurada NO es potable, aunque esté depurada, no es apta para el consumo humano.
Ejercicio 2. Geometría aplicada a una estación depuradora
Vamos a comprobar cómo la ingeniería recurre a la geometría para conseguir depurar el agua.
A continuación verás la fotografía de una planta depuradora de aguas residuales. ¿No ves muchas figuras y cuerpos geométricos? Los depósitos, los tanques, las tuberías… todos son cuerpos geométricos más o menos complejos.
Actividad 2A. Identificación de formas y cuerpos geométricos
Fíjate en los elementos numerados. Después, completa la tabla.
Busca la información sobre las áreas y los volúmenes en el TEMA de GEOMETRÍA.
Para rellenar la columna NOMBRE, elige entre los siguientes: Decantador secundario; reactor biológico anaerobio/anóxico; reactor biológico aerobio; zona de lodos (digestor anaerobio) ;depósito de gas metano; edificios de secado térmico; edificio de control; pretratamiento y decantación primaria
Debes saber que se pueden repetir algunos nombres y algunas formas y/o figuras geométricas.
| Marca | Nombre (qué parte de la planta es) | En 2D, mirándolo desde arriba, tiene forma de… | Fórmula para calcular su área | En 3D es un… | Fórmula para calcular su volumen |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 | |||||
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| 5 | |||||
| 6 | |||||
| 7 | |||||
| 8 |
Actividad 2B. Cálculo de dimensiones de los decantadores
Una vez visto el vídeo de la estación depuradora de Lugo e identificada la forma de cada uno de los elementos de la planta, vamos a calcular las dimensiones de algunos de ellos.
1. Decantadores primarios
Si cada uno de los decantadores primarios tiene una capacidad (volumen) de 3240 m³ y mide 34 m de diámetro, .
Ayuda: recuerda que el diámetro es dos veces el radio (D=2R)
¿Qué área tendrá su base circular?
¿Qué profundidad (altura) tendrá?
¿Cuál es el volumen de agua que albergan los seis decantadores?
| Datos | A) Área de su base | B) Altura | C) Volumen total de los seis decantadores |
|---|---|---|---|
| Diámetro: 34 m Radio: 17 m Volumen de un decantador: 3240 m³ | Fórmula: A = π · r² Cálculos: Solución: | Fórmula: V = A · h Cálculos: Solución: | Fórmula: Vtotal = 6 · V Cálculos: Solución: |
2. Sección de las tuberías
Las tuberías que conducen el agua desde los decantadores primarios al reactor biológico miden 1500 mm de diámetro, ¿Cuál será su sección (área)?
Para resolver el problema hay que expresar primero el diámetro en metros y calcular el radio a partir de la relación D=2R.
La sección circular se obtiene mediante la fórmula A = π · r².
3. Dosificación de cloro
Si, para prevenir el desarrollo de microorganismos, se añade una gota de cloro a un volumen equivalente a cinco bañeras de agua y las dimensiones estándar de una bañera son 80 cm x 150cm x 60cm, ¿Cada cuántos cm³ de agua hay que añadir una gota de cloro?
El volumen de una bañera se calcula multiplicando sus tres dimensiones.
El volumen equivalente a cinco bañeras se obtiene multiplicando por cinco el volumen de una bañera.
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