Características Químicas y Procesos de Potabilización del Agua

Propiedades Químicas del Agua

Parámetros Químicos Fundamentales

• Dureza: Se refiere a un parámetro importante del agua potable, relacionado principalmente con la concentración de iones de calcio y magnesio.
• Conductividad: Las soluciones acuosas con mayor concentración de iones presentan una mayor conductividad eléctrica, lo que indica la presencia de sales inorgánicas disueltas.
• Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): Es la cantidad de oxígeno que necesitan los microorganismos para descomponer la materia orgánica biodegradable en una muestra de agua, a 20°C durante un periodo de 5 días. Se utiliza comúnmente para evaluar la contaminación orgánica en aguas, incluidas las residuales.
• Demanda Química de Oxígeno (DQO): Mide la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar químicamente la materia orgánica en una muestra de agua, utilizando un oxidante fuerte. Incluye la mayoría de los compuestos orgánicos (con excepción de algunos compuestos aromáticos volátiles como el benceno, C₆H₆). La prueba se realiza comúnmente utilizando dicromato de potasio (K₂Cr₂O₇) en medio ácido durante dos horas.
• Carbono Orgánico Total (COT): Mide la totalidad del carbono presente en los compuestos orgánicos de una muestra de agua y se expresa habitualmente en miligramos de carbono por litro (mg C/L). Es una prueba instrumental rápida y precisa.
• Contenido de Materia Orgánica: Se refiere a la presencia de diversos compuestos orgánicos en el agua. Su fracción biodegradable se relaciona con la DBO, mientras que su oxidabilidad química general se relaciona con la DQO y el COT.

Caracterización y Clasificación del Agua

Caracterización según Origen y Uso

La caracterización del agua se realiza en función de su origen y el destino previsto para su uso, considerando categorías como: consumo interno (doméstico), consumo público, uso en la agricultura y uso industrial (fábricas).

Clasificación General de las Aguas

Las aguas se pueden clasificar de diversas maneras, incluyendo:

• Agua destilada
• Agua de suministro (generalmente potable)
• Aguas residuales (domésticas o industriales)
• Aguas salobres
• Agua de mar

Fuentes de Abastecimiento de Agua

Las principales fuentes para el abastecimiento de agua incluyen:

• Agua de lluvia
• Lagos y ríos (aguas superficiales)
• Embalses / Presas
• Agua subterránea
• Acuíferos (explotados mediante pozos) y manantiales
• Agua de mar (requiere procesos de desalación)
• Icebergs (potencial fuente futura)
• Reutilización del agua (sujeta a estrictas regulaciones; por ejemplo, la reutilización directa para consumo humano no está generalizada en España, aunque se aplica en otros contextos y para otros usos).

Tratamiento de Aguas para Consumo Humano

Principios del Tratamiento de Agua

El tratamiento del agua tiene como objetivo transformar el agua cruda (superficial o subterránea) en agua potable, segura para el consumo humano. Este proceso implica fundamentalmente dos tipos de operaciones principales:

• Eliminación física de sólidos en suspensión y disueltos (principalmente materia mineral y partículas orgánicas).
• Desinfección química o física (eliminación o inactivación de microorganismos patógenos).

Las prácticas de tratamiento pueden variar considerablemente de un sistema a otro, dependiendo de la calidad del agua fuente y los estándares requeridos para el agua tratada. Sin embargo, generalmente se aceptan cuatro técnicas básicas en la potabilización convencional:

Técnicas Fundamentales de Potabilización

1. Coagulación y Floculación

   La coagulación es el proceso inicial destinado a desestabilizar y agrupar las partículas coloidales y en suspensión fina presentes en el agua, que causan turbidez y color. Se añaden productos químicos, como el sulfato de aluminio (alumbre), cloruro férrico u otros coagulantes. Estos neutralizan las cargas de las partículas, permitiendo que se unan. Seguidamente, en la floculación, se promueve la formación de partículas más grandes y pesadas llamadas "flóculos" mediante una agitación suave. Estos flóculos aglutinan la suciedad y otras impurezas.

2. Sedimentación

   Este proceso aprovecha la fuerza de la gravedad para separar los flóculos formados durante la coagulación y floculación, así como otras partículas más densas que el agua. El agua se introduce en grandes tanques de sedimentación (o decantadores) donde el flujo es lento, permitiendo que los sólidos se asienten en el fondo. El lodo acumulado se retira periódicamente, y el agua clarificada de la parte superior pasa a la siguiente etapa de tratamiento.

3. Filtración

   Tras la sedimentación (o directamente después de la coagulación-floculación en algunos sistemas de tratamiento directo), el agua es forzada a pasar a través de lechos filtrantes. Estos filtros suelen estar compuestos por capas de arena, grava, antracita, carbón activado u otros materiales porosos. Este proceso elimina las partículas sólidas más pequeñas y flóculos que no fueron removidos eficazmente por la sedimentación. El agua con impurezas ingresa al filtro por la parte superior y, por gravedad o presión, atraviesa las capas filtrantes. Los sólidos quedan retenidos en el medio filtrante, y el agua clarificada y más limpia emerge por la parte inferior del filtro.

4. Desinfección

   Propósito de la desinfección: Es la etapa final y crucial del tratamiento, diseñada para eliminar o inactivar cualquier microorganismo patógeno restante (bacterias, virus, protozoos) y así asegurar que el agua potable sea microbiológicamente segura para el consumo humano, previniendo enfermedades transmitidas por el agua.

   Métodos de desinfección: Existen varios métodos para desinfectar el agua. La elección del método depende de factores como la calidad del agua, costes, subproductos de desinfección y efectividad requerida. Uno de los métodos más comunes es:

   • Cloración

     El cloro es el desinfectante más utilizado a nivel mundial debido a su efectividad, bajo coste y capacidad para mantener un residual desinfectante en el sistema de distribución. La adición de una pequeña cantidad de cloro es muy eficaz contra la mayoría de las bacterias y virus, y muchos protozoos. Sin embargo, algunos quistes de protozoos parásitos (formas resistentes) pueden requerir dosis más altas o tiempos de contacto más largos, o métodos de desinfección alternativos/complementarios. El cloro se puede aplicar al agua en diversas formas:

     • Cloro elemental (cloro gas, Cl₂)
     • Solución de hipoclorito de sodio (NaClO, comúnmente conocida como lejía)
     • Hipoclorito de calcio (Ca(ClO)₂, en forma sólida o en polvo)

     Independientemente de la forma aplicada, todas generan ácido hipocloroso (HOCl) e ion hipoclorito (OCl^-) en el agua, conocidos como "cloro libre", que son los agentes desinfectantes activos.