Kitabı oku: «Suministro, Distribución y Evacuación Interior de Agua Sanitaria», sayfa 11

Alberto Soriano Rull, Francisco Javier Pancorbo

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4.1.1.4 Desalinización y otros recursos

Ante la evidente falta de recursos hídricos o la imposibilidad de potabilizar el agua existente por su carga de contaminación, la sociedad busca cada vez más, recursos complementarios y/o alternativas de suministro.

La procedencia de estos recursos es diversa y pasa por aprovechar para fines industriales, acuíferos contaminados no aprovechables para el consumo de agua potable, ya que su depuración es inviable, pero que pueden utilizarse para otras aplicaciones distintas al consumo de boca, lo que permitirá un ahorro del agua potabilizada. El agua no potable requiere de un tratamiento y de unas precauciones mínimas, ya que hay que saber mediante analíticas específicas, sus componentes y la toxicidad de los mismos en función del uso que se le va a dar.

Una situación similar se presenta en el aprovechamiento de aguas procedentes de los niveles freáticos o de surgencias en instalaciones subterráneas (instalaciones de metro, tren, sótanos, etc.).

Existe la creencia de que la comercialización del agua no potable es barata, nada más erróneo, ya que requiere de fuertes inversiones para volúmenes reducidos.

Con el empleo de la tecnología actual, podemos conseguir mediante la utilización de la osmosis inversa, tratamiento con ozono, etc. potabilizar agua que hace pocos años era rechazada, evidentemente los costos de estos tratamientos son altos, pero la situación actual hace que empiecen a ser, en términos medioambientales y ecológicos, asumibles.

Otro recurso complementario y/o alternativo de suministro de agua potable, es la desalinización del agua de mar. En este caso, podemos decir lo mismo que en los anteriores, la situación actual hace viable el uso de estas plantas pese a su consumo energético.

Desalinización

Una de las técnicas para paliar y/o compensar la escasez de agua procedente de ríos, embalses, acuíferos, etc. consiste en la utilización del agua de mar desalada. Aún así, este proceso tan sólo es rentable en zonas costeras y áreas cercanas.

Las instalaciones donde se realizan los procesos de extracción del agua de mar y su tratamiento, para convertirla en agua potable, se denominan plantas desalinizadoras o desaladoras.

La captación se realiza a través de un conjunto de tuberías de aspiración (emisario submarino) situadas a gran profundidad y a unos pocos kilómetros de la costa y de la propia planta desalinizadora. En la misma costa, se instala una estación de bombeo que aspira el agua desde el emisario y la impulsa hacia la planta de tratamiento. Dentro de esta, el agua salada del mar, inicia el proceso para convertirse en agua potable de consumo humano.

Figura 4.5 Esquema de una toma de captación abierta, bajo el mar

Los principales tratamientos en el interior de la planta, para la desalinización del agua, son actualmente:

• Tratamiento por destilación: consiste en provocar la evaporación, mediante el calentamiento de un cierto volumen de agua, y su posterior enfriamiento y condensación. De esta forma, el agua queda libre de la mayor parte de sales (agua destilada), siendo necesario posteriormente la mezcla con aguas con mayor contenido en sales, para equilibrar su aptitud al consumo de boca.

• Tratamiento por membranas: este tipo de tratamiento puede realizarse mediante dos tecnologías distintas:

– Electrodiálisis.

– Osmosis inversa.

Ambos tratamientos consisten básicamente en provocar el paso de determinados volúmenes de agua a través de unas membranas semipermeables (de naturaleza polímera o cerámica) que actúan como una barrera selectiva, permitiendo el paso de determinadas micro-partículas y micro-organismos, reteniendo a otros. Para conseguir que las partículas atraviesen las membranas se requerirá de una presión, la diferencia entre un proceso y otro dependerá de la tecnología utilizada para aplicar dicha presión.

En el primer caso, lo que se genera para producir presión es una diferencia de potencial eléctrica.

En el segundo, lo que se provoca para la separación de las partículas es una diferencia de presión, entre ambos lados de la membrana dependiendo del tamaño de las moléculas a separar, este proceso puede llamarse (de mayor a menor grado de paso o calibre de partículas):

• Microfiltración.

• Ultrafiltración.

• Osmosis inversa.

La tendencia actual en buena parte de las plantas desalinizadoras está centrada, en las tecnologías de membrana y, muy concretamente, en los sistemas de ósmosis inversa, debido a:

• Menor consumo eléctrico, respecto a otros sistemas de tratamiento.

• El coste energético depende de la salinidad del agua bruta.

• Su modularidad permite gran flexibilidad en futuras ampliaciones de las plantas.

• Los costes de inversión son menores que utilizando otras tecnologías.

El agua una vez bombeada al interior de la planta, atraviesa diversas fases de filtrado, antes de pasar a las unidades de tratamiento por osmosis inversa. Para equilibrar los valores de dureza, acidez y también sus propiedades organolépticas, sometiéndose finalmente, a un tratamiento de remineralización, donde se dosifican las cantidades oportunas de sales (cal…) y dióxido de carbono, así como un último tratamiento de cloración, previo a su distribución final.

El agua de mar tiene aproximadamente 35 g de sal por litro de agua, al acabar el tratamiento descrito, se consiguen aproximadamente unos valores máximos de 4 g de sal por litro, valor perfectamente asumible para el consumo humano.

En el siguiente esquema, se muestra el ciclo de captación y tratamientos en una central desalinizadora.

Figura 4.6 Esquema del ciclo de tratamiento en una planta desalinizadora

4.2 Tratamiento del agua en origen

El objetivo de una planta potabilizadora de agua es proporcionar agua a la red de distribución con la mejor calidad higiénico-sanitaria posible, cumpliendo los requisitos que establezca la reglamentación vigente. Para conseguirlo será necesario realizar el tratamiento adecuado.

A continuación, vamos a describir los diferentes procesos necesarios para la obtención del agua potable.

4.2.1 Desbaste y filtrado

Su finalidad es la eliminación de las partículas en suspensión relativamente grandes como, por ejemplo, restos de hojas, ramas, animales, etc. El desbaste se realiza mediante rejas, la separación de las cuales permite la retención de los elementos anteriormente citados.

4.2.2 Preoxidación

Es uno de los procesos más importantes de una estación potabilizadora-depuradora. Cuando se realiza con cloro o sus compuestos, se acostumbra a llamar pre-cloración. Su objetivo es eliminar del agua aquellas sustancias que puedan causar problemas en los procesos siguientes o evitar la aparición y/o el desarrollo de organismos, principalmente algas, que posteriormente serían difíciles de eliminar. Así se puede eliminar el hierro y el manganeso, oxidar el amoniaco, los nitritos y nitratos y la mayoría de materia orgánica evitando el crecimiento de algas.

El compuesto normalmente usado en este proceso es el cloro gaseoso o el hipoclorito sódico.

Figura 4.7 Instalaciones para el tratamiento de preoxidación (cloro gaseoso / hipoclorito sódico)

4.2.3 Coagulación-Floculación

Las aguas superficiales contienen partículas en suspensión que es necesario coagular y aglutinar para precipitarlas después. La floculación es un proceso físico-químico que se provoca al adicionar al agua determinados productos químicos llamados coagulantes.

Este proceso da lugar a ciertas reacciones químicas, con formación de precipitados, y se produce, además, un efecto físico de neutralización de las cargas electronegativas que poseen las partículas en suspensión.

Figura 4.8 Instalaciones para el tratamiento de coagulación-flocuación

De estos dos efectos se produce la formación del flóculo que resulta de la aglomeración de los precipitados químicos con las materias en suspensión en el agua. El coagulante más utilizado es el sulfato de alúmina, que combinado con ayudantes de floculación de alto peso molecular forman flóculos suficientemente grandes.

4.2.4 Sedimentación-Decantación

Una vez mezclada el agua cruda con los coagulantes y el cloro, el agua llega a los tanques de sedimentación. En estos tanques el agua sigue un lento recorrido vertical ascendente. El proceso de floculación y de sedimentación se realiza simultáneamente.

En la decantación se separan los flóculos que se extraen, en forma de fangos.

Los fangos sufren un tratamiento, que permite su utilización posterior en procesos industriales (fabricación de productos para la construcción), preservando así el medio ambiente.

Figura 4.9 Instalaciones para el tratamiento de sedimentación-decantación

4.2.5 Filtración

La filtración es el proceso para la obtención de un agua perfectamente clarificada y tiene como misión la de retener las pequeñas partículas que puedan existir en el agua después del anterior proceso.

En general, el sistema se realiza haciendo pasar el agua decantada a través de una capa de material granular inerte. Normalmente, se utiliza arena silícea.

Figura 4.10 Instalaciones para el tratamiento de filtración

4.2.6 Absorción

En este proceso se utiliza la capacidad que tienen algunos materiales para retener algunos compuestos y moléculas orgánicas que puede producir olores y sabores desagradables al agua. Normalmente, se utiliza con este fin, el carbón activo.

4.2.7 Desinfección

La etapa final del proceso de tratamiento de aguas potables es siempre una desinfección. Incluso, en algunos casos de plantas muy sencillas, esta es la única etapa del proceso.

La desinfección tiene como principal objetivo eliminar los gérmenes patógenos existentes, así como servir de protección para futuras contaminaciones. La legislación especifica claramente que «las aguas potables de consumo público tendrán que contener a lo largo de toda la red de distribución del sistema de abastecimiento, y en todo momento, cloro residual libre o combinado o otros agentes desinfectantes en las concentraciones que determine la autoridad sanitaria».

Uno de los aspectos más controvertidas respecto al tratamiento de desinfección con cloro, reside en el índice de trihalometanos (THM) que contiene el agua tratada. Los THM se forman por la reacción de la materia orgánica con el bromo, fruto de la oxidación de los bromuros en el proceso de cloración.

La materia orgánica y la suciedad, reaccionan al entrar en contacto con el cloro y produce hasta 600 compuestos diferentes, de entre ellos, algunos con riesgo de provocar el desarrollo de agentes cancerígenos, a largo plazo. Aún así sería falso afirmar de forma genérica, que todos los tratamientos de cloración son cancerígenos.

Este hecho, provoca que con mayor frecuencia las empresas dedicadas a la explotación y gestión del agua potable, se planteen otros tratamientos descritos en el siguiente apartado.

Figura 4.11 Instalaciones para el tratamiento de desinfección

4.2.8 Otros tratamientos

Existen otros tratamientos de desinfección complementarios y/o alternativos a la cloración como son:

• Desinfección por osmosis inversa (sistema de membranas).

• Desinfección por ozonización.

• Desinfección con rayos ultravioletas.

• Desinfección con otros compuestos halogenados, distintos del cloro.

• Desinfección por tratamiento con sales de plata o sales plata-cobre.

De ellos, los más empleados en instalaciones para el abastecimiento de agua potable, son los tres primeros.

Figura 4.12 Instalaciones para el pretratamiento y bombeo a membranas osmóticas

4.3 Distribución del agua - Redes de abastecimiento

El abastecimiento de agua potable a núcleos habitados se efectúa por medio de una red de transporte y distribución exterior, cuyo fin es garantizar que en todos los puntos exista el caudal preciso y la presión conveniente, asegurando la calidad de agua requerida, evitando así cualquier posible contaminación desde el punto de captación hasta los puntos de consumo de los abonados.

Las redes de transporte y distribución en las aglomeraciones urbanas, están atendidas tanto por entidades privadas como por la propia administración pública, con estructuras lo suficientemente equipadas para ocuparse de su funcionamiento y mantenimiento.

Fundamentalmente las redes de transporte y distribución exterior estarán compuestas por canalizaciones (tuberías de medio y gran diámetro) y todos aquellos dispositivos que harán factibles su maniobra.

Las conducciones de transporte y distribución general de agua seguirán la topografía del terreno, con sus consiguientes variaciones de recorrido, salvando todos aquellos elementos propios de otros servicios ya existentes (redes de saneamiento, gas u otros servicios). Igualmente deberán disponer de toda una serie de elementos propios para su gestión y maniobra (válvulas de corte y sectorización, ventosas, descargas, etc.).

El esquema básico de una red de abastecimiento de agua, podrá tener la siguiente configuración, por lo que a su estructura conductiva respecta.

Figura 4.13 Esquema estructural de las diferentes redes para suministro de agua

En las próximas páginas se desarrolla de forma simplificada la descripción genérica de cada una de estas fases.

4.3.1 Tipos de tubería

Son las conducciones que tienen como misión transportar el agua de la alimentación al depósito para su distribución y si fuera necesario de un depósito a otro.

Generalmente son tuberías de un diámetro considerable. No tienen conexiones a la red de distribución y según las necesidades del suministro el agua transportada está elevada por un grupo de bombeo o impulsión.

4.3.1.1 Tuberías de impulsión-distribución

En redes que suministren una colectividad pequeña es frecuente adoptar este sistema, aunque este tipo de tuberías pueden encontrarse en redes de suministro de más importancia, dependiendo de las características de las mismas. La tubería, mediante un grupo de bombeo, eleva el agua a un depósito, pero a la vez está conectada a la red de distribución: ello transformará el depósito en un componente de reserva y final, obteniendo capacidad cuando el consumo descienda. Cuando el depósito está lleno obviamente, las bombas instaladas al principio no funcionarán.

4.3.1.2 Tuberías principales o arterias

Sus diámetros son directamente proporcionales a la magnitud del abastecimiento, suministrando a sectores completos de red, actuando como líneas maestras de alimentación. Su misión es abastecer a las tuberías secundarias de diámetro inferior.

Dadas estas características, son tuberías a las que no se les aplica tomas directas para el usuario, salvo en casos excepcionales.

4.3.1.3 Tuberías secundarias

Esencialmente este tipo de tuberías son las que aportan el suministro al abonado, conectándose a ellas las acometidas. Su diámetro es inferior o muy inferior al de las principales y directamente proporcional a la necesidad del suministro solicitado.

4.3.2 Redes de distribución

Los sistemas de redes de distribución pueden reducirse fundamentalmente a tres:

• Red ramificada.

• Red mallada.

• Red mixta.

4.3.2.1 Red ramificada

El sistema ramificado consiste en una tubería principal o arteria de la que se derivan tuberías secundarias que se ramifican en otras. En este tipo de red, cada punto recibe el agua por un solo camino, siendo en consecuencia los diámetros cada vez más reducidos, a medida que las tuberías se alejan de la arteria. Tiene este tipo de red el gran nconveniente de que una avería, en un punto de la misma, deja en seco toda la red situada a continuación.

Hoy en día, teniendo en cuenta las garantías de servicio exigidas en instalaciones urbanas, no es aconsejable este sistema. En caso de emplearse este sistema, debe considerarse que el estancamiento del agua en los extremos de las tuberías puede alterar sus cualidades organolépticas. Ante esta situación, en todo final de tubería debe instalarse una boca de aire, a través de la cual procederemos a drenajes periódicos para mantener una calidad del servicio correcta.

Procuraremos no instalar ninguna acometida a menos de 2 m del final de la tubería para evitar la entrada de depósitos acumulados en la mencionada acometida.

Las redes ramificadas deben ser utilizadas en núcleos urbanos de como máximo 1.000 habitantes con una configuración urbana lineal.

Las arterias tendrán una longitud máxima de 1.000 m y seguirán el eje de los núcleos. Los distribuidores tendrán una longitud máxima de 300 m (ramales ciegos).

Figura 4.14 Ejemplo gráfico de red ramificada

4.3.2.2 Red mallada

El sistema mallado o reticular une los extremos de la red anterior y el agua puede llegar a un punto determinado por varios caminos. En estas redes existe un problema de indeterminación del sentido de circulación del agua, pero tiene la gran ventaja de que en caso de avería, y si la red está bien diseñada y dotada de válvulas, el agua llega a la totalidad de los usuarios conectados a la misma.

Si el diseño de la red es ajustado y equilibrado, nos permitirá sectorizarla en pequeñas subredes, que en caso de avería podremos aislar. Se procurará mallar siempre que sea posible, la red ramificada, uniendo sus extremos ya que con ello conseguiremos un aumento de la seguridad y calidad del servicio.

Las redes malladas en definitiva serán más compensadas hidráulicamente y con mayores posibilidades de un servicio efectivo además de una gran agilidad de maniobra.

La separación máxima entre los lados opuestos de una malla será de 900 m y la mínima de 250 m. La superficie máxima de una malla será de 30 Ha y la mínima de 9 Ha. Cada malla abastecerá un máximo de 1.500 viviendas y a un mínimo de 500. Cuando el núcleo tenga menos de 500 viviendas se dispondrá una sola malla. Los distribuidores estarán conectados entre si, y/o a las arterias.

La red quedará dividida en sectores mediante válvulas de paso, de manera que, en caso necesario, cualquiera de ellos pueda quedar fuera de servicio y de este modo facilitar las operaciones de limpieza y de mantenimiento que son necesarias efectuar con carácter periódico.

Todas estas evidentes ventajas no se contradicen con el uso de las redes ramificadas como inicio de diseño, además en determinadas ocasiones el hecho de cerrar circuitos, comportaría unas inversiones sin ningún sentido momentáneo.

Tendremos en cuenta durante el diseño y cálculo de la tubería, el futuro urbanístico de la zona, el posible mallado posterior y las demandas hidráulicas futuras.

Por tanto y como resumen, podremos establecer que las principales ventajas de un sistema de distribución mallado frente a uno ramificado son:

Figura 4.15 Ejemplo gráfico de red mallada