Teoría y práctica de la purificación del agua "El agua es esencial para la creación vegetal y animal, ya sea como alimento u otros propósitos, que su importancia probablemente sobrepasa la de cualquiera otra sustancia de la gran variedad que el autor de ia naturaleza nos regaló. La salud, el bienestar y el placer de la humanidad requieren un abastecimiento de agua abundante y, por consiguiente, si la utilidad es un criterio justo de valor debe dársele una atención particular a las invenciones y actividades que tienen por objetivo suministrarla, fácil y generosamente, en un estado limpio y saludable". W Matthews, 1835 En nuestra profesión, a veces nosotros nos vemos favorecidos por alguien que dedica sus esfuerzos a pasar el resto de nosotros, viejos y jóvenes, los beneficios de su experiencia. Pero, con menos frecuencia, nos vemos favorecidos por un profesional que · entrega su vi,d~ a conseguir una comprensión profunda de los factores que influencian muchas de nuestras decisiones y diseños, y que los ha puesto en práctica. Jorge Arboleda ValenCia es uno de esos profesionales. Su libro nos entrega esa prpfundidad de conocimientos q~e pocos de nosotros tenemos la fortuna de poseer. . Y ó disfruté por largo tiempo de su primera edición y estoy ansioso de contar con la versión ampliada de la misma. Aprecio el esfuerzo que ha requerido prepararlo y recomiendo su contenido a todos los que desean aprender más acerca de nuestro campo, y particulart:llente, a aquellos que usarán sus enseñanzas para mejorar su des~mpeño profesional. Su trabajo ha afectado profundamente los proyectos de tratamiento del agua en América Latina .Y en e(iñ.undo. Es para mí un gran privilegio respaldar su mensaj

8. TEORlA lA FllTRACION DEl AGUA Historia de la Filtración .... .... ... .. ... . .. ...... .. .. .. .. . .. ... .. . . . ... . . . .. . .. . . .. . .. .. .. .. .. . .... .. . 3 64 Mecanismos Responsables de la Filtración.............................................. 367 Transporte de Partículas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 8 Cernido ........................................................................................................ 368 Sedimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 8 Intercepción................................................................................................. 3 7 O Impacto Inercial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 1 Difusión . .. ... .. .. .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .... .. .. .. . ... . . .. .. . .. .. .. .. .. . .. . . ... .. .. .. .. .. . .. .. .. . 3 71 Acción Hidrodinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 3 Importancia Correlativa de los Mecanismos de Transporte..................... 3 7 3 Adherencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 5 Fuerzas de Van Der Waals .. .... ... .. . .. .. .. .. .. ... .... .. .... .. .. .. ... .... .. .. . .. ... .. ... . .. .. .. . .. .. 3 7 5 Fuerzas Electroestáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 6 Puente Químico........................................................................................... 377 Mecanismos Responsables de la Filtración Biológica . .. .. .. . .. .. . ... .. .. . .. . ... . 3 7 8 Modelos Matemáticos de la Filtración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. 3 7 9 Modelo de Mintz y Krishtul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 3 Otros Modelos ............................................................................................ 3 84 Ecuaciones para Determinar la Pérdida de Carga en el Lecho Filtrante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 8 1 Análisis Granulométrico de Materiales Granulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . 3 8 9 Pérdida de Carga Inicial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~J9f Régimen de Flujo . .. .. . ..... .. .. .. . ..... .. .. ... ... . .. .. .. . .... .. ... . .. .. .. ... . .. . ..... ... . .. .. .. . .. . ... . . 3 94 Lechos de granos des uniformes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3% Pérdida de Carga Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 Factores que Influyen en la Filtración .... .. . .... .. ... ... .... .. .. .. . ... . . .. ......... .. .. . .... .. 401 Tipo de Medio de Filtrante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 Velocidad de Filtración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 Tipo de Suspensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
IV CONTENIDO Características Físicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 Características Químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 Influencia de la Temperatura........................................................................ 405 Dureza de Floc. .. . . . . . . . .. .. . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. .. . .. . .. . . .. .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. .. .. . . .. . 4()7 Acondicionamiento del Floc Afluente .. . . . . .. . . . . . . . . . .. .. . . . . .. . . . .. . . . . . . . . .. . . .. . . . . . ... .. 408 Teoría del Lavado de Medios Filtrantes Granulares ................................... 412 Fluidificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 Cálculo de la Pérdida de Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 Expansión del Medio Filtrante..................................................................... 415 Cálculo de la Porosidad................................................................................ 415 Fluidificación Mínima................................................................................... 418 Estratificación de Partículas ........................................................................ 418 Fórmulas Básicas ......................................................................................... 418 Fluidificación de Lechos con Partículas de Distinta Densidad.................. 421 Cálculo de la Expansión .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. . . . .. .. . .. .. .. .. .. ... . . . .. .. ... .. .. . .. . .. ... . .. .. . .. .. . . 425 Mecanismos Responsables de la Limpieza de los Medios Granulares durante el Lavado ....................................................... 431 Expansión y Gradiente de Velocidad Óptimos.......................................... 432 Interpretación de las Ecuaciones de Gradiente de Velocidad .................. 433 Bibliografía.................................................................................................. 435 DISEÑO DE UNIDADES DE FILTRACION Filtros Químicos ......................................................................................... 439 Filtros Biológicos....................................................................................... 439 Filtros Rápidos Convencionales . .. .. .... ... .. .. .. .... ... . .. .. . .. . .. . . .. .. . .. ... .. . .. . .. .. . ..... 441 Medio Filtrante............................................................................................ 442 Arena ................................................................................................ ;........... 443 Antracita....................................................................................................... 444 Otros Materiales para Medios Filtrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. 444 Grava............................................................................................................. 444 Lechos Mixtos con Material de Diferentes Densidades . ... . .. .. . . . ... ... .. . .. .. . 446 Características de los Medios Filtrantes .. .. . . ... .. . .. .. .. . .. .. . ... . .. . . .. . . . . .. .. . . . . .. ... 446 Diseño de los Lechos Múltiples . ... . .. .. .. .. .. .. .. . . . . . . . . .. .. . .. .. .. . . .. . .. .. . .. . . . . . . .. ... .. . 44 7 Números de los Medios por Usar.............................................................. 44 7 Tamaño y Peso Específico de los Granos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 8 Espesor de cada Lecho ............................................................................... 450 Soporte del Lecho Inferior......................................................................... 451 Filtros de Capa Profunda............................................................................ 451 Antecedentes ............................................................................................... 451 Parámetros de Diseño................................................................................. 453 Rata de Filtración o Carga Superficial....................................................... 454
Pérdida de Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 Presión Negativa.......................................................................................... 460 Profundidad de la Capa de Agua sobre el Filtro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 Lavado del Filtro . .. . .. . . .. . . . . ... . .. . .. .. . .. . . . . .. . . .. .. . . . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . . . . .. ... .. .. . . .. .. . . .. . . . .. 462 Modalidades de Lavado de Filtros .. . . . .. . . . . .. . . . . . .. . . ....... .. .. .. .. . . . . . .. .. .. . ... .. .. .. .. .. 466 Lavado Ascendente con Agua . . . .. .. . .. .. .. . .. .. . ... . .. . .. . .. .. . . . .. . . .. .. .. .. . .. . . .. .. .. .. .. . .. 467 Lavado Auxiliar con Agua . . .. . . . .. . . . ... .. . . . ... . .. .. . .. .. .. . . .. .. . ... . .. .. .. .. . . . . . .. .... .. .. . . .. . . 468 Lavado Auxiliar con Aire .. . . .. . . . . .. . .. . .. .. . . . . . .. .. . .. .. .. . .. . .. .. .. .. . .... .. .. .. . ... . .. .. .. .. .. . .. 471 Métodos para Aplicar el Agua de Lavado.................................................. '" 471 Tanque Elevado ........................................................................................... 471 Lavado con Bomba ... . ... .. . .. .. .. . .. .. . . .. .. . ... . .. .. .. . . . .. . .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. .. . .. . . .. .. .. .. .. .. . .. 474 Lavado con Flujo Proveniente de Otras Unidades ..................................... 474 Lavado Continuo . . .. . . . .. .. . .. .. . .. . .. .. . .. . . . .. .. .. . .. .. . .. .. ... .. . .. .. .. . . . . ... .. . . ... .. .. .. . . .. .. .. . .. 476 Sistemas de Recolección del Agua de Lavado . . .. .. . . . . ... . . .. . .. .. ... .. . . . . .. . . .. .. .. .. 477 Sistemas de Drenaje .. . . . . .. .. . . . . . .. ... . .. .. . .. .. .. . .. . . . . . ... . . .. . . . .. .. .. . .. . . .. .. .. . .. . . .. .. . . .. .. . .. 480 Tuberías Perforadas para Trabajo con Bloques y Grava ............................ 481 Boquillas Plásticas Patterson Candy . . .. .. . . . .. .. . . .. . .. . .. . . . .. . . . . .. . . . .. .. . . .. . ... .. ... . . .. . 482 Fondo Weeler .. .. .. . . .. . .. ... .. ... .. .. . .. .. . .. . .. . . . ... . .. .. . .. .. ... . .. .. . . .. . .. .. .. .. .. . . . . . .. . . . . .. . ... . . . 483 Fondo Leopold. .. .. .. .. . . . . .. .. . .. ........ .. . .. .. . ... . .. . ... . . . .. . .. .. . .. . ... . .. . . . . .. .. . .. .. . . .. .. .. . . ... . 484 Boquillas ...................................................................................................... 486 Fondos Prefabricados . . . .. . .. . .. .. ... . .. . . .. . .. .. .. . ... . ..... .. . .. .. . .. . . .. .. . . . ... ... . .. .. .. ... . .. . . . . 486 Placas Porosas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489 Hidráulica de la Distribución del Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . 490 Plantas Pilotos.............................................................................................. 492 Sistemas de Control de los Filtros ... . .. . . .. . ... . .. . ... . . .. ... ... . .. .. . . . . .. . . . .. .. . . . . .. . .... . .. 494 Rata Constante de Filtración ....................................................................... 494 Control de Entrada - Afluente Igualmente Distribuido . . .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. . ..... 495 Control de Salida con Regulador de Caudal .. .. . .. .. . .. .. . . .. . . . .. .. . ... . .. .. .. .. . . .. ... .. 495 Control del Gasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495 Control del Nivel .......................................................................................... 497 Rata Declinante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498 Rata Declinante Continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 Rata Variable Declinante Escalonada . .. .. . .. .. .. . . .. . .. . .. .. . ... . .. .. .. . ... . . . .. . . .. .. . .. .. . . . 501 Clasificación de los Filtros de Rata Declinante Escalonada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504 Diseño Racional de un Filtro de Rata Declinante Escalonada................... 509 Pérdidás de Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 Pérdidas de Carga Turbulentas . . .. . .. .. .. .. . . . .... .. .. . .. .. . .. .. .. . . .. . .. .. . . . .. .. . ... .. . . .. ... .. 511 Balance de Flujos......................................................................................... 511 Generalización de las Ecuaciones . ... . . .. .. .. .. .. . ... . .. . .. ... .. .. .. .. .. . .. .. ... . ... ... . .. .. .. . .. 512 Método de Solución . ... . .. . . .. .. . ...... .. .. .. . ... . .. .. .. ..... ... .. .. . .. . . .. .. .. . .. .. .. . . . .. . . .. . . .. . .. . 512 Comportamiento de los Filtros de Rata Declinante Escalonada .. .. . . .. . . .. . . . .. 513 Aplicación del Modelo a casos Prácticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. 517 Configuración de los Filtros .. . .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. . .. . .. .. .. .. . . . .. .. ..... .. .. .. .. .. . .. .. . . . 518
VI CONTENIDO Díseño de Filtros Convencionales de Rata Constante . . . .. .. . . . .. .. . .. .. . .. ... .. .. .. 518 Diseño de Filtros de Control Hidráulico y Rata Declinante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523 Posibilidad del Vaciado de la Caja de los Filtros......................................... 524 Estructuras Demasiado Profundas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 Estructuras muy Bajas ............................ ,.................................................... 528 Alta Velocidad Inicial de Filtración ......... ...... ............. .... .. ..... .................. ... .. . . . 528 Diferentes Modelos de Filtros de Rata Declinante................................. 528 Configuraciones de Entrada........................................................................ 52 8 Configuraciones de Salida.......................................................................... 530 Modelo de Compuerta Unica ..................................................................... 532 Modelo con Caja de Agua Filtrada .. .. .. .. . ... .. . ... .. .. ... ..... ... . .. .. .. ..... .. ... . .. .. .. . ... 53 2 Modelo con Tubería y Válvula de Aislamiento......................................... 535 Otros Sistemas de Filtración ... .. .. .... .. . . .. .. .. .. .. .. ... .. . .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. .. . .. . . . ..... ... . 53 6 Filtración Directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 6 Clasificación de la Filtración Directa . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 7 Ventajas y Desventajas de la Filtración Directa .... . .. .. . . .. . .. .... .. .. . .. . .. ....... .. . 53 7 Parámetros Básicos para el Diseño de Sistemas de Filtración Directa.. 53 8 Configuraciones de Entrada........................................................................ 52 8 Calidad del Agua Cruda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 8 Tipo de Coagulación y Coagulantes . .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. ..... .. .. .. .. .. . .. .. ... . .... .. .. ... 53 9 Tiempo e Intensidad de la Agitación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. 53 9 Volumen del Floc y Carreras de Filtración................................................ 540 Filtros Rápidos de Flujo Ascendente......................................................... 541 Hidráulica de los Filtros de Flujo Ascendente ......................................... 542 Rata Constante y Rata Declinante.............................................................. 543 Especificaciones del Lecho Filtrante........................................................ 545 Filtros de Flujo Ascendente-Clasificación ............................................... 545 Floculación .................................................................................................. 545 Sedimentación............................................................................................. 546 Filtración ..................................................................................................... 546 Ventajas del Filtro de Flujo Ascendente.................................................... 546 Desventajas del Filtro de Flujo Ascendente.............................................. 54 7 Filtros de Flujo Ascendente-Descendente................................................ 549 Filtros Biflujo .............................................................................................. 5 51 Filtros Biológicos ....................................................................................... 5 51 Filtros Rápidos Biológicos ........................................................................ 552 Lavado de Filtros Biológicos ..................................................................... 554 Lecho Filtrante ............................................................................................ 555 Filtros Lentos Biológicos .......................................................................... 556 Filtros Lentos Convencionales .................................................................. 557 Prefiltros ..................................................................................................... 5 64 Prefiltros en Grava de Flujo Ascendente . . . .. ... . .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. . ... .. . .. .. . .. .. .. .. 5 64 Filtros Dinámicos ....................................................................................... 567


CONTENIDO VII Prefiltros en Grava de Flujo Horizontal.................................................... 571 Bibliografía.................................................................................................. 576 1 CONTROL DEL PROCESO FILTRACION Precisión de los Instrumentos de Control de la Filtración . .. .. .. . ... .. .. . .. . . .. 58 2 Medidor de CauJal de Filtración ............................................................... 582 Medidor de Pérdida de Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3 Oscilaciones de la Pérdida de Carga.......................................................... 5 84 Control de Lavado....................................................................................... 586 Control de Rata de Lavado . . .. .. . .. .. . ... .. .. .. . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . .. . . .. .. . . . .. . . . .... .. . . . . . ... . .. 58 6 Duración del Lavado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 6 Antecedentes ............................................................................................... 586 Expansión del Lecho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 9 Desplazamiento de la Grava........................................................................ 5 91 Análisis del Medio Filtrante ... .. . .. . .... ... .. .. .. .. ... .. . .. . .. .. .. . . . .... .. . .. .. .... .. . .. . . .. .. . .. 5 94 Granulometría del Lecho Filtrante ............................................................ 594 Bolas de Lodo.............................................................................................. 597 Peso Específico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 8 Porosidad..................................................................................................... 599 Dureza.......................................................................................................... 600 Solubilidad en Acido Clorhídrico .. .. .. .. . .. .. .. . ... . . .. ... .. .. . . . . .. . .. .. . .. .. .. . . .. . .. .. ..... 60 1 Eficiencia de los Filtros ............................................................................. 601 Turbidimetría ... .. .. .. . .. ... . .. .. .. .. . .. . .. ... . .... ... . .. .. .. . .. .. . . . .. . .. .. .. . . . .. .. . .. .. . .. .. . . . . .. . . . .. .. 602 Patrones de Turbiedad................................................................................. 603 Instrumentos para la Lectura de la Turbiedad............................................ 603 Fotómetros de Transmitancia - Turbidímetro de Jackson ........................ 603 Turbidímetro Hellige .. ..... .. .. . .. .. . .. . .. .. .. .. . .. .. .. .. .. . ... .. .. . .... .. .. . .. . ... . .. .. .. . ..... .... .. 604 Luz sumergida.............................................................................................. 605 Fotómetros Nefelométricos ...................................................................... 605 Monitores de Turbiedad.............................................................................. 606 Turbiedades Permisibles del Agua Filtrada ............................................... 607 In dices de Dureza de Floc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 O Evaluación de Partículas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611 Sistema de Conteo de Partículas . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611 Monitor de Partículas (índice) . . .. . .... .. . . .. . . .. . ... . . .. .. . .. .. .. . . .. . .. .. . .. . ... . ....... ....... 612 Aluminio Residual .. . . . ... .. .. . .. .. ...... .. .. . ... ... .. . . .. .. ... . .. . .. . . .. .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. . ... . . ... 613 Estudio Microscópico del Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. 616 Filtros Pilotos . .. . .. .. . .. ... .. .. . .. .. . .. .. . .. . .. . . . .. . .. ....... .. . . . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. .. ... . . . .. .. ... .. . 616 Columnas de Filtración............................................................................... 617
VIII CONTENIDO Sistema de Entrada....................................................................................... 618 Sistema de Control .................................................................................... ... 618 Sistema de Lavado .. . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . .. .. .. . . . . .. . . .. . . . . . .. .. . .. . . . . . . . . . . . . . .. .. .. . .. . . . . . . . . . . .. . 621 Sistemas de Medición de Turbiedad .. . . . . . . . ... . .. . . .. .. .. . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . ... 621 Piezómetros .... :. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623 Filtros Pilotos para el Control del Proceso de Coagulación-Filtración...... 624 Filtros Pilotos para Experimentación . . .. .. . .. .. . .. .. .. . . . . . .. . .. . .. .. . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 625 Plantas Piloto Automáticas de Filtración . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . .. . . .. 628 Análisis Bacteriológico .. .. . . .. . .. . .. .. . .. . . .. .. . . . . . . .. . .. . . .. .. .. . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. .. . .. 628 Bibliografía................................................................................................... 631 11 TEORIA DE LA DESINFECCION DEL AGUA Eficiencia Bacteriológica de los Procesos de Clarificación . . . .. . . . .. . . . . . . .. .. . .. . 633 Remoción producida por la Coagulación-Floculación y Sedimentación......................................................................................... 634 Remoción producida por la Filtración....................................................... 635 Desinfección del Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 6 Bacterias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 6 Protozoarios................................................................................................ 636 Virus ............................................................................................................. 637 Tremátodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 7 Velocidad con que se realiza la Desinfección........................................... 639 Factores que influyen en la Desinfección .. . .. .. .. .. . . . . .. . . . . . .. . .. .. . . . .. .. . . .. .. . .. ... . 640 Relación Concentración-Tiempo . .. .. . . . .. . .. .. . .. . . . . .. . . . . . . . . . .. .. . . . .. .. .. . .. .. . . .. .. . .. ... 641 Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641 Potencial Hidrógeno pH ............................................................................. 642 Número y Tipo de Organismos................................................................... 642 Modos de Desinfección del Agua.............................................................. 642 Desinfectantes Físicos ................................................... ............................ 643 Rayos Ultravioletas..................................................................................... 643 Calor............................................................................................................. 643 Desinfectantes Químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644 Desinfección con Cloro . . . .. .. . .. .. ... .. .. .. .. . .. .. . .. . .. .. .. . . . . . .. . .. . .. .. . .. .. .. .. . . .. . .. . .. .. . .. 644 Reacciones del Cloro en el Agua............................................................... 64 7 Reacciones Hidrolíticas ............................................................................. 649 Reacciones de Oxidación-Reducción........................................................ 653 Reacciones del Cloro con el Nitrógeno Amoniacal................................. 654 Reacciones del Cloro con la Materia Orgánica y otros compuestos Químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 56 El fenómeno del Punto de Quiebre............................................................ 6 61


CONTENIDO IX Eficiencia de la Desinfección con Cloro .. . . . .. ... .. . . . . . . . . . . .. . .. ... . . . .. . . . .. ......... .... . 665 Eficiencia de la Cloración en la Destrucción de Bacterias.......................... 666 Eficiencia de la Cloración en la Destrucción de Protozoarios . . . .. . . .. . . .. .. .. .. . 669 Eficiencia de la Cloración en la Destrucción de Virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670 Otros Desinfectantes Químicos................................................................... 671 Yodo.............................................................................................................. 671 Bromo........................................................................................................... 673 Plata Ionizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674 Ozono........................................................................................................... 674 Dióxido de Cloro........................................................................................... 676 Comparación de la Actividad Germicida de los Desinfectantes Químicos ................................................................ 677 Recrecimiento de Bacterias en las Tuberías ............................................. 678 Métodos de Aplicaciones del Cloro.......................................................... 678 Estimación de la Dosis de Cloro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6 8 O El Valor CT Concentración-Tiempo........................................................... 681 Bases del Parámetro Ct .............................................................................. 682 El Cloro y los Compuestos Orgánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. 6 8 7 Remoción de los Subproductos Formados................................................ 688 Reducción de la Concentración de Orgánicos antes de Clorar . . . . . . . . . . . . . . . 6 8 9 Cambiar el Desinfectante ........................................................................... 689 Interferencia en la Cloración ...................................................................... 691 Turbiedad...................................................................................................... 691 Nemátodos ................................................................................................... 691 Temperatura................................................................................................. 691 Calcio........................................................................................................... 691 Potencial Hidrógeno ............................................................................... _.... 691 Fenoles ......................................................................................................... 691 Bibliografía.................................................................................................. 694 1 DISEÑO DE ESTACIONES CLORACION Capacidad de las Estaciones de Cloración ................................................ 698 Punto de Aplicación del Cloro . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7 00 Almacenamiento y Transporte del Cloro Gaseoso .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 7 O 1 Medidas de Seguridad en el Manejo y Transporte ......... ..... ........... ........... 7 04 Evaporadores . .. .. .. .. . .. .. . .. . .. .. . .. .. . .. . . .. .. . .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. . .. .. .. . . .. .. .. . .. .. .. .. . . . .. .. . .. 7 04 Sistema de Medición y Control ...... .... .. .. .. .. . ... ..... ....... .... ....... ............ ... . .... 7 07 Cloradores de Alimentación Directa a Presión .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. . .. . 7 O 8 Cloradores de Alimentación al Vacío .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. 7 O 8 Sistema de Inyección .. . .. ... .. ... ... . .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. . .. .. .. .. .... .. . .... . .... .. .... . ...... 71 O
X CONTENIDO Abastecimiento de Agua . . . .. .. .. .. . . .. .. . . .. . .. .. . . .. . . .. .. . .. .. . . . . .. .. .. . . .. . .. .. .. . .. . .. .. .. . .. . . 7 12 Difusión y Mezcla Rápida .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 713 Equipos de Protección................................................................................ 715 Sistemas de Alarma . .. .. .. . .. .. .. .. ... .. ... ... ... .. . ... . ..... ...... . .... . .... .. . ... .. .. . .... . .. .. ... .. .. 715 Máscaras . . . .. .. .. . .. . . . . .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. .. . .. .. .. .. .. . . .. .. . .. .. . .. . . .. .. . .. . .. .. . .. .. 715 Equipo para Taponamiento de Fugas .... ...... ...... ...... .... .... .. .. .. ............ ...... .. .. 718 Botellas de Amoniaco................................................................................. 718 Toxicidad del Cloro .. .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. . .. . .. . .. . .. .. . . .. .. . . .. .. .. .. . .. . .. . .. .. .. . . .. . .. . .. .. .. 718 Análisis de Cloro Residual .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 7 18 Analizador Automático de Cloro Residual .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7 19 Sistemas de Operación de los Cloradores ................................................. 721 Consideraciones Prácticas sobre el Diseño de Salas de Cloración ........ 7 24 Dosis Optima ............................................................................................... 725 Cálculo de Consumo Diario....................................................................... 725 Almacenaje y Transporte ............................................................................ 726 Area de Cloración y Ubicación.................................................................. 726 Emergencias ................................................................................................ 728 Puntos de Aplicación del Cloro................................................................. 729 Método de Operación .. . .. .. .. .. .. .. .. . .. . . .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. . .. .. .. . .. .. .. .. .. . . . . 7'3 1 Plomería ............................................................................. ,........................ 731 Diagramas de Flujo...................................................................................... 7 3 3 Bibliografía.................................................................................................. 733 1 EJEMPLO DE DISEÑO UNA PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA Concepción del proyecto ........................................................................... 734 Cálculos hidráulicos . .. .. . . . . ... . .. . .. .. ... .. . .. .. ... . .. . .... . .... . .. .. .. .... .. ... .. .. ... . .. .. .. .. . . ... 7 3 9 Admisión y Mezcla Rápida .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 7 3 9 Canaleta Parshall . .. . .. . .. . .. .. . . .. .. .. .. .. . . . . .. . .. . . .. . .. . . . .. .. . .. . .. .. .. . . . . .. . .. .. . .. .. .. .. . .. . .. . .. . 7 3 9 Alturas de Lámina Líquida (Sección Convergente) ............ ...... .. .............. 7 3 9 Pérdida de Carga.......................................................................................... 7 3 9 Cámara de Distribución de Agua Mezclada .... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 7 40 Vertederos de Salida ...................................... ;............................................. 740 Floculación .. .. .. . .. .. .. ... .. .. . . .. .. .. . . .. .. . ... .. .. . . ... ... .... . ... . . .. . ... . .. ... .. ... .. .. ... . .. .. .. . ... ... 7 40 Cámaras de Floculación .... .... .. .......... .......... .... ...... .............. .......... ........ .... .. 7 40 Variación del Gradiente de Velocidad ........ .......................... ........ ........ .... .. 7 40 Sedimentación ............................................................................................. 7 42 Tipo de Unidades ......................................................................................... 7 42 Dimensionamiento de Tanques .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 7 4 2 Sistema de Admisión de Agua Floculada ................................................... 7 43


CONTENIDO XI Orificios de Distribución ........................................................................... 7 43 Dueto de Distribución . .. . .. . ... . . .. . . . . . .. . .. .. .. . . .. . .. .. . .. .. . .. . ... . . . . .. . .. .. .. . ... . .. ... . .. .. .. . 7 44 Sistema de Recolección y Descarga de Lodos ......................................... 7 45 Manifolds ..................................................................................................... 7 45 Hidráulica del Desagüe ............................................................................... 7 45 Sistema de Recolección de Agua Sedimentada .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 7 4 7 Tubos de Recolección................................................................................. 7 4 7 Orificios de Recolección .. ...... .. .... .. .. .. .. .. ............ ...... .... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .... .... ... 7 4 7 Filtración ..................................................................................................... • 7 48 Dimensionamiento de las Cámaras de Filtración ..................................... 7 48 Conexiones Inmediatas de Cada Filtro .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7 4 8 Admisión .. . .. .. . .. .. .. .. . .. .. . . .. .. .. .. . .. .. . .. . .. . .. .. . . .. .. . . . .. .. . .. .. . .. .. . . .. .. .. .. . . . .. .. .. .. .. .. . . .. . .. 7 4 8 Desagüe . .. . .. . .. .. . .. .. .. .. .. . . .. .. . .. .. . .. .. . .. . . . . . .. .. . .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. . . .. . .. .. .. . .. . . . . .. . . .. .. .. . 7 4 9 Conexión entre Canal de Interconexión y Filtros..................................... 7 49 Drenaje de Filtros ....................................................................................... 7 49 Dueto de Distribución de Agua de Lavado ................................................ 7 49 Lechos Granulares .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. . .. . .. .. . . .. .. .. .. .. . .. .. . . . . . .. .. .. .. . .. .. .. .. .. . .. . .. . .. .. . .. . 7 5O Lecho de Grava............................................................................................ 750 Lecho de Arena .. .. .. .. . .. .. . .. . .. .. . .. .. . .. .. . . .. . . . . .. . . .. .. .. . . .. .. .. .. .. . .. . . .. .. .. . .. . .. . .. . . . . . .. . . . . 7 5O Lecho de Antracita .. .. . .. . .. . .. .. . .. . . .. . .. . .. .. .. .. .. .. . .. . . .. .. . . .. .. . . .. . .. . .. .. .. .. .. . .. . . .. .. .. . .. . 7 5O Hidráulica del Lavado ................................................................................. 7 50 Pérdida en Sistema de Comunicación entre Canal de Interconexión y Filtro . .. . .. .. .. . . . . .. . . .. . .. . .. .. . .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. . . . .. .. . 7 5O Pérdida por Entrada al Dueto de Distribución .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7 5 1 Pérdida de Carga en Orificios de Distribución .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 7 5 1 Pérdida de Carga en el Fondo "Leopold" .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7 5 1 Pérdida de Carga en la Grava .. .. .. .... .. .. .. .... .... .. .. .... .. .. .. .. .. .... ........................ 7 52 Pérdida de Carga en Lechos Filtrantes .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7 52 Lámina de Agua sobre el Vertedero de Lavado ........ .............. .... ............ ... 7 52 Resumen de Pérdidas de Carga durante el Lavado para Velocidades Ascensionales Máxima y Mínima .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 7 52 Vertedero de Control del Lavado ........................ ...... ........................ .... .. ... 7 53 Hidráulica de la Filtración .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7 53 Datos de Entrada.......................................................................................... 7 53 Expresión de Pérdidas Cuadráticas .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7 54 Resultados de las Corridas de Computador Variando HL ......................... 7 54 Resultados Programa de Simulación a Tasa Declinante .. .. .. ........ ............. 7 56 Resultado de Corridas de Computador para Optimizar el Diámetro de Entrada .. .. .. . . .. . . .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. . . .. . . . .. .. . 757 Altura de la Cámara del Filtro .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 757 Canal de Lavado de Filtros .. .... .. .... .. .................. .... .... .............. ........ ........ .... 758 Canal de Desagüe de Filtros .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 758 Canal General de Desagüe .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 759
XII CONTENIDO Vertederos de Rebose . . .. . . .. .. . .. .. .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . .. .. . .. . .. . .. . . . . .. .. . . 7ffJ Tanque de Agua Filtrada .. . .. .. .. . . . . . .. . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . .. . .. . .. .. . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . .. . .. . . .. 7ffJ Cámara de Contacto de Cloro .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 7ffJ Cámara de Reacción de Cal.......................................................................... 761 Salida de la Planta .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. . . .. .. .. . . . .. . .. . . .. .. . . . .. .. . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . .. .. . . . . . . . .. . 762 Apéndices . . . .. . .. .. .. .. .. .. . .. . . .. . .. .. . . .. .. . . . . . . . .. . .. . .. . . .. . . . . . .. . . . . .. .. . .. . . . . .. . . .. .. . .. . .. .. . . .. . . . 7 7

Siguiendo la misma metodología de las dos ediciones anteriores el presente trabajo tiene por objeto recopilar y difundir entre el personal de profesores operarios profesionales y estudiantes que están directamente conectados con la purificación del agua las últimas tecnologías que han venido apareciendo en este campo tanto en Norteamérica y Europa como en América Latina.
Especial énfasis se le ha dado en esta obra a la discusión de las ideas que más se adaptan directa o indirectamente a los países en vía de desarrollo.
Por eso hemos centrado nuestro trabajo en el estudio de los procesos básicos de mayor uso en nuestro medio, específicamente, en la remoción de partículas suspendidas, en forma de turbiedad o color, o de bacterias, protozoarios y virus, por medio de la coagulación, floculación, filtración y desinfección.
Esto, por supuesto, no implica desconocer la importancia de otras aspectos de la purificación del agua para el consumo humano, como la precipitación química, que incluye el ablandamiento y la desertización (o remoción de hierro y manganeso), la alcalinización, la osmosis inversa, la filtración en membranas, la absorción de compuestos orgánicos, la fluoración, la prevención de la corrosión, el intercambio iónico y demás tratamientos similares.