Estructura de un sistema de abastecimiento de agua potable en Chile
En la actualidad existen ciertas fases o procedimientos para extraer el agua, potabilizarla, distribuirla y disponerla. Este proceso cíclico consta de 4 fases para el agua potable y 2 referidas al saneamiento y disposición final de las aguas residuales, que son muy importantes y necesarias para no contaminar en exceso los afluentes y acuíferos.
De esta manera, se detalla cada etapa involucrada en el ciclo:
CAPTACIÓN: Aquí se obtiene el agua cruda o bruta de las fuentes de agua superficial, subterránea, de mar o de precipitaciones, ya sea por gravedad o impulsión según sea el proyecto, transportándola hacia una planta de tratamiento mediante conductos o tuberías. Dependiendo el nivel del cual se extraiga, corresponderá el uso de máquinas hidráulicas. Chile al 2018, presenta una producción de agua potable de 98.932 l/s la cual, el 54,7 % corresponde a fuentes subterráneas, 44,3 % superficial y 1 % de agua de mar. Gracias a la geografía del país, los acuíferos y afluentes se alimentan principalmente del deshielo de nieve acumulada en la cordillera de los Andes
a) Agua superficial: Se refiere a captaciones de ríos, lagos y embalses. La selección de la fuente es preferencialmente aguas arriba de la población abastecida. Para la captación en ríos, depende de varios factores (caudal, material de arrastre, coeficiente de escorrentía, etc.) que deberán ser estudiados caso a caso. Las tomas pueden efectuarse en el fondo, en lateral, por sifón, etc.
La captación en lagos y embalses se pueden clasificar según la profundidad y nivel de caudal. En los embalses profundos se realizan mediante torres con una profundidad de 30 a 35 metros para evitar la formación de plancton por consecuencia de la luz solar. Y elevada desde el fondo, con objeto de prevenir la succión de partículas traídas por las corrientes profundas. Mientras en los embalses de poca profundidad, la toma de estar alejada de las orillas con el fin de evadir la succión de contaminantes flotantes.
b) Agua subterránea: Aquí se capta el agua de los acuíferos, para eso se puede realizar mediante pozos artesianos, pozos de bombeo y manantiales. El pozo artesiano se conecta con un acuífero cautivo el cual impulsa el agua por gravedad hacia la boca del pozo.
En los pozos de bombeo se debe extraer el agua del acuífero, donde el nivel hidrostático está por debajo del suelo y es alimentado principalmente por la lluvia infiltrada. Para lograr un mejor caudal se puede profundizar el pozo o disponerlos en serie.
c) Agua de mar: Por lo general, se capta esta agua solo en aquellas zonas que no disponen de otras fuentes, o se encuentran muy contaminadas. La captación estará lejos de las zonas de baño y de las zonas de vertido de aguas residuales. En la ciudad Antofagasta, ubicada al desierto de Chile, se suministra agua para el consumo humano desde el mar, debido a las grandes concentraciones de arsénico en los acuíferos arrastrados de los anteriores abastecimientos provenientes del río Toconce y Siloli.
Si bien la captación de esta fuente es muy similar a aguas superficiales, el nivel de sales (NaCl) presentes en esta agua ameritan tratamientos especiales como osmosis inversa con el objetivo de disminuir la concentración a parámetros normales para el consumo humano permitidos según regulación. Existen otros métodos para la desalinización, como destilación solar, nanofiltración, electrodiálisis, formación de hidratos gaseosos, pero es más recurrente encontrar plantas de osmosis dada la capacidad agua tratada por hora que en instalaciones de gran envergadura, logrando alcanzar a más de 10.000 o 20.000 litros por hora. proceso que ocurre después de decantación y filtración hablados más adelante.
TRATAMIENTO: La potabilización del agua cruda debe pasar por ensayos físicos, químicos y bacteriológicos para poder ser consumida por el ser humano. Para asegurarse que el agua extraída cumpla con los requerimientos, se acuden a ciertos procesos donde se decantan las arenas, eliminan o reducen los contaminantes (plaguicidas, arsénico, bacterias, parásitos, etc.) entre otros.
a) Pretratamiento: Captar el agua cruda puede acarrear sólidos de gran tamaño (peces, ramas, etc.) y arenas, para esto se colocan rejillas en la bocatoma generalmente. Y con la ayuda de un desarenador se separa la arena del agua, con el fin de evitar dañar las bombas y obstrucciones en conductos.
b) Coagulación – floculación: Pese a eliminar las arenas, el agua puede seguir siendo turbia dada la gran cantidad de partículas en suspensión coloidal. Por tanto, se agrega un agente coagulante que permite la unión de partículas entre sí, formando flóculos. Estos, mediante un medio agitado leve y constante del agua, más el efecto de ionización del coagulante, atraen a otros flóculos aumentando su tamaño y peso. También se regula el pH añadiendo ácidos o alcalinos.
c) Decantación: Una vez floculado, el agua se lleva a depósitos de baja velocidad para sedimentar los sólidos por gravedad.
d) Filtración: Los sólidos más densos son eliminados en la decantación, mientras hay algunos que permanecen disueltos en el agua. Para eliminados, se utilizan ciertos métodos de filtrado que retienen la gran parte de los contaminantes. Algunos son el filtrado con arena, membrana, carbón activado, entre otros.
De manera de exponer el rango de longitud de las partículas en suspensión que se encuentran en el agua, se muestra una representación en la Figura 5.
Fuente: WaterLife
f) Desinfección: Pese a los esfuerzos de eliminar las partículas contaminantes, ciertos patógenos contagiosos aún siguen en el agua. Para neutralizar se utilizan elementos químicos (cloración, ozonización, etc.), o mediante la exposición de rayos ultravioleta.
d) Análisis: Una vez realizado todos los procesos para potabilizar el agua cruda, se debe analizar si esta cumple con las normativas vigentes de cada país con respecto a la calidad del agua para el consumo humano. Según la normativa chilena para la calidad del agua potable, Nch 409/1 of 2005, establece los siguientes requisitos:
Tipo I: Microbiológico y turbiedad.
Tipo II: Sustancias Químicas de importancia para la salud.
Tipo III: Elementos radioactivos
Tipo IV: Organolépticos
ALMACENAMIENTO: Una correcta infraestructura constara de un sistema de reserva en caso de soportar demandas espontaneas, averías en estaciones de bombeo y exigencias en horas punta. El volumen de agua que deben considerar estos depósitos es la demanda de todo un día, incluso la demanda de dos días, ya que pueden existir poblaciones que, en condiciones de aporte hídrico, tengan periodos de los que no puedan contar con suministro desde captaciones.
También se debe tener en cuenta no construir un depósito demasiado grande, pues las condiciones de salubridad y calidad del agua se verán considerablemente afectadas. Los depósitos pueden ir en diferentes lugares de la red, y así obtener una mejor distribución localizada, según su ubicación y nivel están respectivamente; Depósitos de cabecera o de cola; Estanque elevados, superficiales o enterrados.
Los objetivos que poseen estas instalaciones son:
Almacenar y regular las aguas.
Escalonamiento de presiones.
Racionalizar la distribución de redes por piso, cuando se requieran.
Algunos sistemas de configuración con respecto a instalación de depósitos y distribución más característicos son:
Redes de solo un piso de presión: Solo se proporciona agua en un nivel, se puede tener una estación de bombeo suministrando hacia un depósito en cabecera para la red de distribución, como se aprecia en el lado izquierdo de la Figura 7. Cuando la red posee aumentos de demanda, la cota geométrica del depósito le es imposible satisfacer los caudales, ahí es cuando se opta por instalar un depósito en cola como se muestra a la derecha de la Figura 7.
Fuente: Roberto Silva Urrutia.
Redes escalonadas con varios pisos de presión: En ciertas situaciones, donde se requiere llegar a sectores de gran altura, se dispone en dividir el área en varios niveles como se aprecia en la Figura 8, evitando las sobrepresiones que pueden afectar al coste de infraestructura de la red. Se debe tener cuidado en aducciones por gravedad, asegurando depósitos de regulación intermedios y válvulas reductoras de presión.
Fuente: Roberto Silva Urrutia.
Redes de abastecimiento directamente mediante grupo de bombeo: En algunas ciertas redes, la orografía solo permite el uso de grupo de bombeo directo. Esto se explica cuando la cota topográfica del terreno no permite garantizar las presiones mínimas necesarias. La configuración puede variar según la necesidad de caudal o presión, así como se aprecia en la Ilustración Figura 9, está: Estación de bombeo – depósito en cola; Estación de bombeo – depósito de compensación; Estación de bombeo – calderín (depósito hidroneumático).
Fuente: Roberto Silva Urrutia.
DISTRIBUCIÓN: Consta de estaciones de bombeo; tuberías principales, secundarias y de distribución; depósitos de almacenamiento intermediarios, válvulas; dispositivos para medición y derivaciones domiciliares. Dispuestos de forma ordenada para garantizar la calidad del servicio.
La organización de los elementos de la red de distribución depende de:
La topografía al territorio.
Características y morfología.
Condiciones urbanísticas y usos del terreno.
SANEAMIENTO: A modo de introducir, el saneamiento es una epata primordial para la salud y prevención de enfermedades. El agua residual se recoge por el alcantarillado público, conducido al colector y viajando directamente hacia la planta de tratamiento. Si la cota de recolección de las aguas servidas está más abajo que la planta, se necesitarán de estaciones elevadoras. La SISS informa al 2018, que el 99,98% de la población con cobertura de agua potable urbana cuenta con tratamiento de aguas servidas.
En el agua residual podemos encontrar ciertas bacterias patógenas más comunes, como son la Escherichia coli, Salmonella typhi, Salmonella paratyphi, Shiglla dysenteriae, Shigella flexneri, Vibrio cholerae, Yersinia enterocolitica, Campylobacter coli, Legionella pneumophila. Estos organismos pueden inducir ciertas enfermedades que escalan de una simple gastroenteritis hasta casos graves, y a veces fatales.
Existen procesos de tratamientos de riles, para descontaminar aguas residuales industriales antes de su descarga, utilizando métodos físicos, químicos y/o biológicos según la contaminación. De estos se recuperan ciertas sustancias como el jabón, la grasa, los aceites que posteriormente se utilizan como materias primas.
DISPOSICIÓN FINAL: Esta etapa las aguas residuales previamente tratadas de acuerdo con las normativas de cada país, se disponen en los cauces naturales como esteros, ríos y mar. Los sólidos se secan y son transportados a lugares especialmente habilitados, aprobados por la entidad pertinente (municipales, de salud y medio ambiente).
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