Influencia del Tipo de Alcalinizante Sobre el Proceso de Estabilización Química del Agua Tratada en Plantas de Tratamiento Convencional
Influence of the Type of Alkali on the Chemical Stabilization Process of Treated Water in Conventional Treatment Plants
Barra lateral del artículo
PDF
FLIP
ajuste de ph
alcalinidad
capacidad amortiguadora
carbonato de calcio
corrosión
estabilización química
hidróxido de calcio
sistema de distribución de agua potable
tratamiento de agua
drinking water
ph adjustment
alkalinity
buffer capacity
calcium carbonate
corrosion
chemical stabilization
calcium hydroxide
water distribution system
water treatment
Términos de la licencia (VER)
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.
Declaración del copyright
Los autores ceden en exclusiva a la Universidad EIA, con facultad de cesión a terceros, todos los derechos de explotación que deriven de los trabajos que sean aceptados para su publicación en la Revista EIA, así como en cualquier producto derivados de la misma y, en particular, los de reproducción, distribución, comunicación pública (incluida la puesta a disposición interactiva) y transformación (incluidas la adaptación, la modificación y, en su caso, la traducción), para todas las modalidades de explotación (a título enunciativo y no limitativo: en formato papel, electrónico, on-line, soporte informático o audiovisual, así como en cualquier otro formato, incluso con finalidad promocional o publicitaria y/o para la realización de productos derivados), para un ámbito territorial mundial y para toda la duración legal de los derechos prevista en el vigente texto difundido de la Ley de Propiedad Intelectual. Esta cesión la realizarán los autores sin derecho a ningún tipo de remuneración o indemnización.
La autorización conferida a la Revista EIA estará vigente a partir de la fecha en que se incluye en el volumen y número respectivo en el Sistema Open Journal Systems de la Revista EIA, así como en las diferentes bases e índices de datos en que se encuentra indexada la publicación.
Todos los contenidos de la Revista EIA, están publicados bajo la Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-NoDerivativa 4.0 Internacional
Licencia
Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-NoDerivativa 4.0 Internacional
Contenido principal del artículo
Resumen
Los bajos niveles de alcalinidad en las fuentes de abastecimiento superficial, aunado al uso de coagulantes y desinfectantes en el tratamiento convencional del agua para consumo humano, que en general consumen alcalinidad y reducen el pH, hacen necesario realizar ajustes en la calidad del agua tratada con el fin de garantizar su estabilización química y prevenir contaminación secundaria en el sistema de distribución de agua potable (SDA) por problemas de corrosión o incrustaciones. En este estudio se revisó la literatura sobre características de diferentes alcalinizantes y posteriormente se evaluó mediante ensayos de pruebas de jarras la estabilización química del agua, previamente desinfectada, de una planta de tratamiento de agua potable – PTAP convencional abastecida con agua cruda del río Cauca; se evaluaron dos condiciones de calidad de agua, previamente tratada y desinfectada, con pH inicial de 5,60 y 3,98 unidades respectivamente (asociadas a agua cruda con turbiedad de 30 y 200 UNT, respectivamente). Se evaluaron cinco alternativas: tres de alcalinización simple (Ca(OH)2, NaOH, Na2CO3) y dos de doble alcalinización (Ca(OH)2+NaOH y Ca(OH)2+Na2CO3). En la doble alcalinización se dosificó Ca(OH)2 hasta alcanzar un pH cercano a 6,5-7,0 y posteriormente se adicionó NaOH o Na2CO3. En todos los casos se evaluaron valores de pH entre 7,04-8,96, y finalmente se determinaron los índices de agresividad (IA) y de saturación de Langelier (ISL). Se identificaron diferentes alternativas de alcalinizantes, cada una con ventajas y limitaciones y cuya selección dependerá, además de sus características químicas y la calidad del agua, de aspectos como costos, facilidad de adquisición, preparación y dosificación, tipo de materiales del SDA, entre otros. La evaluación experimental mostró que, tanto Ca(OH)2 como la doble alcalinización Ca(OH)2+Na2CO3, resultan viables para la estabilización química del agua analizada, lográndose aumentar la alcalinidad y la capacidad amortiguadora del agua, que favorece que el pH sea más estable en el SDA. Se destaca que la eficacia del Ca(OH)2 dependerá del contenido de CaO (>90%) y de una adecuada homogenización de la solución durante su dosificación. El ajuste del pH debe ser del orden de 8,7 a 8,9 para reducir la tendencia corrosiva del agua y permitiendo alcanzar valores cercanos a 12 y 0 de los índices IA e ISL respectivamente.
Descargas
Detalles del artículo
Referencias (VER)
Al-Harahsheh, A.; Al-Tarawneh, A.; Al-Ma'abreh, A.; Ramadeen, S.; El-Hasan, T.; Al-Alawi, M.M. (2023). Assessing of drinking water quality in Al-karak province in central Jordan; based on water saturation indices. Heliyon, 9(8), E18862 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e18862
Anshar, A.M.; Musa, B.; Ayaz, M.; Kasim, S.; Raya, I.; Ramírez-Coronel, A.A.; Chowdhury, S.; Zabibah, R.S.; Romero-Parra, R.M.; Barboza-Arenas, L.A.; Mustafa, Y.F.; Al-Khafaji, A.H.D. (2023). A critical review on corrosion and fouling of water in water distribution networks and their control. Acta Chimica Slovenica, 70(2), pp. 173-183 https://doi.org/10.17344/acsi.2022.7939
American Public Health Association (APHA); American Water Works Association (AWWA); Water Environment Federation (WEF). (2017). Standard methods for the examination of water and wastewater, 23ed. https://doi.org/10.2105/SMWW.2882.216
American Water Works Association (AWWA). (2011). Manual of Water Supply Practices-M58, Internal Corrosion Control in Water Distribution Systems, Denver - Estados Unidos, AWWA, pp. 31-90.
Casey, T. J. (2009). Drinking water stabilization and corrosion control. Aquavarra Research R&D Publications. Water Engineering Papers. Paper 2, Irlanda, pp. 4-8. http://www.aquavarra.ie/publications.html
Baloïtcha, G.; Mayabi, A.; Home P. (2022). Evaluation of water quality and potential scaling of corrosion in the water supply using water quality and stability indices: A case study of Juja water distribution network, Kenya. Heliyon, 8(3), e09141 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09141
Barceló, I.D.; Allende, I.; Solís, H.E.; Bussy, A.L.; González, C. (2002). Determinación del estado de equilibrio de un sistema hídrico. Revista de la Sociedad Química de México, 46(2), pp. 93-104.
Benjamin, M.M. (2015).Water chemistry, 2ed., University of Washington, Waveland Press, Inc., pp. 249-252.
Boysen, R.E.; Mohammadesmaeili, F.; Ghiu, S.M.; McCandless, R.R. (2009). AWWA Membrane Technology Conference and Exposition (Memphis, Estados Unidos): Reverse osmosis product water stabilization alternatives and considerations. 15- 18 de Marzo, 17p, Elsevier, American Membrane Technology Association.
Boxall, J.; Blokker, M.; Schaap, P.; Speight, V.; Husband, S. (2023). Managing discolouration in drinking water distribution systems by integrating understanding of material behaviour. Water Research, 243, 120416. https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120416
Bueno, K.; Torres Lozada, P.; Delgado-Cabrera, L. G. (2014). Monitoreo y medición del ajuste del pH del agua tratada del Río Cauca mediante índices de estabilización. Revista U.D.C.A Actualidad & Divulgación Científica, 17, pp. 563-575. https://doi.org/10.31910/rudca.v17.n2.2014.422
Chang-Geng, L.; Liu, C.; Xu, W.H.; Shan, M.G.; Wu, H.X. (2022). Formation mechanisms and supervisory prediction of scaling in water supply pipelines: A review. Water Research, 222, 118922 https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118922.
Crittenden, J.; Trussell, R.; Hand, D.; Howe, K.; Tchobanoglous, G.; Ward, B.; Borchardt, J. (2023). Stantec’s water treatment: principles and design, 3ed, Hoboken, New Jersey, John Wiley & Sons, Inc., pp. 1699-1804.
De Sousa, C., Correia, A., & Colmenares, M. (2010). Corrosión e incrustaciones en los sistemas de distribución de agua potable: Revisión de las estrategias de control. Boletín de Malariología y Salud Ambiental, 50, pp. 187-196.
De Sousa, C., Colmenares, M.C., Correia, A. (2008). Contaminación bacteriológica en los sistemas de distribución de agua potable: Revisión de las estrategias de control. Boletín de Malariología y Salud Ambiental, 48(1), pp.17-26.
Environmental Protection Agency (EPA). (2016). Optimal Corrosion Control Treatment Evaluation Technical Recommendations for Primacy Agencies and Public Water Systems, pp. 23-25.
Eslami, H.; Heidari, F A.; Salari, M.; Esmaeili, A.; Hosseini, A. N.; Dolatabadi, M. (2022). Investigation of corrosion and scaling potential in drinking water in Rafsanjan, Iran. Journal of Environmental Health and Sustainable Development, 7 (2), pp. 1623-1631
https://doi.org/10.18502/jehsd.v7i2.9786
Gagnon, G.; Doubrough, J. (2011). Lead release from premise plumbing: A profile of sample collection and pilot studies from a small system. Canadian Journal of Civil Engineering, 38(7), pp. 741-750 https://doi.org/10.1139/l11-044
González, P P., Bautista-Capetillo, C. Ruiz-Canales, A. González-Trinidad, J. Júnez-Ferreira, H E. Rodríguez, A R C. Rovelo, C O R. (2022). Characterization of scale deposits in a drinking water network in a semi-arid region. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(6), 3257 https://doi.org/10.3390/ijerph19063257.
Gray, N. (2008). Drinking Water Quality: Problems and Solutions, 2ed, Nueva York, Estados Unidos, Cambridge University Press, pp. 286-404.
Hart, V. (2008). Alkalinity Addition Utilizing Carbon Dioxide & Lime: Inexpensive Solution to a Historically Expensive Problem. Florida Water Resources Journal, pp. 17-19.
He, Y.; Pan, L.; Chen, R.; Shi, B. (2021). Field studies of aluminum release and deposition in drinking water distribution systems. Chemosphere, 275, pp. 1-8. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130067
Health Canada. (2015). Guidelines for Canadian Drinking Water Quality: Guideline Technical Document - pH, Ontario, Canada, Minister of Health, pp. 8-11.
Hill, A.; Friedman, M.; Reiver, S.H.; Korshin, G.; Valentine, R.L. (2010). Behavior of trace inorganic contaminants in drinking water distribution systems. Journal AWWA, 102(7), pp. 107-118 https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.2010.tb10153.x
Hayes, C. (2012). Internal corrosion control of water supply systems: code of practice, Londres, International Water Association (IWA), pp.14-15.
Kim, Y. (2017). Implications of the corrosion index for the quality of flowing tap water and the effects of added alkalinity on corrosion control. Water and Environment Journal, 31(3), pp. 425-431 https://doi.org/10.1111/wej.12260
Kim D.H.; Kim, D.Y.; Hong, S.H.; Kim, J.W.; Kim, C.W. (2008). Development and implementation of a corrosion control algorithm based on calcium carbonate precipitation potential (CCPP) in a drinking water distribution system. Journal of Water Supply: Research and Technology - AQUA, 57(7), pp. 531-539 https://doi.org/10.2166/aqua.2008.047
Kim, D.H.; Cha, J.H.; Hong, S.H.; Kim, D.Y.; Kim, C.W. (2009). Control of corrosive water in advanced water treatment plant by manipulating calcium carbonate precipitation potential. Korean Journal of Chemical Engineering, 26(1), pp. 90-101 https://doi.org/10.1007/s11814-009-0015-z
Kumar, S.; Singh, R.; Singh, N. (2023). 2022 OPJU International Technology Conference on Emerging Technologies for Sustainable Development (OTCON) (Raigarh, Chhattisgarh, India): Seasonal variation of corrosion rate in the water distribution network. pp. 1-6. https://doi.org/10.1109/OTCON56053.2023.10113975
Li, G.; Ma, X.; Chen, R.; Yu, Y.; Tao, H.; Shi, B. (2019). Field studies of manganese deposition and release in drinking water distribution systems: Insight into deposit control. Water Research, 163, 1-9 https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.114897
Loewenthal, R. E.; Morrison, I.; Wentzel, M. C. (2004). Control of corrosion and aggression in drinking water systems. Water Science and Technology, 49(2), pp. 9-18.
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT); Ministerio de Protección Social (MPS). (2007). Resolución 2115 de 2007. Por medio de la cual se señalan características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano. República de Colombia.
McAliley, I.; Reiber, S.; D'Adamo, P.; Price, K C. (2012). Water Quality Technology Conference and Exposition 2012 (Toronto, Canada): Corrosion control strategies for low alkalinity waters, 4 – 7 Noviembre, Code 101248. ISBN: 978-162276787-8
McCoy, H. N.; Test, C. D. (1911). Equilibrium between sodium carbonate, sodium bicarbonate and water [Second paper]. Journal of the American Chemical Society, 33(4), 473-476 https://doi.org/https://doi.org/10.1021/ja02217a004
Meyer, T.; Edwards, M. (1994). National Conference on Environmental Engineering (Colorado, Estados Unidos): Effect of alkalinity on copper corrosion,11-13 de Julio, pp. 9-16. 07311516 (ISSN); 0784400318 (ISBN).
Montgomery, D. C. Design and Analysis of Experiments, 8ed, Arizona – Estados Unidos, Wiley, 2013, pp. 65-225.
Moghbel, K.; Moghbel, K.; Leung, G.; Leung, G.; Sebastiani, E.; Boozarpour, M. (2009).Water Quality Technology Conference and Exposition 2009: Coagulation and filtration of San Francisco's low alkalinity/high pH water, 434p. 978-161567959-1 (ISBN)
Montoya, C.; Loaiza, D., Torres, P.; Cruz, C.H; Escobar, J.C. (2011). Efecto del incremento en la turbiedad del agua cruda sobre la eficiencia de procesos convencionales de potabilización. Revista EIA, 8(16), 137-148.
Pan, R.; Zhang, T.Y.; He, H.; Zheng, Z.X.; Dong, Z.Y.; Zhao, H.X.; Xu, M.Y.; Luo, Z.N.; Hu, C.Y.; Tang, Y.L.; Gamal, M.; Xu, B. (2023). Mixed chlorine/chloramines in disinfected water and drinking water distribution systems (DWDSs): A critical review. Water Research, 247, 120736 https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120736
Penalva, M.A.; Sabogal, L.P.; Daniel, L.A. (2013). Tratamento de água para consumo humano. Engenharia Ambiental: Conceitos, Tecnologia e Gestão, Rio de Janeiro, Elsevier, pp. 405-453.
Pietrucha-Urbanik, K.; Tchórzewska-Cieślak, B.; Papciak, D.; Skrzypczak, I. (2017). Analysis of chemical stability of tap water in terms of required level of technological safety. Archives of Environmental Protection, 43(4), pp. 3-12 https://doi.org/10.1515/aep-2017-0043
Pérez-Vidal A.; Torres-Lozada, P.; Escobar-Rivera, J.C. (2016). Hazard identification in watersheds based on water safety plan approach: case study of Cali-Colombia. Environmental Engineering Management, 15(4), pp. 861-872 https://doi.org/10.30638/EEMJ.2013.093
Pérez-Vidal, A.; Escobar-Rivera, J. C.; Torres-Lozada, P. (2020). Development and implementation of a Water-Safety Plan for drinking-water supply system of Cali, Colombia. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 224, 113422 https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2019.113422
Pivokonsky, M.; Novotna, K.; Petricek, R.; Cermakova, L.; Prokopova, M.; Naceradska, J. (2024). Fundamental chemical aspects of coagulation in drinking water treatment – Back to basics. Journal of Water Process Engineering, 57, 104660 https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.104660
Saalidong, B. M.; Aram, S. A.; Otu, S.; Lartey, P. O. (2022). Examining the dynamics of the relationship between water pH and other water quality parameters in ground and surface water systems. PLoS ONE, 17(11), 1-17 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0262117
Salazar-Jiménez, J. A. (2015). Introducción al fenómeno de corrosión: tipos, factores que influyen y control para la protección de materiales. Tecnología en Marcha, 28(3), 127-136 https://doi.org/10.18845/tm.v28i3.2417
Singley, J. (1981). The search for a corrosion index. Journal AWWA, 73(11), 579-582 https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.1981.tb04802.x
Shi, B.; Wan, Y.J.; Yu, Y.; Gu, J.N.; Wang, G.L. (2018). Evaluating the chemical stability in drinking water distribution system by corrosivity and precipitation potential. Water science and technology-water supply, 18 (2), 383-390 https://doi.org/10.2166/ws.2017.125
Tian, Y.; Yu, T.; Shen, J.; Zheng, G.; Li, H.; Zhao, W. (2022). Cr release after Cr (III) and Cr (VI) enrichment from different layers of cast iron corrosion scales in drinking water distribution systems: the impact of pH, temperature, sulfate, and chloride. Environmental Science and Pollution Research, 29, pp.18778-18792 https://doi.org/10.1007/s11356-021-15754-w
Trujillo, E.; Martínez, V.; Flores, N.S. (2008). Ajuste del equilibrio químico del agua potable con tendencia corrosiva por dióxido de carbono. Información Tecnológica, 19(6), pp. 89-101 https://doi.org/10.4067/S0718-07642008000600010
Trueman, B.F.; Sweet, G.A.; Harding, M.D.; Estabrook, H.; Bishop, D.P.; Gagnon, G.A. (2017). Galvanic corrosion of lead by iron (oxyhydr) oxides: potential impacts on drinking water quality. Environmental Science & Technology, 51(12), pp. 6812-6820 https://doi.org/10.1021/acs.est.7b01671
Waldeck, W.F.; Lynn, G.; Hill, A.E. (1932). Aqueous solubility of salts at high temperatures. I. Solubility of sodium carbonate from 50 to 348°. Journal of the American Chemical Society, 54(3), pp. 928-936 https://doi.org/10.1021/ja01342a012
Walpole, R.E.; Myers, R.H.; Myers, S.L.; Ye, K. (2012). Probabilidad y estadística para ingeniería y ciencias, 9ed, Naucalpan de Juárez, Estado de México, Pearson, p.526-528.
Wang, G.; Lu, Z.; Shi, B.; Wan, Y.; Sun, H.; Gu, J.; Wang, D. (2015). Effects of different alkaline chemical dosing on iron release in drinking water distribution systems. Research of Environmental Sciences, 28(1), pp.134-140 https://doi.org/10.13198/j.issn.1001-6929.2015.01.18
Watten, B.; Mudrak, V.; Echevarria, C.; Sibrell, P.L.; Summerfelt, S.T.; Boyd, C.E. (2017). Performance and application of a fluidized bed limestone reactor designed for control of alkalinity, hardness and pH at the Warm Springs Regional Fisheries Center. Aquacultural Engineering, 77, pp. 97-106 https://doi.org/10.1016/j.aquaeng.2017.03.003
Wilczak, A.; Hokanson, D.R.; Trussell, R.R.; Boozarpour, M.; Degraca, A.F. (2010). Water conditioning for LCR compliance and control of metals release in San Francisco´s Water System. American Water Works Association, 102(3), pp. 52-64 https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.2010.tb10072.x
Withers, A. (2005). Options for recarbonation, remineralisation and disinfection for desalination plants. Desalination, 179, (1-3), pp. 11-24 https://doi.org/10.1016/j.desal.2004.11.051
World Health Organization (WHO). (2017). Guidelines for drinking water quality. Fourth edition incorporating the first and second addenda, Geneva, WHO, pp. 1- 33.
Yateh, M.; Li, F.; Tang, Y.; Li, C.; Xu, B. (2024). Energy consumption and carbon emissions management in drinking water treatment plants: A systematic review. Journal of Cleaner Production, 437, 140688 https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.140688
Zhong, H.; Tang, Y.; Yan, H.; Zhang, Y.; Dong, L.; Wang, B. (2023). Corrosion of pipelines in urban water systems: Current research status and future trends based on bibliometric analysis, Journal of Water Process Engineering, 56, 104288 https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.104288