La sedimentación es una etapa de pretratamiento utilizada para eliminar los sólidos suspendidos del agua con distintos niveles de turbiedad y puede implicar la adición de productos químicos para acelerar el proceso. Puede utilizarse antes de un paso final del tratamiento, como la microfiltración T.3 , la cloración T.6 o la nanofiltración/ósmosis inversa T.15 . La sedimentación puede utilizarse en todas las fases de una emergencia.

La sedimentación es un proceso en el que las partículas físicas del agua se sedimentan con el tiempo. La gravedad por sí sola puede ser suficiente para este proceso, aunque para el agua cruda que contiene materia coloidal fina que solo se asienta lentamente o no se asienta en absoluto, es necesario agregar productos químicos para acelerar el proceso. Esto se conoce como "sedimentación asistida" (ya que se acelera el proceso natural de sedimentación) o como "coagulación y floculación". En este caso, el coagulante químico añadido al agua desestabiliza las cargas electrostáticas de los coloides para que se unan y formen partículas más grandes (floculación) mediante mezcla mecánica. Estas partículas más pesadas se sedimentan más rápidamente (sedimentación). La sedimentación (asistida) puede realizarse a todas las escalas, desde las grandes plantas de tratamiento hasta el nivel doméstico.

Consideraciones de diseño

La sedimentación como pretratamiento tiene como objetivo reducir la turbiedad a un nivel adecuado para los procesos de tratamiento posteriores. En la mayoría de los casos, se trata de cloración T.6 , por lo que se requiere una turbiedad inferior a 5 NTU. Durante la sedimentación, las concentraciones de patógenos se reducen en cierta medida (ya que tienden a asociarse a las partículas sólidas del agua), y mejoran considerablemente el color, el sabor, el olor y los niveles de metales como el hierro, el manganeso, el flúor y el arsénico. La primera etapa consiste en decidir si se necesita un coagulante, lo que puede determinarse mediante una prueba de sedimentación en una botella. Una regla general es sedimentar el agua durante una hora (o cualquiera que sea el tiempo de detención propuesto en el tanque de sedimentación) y comprobar si las partículas se han sedimentado.
Si el 80 % superior de la botella tiene agua suficientemente clarificada para el siguiente proceso de tratamiento, entonces la sedimentación natural será suficiente.

Si la sedimentación natural es demasiado lenta, el proceso puede acelerarse añadiendo un coagulante químico. Los coagulantes a base de aluminio (como el sulfato de aluminio) son eficaces en un rango de pH bastante estrecho, de entre 6 y 8 aproximadamente. Fuera de este rango, hay que añadir más coagulante, lo que aumenta el costo, así como la concentración de aluminio en el agua tratada, lo que crea un peligro para la salud. Por lo tanto, puede ser necesario ajustar inicialmente el pH del agua cruda para reducir la cantidad de coagulante necesaria. Alternativamente, los coagulantes a base de hierro son eficaces en un rango de pH más amplio, pero están disponibles con menos frecuencia y pueden provocar manchas. Ambos coagulantes reducen el pH del agua tratada y, cuando éste desciende a <6,5, puede ser necesario ajustar el pH posterior al tratamiento para reducir el riesgo de corrosión si luego se utilizan tubos y depósitos metálicos. También existen coagulantes orgánicos (por ejemplo, las semillas de moringa) que tienen un amplio rango de pH efectivo y se han utilizado tanto a nivel doméstico (véase A.8 ) como a mayor escala. La dosis óptima real para cualquier agua cruda no puede calcularse en teoría, por lo que se determina experimentalmente mediante una "prueba de jarras"; se utiliza una serie de vasos que contienen una dosis creciente de coagulante. Las pruebas de jarras deben repetirse cuando la turbiedad cambia estacionalmente.

El método de extracción puede contribuir a garantizar una turbiedad relativamente estable bombeando el agua desde el mismo lugar y desde cerca de la superficie (por ejemplo, utilizando una toma flotante, véase I.3 ). Los coagulantes deben dosificarse en un punto de caudal turbulento debido a la rápida reacción química y a una velocidad proporcional al caudal de agua. En situaciones de emergencia, la dosificación suele realizarse mediante un caudalímetro de área variable, una válvula y una T en el lado de succión de una bomba, aunque también existen otros métodos (por ejemplo, una bomba dosificadora de accionamiento eléctrico). La floculación requiere una agitación lenta (<1 m/s para evitar la ruptura del flóculo), aunque en casos de emergencia, esto suele hacerse descargando el agua bombeada en un tanque en un ángulo que estimule un caudal circular lento.

Los depósitos de sedimentación más grandes se dimensionan en función de las directrices de diseño para el tiempo de detención y la tasa de carga superficial. Cuando se dispone de poca superficie de terreno, se pueden instalar placas o tubos inclinados dentro del depósito de sedimentación para reducir la superficie necesaria en más de un 75 %. En caso de emergencia, la sedimentación asistida suele producirse en el mismo tanque que la floculación. Aquí puede ser difícil conseguir resultados perfectos, por lo que una buena opción es bombear el agua a través de filtros rápidos de arena a presión para atrapar los flóculos restantes (véase T.5 ) antes del tratamiento final. Otra opción que ahorra espacio y equipos en caso de emergencia es un clarificador de caudal ascendente que solo requiere un tanque. En este diseño, los flóculos se acumulan como una manta flotante cerca de la parte superior del tanque.

Materiales

Los materiales variarán en función de si se necesitan productos químicos. Además del tanque de sedimentación, los materiales pueden incluir una bomba, un mecanismo de dosificación de coagulante, un tanque de floculación, un mecanismo de eliminación de lodos, así como productos químicos para la coagulación y posiblemente el ajuste del pH (ácidos o alcalinos).

Aplicabilidad

Este proceso de tratamiento es adecuado para todas las fases de una emergencia. En la respuesta inmediata, puede ponerse en marcha rápidamente para el tratamiento de agua a granel. A nivel doméstico en situaciones de emergencia, las bolsitas de floculante-desinfectante (véase H.8 ) pueden ser una buena opción para la distribución inmediata a poblaciones dispersas donde el tratamiento del agua a granel podría no ser posible. A largo plazo, se puede educar a las comunidades sobre los beneficios del sistema doméstico de 3 macetas para maximizar la sedimentación natural. Las unidades de sedimentación a mayor escala son posibles en la fase de recuperación, una vez que haya tiempo para un diseño y un pilotaje adecuados. Sin embargo, también deberían considerarse posibles opciones alternativas de pretratamiento, como la filtración de desbaste T.1 para reducir los costos, la dependencia permanente de los productos químicos y los problemas de eliminación de lodos.

Operación y mantenimiento

Los requisitos de O&M son importantes y requieren operarios bien capacitados. Las tareas incluyen el control de la turbiedad antes y después del tratamiento, pruebas de jarras periódicas, modificación de la dosificación, vaciado y limpieza de tanques, eliminación de lodos y almacenamiento y mezcla de productos químicos. También será necesario el mantenimiento general de la planta (por ejemplo, bombas, mezcladoras, válvulas).

Salud y seguridad

Como proceso de pretratamiento, siempre es necesaria una desinfección adicional. Los lodos deben eliminarse de forma segura (por ejemplo, en vertederos, alcantarillas o con los lodos de las plantas de aguas residuales), aunque esto puede ser un reto en caso de emergencia. Cuando se utiliza sulfato de aluminio como coagulante, la concentración de aluminio en el agua clarificada no puede superar los 0,2 mg/L por razones sanitarias. Si resulta problemático, puede reducirse ajustando el pH del agua cruda o filtrándola a través de un filtro rápido de arena T.2 . Los productos químicos deben tratarse con cuidado, ya que son corrosivos.

Costos

Los costos de capital y de explotación varían mucho en función de la configuración exacta del tratamiento, el caudal necesario y la ubicación del país, aunque, en general, el aumento del tamaño de la planta reduce el costo cada m³ de agua producida.

Consideraciones medioambientales y sociales

La sedimentación (asistida) suele ser bien aceptada por los consumidores y las instituciones, ya que la turbiedad del agua mejora visiblemente. Los lodos producidos durante la coagulación pueden provocar riesgos medioambientales si se eliminan cerca de fuentes de aguas subterráneas.