ISSN 0169-6246
Metodologia de Potabilizacion de
Agua Superficial en Nicaragua
Primer Informe
Comunicacion del Departemento de Ingenieria Sanitaria y Recurses Hidricos
Abril 1992 I.T. Dijkstra / Ir. J. van der Heide
Lago de Managua
ll#^
T U Delft
F a c u l d a d d e I n g e n i e r i a CivilUniversidad Nacional de Ingenieria, Nicaragua Universidad de Ingenieria Delft
METODOLOGIA DE POTABILIZACION DE
AGUA SUPERFICIAL EN NICARAGUA
Technische Universiteit Delft Faculteit CiTG
Bibliotheek Civiele Techniek Stevinweg 1 2628 CN Delft Comunicacion no. 41 Managua/Delft, Abril 1992 - Primer Informe Re
fP
CT
Universidad Nacional de Ingenieria Facultad de Ingenieria Quimica Sección de Ingenieria Ambiental
Universidad Técnica de Delft Facultad de Ingenieria Civil Departemento de Ingenieria Sanitaria y Recursos Hidricos
I.T. Dijkstra Ir. J. van der Heide
PROLOGO
Hace aproximadamente un ano, me encontraba de regreso a Holanda después de una irrepetible experiencia en Nicaragua.
Cinco meses antes, sali de mi pais hacia un lugar total-mente diferente y desconocido, viajé con la cabeza llena de mil ilusiones y con la inquietante sensación de ir hacia la aventura, pero las realidades con las que alli me encontré, sobrepasaron con mucho todos mis suenos anteriores.
El fin de este viaje, era el realizar un trabajo practico en el laboratório de procesos unitarios de Universidad Nacio-nal de Ingenieria (UNI). Es una etapa inolvidable en mi carre-ra, tanto desde el punto de vista practico en mi trabajo mano a mano junto a dos estudiantes nicaragüenses: Nabyarina y Maritza, como por todas las innumerables experiencias por las que he pasado en mi trato con este excitante mundo.
He aprendido mucho con mi trabajo, mis observaciones, los inconvenientes y contratiempos con los que nos encontrabamos y por supuesto he aprendido con mis propios fallos durante este tiempo; pero aparte de este informe técnico que ahora presen-to, podria escribir otro mas voluminoso que recogiera todas mis sensaciones desde el punto de vista humano.
El proyecto "Metodologia de potabilizacion de agua super-ficial en Nicaragua", quedara en mi memoria como un periodo de enorme valor practico y humano en el que me senti totalemente apollado por personas a las que ahora doy mi mas sincere agra-decimiento a:
Nabyarina y Maritza:
Por tener tanta paciencia conmigo durante tantas y tantas horas trabajo a lo largo de las 18 semanas que duro el proyecto.
Peter Duindam, Jelbe v/d Heide y Paul Althuis:
Por guiarme, ayudarme a corregir el informe y dar me animo para presentar el proyecto de esta forma.
Jurrie Reiding:
Por "prestarme su bicicleta" y escuchar mis problemas en los dias dificiles.
Algheris:
Por hacerme un sitio en su casa, esenarme a entender y a querer su forma de vida y colaborar en la preparación de la presentación del proyecto.
Pablo, Francisco y Soccorro:
Por SU labor en la etapa del transporte y darme asisten-cia en el laboratório fisico/quimico.
Por permitirme ir a un pais desconocido y lejano y apoy-arme con todas sus cartas.
Yolanda:
Por darme animo en sus "mil millones" de cartas y ayudar-me al respecto del idioma.
Ademas el proyecto ha sido posible gracias al apollo financiero y de equipo material de los institutes: WSO, KIvI y CICAT.
Espero que este informe sirva como punto de partida y base para otras personas que interesen en continuar el proyec-to.
RESUMEN
Durante un periodo de 16 semanas (Mayo - Agosto) se hizo una investigación con el tema siguiente:
"Metodologia de potabilizacion de agua superficial en Nicaragua"
El institute responsable de la distribución de agua potable para la ciudad de Managua (INAA), tiene gue buscar una solución definitiva para el problema enorme del deficit de agua, apropiada para potabilizarla. En los ultimos 25 anos la poblacion de Managua se ha cuadriplicado hasta una poblacion actual de ±
1,100,000 habitantes y la proyección de la poblacion para el ano 2000 es de casi 2 millones de habitantes.
Ya existe el problema de satisfacer la demanda. Las fuentes actualmente en use son:
Laguna de Asososca een el 22% de la preducción total y Pozos en diferentes lugares een un 78%.
La planta de la Laguna de Asososca ya ha alcanzado su maxima preducción y no existen posibilidades para aumentarla. La situación para la extracción de agua subterranea es similar: en un future cercano también alcanzara su capacidad maxima.
Para cumplir les requerimientos en el future se debe buscar:
- posibilidades de instalar nuevos pozos de agua subterranea, y
- tornar las primeras iniciativas para tratar agua superfical.
Per razenes practicas se eligió como fuente de agua super-ficial el Lago de Managua, para la realización de este estudio. El Lago de Managua se encuentra en la cercania del laboratório de Procesos Unitarios de la Universidad Nacional de Ingenieria
(UNI) y eso facilita el transporte, siendo este el principal ar-gumente para la elección del mismo.
Se hizo una cemparación de dates existentes sobre la calidad del agua del Lage (estudios de INE 1986, CIRA 1988 y 1989) en el se encontré un lugar de captación en un punto al Noreste del pueblo de Mateare. Se necesita una distancia considerable desde la ciudad de Managua para estar fuera de la influencia de la descarga de aguas negras de la misma ciudad.
Gen el resultade se hizo un recenecimiente terrestre y se en-contré un punto een buena accesibilidad en el Km 30.7 de la carretera nueva a Leen.
Una vez encentrado un punto de captación con calidad de agua cenecida, se podia empezar een el principal trabajo; tratar el agua en las tres diferentes fases:
- coagulación/floculación - sedimentación
o instalacion con una cantidad de agua fija, se da el tratamiento durante un tiempo fijo y después de las medicienes se descarga) se hizo cada semana un viaje para sacar cada vez 1,000 Its de agua del punto de captación.
La prueba de ceagulacién y floculación se hizo con una prueba de jarra, que es un equipe especialmente desarollado para encontrar las mejores circunstancias; concentración de ceagulan-te, cendicienes de mezcla, concentración de ayudantes de ceagu-lacién. Se encontré un valor de coagulante de 175 tag/1 - 250 mg/l
Al2(S04)3 sin correccién del pH y un valor de 75 mg/l de coagu-lante con correccién de pH hasta 7.0. También se hicieren ensayos con ayudante de floculación (almidon de yuca) pero no se logro mejerar los resultados.
Las dos opciones para elaberar en un sistema continue son: sin correccién de pH y con correccién de pH hasta un valor de 7.0.
Para la prueba de sedimentación en forma batch, utilizando una columna de sedimentación de 2 metres de altura, se ha en-centrado buenes resultados con una concentración de coagulante
(Al2(S04)3) de 250 mg/l.
Antes de empezar la prueba continua se debia preparar los siguientes aspectes:
- Cada dia se necesitaba 2000 Its de agua cruda del lago, para poder mantener un flujo constante de 80 Its per hora. Para mejerar la captación del agua se han fijade tubes de PVC en el sitio de captación (con vigilancia de policia) . Cada manana se iba al lago para cenectar una bemba y llenar dos tanques colocados sebre un trailer. - Para el almacenamiente cerca del laboratório de la UNI se
instalaron des tanques de 1 ,000 Its cada une en el teche del laboratório.
- Censeguir coagulante (sulfate de aluminio) y acide clorhidrico en mayeres cantidades.
- Para la ceagulacién y la floculación no existia nada en el laboratório. Se inventé un sistema que tenia la inyeccién del coagulante en un tube que conecta los tanques de almacenamiente de agua cruda con un reactor para la mezcla lenta. Desde el tanque de mezcla lentamente bajaba una manguera hasta la columna de sedimentación. Tode el sistema funcionaba hidraulicamente per la fuerza de la gravedad.
Después de una semana de ensayos y correccienes se encontré la linea optima:
- Los tanques de almacenamiente de agua cruda, arriba en el teche del laboratório;
- Un reactor de floculación con un nivel fijo fuera del laboratório;
- De esta forma el agua floculada fluye hacia la columna de sedimentación ubicada dentro del laboratório;
- Como ultimo paso se daba la filtración en la cual el agua atraviesa un filtro en dirección ascendente o descenden-te.
Se hizo un gran efuerzo durante las tres semanas de experi-mentación continua, para mantener un flujo constante durante las
24 horas del dia. Les resultados ebtenidos fueron satisfactorios. Con los mismos valores de concentración de coagulante encentrado en la fase batch, se ha logrado eliminar de un 90 % a un 95 % de turbiedad y color inicial del agua cruda. Los valores al final del proceso son para turbiedad 1 NTU y para color 25 UC aproxi-madamente, que son valores menores que los recomiendan las guias
internacionales para la calidad de agua potable.
Otros parametros investigados fueron: pH, cloruro, boro, hierre, demanda quimica de exigeno, E-coli.
De esta forma puede concluirse lo siguiente:
Se han logrado desarrollar los primeros pasos para la puesta en marcha y ejecución de una metodologia para investigar la pota-bilizacion del agua superficial en Nicaragua.
SUMMARY
Background
One of the major problems in Nicaragua with respect to water supply is the shortage of drinking water in Managua. This problem is mainly caused by a combination of increasing water demand due to population growth and limited capacity of water resources.
Over the past 25 years the population of Managua increased by a factor 4. This growth is expected to continue from the present 1.1 million to almost 2 million at the turn of the century.
Different raw water sources are being used at the moment. Lake Asososca, a crater-lake inside of the city, covers some 22 % of the production. The remaining 78 % is produced by series of groundwater wells in different catchment areas near to and inside of the city. Apart from chemical disinfection the water is supplied without pretreatment. All present resources are being exploited at their maximiim capacity.
In order to solve the problem, additional water resources have been identified. According to INAA, the national institute for water supply and wastewater disposal, surface water will be the main source, and in particular Lake Nicaragua. This lake is situated south-east of Managua, at a distance of about 40 km. Another lake. Lake Managua, was rejected because of its pollution by discharge of Managuan domestic and industrial wastewater, despite of the closer location.
Even the water of Lake Nicaragua however needs treatment, for instance to reduce the natural turbidity and colour. Considering the size of a future treatment plant, pilot-plant research on the treatment process may be very useful in optimizing the design. Sofar the only Nicaraguan institute possessing of pilot plants suitable for this kind of research is the National University of Engineering (UNI) in Managua. In order to enlarge the national research experience in the area of water supply and thereby contribute to the solution of the Managua problem, the UNI decided in consultation with INAA to initiate the present project en development of a research methodology for treatment of surface water. A physical-chemical treatment process was chosen, composed of the standard techniques coagulation,
flocculation, sedimentation and rapid filtration. This kind of surface water treatment process is being applied successfully all ever the world, and even in some small plants in Nicaragua.
Because it would have been rather difficult to move the pilot plants from the university to a safe site close to the lake, it was decided to transport raw water batch-wise to the laboratory. In order to minimize the transport. Lake Managua was chosen as raw water source in stead of Lake Nicaragua. This deviation of the INAA-policy seemed acceptable, considering the objectives of the project.
First a location was selected for the intake of lake water. The main criteria were accessability, distance and water quality. With respect to the water quality the effect of sewage discharge
should be as little as possible. Existing data generated by other institutes (INE, CIRA) were analyzed. Taking into account all criteria a site was selected at some distance of Managua, north-east of the village Mateare, close to the new road to Leon.
The water was abstracted some 100 m off-shore. Actual measurements confirmed, that the turbidity and suspended solids concentration were rather lew and that the pH, temperature, colour, dissolved solids concentration and chemical oxygen demand were rather high.
Batch experiments
The main goal of the project was to study the performance of the selected treatment process in a continuous-flow pilot plant. First however a series of batch experiments was carried out, in order to optimize seme of the operational conditions.
Coagulation/flocculation
Batch experiments en coagulation and flocculation were executed in a Jar-test-apparatus. The purpose of these experiments was to determine the optimal coagulant and flocculant dose, pH and mixing. As coagulant Al2(SO/i)3 was selected, as it is the only coagulant being used in Nicaragua at the moment. Preliminary tests with FeCls showed only a somewhat better turbidity and colour removal. As flocculant yucca-starch was chosen, a natural polymer produced locally.
The way of rapid mixing (coagulation) did not have much effect en turbidity and colour removal. The GT-values ranged from 2,500 - 15,000. For the experiments to fellow a low value of 5,000 was chosen as standard. For slow mixing (flocculation) the residual turbidity and colour decreased slightly at an increasing GT. A high value of 120,000 was chosen as standard.
The pH appeared to have a significant effect. Starting at a value of about 9.3 in the raw water, a correction to values below 8 decreased the remaining turbidity and colour about 70%. A pH of 7 was chosen as standard, because the lowest residual concentrations occurred at this value.
At the standard values of GT and pH the effect of coagulant dose was investigated. Up till a dose of 75 mg/l both turbidity and colour decreased "fast" to about 25% of the initial values. At higher doses the values continued to decrease, but much slower. Therefore a dose of 75 mg/l was chosen as standard. The addition of flocculant (yucca-starch) had a limited effect. The lowest residual concentrations were found at a dose of 5 mg/l. A time-lag between the addition of coagulant and flocculant worsened the results.
The tests with respect to coagulant and flocculant dosage were also carried out without pH-correction. A standard coagulant dose of 250 mg/l was required to reach a similar removal of turbidity and colour. Addition of flocculant did not improve these results.
Sedimen ta ti on
Batch tests were carried out in a sedimentation column of 2 m depth and 0.44 m diameter, after coagulation and flocculation at standard conditions, without pH-correctien, in a storage tank. The goal of the tests was to investigate for this case of flocculant settling the relation between hydraulic surface loading and removal of turbidity. For this purpose the column was equipped with sampling points at several depths.
The results clearly indicated, that at a settling time of 45 minutes or more the effect of depth and therefore surface loading on the turbidity removal disappeared. In fact the removal ratio was constant at 80% and even independent of time. Below this critical settling time a greater depth allowed for a higher surface loading at the same removal ratio.
Pilot plant experiments
The pilot plant comprised of raw water storage, coagulation, flocculation, sedimentation and rapid filtration. Some characteristics of the individual units are mentioned below.
raw water supply: batch-wise transport of 2,000 1/d to the
laboratory; storage in 2 buffer tanks on the roof, allowing for gravity flow in the plant at a rate of about 80 1/h.
coagulation:
flocculation: sedimentation;
filtration:
in-line dosing of coagulant and hydraulic rapid mixing in the pipe connecting the storage tank and flocculation tank. The coagulant dose was varied between 100 and 250 mg/l without pH-cerrection and between 75 and 110 mg/l at a pH of about 7.
mechanical slow mixing at a detention time of about 25 minutes.
up-f low sedimentation in the same colvimn that was used for the batch experiments, at a detention time of almost 4 hours and a surface loading of about 0.5 m/h.
2 parallel columns of 0.09 m diameter and 2 m height, receiving each half of the flow. The parallel set-up allowed the investigation of 2 types of filtersand, fine
(0.6 - 0.7 mm) and coarse (0.9 - 1.6 m m ) , and upflow and downflow at the same time. Respectively with a filterbed of 0.5 and 0.9 m height.
At several sampling points turbidity and colour were measured frequently. Also the filter resistance was monitored continuously. Seme of the results of the most significant runs are mentioned below, i.e. run 4, 6, and 7.
run 4 5
1 7
coagulant dose 175 250 75 pH 9.3 9.3 7.0 type of f i Itration flowdirection filter 1 downflow upflow upflow filter 2 1 downflow downflow downflow IIIn the table above, most important operation characteristics are listed. For each unit of the pilot plant the range and trend of the parameters turbidity and colour is mentioned.
raw water quality: sedimentation:
1 run 4 6 7 turbidity NTU % 4 2
1 3
76 93 83 colour mg Pt/1 % 1 100 30 60 65 87 74 1 run 4 61 7
turbidity NTU 17 17.5 18 colour ' mg Pt/1 f 283 233 231 1 filtration:filter 1: down / upflow
run 4 6
1 ^
turbi NTU 1.9 0.5 1.2 dity % 53 75 60 colour mgPt/1 90 30 20 % 10 0 67 length of fiIterrun h 4 10 5 head loss before cleaning fTÏTl 700 450 450 remaining 1 hydraulic i capacity (Tun I 550 50 50 1 filter 2: downflow run I 4 61
''
turbi NTU 3.0 0.5 1 1.0 dity % 25 75 67 colour mg Pt/1 95 22 20 % 5 27 67 length of f ilterrun h 13 12 6 headless before cleaning mm 800 800 800 remaining hydraulic capacity mm 700 750 600 1The percentages are based on the effluent values of the correspondent process and the ones of the process prior to it.
A mayor part of the turbidity and colour has been removed by the sedimentation process. The results were better the higher coagulant doses were used. Correction of the pH to 7.0 yielded to results which were better than the ones of run 4 and worse than the ones of run 6.
The criteria for filtration was the water flew, resulting in back washing at a water flow less than 40 1/h. In case of run 4 the filtration effluent showed little improvement in turbidity and no improvement in colour. Because of very short filter run time, the flew direction of filter 1 had to be changed. In case of run 6 the filtration process improved the water quality with respect to turbidity, in fact the colour maintained unchanged low. In case of run 7 a reasonable percentage of turbidity and colour has been eliminated by the filtration process.
overall removal treatment process:
run 4 6 7 turb overall filterl 89 97 93 idity removal % filter2 68 87 91 colour overall removal % filterl 82 97 94 filter2 66 91 91
Apparently the results of run 6 and 7 are almost the same, nevertheless the filter run time corresponding to run 7 is half of the one corresponding to run 6. In general the length of the filter run is rather short, caused by the criteria of a minimum water flow though the filter bed. In case of downflow filtration the filter run time could be prolonged if would have been permitted lower water flow after a certain time.
Along with the continuous pilot plant operation, other parameters like; TDS, COD, Chlorine, were determined. Except the parameter Boron, W.H.O. regulations were accomplished.
Taking in account all aspects, the following conclusion can be made:
The first successful steps are made towards a starting up
and execution of a methodology to investigate the treatment of surface water in Nicaragua.
CONTENIDO
PROLOGO RESUMEN
CAPITULO I PROBLEMATICA DEL ABSTECIMIENTO DE
LA CIUDAD DE LA MANAGUA 1.1. Introducción
1.2. Situación actual del abastecimiente 1.3. Estudios existentes
1.3.1. Plan Maestro 1.3.2. Alternativa
CAPITULO II SELECCION DEL PUNTO DE CAPTACIÓN DEL LAGO DE MANAGUA
2.1. Introducción
2.2. Descripcién merfológica e hidrolégica 2.3. Parametres de investigación
2.4. Cemparación de los dates existentes de la calidad del agua
2.4.1. Resultados de INE ebtenidos en el '76 2.4.2. Resultados de INE ebtenidos en el '86 2.4.3. Resultados de IRENA ebtenidos en el '82 2.4.4. Resultados de CIRA ebtenidos en el '88/'89 2.5. Discusión de los seis puntes seleccionados 2.6. Segunda cemparación de los dates
2.7. Cenclusienes
CAPITULO III VERIFICACION PUNTO SELECCIONADO PREVISIONAL DE CAPTACIÓN
3.1. Introducción
3.2. Guias de las determinaciones y los cuidados 3.2.1. Determinaciones de los parametros fisices 3.2.2. Determinaciones de los parametros quimicos 3.2.3. La determinacion del parametro microbielogico 3.3. Cemparación del Punto 9 y el Punto 4 (cemprobar) 3.4. Cemparación del Punto 9 y la cercania del centre
de Managua (cemprobar) 3.5. Discusión de les parametros 3.6. Conclusion
CAPITULO IV CAPTACIÓN DE AGUA CRUDA 4.1. Introducción
4.2. Selección del sitio de captación
4.3. Profundidad y turbiedad relacionada al sitio de captación
4.4. Descripcién del sistema de captación 4.5. Instalacion y operacién del sistema
4.6. Calidad del agua cruda en el abastecimiente después de la captación
5.1. Introducción 27 5.2. Factores que influyen en la ceagulacién y
la floculación 27 5.3. Coagulantes inorganicos 27
5.4. Instalacion existente 28 5.5. Resultados de la prueba de jarra
5.5.1. Investigación preliminar 28
5.5.2. La primera serie 29 5.5.3. La segunda serie 31 5.6. Discusión y conclusiones
5.6.1. Altas cencentraciones de coagulante 33
5.6.2. Ayudante de coagulante 33
5.6.3. Correccién del pH 34
5.6.3. Precloración 34 CAPITULO VI PRUEBA DE SEDIMENTACIÓN (BATCH)
6.1. Introducción 36 6.2. Instalacion existente 36
6.3. Investigación 36 6.4. Resultados 37 6.5. Conclusienes 43 CAPITULO VII PRUEBA CONTINUA
7.1. Introducción 45 7.2. Aspectes técnicos de ejecución
7.2.1. Reactivos 45 7.2.2. Agua cruda 46 7.2.3. Instalaciones 46 7.3. Compesición de les procesos del sistema
7.3.1. El primer sistema 47 7.3.2. El segunde sistema 48 7.4. Planificacién de la investigación 49
7.5. Resultados de tode el periodo de la investigación 50 7.6. Elaberacién de las fases mas importantes
7.6.1. Selección de las fases para elaberar 52
7.6.2. Elaberacién de la cuarta fase 52 7.6.3. Elaberacién de la sexta fase 53 7.6.4. Elaboracién de la séptima fase 54 7.7. Determinacion de algunes parametros del agua tratada 55
7.8. Conclusiones 57 BIBLIOGRAFIA
1
CAPITULO I PROBLEMATICA DEL ABASTECIMIENTO DE LA CIUDAD DE LA MANAGUA
1.1. Introducción
En el primer capitulo se enfoca la situación de abasteci-miente, y se plantea una posible respuesta que puede ser viable a partir del use de agua superficial, en este case se elige el Lago de Managua, para proponer una metodologia de investigación, hacia la busqueda de la potabilizacion.
La ciudad tiene una poblacion actual de 1.1 millones de habitantes con una demanda de agua potable de 360,000 m^/d y un
deficit de 80,000 m^/d.
La preducción de agua en la ciudad se considera de 280,000 m^/d y es apertada de acuerdo al siguiente orden, Laguna de Asososca 21.6%, Campo de pozes Carlos Fonseca 20.2%, Pozes del plan de emergencia 40.5%, Otres pozos 17.5%
1.2. Situación actual del abastecimiente Laguna de Asososca
La laguna Asososca es la principal fuente de abastecimiente, situada en el Km5 carretera Sur, tiene una preducción premedio de 60,560 m^/d, es el ünico cuerpe de agua superficial que se usa para abastecimiente que requiere solamente cloracién ,
Campo de Pozos Carlos Fonseca Amado
El campo de pozos esta ubicade en el cestade Sur del Aeropuerte Internacienal Augusto Cesar Sandino y la construccion
fue planificada ante el crecimiento de la ciudad para la integración de nuevas fuentes, ya que la Laguna de Asososca era la unica alternativa, la preducción diaria de esta fuente es de 58,125 m^/d.
Pozos del plan de emergencia
Ante la emergencia del abastecimiente, se ejecuta la construccion de una bateria de 30 pozes en la periferia de la ciudad, especialmente en la zonas mas altas de la ciudad y con mayor demanda, asegurande la preducción de 113,550 m^/d. evitandose el racionamiente de un tercer dia a la semana.
Otros pozos
Otras fuentes que abastecen la ciudad se encuentran en la periferia y algunes de elles entraron en funcionamiento antes del terremete de 1972, también obedecen a un plan de nuevas fuentes. La preducción de elles es de 49,200 rar/d.
Actualmente el deficit de 79,500 nr/d es resuelto parcial-mente per un programa de racionamiente programado de acuerdo a las caracteristicas hidraulicas del sistema de distribución.
El problema del abastecimiente se plantea a partir del crecimiento peblacional, la preducción actual de las fuentes y la red de distribución. El incremento de la poblacion de la ciudad de Managua es enorme: en 1,990 habia 1.1 millón de habitantes, en el 2,010 se preveen aproximadamente 3.5 millones de personas.
En este parrafe se discuten las consecuencias para las fuentes del agua y su tratamiento. La falta de disponibilidad de un estudio de base que permita cenocer el grade de polucion y un método de potabilizacion.
1.3. Estudios existentes 1.3.1. Plan Maestro
La institución rectora del agua y alcantarillado en el pais, INAA, se rige con un Plan Maestro propueste que censiste en dos etapas propeniendo 5 alternativas, seleccionadas, desde el ana-lisis técnico econémico y asegurande cebertura para los anos 1993 y 2003 respectivamente.
La Etapa I tendra capacidad de suministrar 190,764 mr/d y la Etapa II efrece capacidad de 473,125 m3/d, garantizande el abastecimiente de toda la ciudad.
(para una descripcién mas elaborada véase apéndice 1-1)
1.3.2. Alternativa
La alternativa es iniciar la investigación de la disponibi-lidad del agua del Lago de Managua, como la fuente superficial mas cercana a la ciudad y no el Lago de Nicaragua. Para intro-ducir la Metodologia de potabilizacion y aprovechar las bondades que pesee esta fuente y en un future hacer estudios que demues-tren su utilizacién y censervación.
3
En los capitulos siguientes se hacen estudios de los dates existentes de la calidad del agua del lago de Managua. Se elige un punto preliminar para la captación del agua, luego se comprueba een propias medicienes y un recorride terrestre. El agua del sitio definide se transperta al laboratório por carretera, een el ebjetivo de hacer algunas pruebas de tratamiento. Al final se trata el agua en una instalacion continua hasta ebtener agua potable.
CAPITULO II SELECCIÓN DEL PUNTO DE CAPTACIÓN DEL LAGO DE MANAGUA
2.1. Introducción
Este capitulo se centra en la büsqueda de alternativas, para la selección viable de un punto de extracción de muestra de agua cruda del lage de Managua. La selección del punto de muestreo se basa en la información de los diferentes estudios realizados por los institutes siguientes:
-Institute Nicaragüense de Energia (INE) -Institute de Recurses Naturales (IRENA)
-Centre de Investigaciones de Recursos Acuatices (CIRA) Para la selección de los puntes de muestreo, se consideran los aspectes siguientes:
-recoleccién y procesamiente de dates existentes de la calidad del agua
-distancia entre la fuente y el laboratório -accesibilidad al punto de muestreo
La recoleccién y procesamiente de dates es vital para ebtener conocimientos de las investigaciones hechas por las diferentes institucienes.
El criterio de la distancia entre la fuente y el laboratório es importante por los volümenes de muestras requerides para las pruebas de tratabilidad. Para la captación de la muestra es requisite indispensable contar con un camino accesible.
Per les criteries anteriores se seleccionan para la investigación les Puntes 1, 2, 3, 4, 5, y 9 , definide per el INE y el CIRA, véase el mapa 2.1.
La forma de investigación es:
* selección preliminar del punto de captación a partir de les dates existentes (capitulo 2)
* verificacién de les dates existentes y selección nueva B base a prepias medicienes (capitulo 3)
* selección definitiva mediante un recerrido terrestre (capitulo 4 ) .
2.2. Descripcién merfológica e hidrolégica
El Lago de Managua tiene una superficie de 1,016 km^ y esta confermade per dos cuencas; la del Sur tiene mener profundidad que la cuenca Nerte.
El viento tiene dirección predeminantemente Este durante el 65 % del ano y una velocidad media anual de 3,7 metres por segun-de, esto permite una buena oxigenacien y prevoca presencia de mayor concentración de solides suspendidos, que sera mayor en la zonas de manor profundidad.
Uno de los problemas mas criticos del lage es la saliniza-ción. Parte de las sales, que entran a la cuenca, provienen de los suelos erosienades, de la descarga de aguas negras de la
5
poblacion, de agroquimicos, de desechos solides y de afluentes industriales.
El balance hidrelógice da un volumen de entrada por los flujos de aproximadamente 1,000 millones de metres cubicos por ano (véase apéndice II-1a/b). Las entradas por aguas domesticas son el 6 % de este volumen.
2.3. Parametros de investigación
Se requiere comparar dates de la calidad de los diversos puntes. El objetivo es verificar los parametros que son importantes para los procesos de tratamiento.
Los procesos de tratamiento son: c e a g u l a c i é n / f l o c u l a c i ó n , sedimentación
filtración y desinfección. Temperatura
Para todos los procesos quimicos la temperatura es muy importante, en general las reaccienes van des o tres veces mas rapido si aumenta la temperatura en 10 grades.
pH
El coagulante es un reactive que tiene varias composiciones, dependiendo del equilibrie de la reacción. El pH determina el punto del equilibrie.
Turbiedad
Particulas pequenas causan la turbiedad en el agua. Durante la fase de ceagulacién/floculación se ferman les fléculos per la agregación del reactive. Durante la sedimentación les fléculos bajan al suelo, dando como resultade una disminución de la tur-biedad. Las particulas muy finas se retienen en el filtre dando mener turbiedad al agua filtrada.
Color
Este parametro se comperta igual que la turbiedad, por adsercién en les fléculos y el filtro se retiene el color.
Nitratos/nitrites Hierre total
Demanda quimica de exigeno Demanda biológica de exigeno
En el proceso de filtración se oxidan varias centaminacienes, cuales se retienen en el filtro o salen en forma de gas.
E-coli
Per el proceso de desinfeccién el numero de E-coli debe disminuir hasta el valer cere.
Clorures
Bore Mercuric
Casi ninguno de los procesos de tratamiento tiene influencia en estes parametros. Sin embargo estos parametros teman parte en las investigaciones: - les clorures y sélidos disueltes
totales por que el Lage es una cuenca cerrada (sale mas agua que entra, las sales se retienen),
- el boro por ser de origen velcanico y - el mercuric por ser el residue de la
industria de sesa caustica de la empresa Pennwalt.
2.4. Cemparación de los dates existentes de la calidad del agua 2.4.1. Resultados de INE ebtenidos en el '76
Los resultados de los seis puntes elegidos se presentan en la tabla 2.1, en el periode Abril-Junie '76, estación seca y lluviosa, tornado de una muestra superficial y a un metro de profundidad.
La temperatura y el pH no tiene mucha variacién, la turbiedad presenta variacienes en el Punto 5 y 9 siendo ésta mejer en el reste de les puntes. La variacién en la turbiedad es preducto de la profundidad en les Puntes 1-4 y mener en los Puntes 5 y 9.
Los sélidos totales disueltes en general sen escasos y de poca variacién,
La concentración de clorures es alta y presenta alta salinidad. En los Puntes 1 y 2 es mener su concentración por la descarga de las aguas negras de la ciudad de Managua. En los puntes 3, 4 y 5 la concentración de clorures es similar al compertamiente normal (verano mener, invierno mayor); los puntes
1,2,9 presentan valores contradictories. En la época seca, per la evaperacien la concentración de cloruro es mener, y aumenta ésta concentración por la lluvia.
Los nitrates y los nitrites en los puntes en general, su concentración es baja, pero en los Puntes 1, 2, 3 y 5 éstas cencentraciones son mayeres per la descarga de aguas industria-les .
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6 7 . Lago de Managua ^ O \^^fC
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\ \ \ • 9 1 / • Managua \ Nmapa 2.1. puntes que registra el INE y el CIRA, Lago de Managua
Masaya
^ Granada V,
Lago de Nicaragua
profundidad [m] temperatura [ C] pH [-] turbiedad [NTU] solidos tot. disueltos [mg/l] cloruros [mg cr/l] nitratos [mg N03_/l] 1 I 0 29 9,2 25 330 205 42 II 1 29 9,6 30 210 167 57 2 I 0 30 9,1 24 385 205 92 II 1 28 9,4 20 282 144 48 3 I 0 31 8,9 21 332 205 41 II 1 29 9,2 20 322 212 42 4 I 0 31 10 20 325 225 34 II 1 28 9,4 19 269 227 42 5 I 0 33 9,0 10 292 210 48 II 1 29 9,5 10 367 227 48 9 I 0 29 8,8 10 287 205 26 II 1 27 9,4 10 323 182 48
tabla 2.1. INE '76 I : resultados de 7-4-'76 II: resultados de 25-6-'76
2.4.2. Resultados de INE ebtenidos en el '86
Los resultados de INE se presentan en a la tabla 2.2, los valores de pH, sélidos totales disueltos y cloruros no varian muche. Parece curieso el aumente de los sélidos totales disueltos entre los periodes '76-'86. El boro tiene valores entre 0.5 mg/l y 2.0 mg/l (premedio 1.40 mg/l). profundidad [m] pH r 1 l-J solidos tot. disueltos [mg/l] cloruros [mg cr/l] boro [mg B/l] 1 ^ 1 9,03 1140 220 1,0 2 1 9,05 1186 220 0,5 3 1 9,17 1240 234 1,3 4 1 9,23 1264 238 1,7 5 1 9,16 1249 224 2,0 9 1 9,28 1170 231 1,7 tabla 2.2. INE'86
9
2.4.3. Resultados de IRENA ebtenidos en el '82
En la tabla 2.3. se presentan las cencentraciones de mercurie. En el Punto 1 la concentración es muy alta, per la des-carga de mercurie de la Pennwalt, en los demas puntes es mas baja. mercurio [ug/1] 1 17 2 0,5 3 0,5 4 <0,5 5 0,5 9 0,3 tabla 2.3. IRENA '82
2.4.4. Resultados de CIïtA ebtenidos en el '88/'89
Les resultados se muestran en las tablas 2.4a/b. El muestreo es superficial.
La temperatura y el pH no varian mucho, la turbiedad es mejor en los Puntos 5 y 9.
Les solides totales disueltos no varian, pero si son muy altos.
La concentración de los cloruros se comperta igual gue en les resultados del INE.
La concentración de los nitratos en los diferentes puntos de muestreo es relativamente alta en el mes de julio. Excepte en les Puntes 1 y 2 la concentración en el mes de abril es muy baja.
El origen del hierre en la época seca se debe a la com-posicién del suelo volcanico y en todos les puntos la con-centración es casi igual. El aumente de la misma en los Puntos 1 y 2, en la época lluviosa, es posiblemente debida al preducto de la compesición de sedimentos (arena arcillesa) arrastrada por la corriente al lago.
Les valores del boro se muestran altos como consecuencia de la actividad volcanica. Para las diferentes épocas del ano la concentración no varia en les puntos analizados
Ne se pueden establecer comparacienes de la demanda quimica de exigeno en los puntes estudiados por presentar algunas
profundidad [m] temperatura [ C] PH r 1 L-J turbiedad [NTU] solidos tot. disueltos [mg/l] cloruros [mg C1-/11 nitratos [mg N03~/l] hierro total [mg/l] boro [mg B/1] D Q 0 [mg O2/I] 1 0 31 9,24 36 1289 254 6,7 2,12 2,3 158 2 0 30,5 9,22 39 1285 254 3,6 2,90 3,0 176 3 0 30 9,37 25 1305 256 6,0 0,70 3,0 4 0 30 9,50 28,5 1260 256 3,4 0,63 3,2 194 5 0 29,9 9,24 15,5 1348 268 3,7 0,38 3,7 211 9 0 29,6 9,15 8 1401 282 4,8 0,13 3,8 176
tabla 2.4a. CIRA julio '88
profundidad [m] pH r 1 I J turbiedad [NTU] solidos tot. disueltos [mg/l] cloruros i [mg c r / l ] nitratos [mg N03~/l] nitrites [mg N02~/l] hierro total [mg/l] boro [mg B/1] 1 0 9,25 30 1438 218 3,9 <0,05 0,43 2,2 2 0 9.09 1378 209 2,1 <0,05 0,61 2,2 3 0 9,18 1296 199 0,7 <0,05 0,53 2,2 4 0 9,12 1471 214 <0,5 <0,05 0,41 2,3 5 0 9 0 9,15 18 1232 218 <0,5 <0,05 0,31 2,3
11
2.5. Discusión de les seis puntos seleccionados
El Punto 1, se descarta por el contenido de mercurie que es demasiado al te, 17 y-g/1.
Les Puntos 2 y 3, se eliminan por las descargas de aguas negras.
El Punto 4, presenta turbiedad alta, los solides totales disueltos en la época de lluvia sen bajes e igualmente los nitratos y el hierro. Se propone como Alternitiva I.
El Punto 5, presenta buenas cualidades, pero solamente se dispene de información de la época lluviosa. Ademas, tiene la dificultad de la accesibilidad. Per lo anterior es preferible elegir un sitio cera del literal.
El Punto 9, es cercano al Punto 5, tiene registro para las dos épocas del ano. Sus resultados presentan buenes valores de turbiedad, nitrates y hierro. Se propone come Alternativa II.
2.6. Segunda cemparación de los dates
Los terminos de cemparación de las alternativas I y II, de los Puntos 4 y 9 son los parametros fisicos/guimicos basados en les registres de serie de cinco dates y en la guias para la selección de fuentes para el abastecimiente deméstico. Les parametros son: temperatura, pH, turbiedad, sélidos totales disueltos, nitratos, hierre, boro, DQO, DBO (excepte mercurio per falta de registro).
Para cenocer las correlacienes entre los parametros estudiados en el tiempo en cada alternativa, se hizo una cemparación. Con los dates de los cinco meses se hizo una cemparación anual. Tedavia los dates son pobres y es premature basar un promedie anual. Se puede observar las fluctuaciones grandes en el range de promedie. Sin embargo, para la segunda cemparación se usa el promedie. Se cemparan éstos valores een las guias de selección de fuentes para ebtener información sobre la pesibilidad del tratamiento de agua para use potable, véase tabla 2.5.
temperatura [ C] pH r 1 l-J solidos tot. disueltos [mg/l] turbiedad [NTU] cloruros [mg cr/l] hierro total [mg/l] boro [mg B/1] nitratos [mg N03"/l] nitrites [mg NOp'/l] D Q O [mg Ojl] D B O [rag O2/I] promedio alterna-tiva I 29,35 9,3 1336 24,1 239 0,57 2,38 1,74 0,44 148 7,2 promedio alterna-tiva II 29,6 9,16 1353 11,9 240 0,16 2,58 2,25 0,11 167 5,9 guias de la selección de fuente <30 1 >6,5 y <10,5 <1500 <250 <600 <1,0 ? ) <100 mg N/1 ? ? tabla 2.5. Alternativas l/ll
y guias de la selección de fuente
En la tabla 2.6. se califican las dos alternativas con promedies a un nivel; Excelente, Bueno, Pobre.
Los resultados de ésta cemparación compiten, entre si la diferencia no es muy grande en cuante a la turbiedad y el hierro.
13 temperatura pH turbiedad solidos tot. disueltos cloruros nitratos nitrites hierro total boro D Q O D B O alterna-tiva I B P B P B E B P P B alterna-tiva II B P E P B E E P P B explicación de simbolos para selección de fuente: -E = Excelente
-B = Bueno -P = Pobre
Tabla 2.6. alternativas seleccionadas
2.7. Conclusiones
Se han cemparado los resultados del INE, IRENA y CIRA para encontrar un punto de captación del agua del Lago de Managua. En la primera cemparación se ha ebtenido dos opciones, Punto 4 y Punto 9.
Los resultados de CIRA son mas reciente y elaborades y per eso se ha heche una segunda cemparación con los Puntos 4 y 9 (se ha propueste come alternativa I y I I ) . Todavia les dates registrades no tienen centinuidad para un ane. Per tanto se verifican les parametros en el capitulo siguiente con propias medicienes.
Se propone como punto de captación de agua del Lago de Mana-gua la alternativa II (Punto 9, véase mapa 2.1.)
CAPITULO III VERIFICACION PUNTO SELECCIONADO PROVISIONAL DE CAPTACIÓN
3.1. Introducción
En este capitulo se describen los analisis realizados de quince parametros de caracter fisico, quimico o microbielogico, les cuales se determinan también en el CIRA y en el INE. Sin embargo no es posible la realización de todos ellos en el laboratório de INGAM, ante la falta de posibilidades del labora-tório y el tiempo fijado para la investigación.
Se describen las determinaciones globales en el parrafo 3.2., el detalle al respecto puede encontrarse en el suplemento. Para comprebar se cemparan los resultados de las determinaciones del Punto 9 een el Punto 4 y een el Punto cercano al litoral del centre Managua. Se termina este capitulo con una discusión de los parametres.
3.2. Guias de las determinaciones y les cuidados 3.2.1, Determinaciones de les parametros fisices
Temperatura
La temperatura se mide facilmente con un termémetro y se expresa en centigrados.
Turbiedad
La turbiedad se mide een el turbidimetro. Aunque existe el problema de la corriente eléctrica, la cual no es constante por el cambio de frecuencia. Para eliminar este problema se deben medir las muestras des veces y ajustar el equipo a intervales regulares con las soluciones standard.
Conductividad
La conductividad se mide een el cenductivimetro. Se debe ajustar el boten de correccién al numero escrito del electrode
(en este case 1.05). solides suspendidos
Los solides suspendidos se miden a través de un filtro para pesar los residues. Los sélidos suspendidos sen dificiles de medir per causa de la alta humedad.
sélidos disueltos totales
Los solides disueltes totales se miden evaporando el agua y pesando el residue. Se puede investigar la relación entre la cantidad de sélidos disueltos totales y la conductividad.
Color
El color se determina para comparar la absorbencia del agua filtrada een una solución standard de Platino de Cobalte. Para la obtención de valores razonables se usa una cubeta de 40 mm. En este espectefetómetro se usa una cubeta de 1 O mm, entonces les valores ebtenidos sen bajes.
15
Por causa de los variacienes de la corriente se debe verificar el equipe een una solución cenecida y hacer las medicienes 2 e 3 veces.
3.2.2. Determinaciones de los parametros quimicos Medicion de la escala acido/base (pH)
El pH se mide een el pH-metro. Previamentese se debe equi-librar el equipo con las soluciones de buffer, indicando el buffer de pH = 6.78 para ajustar el boten de delta-pH y luego el buffer de pH = 4.01 para ajustar el boten de mV/pH(252C).
Concentración de exigeno
La concentración de exigeno se mide een el exigimetro. Demanda Quimica de Oxigeno (D.Q.O.)
La D.Q.O. se determina con el método del bloque de digestion. Con este equipo se usan pocas cantidades de muestra y reactivos (2.5ml, 1.5ml, 3.5ml) y para estas cantidades no existen pipetas fijadas. Se recomienda el use de una pipeta automatica la cual se puede poner en las cantidades convenientes.
Clere residual
El clere residual se puede determinar con un equipo del campo para ebtener resultados indicatives. Se usa un método de cemparación del color desarrellado agregando un reactive. Con el método de titulacién se ebtiene mejores resultados.
Cloruros
Los cloruros se determinan een el método de titulacién con la solución de Nitrate de Plata. Cencluyende la titulacién cuando se ebtiene el cambio del color hasta rosado-amarillo. Se obtiene una solución lechesa en la cual el punto de cambio no es brusco.
Nitratos
Les nitratos se determina con el método de Brucina. Se mide la absorbencia* per el color amarillo desarrellado. En este método el tiempo de medicion es muy importante porque varia el color con la temperatura.
Hierre
El hierro se determina een el método de fenantroleina, se mide la absorbencia* segun el tiempo indicado. Se debe usar la solución de fenantroleina no mas antigua a 3 meses, porque pierde SU reactividad.
Boro
El boro se determina con el métede de Carmina. El color disminuye lentamente a través del tiempo, por esta razen es
importante medir la absorbencia* a su debido memento.
* para determinar la absorbencia se debe verificar el buen funcionamiento del espectefetómetro y leer dos veces.
3.2.3. La determinacion del parametro microbielogico Escherichia Coli (E-coli)
La E-coli se determina een el método de tubes multiples de fermentación. Se efectua la prueba presuntiva y confirmativa para determinar E-coli total y fecal. La ejecución es muy laboriosa y requiere preparar caldos, usar normas de esterilización y tener destreza en al maneje de los equipos.
3.3, Cemparación del Punto 9 v el Punto 4 (comprebar)
Después de estudiar los informes existentes se empieza a muestrear en los puntos ebtenidos en el capitulo 2. Las deter-minaciones hechas en el laboratório muestran la tendencia del CIRA y el INE.
Cuando se ven los resultados de las determinaciones hechas en el laboratório (tabla 3.1.) se puede decir que el Punto 9 da mejores resultados (excepte boro).
La temperatura, el pH y el cloruro son iguales en los dos puntos. La turbiedad y les solides suspendidos son menores en el Punto 9 veresimil por causa de la profundidad del lago y de esta forma es mener la influencia de la mezcla per el viento. Los nitratos y el hierre sen inferiores en el Punto 9. El boro es mas alto en el Punto 9 por causa de la cercania volcanica.
Punto 4 Punto 9 temperatura 27.4 27.9 °C pH 9.41 9.46 turbiedad 12.5 7.0 N.T.U. solides suspendidos... 43 14 mg/l cloruros 235 234 mg Cl~/1 nitrates 0.42 0.21 mg N/l hierre 1.34 0.70 mg Fe/l boro 2.21 2.53 mg B/l 12 mayo 1990, 1 muestra de cada Punto per parametre
medicienes dobles/triples tabla 3.1. : parametros en les Puntos 4 y 9
3.4. Cemparación del Punto 9 v la cercania del centre de Managua (cemprobar)
Para comprebar la conclusion ebtenida en el capitulo 2 sebre la mala calidad del agua cerca de la ciudad de Managua se Ie ha cemparado con la calidad del Punto 9, En la tabla 3.2. se muestran los resultados de les parametros determinados en el laboratório,
17
Se observa que los resultados son variados por el lugar de muestreo. La turbiedad y los solides suspendidos, el color y la demanda quimica de exigeno son mucho mas altas en el punto cercano a Managua que en el Punto 9, a consecuencia de las descargas de aguas residuales de la ciudad, que contienen alto color per su origen erganico.
Por el contrarie las aguas residuales contienen menores cencentraciones de solides disueltos (cloruros) y menor conductividad. La concentración de nitratos es para la descarga de las aguas residuales muy baje. Una explicación probable es la ausencia del oxigeno en la profundidad. Los parametros de DQO y temperatura indican la misma explicación, ademas el agua tiene un color negro.
El hierro y el boro son mas bajes porque la fuente es prebablemente el suelo del lago y no las aguas residuales.
Punto 9 Managua temperatura 31.0 29.8 °C pH 9.43 9.05 turbiedad 17,3 72 N.T.U. solides suspendidos... 15 69 mg/l color 212 542 U.C. c o n d u c t i v i d a d 1611 1356 >jLS/cm2 sél. disueltos totales 1115 930 mg/l D.Q.O 224 320 m g 0 2 / l cloruros 231 182 mg Cl"/1 nitratos 0.20 0.33 mg N/l hierre 0.90 0.62 mg Fe/l boro 2.30 2.01 mg B/l 28 junio 1990, 1 muestra de cada Punto por parametre
medicienes dobles/triples
tabla 3.2. parametros Punto 9 y cercania Managua
3,5. Discusión de los parametres
Se ha heche la cemparación de los Puntos solo en un recorride. Los resultados son parecidos a los resultados del CIRA y el INE y el objetivo era cempararlos. Se puede hacer un estudio con mas profundidad, pero en este caso seria demasiado elaborado.
Los reactivos usados para las determinaciones son escasos y por eso mismo se guardan mucho tiempo y en algunes cases pierden su reaccienes (per ejemplo para el case de la fenantroleina, determinacion del hierro).
Cada determinacion de un parametre tiene su limitación en la exactitud de los resultados. La desviacién varia para las diferentes determinaciones.
* La temperatura y el pH se determinan een gran exactitud. * La concentración de exigeno y la conductividad se deter
menos exactes que en el laboratório.
* La desviacién de los otros parametros se encuentra en la literatura para cada determinacion (Métede Standard), observaciones especificas en estas circunstancias:
- la determinacion de sélidos suspendidos es dificil por causa de la alta humedad. El peso no es constante y aumenta a lo largo del tiempo per la absorcién de la humedad, y no se obtienen buenes resultados. Sin embargo se puede decir alge del valer ebtenido cuando se realiza una pesada rapida
- la determinacion de la turbiedad es susceptible al cambio de la corriente, eso da un error adicional de medicion
- las determinaciones del color, nitratos, hierro y boro een el espectefetómetro sen también susceptibles al cambio de la corriente
El color y los nitrates presentan menos credibilidad en sus resultados.
* El color es un parametro menos exacte por el use de una cubeta de 10 mm en lugar de 40 mm recomendades, ademas existe el problema de la variacién de la energia. Sin embargo se obtienen resultados mas exactes que usande la determinacion visual y se puede comparar la serie de los valores ebtenidos durante el periodo de experimenta-ciones.
* La determinacion de los nitrates con el método de Brucina no es satisfacterie y los valores en general son muy bajes; para el case de la determinacion de los nitrates del agua cercana a la ciudad la concentración es
imprevisible (véase parrafo 3.4.). Se debe encontrar un mejer método para determinar los nitratos.
La concentración de boro resulta alta y la literatura dispenible es muy pobre sobre este problema. Cuando se consume agua een alta concentración se puede danar el sistema nervioso central. No se han encentrado normas para el boro, aungue no se recomienda una concentración mas alta de 1.0 mg B/l como norma del agua antes de la purificación. En este case la concentración es tres veces mas alta. (Se necesita hacer una investigación relacionade een el boro.)
3.6. Conclusión
Este estudio se ha seleccionado para algunas determinaciones fisicas, quimicas y microbiolegicas. Cada determinacion tiene su restriccion, ademas existen problemas adicionales para este case especifice.
Se ha verificado la calidad del lago en los Puntos 4 y 9. Para estos resultados indicativos se puede concluir la calidad del agua para potabilizar en el Punto 9 es mejor que en el Punto 4.
19
Una conclusion obvia es que la calidad del agua cerca de la ciudad de Managua esta muy contaminado per causa de la descarga de las aguas negras.
Durante las investigaciones para seleccionar el punto de captación se dice que el 'Punto 9', en realidad no es un punto. El aérea que se indica con el Punto 9 es razonablemente grande. Para elegir realmente el sitio de la captación hace falta un recorride terrestre, el cual se comenta en el proximo capitulo.
CAPITULO IV CAPTACIÓN DE AGUA CRUDA
4.1. Introducción
La investigación del use de una fuente para el abastecimiente de agua potable, se inicia een la captación de agua una vez caracterizadas sus cualidades fisicas, guimicas, bacteriolegicas y su potencial hidrologico. Otros aspectes a considerar son la accesibilidad a la fuente y la disponibilidad del area para futuras infraestructuras.
En la investigación se plantean dos etapas de la recoleccién del agua cruda. La primera etapa para las pruebas de batch y la segunda etapa para las pruebas continuas.
4.2. Selección del sitio de captación
En la selección del sitio de captación se organize un recerrido terrestre al litoral del lago en las cercanias del Punto 9.
El recenecimiente se hizo en seis pesibles lugares, se presenta una breve descripcién de éllos.
- La estación del ferrocarril de Mateares, este sitio pre senta estancamiento de aguas y es de dificil acceso. - Marca Playa, a la altura del Km 27 Antes de llegar al
compleje metalico, een acceso empedrado.
- El Mirader, en el Km 28.2, carretera nueva a Leen.Tiene un camino de penetracién de piedra cantera alrededor de
100 m, sin lograr alcanzar la costa del lage de Managua. - El bequete de la finca Roma, Km 29, tiene acceso hasta la
linea ferrea y falta per lo menos un tramo de 50 m, para llegar hasta la playa.
- Piedras Azules, a la altura del Km 30.7., tiene caminos de tode tipe hasta la orilla del lago y presenta lOOm de terrene arenoso.
- Ceeperativa German Pomares, en el Km 33, el camino de penetracién es irregular y een pendiente fuerte.
El punto seleccionado fue el de Piedras Azules, al reunir buenas cendicienes como: buen acceso, entrada de playa amplia, el lecho del lago en sus primeros 50 m rocoso y mas de 50 m arenoso. Se encuentra ubicade en el km 30.7, de la carretera nueva de Leen y muy cerca del Punto 9.
21
4.3. Profundidad v turbiedad relacionada al sitio de captación Después de haber seleccionado el lugar de captación hace falta investigar las caracteristicas del sitio, la influencia de la distancia de la costa en la calidad del agua.
La investigación del suelo resultó ser de material rocoso hasta 100 m y a partir de esta distancia se encontré suelo arenoso.
La relación entre la profundidad y la distancia de la costa se muestra en grafice 4.1. Se obtiene una profundidad de 2 metros entre 100 a 150 primeros metres de la distancia de la costa. (Por opciones realistas de captación no se ha investigado el comperta-miente del suelo a una distancia mayor a 150m de la costa.)
O
120 Dtstancia de la costa Cm]
grafice 4.1 . profundidad versus la distancia de la costa
Para investigar la influencia de la profundidad en el parametro turbiedad se ha medido la turbiedad al medio perfil de la profundidad, dando una reduccion de 34% a una distancia entre 100 m y 150 m de la costa (véase grafico 4.2.). Mas cerca de la cesta la reduccion de la turbiedad es menor per la mayor influencia del suelo.
La investigación da como resultade que la beca de toma tiene que estar lo mas lejos posible de la costa. El problema intrin-sece sera (en este caso) el material; la lengitud de la tuberia. Para la primera fase se ha censeguide una tuberia de lengi-tud total de 70 metros, incluyende que no se llega a la distancia ideal de la costa. Para la segunda fase se han censeguide nuevas tuberias para llegar a la distancia requerida, la cual es de 120 metres.
5
•q
il
h
Distancia de la costa CnO
grafico 4.2. porcentaje de la turbiedad versus la distancia de la costa
4.4. Descripcién del sistema de captación
El sistema de captación para la primera y segunda fase, censiste en dos movimientos: la captación prepiamente dicha y el transporte de agua cruda al laboratório de operaciones unitarias. En la primera fase la captación censtaba de una bemba sumergible accionada por corriente continua (bateria de 12 volties), 70 m, de tuberia flexible y una lancha pequena para portar la bateria y la bemba. De alli y a un metro de profundidad se impulsaba el agua al tanque de plastico que se encontraba sobre el trailer.
Una vez realizadas estas operaciones een una duracién de una hora se transportaba el trailer een una camioneta. El volumen transportado fue de 2000 1 de agua. Véase figura 4,1 , para el esquema de la captación durante la primera fase.
Para la segunda fase les volümenes diaries de agua requeridos escilaban entre 2,000 y 2,600 1 para las pruebas continuas, es decir para un proceso de 24 heras. Para resolver este aspecto se medifica el sistema de captación y se adquiere una bemba de mayor capacidad, accionada con gasolina e instala-cion fija een tubes de PVC que permite mas flexibilidad para las operaciones en menor tiempo.
La boca de toma se encuentra a 120 m, de la orilla del lago een una profundidad de hasta 2.0 m. El transporte queda igual a la fase anterior. Véase figura 4.2. para el esquema de la captación durante la segunda fase.
23
TUBO FLEXIBLE
DE 2 " (D VEHICULO PATROL
BATERIA
'^y/y^A^\WJ
figura 4 . 1 . esquema de l a captación, primera fase
TANQUE PARA AGUA f ALCACHOFA V l ^ VEHICULO PATROL TUBO -A-^ FLEXIBLE ~~ DE Z" (D
4.5. Instalacion v operacién del sistema
Se presentaren problemas en la instalacion y fijacién de la tuberia debido al fuerte oleaje del lago y por ser una instala-cion provisional, esto provocó problemas en la operacién del sis-tema, como es el de la penetracién de aire a la tuberia por falta de sellado en las uniones, perdida de tubes ya sea por sustrac-ción o por deslizamientos en las uniones.
En cuante a la perdida de los tubes, se pudo superar con la coordinacion de las autoridades policiales competentes; por ser un proyecto de investigación de la Universidad Nacional de Ingenieria.
Otro problema es el transporte de agua cruda y tiene dos aspectes importantes:
- La perdida de agua de hasta 400 1 por viaje.
- La pesibilidad de prevocar accidentes en la via asfaltada per la falta de aseguramiento del trailer.
4.6. Calidad del aoua cruda en el abastecimiente después de la captación
La fuente de agua cruda en estudio es de origen superficial, SU origen es la causa de fuertes y grandes variacienes en sus caracteristicas fisicas, quimicas y biolégicas.
Estos pueden ser metivades per fenémenos naturales, la actividad doméstica e industrial. La información de los cambios se logra por el seguimiento de los parametros de interés.
Para la investigación preliminar de la prueba de jarra se establece el seguimiento del agua cruda almacenada en un tanque de plastico, een tiempo de almacenamiente minimo de cuatro dias.
En el principle de las investigaciones (las pruebas de batch) se lleva una vez per semana agua al laboratório. Al contrarie de las pruebas continuas, se debe llevar cada dia agua fresca al laboratório. A partir de los resultados ebtenidos en un dia, se establece basandese en ellos el compertamiente a seguir durante las pruebas continuas.
Se quiere cenocer las pesibles variacienes en la calidad al variar sus cendicienes naturales. Se eligen para el contrei los parametres siguientes:
-temperatura, -pH
por ser les parametros basices para los reacciones quimicas -turbiedad, -color
por ser los des parametres importantes durante las pruebas de batch y continuas (elegidos antes en parrafo 3.2.1.) -hierro
para tener un parametro que indique la oxidacién
Las determinaciones se efectuan cada doce horas, por la manana y por la noche. Se observan variacienes a través del tiempo, en todos los parametros (véase el suplemento para los
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cuadros que se rellenan durante las investigaciones).
En el grafico 4.3. se encuentran las lineas que representan el comportamiento de los cinco parametros durante un recerrido de investigación de aproximadamente 100 horas.
En el grafico se representa en el eje horizontal el tiempo y en el eje vertical el porcentaje remanente, se supone el valor t=0 en el 100 %.
Calidad de muestra cruda en el tiempo
30 20 10 -0 -I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 r— 0 20 4 0 GO 80 100 Tlemoo ClwrasD
temperatura pH turbiedad color hierro grafico 4.3.
La temperatura disminuye per causa de la baja temperatura del aire en el laboratório porque esta encendido el aire acondicionade. La disminución al final es aproximadamente del 25
%.
El pH se mantiene practicamente constante.
La linea de turbiedad esta mostrando f luctuaciones pequenas, prebablemente debido a la mezcla incempleta antes de tomar la muestra. Algunas particulas se quedan al fondo del tanque.
El color presenta un descense marcado prebablemente se deba a la falta de preducción de la clorofila, el color esta producido per algas. Después de 100 horas el color se ha reducido hasta la mitad del valor inicial.
El parametro de hierre presenta fluctuaciones extranas, con valores mayeres que al principle. Prebablemente la determinacion del hierro no se hizo muy exactamente, dando mayeres errores. Per no haber disminución de la concentración del hierro no existe oxidacién del mismo debido a las influencias naturales.
En general se puede decir que la influencia para los parametros en el tiempo es de menor importancia hasta 30 horas de abastecimiente.
4.7. Conclusiones v recomendaciones
El sitio seleccionado para la captación de agua cruda es Piedras Azules, por poseer las cualidades suficientes para la futura boca de toma. La distancia de la costa es 70 o 120 metros, respectivamente a la primera y segunda fase de captación. (La beca de toma tiene que estar lo mas lejos posible de la costa.)
Es importante la coordinacion een las autoridades competentes para el resguardo de las instalaciones del proyecto.
De continuar een el estudio, se recomienda mejerar el sistema de fijacién de les tubes y transporte del agua cruda.
El contrei de la calidad del agua cruda en el tiempo tiene menor importancia para hacer durante la prueba continua, porque el tiempo de abastecimiente es inferior a 24 horas.
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CAPITULO V PRUEBA DE BATCH DE C O A G U L A C I O N / F L O C U L A C I O N
5.1. Introducción
En este capitulo se detalla la prueba de jarra. Se aborda la descripcién de las pruebas determinandose las variables que influyen en el proceso de clarificacién. Estas variables seran dates base de las pruebas discontinuas y continuas. (Para la teoria de la floculación y ceagulacién véase el suplemento.)
Se estudiaron las variables que a continuacién se presentan: - tipes y dosis de coagulantes
- dosis del ayudante de coagulante - tiempo de aplicación del ayudante
- efecto del gradiente de la velocidad (efecte de la energia)
- efecto de la preclorinacién
El modelo usado en la determinacion de las variables son dos equipos de jarra une de 4 y uno de 6 unidades respectivamente, con velocidad variable, agitacién multiple con paleta plana y vases de precipitados con deflectores fijos.
5.2. Factores que influyen en la coaqualación v la floculación Los factores que influyen en la ceagulacién sen:
- Caracteristicas fisicas y quimicas del agua - Dosis de coagulante
- Punto de aplicación de coagulante - Intensidad y tiempo de mezcla - Tipe de dispositive de mezcla
Los factores que influyen en la floculación son: - Influencia de la calidad de agua
- Dosis de coagulante
- Intensidad de mezcla y tiempo de mezcla - Tiempo o periodo de floculación
5.3. Coagulantes inorqanices
Se trata de la interacción de coagulantes inorganicos con el agua, especificamente las sales de hierro y aluminio.
La hidrolisis de sales de hierro y aluminio.Cuando se agregan estas sales al agua se desencadenan una serie de reaccienes con la alcalinidad del agua; el agua y sus iénes presentes en el agua, resultando los procesos de hidrolisis y polimerizacién.
El sulfate de aluminio [Al(S04)2]^* I8H2O, es un polvo de color marfil. En solución se encuentra hidrolizado y toma la forma [ Al (H2O) °]'^'^, actuando como acide per ser donador de pretones.
5.4. Instalacion existente
La ceagulación/floculación se hace con un equipo que se llama equipe para la prueba de jarra. Existen varies tipos con el mismo principle. En diferentes jarras (4 o 6) de dos litres contenido se tienen deflectores para mejorar la mezcla. Se pueden ba jar les rotores en el agua y variar la velocicad para diferentes revoluciones por minute.
La agregación de los reactivos se hace vaciando jeringas al mismo tiempo en las diferentes jarras. Detras de las jarras esta la luz para hacer mejores observaciones durante los procesos. Después del tiempo coveniente para la sedimentación se sacan muestras por el tube plastico segun la ley de barriles comunicados.
5.5. Resultados de la prueba de jarra 5.5.1. Investigación preliminar
Se realizaren dos series de ensayos de jarras con el fin de experimentar el compertamiente del agua cruda y ebtener infor-mación para el diseno del esquema de trabajo y la preparación de les formates.
Se hicieron algunas investigaciones preliminares con el objetivo de ebtener una idea de los ordenes de las cantidades de la dosificación de coagulante requerida. También se investigé el funcionamiento de les dos tipos de coagulante.
Ensaye con Sulfate de Aluminio y Cloruro de Hierro
La dosis de coagulante entre O mg/l y 50 mg/l Al2(S0^)^ no presenta ningün cambio en la turbiedad y es necesario encontrar la dosis optima een mayeres concentraciones, el rango de 100 hasta 450 mg/l.
Se realiza el ensaye con FeCl3 (50-300 mg/l). Para comparar los resultados se calcula el peso meleculaar (sin secar) del:
Al2(S04)3 2H2O = 378.14 g/mol, FeCl3 6H2O = 270.32 g/mol.
Relación Al2(S04)3 2H2O dividide entre FeCl3 6H2O = 1.40.
Para ebtener iguales cantidades de moles de Sulfate de Aluminio y Cloruro de Hierre se establece la relación de 1.40 y con ésta se pueden comparar los resultados de (después de 30 minutes de sedimentación):
opción I 150 mg/l Al2(S04)3 2H2O y 200 mg/l FeCl3 6H2O
opción II 200 mg/l " '^ 300mg/l
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condiciones de la mezcla: 10 seg. de mezcla rapida 200 rpm 20 min, de mezcla lenta 50 rpm datos iniciales de turbiedad (8 NTU), pH (9,37), color (221 UC)
opción I II coagulante »lg<S0.,3 »1^(S0,,3 Turbiedad (NTU) 2.57 2,20 2,48 1.50 pH (-) 8,25 7,75 7.21 7.29 color (UC) 60 55 52 36 tabla 5.1.
Con iguales concentraciones de Al^* y Fe^"^ los resultados son mejores para el Cloruro de Hierro y la diferencia en los resultados de Sulfate de Aluminio y Cloruro de Hierro aumenta con mayeres concentraciones de ceagualantes.
Ensaye con ayudante de ceagulacién (almidon de yuca )
Para el ensayo con ayudante se usé almidon de yuca (preducto nacional). Este ensayo se practica con las cencentraciones de 10-50 mg/l, para prebar su compartamiente. Les resultados no son lo suficientemente clares y se debe prebar nuevamente.
5.5,2. La primera serie
Las variables a ensayar en las siguentes etapas son: I Dosis optima de coagulante
II Dosis optima de ayudante
III Tiempo Optimo de agregación del ayudante
IV Gradiente de velocidad y tiempo (GT), véase apéndice V-5
V Correccién de pH
Para el esquema y la explicación de esta opción véase apéndice V-2.
Los resultados se presentan en unes graficos en que se marca en el eje horizontal la concentración del interes de la investigación (por ejemplo: concentración de coagulante o valores del p H ) , en el eje vertical se presenta les parametros turbiedad y color (la escala es en 0.1 unidades de turbiedad [0.1 * NTU] y en 1 unidades de color [UC]).
Para los graficos de la primera serie véase apéndice V-1.
Etapa I, dosis optima de coagulante
En el rango de la investigación de O a 450 mg/l de coagulante. Se obtiene un éptimo preliminar de 150 mg/l coagulante. La linea promedio en el grafico 5.1. presenta variacienes a medida que aumentan las cencentraciones y ésto hace
