logo

Influencia del Tipo de Alcalinizante Sobre el Proceso de Estabilización Química del Agua Tratada en Plantas de Tratamiento Convencional

Publicado 2025-01-21
Artículos

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.

Autores/as

  • Andrea Pérez-Vidal

    Universidad del Valle

  • Héctor Mario Gutiérrez-Zapata

    Universidad del Valle

  • Luis Germán Delgado-Cabrera

    Universidad del Valle

  • Alex Javier Vidal-Guerrero

    Universidad del Valle

  • Lina María Ramírez-Medina

    Universidad del Valle

  • Christian Felipe Porras-Castro

    Universidad del Valle

  • Juan Carlos Escobar-Rivera

    Empresas Municipales de Cali EMCALI EICE ESP

  • Juliana Ospina-Rodríguez

    Empresas Municipales de Cali EMCALI EICE ESP

  • Juan Pablo Gutierrez-Marín

    Empresas Municipales de Cali EMCALI EICE ESP

  • Patricia Torres-Lozada

    Universidad del Valle

Referencias

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

Estadísticas

Resumen
0
Accesos al PDF
0

Dimensions

PlumX


Descargas

Los datos de descarga aún no están disponibles.