Sedimentación

La sedimentación simple (también conocida como sedimentación simple por gravedad) es un pretratamiento físico de agua sencillo, de bajo costo, que se realiza antes de la aplicación de otros métodos de purificación como filtración (por ejemplo, filtración lenta de arena) y desinfección (cloración). Este proceso sirve para eliminar partículas pequeñas suspendidas  no deseadas (arena, limo y arcilla) y algunos contaminantes biológicos del agua bajo la influencia de la gravedad. Cuanto más tiempo se almacena el agua o se mantiene inalterada, más se depositarán los sólidos en suspensión y los patógenos en el fondo del recipiente. El proceso de sedimentación se puede acelerar agregando coagulantes. El contenido de esta ficha se enfoca en la sedimentación como un elemento que forma parte de las plantas potabilizadoras de agua.

Las partículas suspendidas en agua varían considerablemente en origen, composición, carga, tamaño, forma y densidad. Las partículas más pequeñas se mantienen en suspensión por la acción de fuerzas físicas sobre las partículas mismas. Una de las fuerzas que juega un papel dominante en la estabilización es resultado de la carga superficial presente en las partículas. La mayoría de los sólidos suspendidos en el agua poseen una carga negativa y, dado que tienen el mismo signo de carga, se repelen cuando se acercan. Por lo tanto, permanecerán en suspensión en lugar de agruparse y sedimentarse. Sin embargo, bajo la influencia de la gravedad, las partículas más grandes se depositarán en el fondo y se pueden separar del agua. El tiempo de mantenimiento óptimo depende de los requisitos iniciales de turbidez y calidad del agua para los pasos de tratamiento posteriores.

Agregar coagulantes químicos o naturales al agua puede acelerar el proceso de sedimentación. El sulfato de aluminio, el cloruro de polialuminio (también conocido como PAC) y el sulfato férrico son tres tipos comunes de productos químicos utilizados para la coagulación. Algunos ejemplos de coagulantes naturales son los nopales, las semillas de Moringa y las habas. Existen algunos productos comerciales que contienen tanto coagulantes como desinfectantes. Después de la sedimentación, el agua debe filtrarse (por ejemplo, filtración lenta de arena, filtración rápida de arena, etc. para eliminar los materiales suspendidos y los patógenos.

Muy a menudo, los tanques de sedimentación forman una parte integral de un ciclo de tratamiento que combina la sedimentación con la coagulación/floculación, filtración, desinfección y almacenamiento. La sedimentación se puede hacer simplemente llenando tanques y manteniendo el agua dentro de ellos, por un tiempo, sin que se mueva y luego decantando el agua del sedimento. Este proceso, para el suministro de agua comunitaria o urbana, debe operar de forma continua.

El diseño de las instalaciones de sedimentación para el suministro de agua comunitaria o urbana abarca desde cámaras o tanques de sedimentación simples y pequeños hasta grandes estanques de sedimentación altamente tecnológicos. Los primeros, a menudo, están hechos de concreto y son rectangulares. La entrada de agua pasa horizontalmente por una o más subcámaras separadas mientras que más y más partículas se sedimentan. 

Los grandes estanques de sedimentación a menudo tienen forma redonda. La entrada de agua dulce se encuentra en el centro del estanque desde donde el agua fluye radialmente a la salida circular en el borde.

Para el diseño de los sedimentadores se deben tomar en cuenta: el área superficial de la unidad, las velocidades de asentamiento de las partículas en proceso de remoción y la profundidad del sedimentador, además hay que tomar en cuenta el periodo de retención, velocidad horizontal, aditamentos de distribución (entrada – salida), y cargas sobre el vertedero de salida.

La sedimentación se usa para eliminar los sólidos del agua con un alto contenido de sedimentos o turbidez. El proceso de sedimentación es fácil de realizar y necesita un mínimo de material y habilidades. Sin embargo, requiere mucho tiempo y, por lo tanto, de tanques o estanques grandes para funcionar de forma efectiva. Este tratamiento del agua forma parte de las plantas potabilizadoras, pero debe complementarse con otros procesos como la filtración y la cloración, siendo esta última indispensable. Dentro de los escenarios establecidos, la sedimentación es factible para poblados de hasta 2500 habitantes, con recursos y capacidades y que tengan disposición de agua suficiente, o  escasa, debido a que el tiempo necesario para que el proceso sea efectivo es largo, en el caso que no se tengan coagulantes.

La sedimentación es muy efectiva para reducir la turbidez del agua, pero no tanto para reducir la contaminación microbiana. Mantener el agua sin perturbar durante unas horas permite que las partículas más grandes y más densas (por ejemplo, arena o limo) se sedimenten. Cuanto más tiempo permanece el agua inmóvil dentro del tanque de sedimentación, más partículas finas comienzan a asentarse. Debido a que muchos patógenos, como bacterias, virus, protozoos y helmintos, están adheridos a las partículas en suspensión, la reducción de la turbidez también mejora la calidad microbiológica (AMAGLOH & BENANG 2009). Eliminar la turbidez refleja una calidad visual mejorada del agua y, por lo tanto, aumenta su aceptación por parte de los consumidores.

Sin embargo, los sólidos muy finos (es decir, la arcilla) y la mayoría de los virus y bacterias dispersados ​​son demasiado pequeños para sedimentarse por simple sedimentación por gravedad. Por esta razón, se usan coagulantes que ayudan a eliminar, de manera efectiva, las partículas finas y acortar el proceso de sedimentación. El uso de semillas de moringa para el tratamiento del agua es eficiente en la reducción del 80% al 99.5% de la turbidez, acompañado de una reducción bacteriana del 90% al 99.99% (LEA 2010).

La efectividad de los coagulantes depende del tipo de coagulante y las características del agua (por ejemplo, temperatura, pH y las proporciones específicas de partículas que constituyen los sólidos en suspensión). El mejor enfoque para determinar la capacidad de tratamiento de una fuente de agua y determinar los parámetros óptimos (es decir, el coagulante más efectivo, las tasas de dosis requeridas, el pH) es mediante el uso de un equipo de prueba de jarras. La sedimentación simple o decantación no es efectiva para eliminar los productos químicos disueltos del agua.

Por lo general, el agua tratada se almacena en tanques o se envía a un sistema de distribución antes de ser consumida o utilizada. Para asegurarse de que la calidad del agua aún cumple con los estándares establecidos de agua potable después del almacenamiento o la distribución, la sedimentación debe combinarse con otros procedimientos de purificación. Por esta razón, la filtración  y la cloración  a menudo se aplican a pesar de que la calidad del agua después de la purificación es suficiente. La concentración residual de cloro también evitará que el agua se vuelva a contaminar. En situaciones de emergencia, la filtración puede omitirse temporalmente, sin embargo, la cloración debe aplicarse en cualquier caso.

La operación de los sedimentadores es bastante simple y básicamente es controlar su eficiencia. Para OPS (2015), los sedimentos que se acumulan en el fondo de la unidad de sedimentación deben ser evacuados, llevando a cabo una vigilancia de su eficiencia mediante las mediciones del caudal que entra a la unidad y el control de la calidad de agua efluente. La frecuencia para realizar las tareas de mantenimiento depende del nivel de turbidez inicial. En este sentido, el tanque de sedimentación debe vaciarse y limpiarse regularmente, es decir, cada 6 u 8 semanas o con mayor frecuencia dependiendo del nivel de turbidez, con el fin de evitar tanto el sobrellenado como la contaminación microbiana, independientemente del nivel de turbidez.

Agregar coagulantes puede acelerar el proceso de sedimentación. Tres productos químicos comunes utilizados para este fin son sulfato de aluminio, cloruro de polialuminio (también conocido como PAC o alumbre líquido) y sulfato férrico. Algunas plantas nativas como el nopal, las semillas de moringa y las habas se han usado tradicionalmente como coagulantes naturales para ayudar a sedimentar el agua en varios países América Latina.

Si se usan coagulantes, el personal operativo debe estar adecuadamente capacitado para realizar la prueba de jarras para determinar la dosificación del coagulante. Los coagulantes pueden ser costosos (particularmente, el polielectrolito) y necesitan equipos de dosificación precisos para funcionar de manera eficiente. Algunas comunidades han optado por no utilizar coagulantes a base de aluminio, debido a informes sin fundamento que afirman que el aluminio en el agua potable representa un riesgo para la salud pública, a pesar de las evidencias científicas que demuestra lo contrario (SRINIVASAN et al. 1999; WHO, 2008) Se han llevado a cabo estudios para determinar los riesgos potenciales asociados con el uso de semillas de moringa en el tratamiento del agua, pero no hay evidencia que indique ningún efecto agudo o crónico en humanos, sobre todo con las bajas dosis requeridas para el tratamiento del agua (FOLKARD et al. 1998).