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7/25/2019 Dialnet-EvaluacionDeCalizasParaLaObtencionDeUnaCalParaElSud

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RESPUESTAS - Ao 12 No. 1 - Julio 2007 ISSN 0122820X

Por:Pedro Sal Rivera Carvajal1, Jos Enrique Asela Moros2, Silvia

Yohana Surez Acevedo3y Carlos Alberto Ziga Rojas4.

RESUMEN

Las aguas subterrneas se han convertido en la actua-lidad en un recurso hdrico alternativo en el munici-pio de Villa del Rosario, departamento Norte de San-tander. No obstante, estas aguas presentan un altocontenido de sustancias minerales, ricas en calcio ymagnesio, lo que hace que sta sea excesivamentedura. El recurso hdrico utilizado en su mayora por lasurbanizaciones de este municipio, presenta valores de

dureza que oscilan de 250 a 800 ppm de CaCO3y alcalinidades que van de 180 a 400 ppm comoCaCO3; siendo calificadas como no aptas para con-sumo humano, segn parmetros establecidos por elDecreto 475 de 1998 que define las Normas Tc-nicas de Calidad del Agua Potable. Esta investiga-cin a nivel de laboratorio busca la obtencin de unacal procesada a partir de la roca caliza que se daen el departamento, que combinada con una seriede aditivos controle el nivel de dureza en las aguassubterrneas utilizadas para consumo humano en elmunicipio de Villa del Rosario; aprovechando as losrecursos minerales de la regin y dando una alterna-tiva para el ablandamiento de aguas.

Palabras Claves: Dureza, agua subterrnea, cal yablandamiento.

ABSTRACT

Underground waters have become at the present timein an alternative hydric resource in the municipality ofVilla del Rosario (Norte de Santander). However thesewaters are high in dissolved minerals, specifically cal-cium and magnesium, which make water very hard.

This hydric resource is used mostly by the urbaniza-tions of this municipality and its degree of hardnessoscillates between 250 and 800 ppm of CaCO3 andalkalinities from 180 to 400 ppm as CaCO3, beingdescribed as no apt for human consumption, accor-

EVALUACIN DE CALIZAS PARA LA OBTENCIN DE UNA CAL PARA EL

SUAVIZAMIENTO DE AGUAS SUBTERRNEAS A NIVEL DE LABORATORIO,

UTILIZADAS PARA CONSUMO HUMANO EN EL MUNICIPIO DE VILLA DEL

ROSARIO, DEPARTAMENTO NORTE DE SANTANDER

1Licenciado en Biologa y Qumica U. del Valle, Esp en Qumica, Tratamiento y Control de Aguas UIS. Docente UFPS Director Grupode Investigacin GIDCA UFPS. [email protected] UFPS, Cooinvestigador Grupo de Investigacin GIDCA UFPS. [email protected] de Produccin Industrial. UFPS [email protected] de Produccin Industrial. UFPS [email protected]

ding to boundaries established in the Decree 475 of1998, which defines the Quality Technical Norm of

Potable Water. The objective of this investigation atlaboratory level is to create a product base on limeobtain from limestone rock of Norte de Santander,which in combination with several additives, controlsthe degree of hardness in underground waters usedfor human consumption in Villa del Rosario, makinggood use of the department mineral resources and sothat introducing an alternative for water softening.

Keywords: Hardness, Underground water, Lime, Sof-tening.

INTRODUCCIN

La calidad de las aguas subterrneas depende de lasgrandes cargas de materia arrastrada del suelo enpocas de lluvia y la infiltracin a travs de las capaspermeables del subsuelo, reteniendo de manera na-tural parte de la materia en suspensin, materia org-nica y bacterias. Por las anteriores razones, las aguassubterrneas son ms claras y presentan un alto con-tenido de calcio y magnesio, hacindolas no aptaspara consumo humano.

Ante la disminucin de la oferta hdrica superficial,el acelerado crecimiento urbanstico y la ausencia decobertura de acueductos, el uso de las aguas subte-rrneas se viene presentando como alternativa paracubrir los requerimientos primarios y de desarrollo dela poblacin, conllevando en lo posible, la explota-cin de los acuferos. (5).

Se presenta el caso del municipio de Villa del Rosarioen el cual se encuentra el mayor nmero de urba-nizaciones que utilizan el agua subterrnea para elabastecimiento del consumo humano y domstico; entotal son 34, que abarcan aproximadamente 3800

viviendas, con una poblacin estimada de 13.000habitantes.

Actualmente, algunas de estas urbanizaciones tienenplantas de suavizamiento con resinas catinicas de ci-


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clo sodio, pero debido a la falta de personal tcnicoy desorganizacin administrativa, no se le est reali-

zando el adecuado mantenimiento a las mismas. Elmtodo inico requiere paradas continuas del equipoy grandes cantidades de NaCl, agua y energa elc-trica, para la regeneracin del medio de intercambioinico. Por tales motivos, es un tipo de ablandamientomuy costoso que adems requiere de un control per-manente para asegurar que el agua a la salida delsistema se mantenga blanda. (4).

Esta investigacin tiene como principal fin aportar unaalternativa en el tratamiento de aguas duras, obte-niendo una cal, que justifique la inversin en trminos

de eficiencia en la remocin de dureza y alcalinidaddel agua, que sea econmico, de relativa facilidad deoperacin y mantenimiento de planta; el cual controleel nivel de dureza en las aguas subterrneas hacin-dolas aptas para el consumo humano, segn par-metros establecidos por el decreto 475 de 1998.

MATERIALES Y MTODOS

Para la seleccin de las calizas objeto de estudio setom como base la informacin suministrada por laSecretara de Agricultura y Desarrollo Rural del Norte

de Santander, Seccin de Minera, en el Censo Mine-ro y Evaluacin de Yacimientos. Las muestras de rocacaliza fueron extradas de seis municipios de Nortede Santander, Chincota, Sardinata, Gramalote, Bo-chalema, Pamplonita y Mutiscua (7), y posteriormenteenviadas a los Laboratorios Industriales de la Univer-sidad Industrial de Santander UIS con el fin de obtenerel anlisis qumico correspondiente.

En cuanto a los pozos subterrneos, se escogierondiez urbanizaciones de las de treinta y cuatro que uti-lizan aguas subterrneas para consumo humano (Ur-banizacin Tamarindo, Altos del Tamarindo, Quintas

del Tamarindo II, Villas de Santa Ana, Villas de San-tander, Villas de Sevilla, Campo Verde, El Cuj, LosTrapiches y Santa Maria del Rosario). Seis se eligieronde acuerdo a la densidad de poblacin; segn datossuministrados por la oficina de Planeacin Municipalde Villa del Rosario; y las cuatro restantes, de acuer-do a la ubicacin geogrfica, dividiendo el mapa depozos subterrneos existentes en el municipio de Villadel Rosario en cuatro cuadrantes, el cual fue facilita-do por CORPONOR. Los anlisis fisicoqumicos de

las muestras obtenidas fueron realizados en San Josde Ccuta por Prolab del Norte Ltda.

Los mtodos actuales en el tratamiento de dureza ydems anlisis requeridos para el logro del objetivoprincipal planteado en esta investigacin, se desarro-llaron en los Laboratorios de Qumica de la Univer-sidad Francisco de Paula Santander, por parte de losautores del proyecto.

Procedimiento para la extraccin de muestras deaguas de pozo

El mtodo de muestreo de las aguas subterrneas

utilizado en este proyecto fue a profundidad, el cualconsisti en hacer bajar un dispositivo de muestreopor el interior del pozo, dejando que se llenara conagua a una profundidad conocida, y recuperando lamuestra para luego transferirla a un recipiente apro-piado, cuando sea necesario.

La toma de muestras para anlisis fisicoqumico ordi-nario no requiere otras precauciones que recogerlaen un recipiente limpio con capacidad de 1 a 5 ga-lones, y estos se deben enjuagar varias veces con elagua que se va muestrear antes de llenarlo, estos asu vez no se deben llenarse completamente sino hastados centmetros abajo del cuello del recipiente con efin de permitir la expansin de la muestra durante elmanejo y transporte.

Despus de ser tomada la muestra se procede a me-dir el pH y el cloro existente en el agua, sta se llevainmediatamente al laboratorio, con un registro com-pleto de localizacin del pozo, fecha, anlisis a rea-lizar, nombre de la persona que tom la muestra yclase de muestra.

El agua de los pozos es en general poco variable en

calidad y tanto menos, cuanto ms profundos son. Enpozos muy superficiales directamente generados porros o regados se puede precisar una muestra sema-nal, pero en general una muestra mensual o trimestrapuede ser suficientemente indicativa. (1).

Procedimiento para la extraccin de muestras deroca caliza

Se aplic el procedimiento de canal, el cual se obtuvo

EVALUACIN DE CALIZAS PARA LA OBTENCIN DE UNA CAL PARA EL SUAVIZAMIENTO DE AGUAS

SUBTERRNEAS A NIVEL DE LABORATORIO, UTILIZADAS PARA CONSUMO HUMANO EN EL MUNICIPIO DE

VILLA DEL ROSARIO, DEPARTAMENTO NORTE DE SANTANDER


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mediante un corte uniforme y continuo, perpendiculara la estratificacin. Para esto se limpi la superficie

picando el frente hasta una profundidad de 5 cen-tmetros como mnimo, se-guidamente se procedi alimpiar el sitio de muestreo,con el fin de evitar la po-sibilidad de contaminacincon otro tipo de roca ajenaal yacimiento. La muestra setom con un pico de arribaa abajo hasta obtener unamuestra de 10 kilogramoscon tamao mximo de

fragmento de 15 centme-tros. Una vez terminadoel muestreo se procedi arealizar el cuarteo el cual sehizo de la siguiente forma:

Se homogeniz la muestracompletamente, se mezcl,se apil y cuarte la cali-za, se redujo el tamao dela muestra a 5 kilogramosrechazando cuartos opues-tos. Se repiti el proceso demezclado y cuarteo hastaque la muestra se redujo alvolumen adecuado. (2).

RESULTADOS

Anlisis fisicoqumicos deaguas subterrneas

En el cuadro 1 se muestranlos resultados de los anli-

sis fisicoqumicos realizadosa las aguas subterrneasprovenientes de diez urba-nizaciones del municipio deVilla del Rosario, en ellasse puede observar en quemedida la calidad del aguaest cumpliendo con los ni-veles exigidos por el decre-to 475 de 1998. (3).

Cuadros 1. Resultados anlisis fisicoqumicos

de aguas subterrneas





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Anlisis qumico de la caliza

De acuerdo al anlisis qumico realizado por Cemexde Colombia S.A., a la roca caliza procedentes delos municipios de Bochalema, Chincota, Sardinata,Mutiscua, Pamplinita y Gramalote, se concluy que laroca caliza con mayor porcentaje de oxido de calcio(CaO) aprovechable fue la de Mutiscua, lo cual sepuede observar en la cuadro 2.

En el municipio de Mutiscua se halla una caliza conun excelente porcentaje de CaO aprovechable de82.4 y el mnimo de material insoluble de 3.6, valoresesenciales para obtener una cal con las caractersti-

cas exigidas por la Norma Icontec 1398 que son de80% y 5%, respectivamente. Aplicado el proceso deobtencin de la cal viva, se le realiz un anlisis delporcentaje de oxido de calcio aprovechable, el cualdemostr que realmente la cal si cumpla con lo esta-blecido por dicha norma.

Cuadro 2. Anlisis qumico de roca caliza

Dosificacin con cal hidratada y sulfato de alu-minio. La dosificacin de sulfato de aluminio se es-tableci seleccionando el punto ptimo en cuanto adureza, alcalinidad y pH, siendo este de 25 mL desolucin. Los resultados de esta prueba se muestranen el cuadro 3.

Cuadro 3. Resultados dosificacin de cal hidratada ysulfato de aluminio

Las curvas de dureza, alcalinidad y pH, se observanen las grficas 1, 2 y 3 respectivamente.

Grfica 1. Dosis ptima de cal hidratada y sulfato dealuminio contra dureza

Grfica 2. Dosis ptima de cal hidratada y sulfato dealuminio contra alcalinidad

Grfica 3. Dosis ptima de cal hidratada y sulfato dealuminio contra pH

De acuerdo con los anlisis anteriores, se puede con-cluir que la combinacin ms eficiente teniendo encuenta los resultados de dureza, alcalinidad y pH, esla de cal y sulfato de aluminio. La dosis, en la que los





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tres parmetros fundamentales se mantuvieron dentrode lo exigido por la norma, fue de 200 mL de solu-

cin de cal Mutiscua y 15 mL de solucin de sulfatode aluminio tipo A, ambas a una concentracin del0.1% p/v, dosificadas a 500 mL de agua a tratar.Actualmente, algunas urbanizaciones del municipiode Villa del Rosario no aplican ningn tipo de trata-miento para el ablandamiento de las aguas de pozo,para la cual se plantea esta alternativa, como es ladosificacin de cal hidratada en combinacin consulfato de aluminio.

MODELOS DE ABLANDAMIENTO

Estos modelos de ablandamiento se disearon con elnimo de visualizar tanto el mtodo de resinas cati-nicas (Ver figura 1), el cual es el ms utilizado en lasurbanizaciones, y el mtodo qumico con cal y sulfatode aluminio (Ver figura 2), el cual fue el objetivo prin-cipal de este proyecto.

Figura 1. Modelo de ablandamiento por resinas ca-tinicas

Figura 2. Modelo de ablandamiento con cal y sulfatode aluminio

Modelo de ablandamiento por resinas catinicas.Para evaluar el buen funcionamiento de este equipo,

se realizaron pruebas con agua procedente de la Ur-banizacin Tamarindo, la cual presentaba los siguien-tes parmetros iniciales:

Dureza: 300 mg/l de CaCO3Alcalinidad: 272 mg/l de CaCO3pH: 7.25

En el proceso de ablandamiento se utilizaron 10 litrosde agua subterrnea, seguidamente se realizaron losanlisis de dureza, alcalinidad y pH a las muestrastomadas en intervalos de 10 minutos. Los resultados

se muestran en el cuadro 4.

Cuadro 4. Resultados anlisis del modelo de ablan-damiento por resinas cationicas

Modelo de ablandamiento con cal y sulfato dealuminio. Para el funcionamiento de este equipo seutiliz la misma muestra de agua que en el modeloanterior, por lo tanto se mantienen los parmetros ini-ciales. Se utiliz la cal obtenida de la caliza de Mutis-cua y sulfato de aluminio tipo A en la preparacin delas soluciones a dosificar.En este tratamiento se suavizaron diez litros de aguasubterrnea, para lo cual se calcul la cantidad desolucin de cal y sulfato de aluminio necesaria paraeste volumen de agua teniendo en cuenta la dosisptima determinada anteriormente.

Volumen de agua a tratar: 10000 mlVolumen de solucin de cal 0.1 %: 4000 mlVolumen de solucin de sulfato de aluminio 0.1 %:300 ml

Las muestras de agua tratada se tomaron cada 10minutos, los valores de dureza, alcalinidad y pH seobservan en el cuadro 5.





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Cuadro 5. Resultados del anlisis del modelo deablandamiento con cal y sulfato de aluminio

De acuerdo a los resultados anteriores, se puedeconcluir que el modelo funciona de manera eficiente

en la remocin de dureza, manteniendo dentro de lopermitido los valores de alcalinidad y pH.

CONCLUSIONES

El agua subterrnea disponible para las urbanizacio-nes presentes en el municipio de Villa del Rosario, esuna fuente hdrica apreciable que contribuye a satis-facer las necesidades domsticas y de consumo deesta poblacin, sin embargo la calidad de la mismaen cuanto a la cantidad de iones calcio y magnesio

presente no es la ms favorable, ya que presentandurezas que van de 255 hasta 455 mg/L de CaCO3 yalcalinidades de 234 hasta 348 mg/L de CaCO3. Al-gunas de estas urbanizaciones no poseen la solvenciaeconmica para adquirir una planta de tratamiento,sea de resinas catinicas u otro tipo de ablandamien-to y, aquellas que la poseen, no estn dando el ren-dimiento deseado pues el costo de mantenimiento eselevado.

El anlisis qumico de las calizas presentes en algu-nos municipios del Norte de Santander dio a conocerque en el municipio de Mutiscua se halla una caliza

con un excelente porcentaje de CaO aprovechablede 82.4 y el mnimo de material insoluble de 3.6, va-lores esenciales para obtener una cal con las caracte-rsticas exigidas por la Norma Icontec 1398 que sonde 80% y 5%, respectivamente. Aplicado el procesode obtencin de la cal viva, se le realiz un anlisisdel porcentaje de oxido de calcio aprovechable, elcual demostr que realmente la cal si cumpla con loestablecido por dicha norma.

La cal hidratada obtenida fue aplicada en solucin,sola y en combinacin con otros aditivos. De estas

pruebas se escogi la mejor mezcla teniendo encuenta los valores de dureza, alcalinidad y pH. Lostratamientos que sobresalieron fueron el de cal, ca-carbonato de sodio y cal-sulfato de aluminio.

No obstante los que cumplieron con los tres par-metros fueron el de cal con dureza de 70 mg/L deCaCO3, alcalinidad de 38 mg/L de CaCO3 y pHde 8.20, para una dosis de cal de 200 mL al 0.1%p/v, en 500 mL de agua a tratar y, mezcla cal-sulfatode aluminio con valores de dureza de 90 mg/L deCaCO3, alcalinidad de 68 mg/L de CaCO3 y pH de

8.74, para una dosis de 200 mL de cal y 15 mL desulfato de aluminio, ambas al 0.1% p/v, a 500 mL deagua a tratar.. Se seleccion la mezcla de cal y sulfatode aluminio ya que esta no presentaba turbidez en eagua, contrario a la dosis de cal nicamente.

Teniendo en cuenta que esta investigacin es un es-tudio preliminar de la posibilidad de aplicacin deeste mtodo de ablandamiento en las urbanizacionesmencionadas, se plantea como un siguiente pasodentro de la misma, un estudio de factibilidad dondese determine si es viable para la comunidad teniendoen cuenta el aspecto econmico y de infraestructuradisponible para tal fin. Adems estudiar la posibilidadde industrializar la produccin de cal hidratada deri-vada de la roca caliza de Mutiscua.

RECOMENDACIONES

La piedra caliza procedente del municipio de Mutis-cua present un excelente porcentaje de xido de cal-cio aprovechable de 82.4, por lo cual se recomiendaa la UFPS junto con el municipio, disear un proyectodonde se plantee su explotacin y otros posibles usosque beneficien a la comunidad, con el fin de aprove-

char este recurso y promover su industrializacin.Se recomienda a la administracin municipal de Villadel Rosario, en comn acuerdo con las urbanizacionesque no aplican ningn tipo de tratamiento al agua,gestionar recursos econmicos para la adecuacin deplantas de tratamiento, que mejore la calidad de vidade las personas que consumen aguas de pozo.Al Grupo de Investigacin para el Desarrollo y Con-trol de Aguas GIDCA de la Universidad Francisco dePaula Santander, se le recomienda implementar de





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nivel de laboratorio a nivel de planta, el proceso desuavizamiento de aguas subterrneas, teniendo en

cuenta el uso de la nanofiltracin, como un nuevosistema de ablandamiento.

AGRADECIMIENTOS

Al fondo de Investigaciones Universitarias (FINU) -UFPS por el apoyo econmico, al grupo de investiga-cin GIDCA por su aporte intelectual, a los Laborato-rios de Qumica de la Universidad Francisco de PaulaSantander por permitirnos desarrollar los diferentes

ensayos de laboratorio, a las urbanizaciones que nospermitieron el acceso a los pozos para la toma demuestras.

BIBLIOGRAFIA

[1] Cifuentes, D. & Molina, Y. (2002). Estudio de fac-tibilidad tcnicoeconmico de una planta conven-cional que produzca agua potable a partir del pozoartesiano de la urbanizacin Santa Mara del Rosa-

rio del municipio de Villa del Rosario. Memoria paraoptar el Ttulo de Ingeniero de Produccin Industrial,Programa de Ingeniera de Produccin Industrial,Universidad Francisco de Paula Santander, San Josde Ccuta, Colombia.[2] Contreras, L. & Castro W. (1998). Estudio tcni-coeconmico para la expansin del yacimiento deroca caliza denominado San Jacinto, Municipio deChincota. Memoria para optar el Ttulo de Tecn-logo de Minas, Programa de Tecnologa de Minas,Universidad Francisco de Paula Santander, San Josde Ccuta, Colombia.

[3] Decreto 475 del 10 de Marzo de 1998. NormasTcnicas de Calidad del Agua Potable.

[4] Lizcano, A. (2003). Diagnostico para la planifica-cin y manejo de las aguas subterrneas en las activi-dades de tipo industrial, comercial y agropecuario enlos sectores de Ccuta, Villa del Rosario y Los Patios.Corporacin Autnoma Regional de la Frontera No-roriental, Corponor, San Jos de Ccuta, Colombia.




[5] Plan Bsico de Ordenamiento Territorial municipiode Villa del Rosario, POT, 2004.

[6] ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Calidad delagua. Santaf de Bogot: Editorial Escuela Colom-biana de Ingenieros, 2002. p. 257.

[7] Secretara de Agricultura y Desarrollo Rural delNorte de Santander, seccin de Minera. Censo mine-ro y evaluacin de yacimientos, 1994. p. 177.

[8] Tecnologa para la purificacin del agua. http://www. aquasystem.com.mx

Recibido: 25 - Octubre - 2006Aprobado: 22 - Marzo - 2007

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