DOSIS PTIMA DE COAGULANTE

Autores:

Cotes Rojano Sharon Dayana Gallo Vlez, David Tascn Calvache, Ana Camila Villamizar Sierra, Rosa Elvira ING. AMBIENTAL Y SANITARIA FACULTAD DE INGENIERIA UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA INTRODUCCIN:

En el tratamiento de aguas crudas se realizan diferentes procedimientos para remover los slidos presentes y desinfectar el agua de manera que este en ptimas condiciones para el consumo humano.

Una de las etapas del tratamiento es la coagulacin para la cual se utiliza un reactivo qumico que desestabiliza las cargas de los colides permitiendo que estos se unan formando partculas de mayor tamao.

En la prctica no sera adecuado adicionar una cantidad arbitraria de coagulante porque esto podra representar sobrecostos al encargado de realizar el tratamiento del agua o, si se agrega una cantidad menor que la necesaria, la coagulacin no sera efectiva. Por esta razn se deben realizar ensayos previos en el laboratorio para determinar la cantidad ptima de coagulante que se debe adicionar a un agua cruda con determinadas condiciones

OBJETIVOS:

General

Determinar la dosis ptima de coagulante para el tratamiento de una muestra de agua cruda.

Especficos Analizar la incidencia del pH y la alcalinidad con el proceso de coagulacin. Comparar los valores de turbidez con el porcentaje de remocin de slidos

suspendidos

MARCO TEORICO:

La coagulacin se refiere al proceso de desestabilizacin de las partculas suspendidas de modo que se reduzcan las fuerzas de separacin entre ellas, esto implica la formacin de puentes qumicos entre partculas de modo que se forme una malla de cogulos, la cual sera tridimensional y porosa. El trmino cogulo se refiere a las reacciones que suceden al agregar un reactivo qumico (coagulante) en agua, originando productos insolubles. La coagulacin comienza al agregar el coagulante al agua y dura fracciones de segundo. Existen dos modelos de la coagulacin. El modelo fsico o de la doble capa, basado en fuerzas electrostticas de atraccin y repulsin. El otro modelo es qumico, llamado puente qumico, que relaciona una dependencia entre el coagulante y la superficie de los coloides. Para la coagulacin existen tambin dos modelos. El primero es llamado ortocintico, el cual es promovido por agitacin externa principalmente. Influyen partculas de tamao superior al micrn y tiene relacin con los gradientes de velocidad del lquido. El segundo modelo se llama pericintico y se diferencia del primero en que su fuente de agitacin es interna. Principalmente importarn el movimiento browniano y la sedimentacin. Su efecto es principalmente sobre partculas de tamao inferior a 1 micrn. (Universidad de Chile) METODOLOGA: Materiales:

Equipo pruebas de jarra Turbidmetro pH metro Beakers o Vasos de precipitado (1l) Sulfato de aluminio tipo B

Procedimiento: A una muestra de agua cruda inicial se le determinan alcalinidad, pH y turbiedad.

Se toman seis vasos de precipitado marcados de 1 a 6 y en cada uno de ellos se aade el

mismo volumen de agua cruda (900ml). A cada uno de estos vasos se aadir una cantidad diferente de coagulante (20,30,35,40,45 y 50 mg/l respectivamente)

Preparamos la solucin del coagulante (Sulfato de aluminio) tipo B al 1 %. Esta solucin se

prepara aadiendo 1g de sulfato de aluminio por cada 100ml de agua destilada. Con algn dosificador se toma el volumen de Solucin coagulante necesaria para que haya

una equivalencia con la medida en mg/l que se desea aadir a cada Beaker. Despus de tener los volmenes de coagulante para cada Beaker, colocamos el equipo de

pruebas de jarra a una velocidad de 130 rpm y posteriormente y de manera simultnea agregamos el coagulante para cada vaso de precipitado, dejndolo actuar durante 1 min.

Pasado el minuto, se baja la velocidad a 45 rpm por un transcurso de 15 minutos.

Apagamos el equipo y dejamos que los floculos sedimenten por 3 minutos. Tomamos una muestra de 20 ml de cada jarra al mismo tiempo y finalmente a cada una de

estas muestras se le determinan nuevamente la turbiedad, pH y alcalinidad remanentes. Este procedimiento se repite para las siguientes medidas de coagulante

(55,60,70,90,100,120) mg/l

RESULTADOS:

Tabla 1. Condiciones inciales del agua cruda recipiente 1

Tabla 2. Condiciones inciales del agua cruda recipiente 2.

Procedencia Elaborada RECIPIENTE 1

Aspecto Turbio Turbiedad (UNT) 59 Ph 7,3 Alcalinidad (mg/l) 319,25 Temperatura (C) 25

Procedencia Elaborada RECIPIENTE 2

Aspecto Turbio

Turbiedad (UNT) 28,78 Ph 7,3 Alcalinidad (mg/l) 349,5 Temperatura (C) 25

Tabla 3. Medicin de las condiciones remanentes, recipiente 1.

Tabla 4. Condiciones finales agua recipiente 2.

Muestra 1 Dosis Coagulante 20 30 35 40 45 50 Reduccin de turbidez (%) 96,3 97,6 93,1 98,1 98,1 92,0

Tabla 5. Reduccin de la turbidez relacionada con una cantidad de coagulante M1.

Tabla 6. Reduccin de la turbidez relacionada a una cantidad de coagulante M2.

Recipiente 1 Jarra 1 2 3 4 5 6 Dosis(mg/l) 20 30 35 40 45 50 ml sln agregados 1,8 2,7 3,1 3,6 4 4,5 Turbiedad remanente (UNT)

2,16 1,39 4,10 1,11 1,1 4,71

pH 7,28 7,18 7,24 7,25 7,26 7,17 Alcalinidad Remanente(mg/l)

320,5 286 346,5 279 324,25 309

Recipiente 2 Jarra 1 2 3 4 5 6 Dosis(mg/l) 55 60 70 90 100 120 ml sln agregados 5 5,4 6,3 8,1 9 10,8 Turbiedad remanente (UNT)

1,32 2,45 5,89 3,02 3,92 3,67

pH 7,14 7,11 7,04 6,99 6,94 6,88 Alcalinidad Remanente(mg/l)

278 259 299 252 244,5 237,9

Muestra 2 Dosis Coagulante 55 60 70 90 100 120 Reduccin de turbidez (%) 95,4 91,5 79,5 89,5 86,4 87,3

Ilustracin 3. Condiciones iniciales de la muestra de agua.

Ilustracin 2. Condiciones del agua durante el proceso de sedimentacin.

ANALISIS DE RESULTADOS:

A partir de la grafica anterior podemos observar que existen tres valores atpicos de la turbidez en las muestras, dado que no coinciden con el patrn de variacin anterior.

Estos valores pueden estar asociados a una contaminacin de la muestra durante el transvaso del Beaker al recipiente donde se mide la turbidez en el nefelmetro.

Para evaluar la efectividad de las distintas dosis de coagulante utilizadas, lo mejor es comparar la dosis agregada con el porcentaje de remocin de slidos suspendidos. Este ltimo se expresa en funcin de la turbiedad que est directamente asociada a los slidos suspendidos de una solucin.

De la grafica anterior se puede deducir que la dosis optima de coagulante es 45 mg/l debido a que esta permiti una remocin del 98,1% de los slidos suspendidos que se encontraban en el agua cruda, sin embargo, debido a los errores procedimentales, se recomienda ubicar esta dosis en un rango de 40-55 mg/l . Donde hubo porcentajes de remocin por encima del 95%.

0

2

4

6

8

0 50 100 150

Turb

ieda

d

Dosis de coagulante

Dosis Vs. Turbiedad

Dosis de coagulante Vs. Turbiedad Recipiente 1.

Dosis de coagulante Vs. Turbiedad Recipiente 2.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0 50 100 150

% R

emoc

in

de so

lidos

susp

endi

dos

Dosis Coagulante

Dosis Vs. % Remocin de slidos suspendidos

Dosis Vs. % Remocin Muestra 1

Dosis Vs. % Remocin Muestra 2

Lo anterior muestra una interdependencia leve entre el coagulante agregado y las condiciones de pH y alcalinidad, lo cual es lgico teniendo en cuenta que al adicionar una sal (Sulfato de aluminio) el pH varia hacia el lado cido. Por consiguiente, la alcalinidad o basicidad se ve disminuida.

Por otro lado, en las tablas 3 y 4 (especialmente la 4) se evidencia que a medida que el pH se reduce, es decir, adquiere valores ligeramente cidos se presenta una mayor turbidez en las muestras de agua por lo cual

Debido a los errores obtenidos en algunos valores de turbiedad, no es posible realizar una grafica que compare esta cantidad con el pH y la alcalinidad debido a que no se obtiene un trazo lgico que permita deducir alguna informacin. Si se desea evaluar la interdependencia de la turbidez con estos dos aspectos, se debe realizar de nuevo el ensayo de laboratorio.

Como se puede observar en la Tabla 7 el valor mximo permisible de turbiedad apta es de 2 UNT para el consumo humano. En nuestra experiencia, sugerimos una dosis optima de coagulante que estaba en el rango de 40 45 mg/l. Comparndola con la resolucin se puede aseverar que dicha dosis es la adecuada y cumple con la exigencia establecida, puesto que la turbiedad de las jarras 4 y 5 correspondientes a esas dosis son las ms bajas.

Tambin podemos concluir que las dosis de 20, 35 y 50 estn totalmente descartadas por la resolucin, en el recipiente 2 solo la dosis de 55mg/l cumple con la exigencia de la resolucin.

6,86,9

77,17,27,3

0 50 100 150

pH

Dosis coagulante

Dosis Vs. pH

Dosis Vs. pH Recipiente 1.

Dosis Vs. pH Recipiente 2

050

100150200250300350400

0 50 100 150

Alca

linid

ad

Dosis coagulante

Dosis Vs. Alcalinidad

Dosis Vs. Alcalinidad Recipiente 1.

Dosis Vs. Alcalinidad Recipiente 2

En adelante, la turbiedad del agua despus de ser tratada segua elevada, confirmando lo dicho en el apartado anterior que el exceso de coagulante sera contraproducente. As mismo elevaramos los costos, aspecto que un ingeniero debe evitar a toda costa

Tabla 7. Caractersticas fsicas permisibles para el consumo humano Dec. 1575 de 2007

CONCLUSIONES:

La dosis ptima estimada es de 45mg/l. Se sugiere realizar otro ensayo con dosis entre los 40-55 mg/l para obtener un dato ms preciso.

Las tablas 3 y 4 (especialmente la 4) muestra la relacin que existe entre el pH y la turbidez del agua. Se evidencia que mientras el pH es toma valores ms pequeos, es decir, de carcter acido, la turbidez de las muestras es mayor o sea que hay menor remocin de slidos suspendidos.

De manera general, el porcentaje de remocin de slidos estuvo por encima del 90% en las dosis de coagulante por debajo de los 70mg/l . A partir de este valor, la remocin de slidos se ubico entre el 80 y el 90%. Es decir que aadir coagulante en exceso resulta ms contraproducente, para el tratamiento de aguas crudas, que aadir una cantidad inferior.

Cuando se aplica la dosis ptima de coagulante se logran reducir los niveles de turbiedad a los que se encuentran permitidos por el Dec. 1575 de 2007 que establece las condiciones adecuadas para el agua que se utiliza para el consumo humano.

Ilustracin 4. Condiciones finales en uno de los vasos utilizados durante el ensayo.

PREGUNTAS Y PROBLEMAS: 1. Cunto dinero se ahorra mensualmente un acueducto que trata 120 l/seg. si en lugar

de utilizar la dosis ptima de sulfato de aluminio, aplica una dosis menor, con resultados satisfactorios? Valor del sulfato de aluminio $1200 / Kg.

2. En qu consisten la Difusin y la Propiedad de Superficie de los coloides?

Difusin Es una de las propiedades cinemticas de los coloides En un sistema disperso, las partculas se difunden, espontneamente, desde las zonas de concentracin ms elevadas a otras de concentracin inferior, hasta que la concentracin se hace completamente uniforme en todo el sistema.

Esta propiedad responde a la ley de Fick, la cantidad, dq, de sustancia que se difunde en un tiempo dt, a travs de un plano de rea A, es directamente proporcional a la variacin de la concentracin, dc, con la distancia recorrida, o sea, que esta ley viene dada por la ecuacin:

En donde D es el coeficiente de difusin, que representa la cantidad de sustancia difundida, por unidad de tiempo, a travs de un rea de unidad cuando dc/dx, o sea, el gradiente de concentracin, es la unidad. (Universidad de Chile, 2009) Superficie de los coloides La superficie especfica de los coloides en general es muy alta ya que sus partculas son muy pequeas. Esto permite que tengan una gran capacidad de adsorcin de sustancias. A medida que se pulveriza una sustancia aumenta su superficie. Si la superficie de la micela atrae y se une a las molculas del medio dispersante, el coloide se llama lifilo (atrae los lquidos) si los repele se llama lifobo (repulsin a los lquidos). En el caso de ser el agua el medio dispersante se llaman hidrfilos o hidrfobos respectivamente. La estabilidad de la suspensin coloidal se debe a la existencia de la carga elctrica del mismo signo en la superficie de las micelas lo que produce repulsin entre ellas y evita su asociacin y precipitacin. (Rios, 2007)

3. Qu diferencia existe entre la composicin del color y turbiedad del agua?

tem Color Turbiedad Composicin Fsica Sustancias disueltas

parcialmente coloidales

Arcillas Coldales

Composicin Qumica cidos orgnicos con pesos moleculares entre 200 y 50000

Cristales de silicatos

Origen Orgnico Mineral Tamao Dispersin 87% < 0,01 Entre 0,1 y 10 Intensidad Aumenta el pH No varia pH Comportamiento Se comporta como

sustancias disueltas Se comporta nicamente en suspensiones coloidales

Fuente (Arboleda Valencia, 2000)

Trabajos citados

Arboleda Valencia, J. (2000). Teora y practica de la purificacin del agua. McGraw Hill.

Rios, E. G. (2007). Quimica. Colombia: Editorial Norma.

Universidad de Chile. (22 de Septiembre de 2009). Sistema de Servicios de Informacion y Bibliotecas. Recuperado el 23 de Febrero de 2012, de Reposorio ciencias quimicas y farmaceuticas: http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/ap-fisquim-farm12/c18.html

Universidad de Chile. (s.f.). Universidad de Chile. Obtenido de Ciencia abierta: http://cabierta.uchile.cl/revista/15/articulos/pdf/edu4.pdf