FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA DE …

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

INFLUENCIA DEL PH, CONCENTRACIÓN DE COAGULANTE Y FLOCULANTE

EN LA REMOCIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS, DEMANDA QUÍMICA

DE OXÍGENO Y TURBIDEZ EN EFLUENTE DE LAVADO DE PULPA

DE LA PLANTA PAPELERA TRUPAL S.A.

TESIS

PARA OPTAR EL TÍTULO DE

INGENIERO AMBIENTAL

AUTORES:

Br. CARRERA GARCÍA GRECIA DEL ROCÍO

Br. INFANTE TORRES EVELYN ROMY

ASESOR:

Ing. JORGE LUIS MENDOZA BOBADILLA

TRUJILLO - 2015

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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JURADO CALIFICADOR

Dr. Alfredo Cruz Monzón Presidente

Dr. Alberto Quezada Álvarez Secretario

Ing. Jorge Mendoza Bobadilla Asesor



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I

DEDICATORIA

Dedicado de manera especial a mi padre mi gran

ejemplo a seguir, quien a pesar de los años no agota

sus ganas de seguir aprendiendo y que con tanta

nobleza ha hecho de mi lo que soy.

A mi madre, la mejor amiga que sigue mis pasos, el

motivo más grande de mi superación. Este trabajo es

tuyo, pues siempre has estado conmigo y no me has

dejado desfallecer.

A mi hermano menor Julio, quien es mi mejor amigo y

mi ejemplo de fortaleza.

A mi hermana Leidy, por darme mi motor y motivo

llamado Juleisy.

A mi abuela Devora que siempre tiene un “si se puede”

para mÍ.

Y a todas mis amigas que siempre están conmigo en

mis triunfos y derrotas.

Gracias por su apoyo y confianza, este es el primer

peldaño de mi escalera al triunfo.

Br. GRECIA CARRERA GARCIA



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II

Dedico de manera especial a mi madre pues ella fue el

principal cimiento para la construcción de mi vida

profesional, sentó en mí las bases de responsabilidad y

deseos de superación, en ella tengo el espejo en el cual

me quiero reflejar pues sus virtudes infinitas y su gran

corazón me llevan a admirarla cada día más.

Gracias a Dios por concederme los mejores abuelos

(Tulio y Elena), tíos (Eduardo y Javier) y tía (Mónica);

gracias a su apoyo pude concluir mi carrera.

A mis primas Candy y Estefani que son personas que

me han ofrecido el amor y la calidez de la familia a la

cual amo y que son mi motivación más grande para

concluir con éxito este proyecto de tesis.

A Daniel por su afecto y cariño que son los detonantes

de mi felicidad, de mi esfuerzo, de mis ganas de buscar

lo mejor.

Br. EVELYN INFANTE TORRES



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III

AGRADECIMIENTOS

La vida se encuentra plagada de retos y uno de ellos es la universidad. Tras vernos dentro de

ella, nos hemos dado cuenta que más allá de ser un reto, es una base no solo para nuestro

entendimiento del campo en el que nos hemos visto inmersas, sino para lo que concierne a la

vida y nuestro futuro.

A Dios y a todas las personas que de una u otra manera nos colaboraron para poder realizar este

trabajo de investigación.

A nuestro Asesor Jorge Mendoza Bobadilla, por su paciencia y tiempo dedicado para resolver

nuestras dudas.

A nuestra familia ya que todo esto nunca hubiera sido posible sin el amparo que nos otorgaron

y el cariño que inspiraron en nosotras, quienes de forma incondicional estuvieron a nuestro lado

para saber cómo iba nuestro proceso.

Le agradecemos a nuestra institución y a nuestros maestros por sus esfuerzos para que

finalmente pudiéramos graduarnos como unas felices profesionales. Las palabras nunca serán

suficientes para testimoniar nuestro aprecio y agradecimiento.



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IV

PRESENTACIÓN

Sres. Miembros del Jurado:

De conformidad con el reglamento de grados y títulos de la Escuela Académico Profesional de

Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Trujillo, presentamos a consideración de

vuestro criterio, el presente trabajo de tesis denominado “Influencia del pH, concentración de

coagulante y floculante en la remoción de sólidos suspendidos, demanda química de oxígeno y

turbidez en efluente de lavado de pulpa de la planta papelera Trupal S.A.” con el propósito de

optar por el título profesional de Ingeniero Ambiental.



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V

INDICE DEL CONTENIDO

RESUMEN ..................................................................................................................................... XI

ABSTRACT .................................................................................................................................... XII

I. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1

1.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA: ........................................................................................... 1

1.2. ANTECEDENTES: ............................................................................................................ 3

1.3. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL: ................................................................................ 5

1.3.1. DEFINICIÓN DE AGUAS RESIDUALES .................................................................... 5

1.3.2. GENERACION DE LAS AGUAS RESIDUALES: ......................................................... 5

1.3.2.1. CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES (A.R) ........................................ 6

1.3.2.2. CONTAMINACIÓN CARACTERÍSTICA DE LA INDUSTRIA ................................ 7

1.3.3. EL AGUA EN LA FABRICACIÓN DE PAPEL Y CARTON ............................................ 7

1.3.3.1. APLICACIONES. .............................................................................................. 7

1.3.3.2. FUENTES DE CONTAMINACION DEL CIRCUITO DE AGUAS ............................ 7

1.3.4. PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN. ........................................................................... 10

1.3.4.1. TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN. ......................................... 11

1.3.4.2. AFINIDAD DE LAS PARTÍCULAS COLOIDALES POR EL AGUA ........................ 11

1.3.4.3. CARGA ELÉCTRICA Y DOBLE CAPA ............................................................... 12

1.3.5. PARTÍCULAS COLOIDALES ................................................................................... 12

1.3.5.1. LOS COLOIDES ............................................................................................. 12

1.3.5.2. ESTABILIDAD E INESTABILIDAD DE LOS COLOIDES ...................................... 13

1.3.6. NATURALEZA DE LA TURBIEDAD ........................................................................ 14

1.3.6.1. TURBIEDAD .................................................................................................. 14

1.3.6.2. MODIFICACIONES DEL PH............................................................................ 14

1.3.7. LA COAGULACIÓN ............................................................................................... 15

1.3.8. OBJETIVO DE LA COAGULACIÓN: ....................................................................... 15

1.3.9. DEFINICIÓN DE COAGULACIÓN .......................................................................... 16

1.3.10. TEORÍA DE LA COAGULACIÓN: ........................................................................... 17

1.3.10.1. MECANISMO DE LA COAGULACIÓN ............................................................ 18

1.3.10.2. COMPRESIÓN DE LA DOBLE CAPA ............................................................... 18

1.3.10.3. ABSORCIÓN Y NEUTRALIZACIÓN DE CARGAS.............................................. 19

1.3.11. COAGULANTES MAS UTILIZADOS....................................................................... 20

1.3.12. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COAGULACIÓN. ............................................. 21

1.3.12.1. INFLUENCIA DEL PH. .................................................................................... 21

1.3.12.2. INFLUENCIA DE LAS SALES DISUELTAS ........................................................ 22



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VI

1.3.12.3. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DEL AGUA ............................................ 22

1.3.12.4. INFLUENCIA DE LA DOSIS DEL COAGULANTE .............................................. 22

1.3.12.5. INFLUENCIA DE LA TURBIEDAD ................................................................... 23

1.3.13. ETAPAS DEL PROCESO DE COAGULACIÓN: ........................................................ 24

1.3.14. REMOCIÓN DE TURBIEDAD. ............................................................................... 25

1.3.15. POTENCIAL Z: ...................................................................................................... 26

1.3.16. LA FLOCULACIÓN ................................................................................................ 26

1.3.17. OBJETIVO DE LA FLOCULACIÓN .......................................................................... 27

1.3.18. TEORÍA DE LA FLOCULACIÓN: ............................................................................. 27

1.3.19. PARÁMETROS DE LA FLOCULACIÓN ................................................................... 28

1.3.20. FLOCULANTES ..................................................................................................... 28

1.3.21. TIPOS DE FLOCULANTES ..................................................................................... 28

1.3.22. FLOCULANTES MÁS USADOS. MECANISMO DE ACCIÓN ................................... 29

1.3.23. CONCEPTO GENERAL DEL PROCESO DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN ........... 31

1.3.24. PRUEBA DE JARRAS ............................................................................................ 31

1.3.25. COSTOS DE TRATAMIENTO ................................................................................ 33

1.4. PROBLEMA: ................................................................................................................. 34

1.5. HIPÓTESIS: ................................................................................................................... 34

1.6. OBJETIVOS: .................................................................................................................. 34

II. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................................... 35

2.1. MATERIAL DE ESTUDIO ............................................................................................... 35

2.2. REACTIVOS Y MATERIALES .......................................................................................... 35

2.2.1. REACTIVOS: ......................................................................................................... 35

2.2.2. MATERIALES: ....................................................................................................... 35

2.2.3. EQUIPOS: ............................................................................................................. 36

2.3. MÉTODOLOGÍA ............................................................................................................ 36

2.3.1. MUESTRAS DE AGUA DE LAVADO DE PULPA ..................................................... 36

2.3.2. CARACTERÍSTICAS DE LA MUESTRA ................................................................... 36

2.3.3. DISEÑO EXPERIMENTAL...................................................................................... 37

III. RESULTADOS ....................................................................................................................... 39

3.1. CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE .............................................................................. 39

3.2. ETAPA I: EVALUACIÓN DEL pH ÓPTIMO ...................................................................... 40

3.3. ETAPA II: DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE COAGULANTE A pH

ÓPTIMO ................................................................................................................................... 41

3.3.1. PARA POLICLORURO DE ALUMINIO ................................................................... 41

3.3.2. PARA SULFATO DE ALUMINIO ............................................................................ 44



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VII

3.4. ETAPA III: EVALUACIÓN DE LA COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN ................................ 47

3.4.1. PARA POLICLORURO DE ALUMINIO ................................................................... 47

3.4.2. PARA SULFATO DE ALUMINIO ............................................................................ 51

3.5. RESULTADOS FINALES ................................................................................................. 54

3.6. DESARROLLO DE LOS COSTOS DE TRATAMIENTO ....................................................... 55

IV. Análisis de Resultados ........................................................................................................ 57

4.1. ETAPA I ........................................................................................................................ 57

4.2. ETAPA II ....................................................................................................................... 58

4.3. ETAPA III ...................................................................................................................... 59

V. Conclusiones ....................................................................................................................... 60

VI. Recomendaciones ............................................................................................................... 61

VII. Referencias Bibliográficas: ................................................................................................. 62



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VIII

INDICE DE FIGURAS Y TABLAS

a. Figuras

Figura 1. Doble Capa de Una Partícula coloidal………………………………………………………………… 12

Figura 2. Proceso de Coagulación……………………………………………………………………………………… 16

Figura 3. Representación de la estabilidad de los coloides presentes en el agua, cuando

se adiciona un coagulante…………………………………………………………………………………………………

17

Figura 4. Fuerzas de atracción y repulsión………………………………………………………………………… 18

Figura 5. Restabilización de partículas……………………………………………………………………………… 19

Figura 6. Atrapamiento de las partículas en un floc………………………………………………………… 20

Figura 7. Fase de la Coagulación………………………………………………………………………………………. 24

Figura 8. Diagrama de remoción de turbiedad ………………………………………………………………… 26

Figura 9. Floculación………………………………………………………………………………………………………… 28

Figura 10. Prueba de jarras……………………………………………………………………………………………… 36

Figura 11. Variación de los Sólidos Suspendidos (SS) a distintos valores de pH, para el

Policloruro de Aluminio (PAC) y Sulfato de Aluminio…………………………………………………………

40

Figura 12. Variación de la Turbidez a pH óptimo para el Policloruro de Aluminio (PAC) y

Sulfato de Aluminio…………………………………………………………………………………………………………..

41

Figura 13. Variación de los Sólidos Suspendidos (SS) a pH óptimo para distintas

concentraciones de Policloruro de Aluminio (PAC)……………………………………………………………

42

Figura 14. Variación de los Sólidos Disueltos (SD) a pH óptimo para distintas


42

Figura 15. Variación de los Sólidos Totales (ST) a pH óptimo para distintas


43

Figura 16. Variación de la Turbidez a pH óptimo para distintas concentraciones de

Policloruro de Aluminio (PAC)……………………………………………………………………………………………

43

Figura 17. Variación del Volumen de Lodos a diferentes concentraciones de Policloruro de

Aluminio (PAC) a un pH óptimo……………………………………………………………………………………

44


concentraciones de Sulfato de Aluminio……………………………………………………………………………

45



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Sulfato de Aluminio……………………………………………………………………………………………………….....

46

Figura 22. Variación del Volumen de Lodos a diferentes concentraciones de Sulfato de

Aluminio a un pH original de la muestra……………………………………………………………………………

47

Figura 23. Comparación entre la variación de Sólidos Suspendidos logrados con la

Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de floculante; y el

proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio (PAC)………………………………....

48

Figura 24. Comparación entre la variación de Sólidos Disueltos logrados con la

Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y

el proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio (PAC)………………………………….

49

Figura 25. Variación de los Sólidos Totales (ST) logrados con la Coagulación-Floculación a

una concentración óptima de Policloruro de Aluminio (PAC) como coagulante y a pH

óptimo evaluado, usando tres tipos de floculante…………………………………………………………….

49

Figura 26. Variación de la Turbidez lograda con la Coagulación-Floculación a una

concentración óptima de Policloruro de Aluminio (PAC) como coagulante y a pH óptimo

evaluado, usando tres tipos de floculante…………………………………………………………………………

50

Figura 27. Comparación entre la variación del Volumen de Lodos logrados con la


el proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio……………………………………………

50



el proceso de coagulación usando el Sulfato de Aluminio………………………………………………...

51



el proceso de coagulación usando el Sulfato de Aluminio…………………………………………………

52

Figura 30. Variación de los Sólidos Totales (ST) logrados con la Coagulación-Floculación a

una concentración óptima de Sulfato de Aluminio como coagulante y a pH óptimo

evaluado, usando tres tipos de floculante…………………………………………………………………………

52


concentración óptima de Sulfato de Aluminio como coagulante y a pH óptimo evaluado,

usando tres tipos de floculante…………………………………………………………………………………………

53



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el proceso de coagulación usando el Sulfato de Aluminio…………………………………………………

53

Figura 33. Remoción obtenida en Sólidos Suspendidos (SS), Turbidez y Demanda Química

de Oxígeno con la mejor combinación obtenida en el proceso de Coagulación –

Floculación a pH 4.01…………………………………………………………………………………………………………

54

b. Tablas:

Tabla 1. Tiempos de decantación de las diferentes partículas en función de: sus

dimensiones; densidad y de la temperatura del agua………………………………………………………

11

Tabla 2. Caracterización del efluente proveniente de las lavadoras de la Planta de Pulpa

de la Empresa Papelera TRUPAL S.A. luego de su paso por la prensa

tornillo………………………………………………………………………………………………………………………………

39

Tabla 3. Resultado final de Sólidos Suspendidos, Sólidos Disueltos, Turbidez y Demanda

Química de Oxígeno con las mejores combinaciones obtenidas en el proceso de

Coagulación – Floculación a pH y concentración adecuada de Coagulante………………………..

54

Tabla 4. Resultados de la determinación del pH óptimo…………………………………………………… 64

Tabla 5. Resultados de la concentración de Policloruro de Aluminio a pH óptimo………….. 64

Tabla 6. Resultados de la concentración de Sulfato de Aluminio a pH óptimo………………… 65

Tabla 7. Resultados de la coagulación – floculación a pH y dosis de coagulante óptimo,

usando como coagulante el Policloruro de Aluminio…………………………………………………………

65


usando como coagulante el Sulfato de Aluminio………………………………………………………………

65

Tabla 9. Equivalencias de ppm a mL de los Coagulantes y Floculantes usados…………………. 66



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XI

RESUMEN

El objetivo del siguiente trabajo fue evaluar la Influencia del pH, Concentración de Coagulante y

Floculante en la remoción de Solidos Suspendidos, Demanda Química de Oxígeno y Turbidez en

Efluentes de Lavado de Pulpa de la Planta Papelera TRUPAL S.A. se realizó el presente trabajo

de investigación.

Las variables evaluadas fueron el pH (en el rango de 4 a 7), Concentración de Coagulante y tipo

de Floculante, el cual se determina una vez obtenido el valor de pH al cual el coagulante se

desenvuelve mejor, sobre las variables dependientes que fueron Demanda Química de Oxígeno,

Sólidos Suspendidos, Turbidez, Volumen de lodo y Tiempo de sedimentación.

Los valores más adecuados de las variables se determinaron mediante el método de Prueba de

Jarras el cual permite determinar la dosis óptima de coagulante y el pH óptimo de coagulación.

Las mejores condiciones de pH para un buen resultado en la coagulación, es el original de la

muestra (pH =4.01) a una concentración de 500 ppm de Policloruro de Aluminio con 4 ppm de

Floculante Catiónico; que disminuyó en 98.94% los Sólidos Suspendidos, 90.2% la Demanda

Química de Oxígeno y 98.5% la Turbidez del efluente proveniente del Lavado de Pulpa de la

Planta Papelera TRUPAL S.A.



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XII

ABSTRACT

The objective of this work was to evaluate the influence of pH, coagulant concentration and

flocculant in the removal of suspended solids, Chemical Oxygen Demand and Turbidity in

Effluent of Pulp Washing of the Plant Bin Trupal SA. was conducted this research.

The evaluated variables were pH (in the range of 4-7), coagulant concentration and flocculant

type, on which was determined after obtaining the pH at which the coagulant is best unfolds,

on the dependent variables were chemical oxygen demand, Solid suspended, Turbidity, sludge

volume and settling time.

The most appropriate values of variables were determined by the method of test jars which

allows to determine the optimal dose of coagulant and the optimum pH for coagulation.

The best pH conditions for a good result in coagulation, is the original sample at a concentration

of 700 ppm of “Policloruro de Aluminio” with 4 ppm of “Floculante cationico”; which it

decreased by 98.94% Suspended Solids, 90.2% Chemical Oxygen Demand and 98.5% Turbidity

of the effluent from the pulp washing Plant Bin Trupal SA.



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1

I. INTRODUCCIÓN

1.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA:

En todo el planeta, el agua es un elemento fundamental para todo ser vivo, también se la

considera de fácil contaminación, es por esto que su cuidado es nuestra responsabilidad. Una

planta industrial puede producir grandes cantidades de aguas residuales, lo cual traería como

consecuencia no solo la contaminación de las aguas si no también enfermedades para los seres

humanos. Es por esto, que se han creado diferentes tipos de tratamientos para las aguas

residuales, con la finalidad que los usuarios se vean atraídos a ellos y aporten una ayuda tanto

al planeta como a la sociedad, y así comenzar una nueva educación sobre la importancia de

mantener limpias nuestras fuentes naturales de aguas.

Las aguas naturales o residuales contienen sustancias tanto disueltas como en suspensión,

ambas pueden ser orgánicas e inorgánicas. Las materias en suspensión pueden tener un tamaño

y densidad tal que pueden eliminarse del agua por simple sedimentación, pero algunas

partículas son de un tamaño tan pequeño y tienen una carga eléctrica superficial, que las hace

repelerse continuamente, impidiendo su aglomeración y la formación de una partícula más

pesada para poder así sedimentar.[1]

El agua residual producida a partir de diferentes tipos de industrias normalmente contiene

sólidos muy finos en suspensión, sólidos disueltos, partículas inorgánicas y orgánicas, metales y

otras impurezas. [2]

La turbiedad y el color del agua son principalmente causados por partículas muy pequeñas,

llamadas partículas coloidales. Estas partículas permanecen en suspensión en el agua por

tiempo prolongado y pueden atravesar un medio filtrante muy fino. Por otro lado aunque su

concentración es muy estable, no presentan la tendencia de aproximarse unas a otras. [3]

Debido al pequeño tamaño de las partículas y la carga superficial que generan, la tarea de causar

atracción entre estas partículas para que se conviertan en una masa más pesada la cual sea fácil

de sedimentar y filtrar se convierte en un reto. Buscando eliminar las partículas coloidales de las

aguas residuales, se han utilizado varias tecnologías tradicionales y avanzadas; tales como

intercambio iónico, filtración de membrana, precipitación, flotación, extracción con disolventes,

la adsorción, la coagulación, floculación, métodos biológicos y electrolíticos. [2]



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2

Dentro de todas las tecnologías antes mencionadas, se considera a los procesos de coagulación

y floculación, como una mejor alternativa para eliminar estas partículas, ya que, la coagulación

tiene por objeto desestabilizar las partículas en suspensión es decir facilitar su aglomeración. En

la práctica este procedimiento es caracterizado por la inyección y dispersión rápida de productos

químicos. La floculación tiene por objetivo favorecer con la ayuda de la mezcla lenta el contacto

entre las partículas desestabilizadas. Estas partículas se aglutinan para formar un floc que pueda

ser fácilmente eliminado por los procedimientos de decantación y filtración. [3]

Se han venido realizando una serie de estudios para que el tratamiento de aguas residuales y de

aguas para el consumo humano sea efectivo, para esto se deben conocer primeramente las

propiedades químicas y físicas del agua a tratar. Así mismo no hay una regla que permita deducir

de antemano cuál de los coagulantes y en qué dosis dará mejores resultados, por lo que siempre

es recomendable efectuar ensayos de laboratorio. La eficiencia de los coagulantes en estudio,

tanto en los laboratorios, como en la práctica diaria de operaciones con agua, se determina con

el equipo de Pruebas de jarras. [1]

La prueba más representativa para determinar el comportamiento de los coagulantes y

floculantes a escala pequeña es el Ensayo de “Prueba de Jarras”. Es un método de simulación de

los procesos de Coagulación y floculación, realizados a nivel de laboratorio; los flóculos formados

con diferentes dosis de coagulantes dan como resultado valores de turbiedad diferentes.

El objetivo fundamental es determinar las variables físicas y químicas de los procesos de

coagulación, floculación y sedimentación; tales como: selección del coagulante; selección del pH

óptimo; gradientes y tiempos de mezcla rápida y floculación y correlación de las velocidades de

sedimentación y la eficiencia de remoción, entre otros. [4]

La prueba de Jarras permite determinar la dosis óptima de coagulante y el pH óptimo de

coagulación, por lo que se recomienda realizar este análisis preliminar, antes de diseñar y/o

arrancar una planta. [3]

La planta papelera de TRUPAL ubicada en La Libertad, cuenta con un sistema de Lavado de Pulpa,

en el cual la pulpa (materia prima procesada) se diluye con licor negro reciclado, luego es

bombeada al sistema de lavadoras en contracorriente de tres etapas donde el licor negro es

separado de las fibras. La pulpa lavada es diluida con agua de máquina y enviada a la etapa de

depuración. [5]



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3

Por ser el agua uno de los recursos indispensables, ya sea para la sobrevivencia de la humanidad,

como de la fauna y la flora, se propone en el trabajo de grado, el tratamiento del agua residual

proveniente de la planta de pulpa obtenida de las lavadoras en la industria papelera TRUPAL

S.A. mediante dosis optimizadas de coagulantes y floculantes, además de buscar las mejores

condiciones para mayor eficiencia. Uno de los beneficios de este tratamiento es disminuir las

cantidades excesivas de agua que se utilizan en el proceso de lavado de la pulpa y de esta manera

reducir el costo de producción de la misma; además de disminuir el impacto ambiental de

contaminación que se tiene hoy en día, con la disposición final de esta agua.

1.2. ANTECEDENTES:

De lo mencionado líneas arriba se tienen los siguientes estudios:

Farooq Sher, realizó el trabajo “Industrial polymer effluent treatment by chemical coagulation

and flocculation (Tratamiento de efluentes de polímero industriales mediante coagulación y

floculación química)”. En este trabajo, se utilizó el proceso de coagulación-floculación química

para separar los sólidos del efluente de polímero industrial a fin de que el efluente descargables

presente características adecuadas. El sulfato de aluminio [Al2 (SO4) 3] y la poliacrilamida

aniónica (Magnafloc155) se utilizaron como coagulante y floculante respectivamente. El ácido

sulfúrico (H2SO4) y solución de cal [Ca (OH) 2] se utilizaron para ajustar los valores de pH durante

el proceso de tratamiento. Se aplicó la prueba de jarras a diferentes valores de pH y dosis de

coagulantes y floculantes. Después de cada ensayo, se analizó la capa sobrenadante del efluente

tratado de la demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos (SS), el color y la turbidez.

La eficiencia del proceso varió entre 10 y 98% en la eliminación de la DQO, entre 23 y 91% en la

eliminación de sólidos en suspensión y entre 37% y 99% de reducción en la turbidez. Se encontró

que el valor de pH de trabajo óptimo para la coagulación debe ser 6 y para la floculación debe

ser 8. La dosis óptima de coagulante y floculante fue de 7.5 ml/L de efluente. Estos resultados

de las pruebas se han demostrado además por una prueba con éxito a escala piloto en la planta

de polímero con 1000 L de efluente en un recipiente a granel intermedio (IBC) utilizando los

mismos valores óptimos de las pruebas de jarras, que indica que el proceso de coagulación y

floculación química es una solución factible para el tratamiento de efluentes generados en la

industria de polímeros. [6]



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4

Huaili Zheng, realizó el trabajo “Investigations of coagulation–flocculation process by

performance optimization, model prediction and fractal structure of flocs (Investigaciones del

proceso de coagulación-floculación para optimizar el rendimiento, modelo de predicción y la

estructura fractal del tamaño flóculos)”. En dicho trabajo, se presentaron los resultados de un

estudio experimental del uso de cloruro de fosfato de aluminio polimérico (PPAC) como reactivo

de coagulación, utilizado en un proceso para tratar aguas residuales y fracciones de flóculos. Las

variables de operación tales como la relación molar P/Al, el pH inicial, la dosis de coagulante y

la velocidad de agitación, fueron probadas experimentalmente, ya que eran las que podría

influenciar en el comportamiento de la coagulación de PPAC. Determinaron la eficiencia del

tratamiento midiendo tanto la reducción de la demanda química de oxígeno (DQO) y la turbidez

residual. Logró demostrar que la eficiencia óptima de eliminación se logra cuando la relación

molar es 1.2 P/Al; el pH inicial es 9; la dosis de coagulante es 0.36 g / L y la agitación de la

velocidad es 100 rpm respectivamente. En condiciones óptimas, la eficacia de eliminación fue

de 73.5% para la DQO y 99.5% para la turbidez. Además, utilizaron un microscopio óptico

invertido para investigar la estructura fractal de los flóculos formados durante la coagulación-

floculación. Los resultados mostraron que, en condiciones óptimas, con el aumento de la

dimensión fractal de los flóculos, la eficiencia de eliminación de DQO aumentó, mientras que los

flóculos se convirtieron en más densos y con gran tamaño de corte. [7]

S. Sadri Moghaddam, realizó el trabajo “Coagulation/flocculation process for dye removal using

sludge from wáter treatment plant: Optimization through response surface methodology

(Coagulación/floculación proceso para la eliminación de tinte, utilizando lodos de la planta de

tratamiento de agua: Optimización a través de la metodología de superficie de respuesta)”. En

el cual investigo el rendimiento del FCS (lodo cloruro férrico) para la eliminación del Acid Red

119 (AR119) compuesto del colorante. Para ello, se aplicó la metodología de superficie de

respuesta (RSM) para optimizar tres variables; pH inicial, la dosis de coagulante y la

concentración inicial del tinte. Los resultados mostraron que la disminución del pH inicial fue

siempre beneficiosa, para mejorar la eliminación del tinte. Los hidróxidos de hierro de las FCS

neutralizan las cargas negativas de las moléculas de colorante causando la captura de los tintes.

Por lo tanto, la floculación de barrido y/o la neutralización de la carga podrían desempeñar un

papel clave en el incremento de la absorción de colorante. Se encontró que el pH inicial óptimo

es 3.5, la dosis de los FCS es 236.68mg seca FCS/L y la concentración inicial de tinte es 65,91 mg

/ L. Se observa un 96,53% en la eliminación de tinte, lo que confirma los resultados del RSM. Por

lo tanto, se puede concluir que la reutilización de los FCS como material de bajo costo en el

proceso de coagulación/floculación en plantas de tratamiento de aguas residuales puede



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ofrecer algunas ventajas tales como alta eficiencia para la eliminación de tinte AR119 y ahorro

económico en los costos generales de operación de la planta de tratamiento. [8]

Akshaya Kumar Verma, realizó el trabajo “A review on chemical coagulation/flocculation

technologies for removal of colour from textile wastewaters (Una revisión de la

coagulación/floculación tecnología química para remover el color de las aguas residuales

textiles)”. En este manuscrito, se muestran varias opciones de decoloración de las aguas

residuales textiles por medio de químicos que han sido revisados. Todos los métodos de

decoloración descritos en esta revisión se rigen principalmente por las características del agua

residual como la clase, la concentración de colorantes, el pH, el contenido de orgánico, los

metales pesados, etc. Llegando a concluir que algunos coagulantes pre-hidrolizados como

Policloruro de aluminio (PACl), Polialuminio cloruro férrico (PAFCl), Polyferrous sulfato (PFS) y

Cloruro de Polyferric (PFCL) son eficaces y sugeridos para la decoloración del agua residual textil,

incluso en pequeñas dosis y en amplio rango de pH. Así como el sulfato ferroso puede también

ser considerado como una mejor coagulante sobre otras sales metálicas hidrólisadas. [9]

1.3. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL:

1.3.1. DEFINICIÓN DE AGUAS RESIDUALES

Se denomina aguas servidas a aquellas que resultan del uso doméstico o industrial

del agua. Se les llama también aguas residuales, aguas negras o aguas cloacales.

Son residuales pues, habiendo sido usada el agua, constituyen un residuo, algo

que no sirve para el usuario directo; son negras por el color que habitualmente

tienen. Algunos autores hacen una diferencia entre aguas servidas y aguas

residuales en el sentido que las primeras solo provendrían del uso doméstico y las

segundas corresponderían a la mezcla de aguas domésticas e industriales. [10]

1.3.2. GENERACION DE LAS AGUAS RESIDUALES:

Las aguas residuales son provenientes de tocadores, baños, regaderas o duchas,

cocinas, etc.; que son desechados a las alcantarillas o cloacas. En muchas áreas,

las aguas residuales también incluyen algunas aguas sucias provenientes de

industrias y comercios. La división del agua casera drenada en aguas grises y aguas

negras es más común en el mundo desarrollado, el agua negra es la que procede

de inodoros y orinales y el agua gris, procedente de piletas y bañeras, puede ser



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usada en riego de plantas y reciclada en el uso de inodoros, donde se transforma

en agua negra. Muchas aguas residuales también incluyen aguas superficiales

procedentes de las lluvias. Las aguas residuales municipales contienen descargas

residenciales, comerciales e industriales, y pueden incluir el aporte de

precipitaciones pluviales cuando se usa tuberías de uso mixto pluvial - residuales.

Los sistemas de alcantarillado que trasportan descargas de aguas sucias y aguas

de precipitación conjuntamente son llamados sistemas de alcantarillas

combinado. El agua de lluvia puede arrastrar, a través de los techos y la superficie

de la tierra, varios contaminantes incluyendo partículas del suelo, metales

pesados compuestos orgánicos, basura animal, aceites y grasa. [11]

1.3.2.1. CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES (A.R)

“Las aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del sistema

de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido modificadas

por diversos usos en actividades domésticas, industriales y comunitarias.”

De acuerdo con su origen, las aguas residuales pueden ser clasificadas como:

- Domésticas o urbanas: Son aquellas utilizadas con fines higiénicos (baños,

cocinas, lavanderías, etc.). Consisten básicamente en residuos humanos que

llegan a las redes de alcantarillado por medio de descargas de instalaciones

hidráulicas de la edificación también en residuos originados en

establecimientos comerciales, públicos y similares.

- Industriales: Son líquidos generados en los procesos industriales. Poseen

características específicas, dependiendo del tipo de industria.

- Infiltración y caudal adicionales: Las aguas de infiltración penetran en el

sistema de alcantarillado a través de los empalmes de las tuberías, paredes

de las tuberías defectuosas, tuberías de inspección y limpieza, etc. Hay

también aguas pluviales, que son descargadas por medio de varias fuentes,

como canales, drenajes y colectores de aguas de lluvias.

- Pluviales: son agua de lluvia, que descargan grandes cantidades de agua

sobre el suelo. Parte de esta agua es drenada y otra escurre por la superficie,

arrastrando arena, tierra, hojas y otros residuos que pueden estar sobre el

suelo.



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1.3.2.2. CONTAMINACIÓN CARACTERÍSTICA DE LA INDUSTRIA

Cada actividad industrial aporta una contaminación determinada por lo que es

conveniente conocer el origen del vertido industrial para valorar su carga

contaminante e incidencia en el medio receptor. Cuando se conoce el origen del

vertido, el número de parámetros que definen la carga contaminante del mismo

es reducido. [11]

1.3.3. EL AGUA EN LA FABRICACIÓN DE PAPEL Y CARTON

1.3.3.1. APLICACIONES.

En la fabricación de papel y cartón, el principal empleo del agua lo constituye su

uso como medio de dispersión y transporte de las materias primas fibrosas y de

los aditivos, a través de las etapas del proceso de producción, que van desde el

pulpeo hasta la formación. El agua se utiliza también como fluido de intercambio

de calor, para el sellado de los sistemas a vacío, para la producción de vapor, como

agente lubricante, etc.

El volumen de agua consumida depende de numerosos factores, entre los que

cabe destacar tres principales: el tipo de fibra utilizada como materia prima, el

producto fabricado y la tecnología del proceso de producción.

Según los productos fabricados, los consumos de agua en las fábricas de

tecnologías actuales se encuentran dentro de los siguientes intervalos:

Cartón: 3-8 m3/t de producto.

Papel de periódico: 10-15 m3/t de producto.

Papel tisú: 15-20 m3/t de producto.

Papel de impresión y escritura: 200 m3/t de producto.

Conviene hacer notar que frecuentemente se encuentra, fábricas que operan con

consumos muy superiores, debido a factores tales como la utilización de

máquinas antiguas, la inexistencia de procesos de clarificación de aguas, el menor

cierre del sistema de aguas, etc. [13]

1.3.3.2. FUENTES DE CONTAMINACION DEL CIRCUITO DE AGUAS

Las fuentes de contaminación de los circuitos de aguas en la fabricación de papel

y cartón son: las materias primas fibrosas, los aditivos y el agua de alimentación.

A continuación se mencionará la importancia de las mismas, así como los efectos



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más importantes a ser considerados en cada caso en el estudio de la

contaminación producida:

MATERIAS PRIMAS FIBROSAS: Las materias primas fibrosas constituyen la

fuente de contaminación principal de las aguas blancas, si bien la naturaleza

e importancia de la misma varía considerablemente en función del tipo de

fibra utilizada en el proceso de producción. Los tres parámetros más

importantes son: el contenido de partículas de finos, el contenido de materia

orgánica soluble y la concentración de microorganismos.

En la fibra virgen, la principal fuente de contaminación orgánica la

constituyen las materias extractivas, como, por ejemplo, los ácidos resínicos

y las ceras, así como las ligninas y sus derivados. Sin embargo, también

pueden encontrarse contaminantes de residuos químicos utilizados en las

etapas previas de pulpeo, lavado y/o blanqueo, que originan compuestos

contaminantes específicos, como los organoclorados, las dioxinas, etc.

Las pastas de fibra secundarias presentan una mayor variación en su

contenido en materia orgánica soluble debido a los aditivos utilizados en el

proceso de fabricación del papel o del cartón previo. Los problemas

asociados con los depósitos de materias resinosas en fibras vírgenes son

reemplazados, en este caso, por un gran número de problemas asociados a

los depósitos potenciales de stickies (sustancias pegajosas).

Las fuentes principales de estos contaminantes potenciales son adhesivos de

contacto (polímeros de estireno-butadieno, acrilatos de vinilo, etc.) y

adhesivos de fusión (por ejemplo, el acetato de vinilo). Otros contaminantes

son los aglutinantes que entran a formar parte de las tintas modernas, como

por ejemplo, las resinas alquídicas en los pigmentos de impresión láser.

Además, todos los papeles estucados contienen aglutinantes en su

composición (polímeros de estireno-butadieno, acetato de polivinilo, etc.).

Otra fuente de contaminación importante de las fibras secundarias es la

elevada concentración de microorganismos como consecuencia de la

suciedad y la humedad del medio en que se almacena el papel antes de su

reutilización. Por otra parte, los almidones presentes en el papel reciclado

son un excelente medio de crecimiento para los microorganismos presentes



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en el sistema de aguas de proceso, y, por tanto, favorecen, el desarrollo de

microorganismos y, los problemas asociados a los mismos.

ADITIVOS: Los aditivos se consideran la segunda fuente de contaminación de

las aguas de proceso en la industria papelera. El número elevado de aditivos

que se puede, incorporar durante el proceso de fabricación hace difícil definir

la naturaleza e importancia de esta fuente de contaminación.

Los aditivos que afectan en mayor medida a la contaminación de las aguas

de proceso son:

- Cargas: caolín, carbonato cálcico, dióxido de titanio, talco, alúmina y

silicatos.

- Almidones: los almidones agregados en la parte húmeda son la fuente

principal de nutrientes orgánicos para los microorganismos.

- Agentes encolantes: almidones, colofonias, AKD, ASA y emulsiones de

ceras.

- Agentes mejoradores de la resistencia en húmedo: urea-formaldehído,

poliamidaepiclorobidrina, acrilamida-glioxal, melamina-formaldehído,

etc.

- Agentes de destintado: hidróxido sódico, silicato sódico, carbonato

sódico, fosfatos de sodio y potasio, surfactantes no iónicos, disolventes,

polímeros dispersantes, ácidos grasos, peróxidos, cte.

AGUAS DE ALIMENTACION: Con el agua de alimentación se puede introducir

en el proceso una gran variedad de contaminantes. La naturaleza y

concentración de los contaminantes está generalmente relacionada con el

origen del agua utilizada. Se pueden establecer dos grandes grupos de

recursos: aguas superficiales (lagos, ríos y pantanos) y aguas subterráneas

(pozos). Los valores típicos de utilización de recursos hídricos en la industria

papelera se encuentran entre 65-85 % de aguas superficiales y 15-35 % de

aguas subterráneas.

Las aguas superficiales contienen diferentes contaminantes de naturaleza

inorgánica, orgánica y biológica, cuya concentración varía en función de la

época del año, de las características del cauce, etc. Las aguas subterráneas,

sin embargo, presentan una calidad estable a lo largo del año y se



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caracterizan por la ausencia o baja concentración de materia orgánica y por

un mayor contenido de materia inorgánica disuelta.

Los parámetros fundamentales que se consideran en las aguas de

alimentación de las fábricas de papel y cartón son:

- pH: El pH del agua de alimentación tiene una mayor influencia en los

sistemas de producción que operan en condiciones de pH neutras o

alcalinas que en los que operan a pH ácido.

- lones inorgánicos: Si bien la concentración total de estos iones, medida

habitualmente a través de la conductividad, afecta a la química del

proceso, en los intervalos normales de conductividad el factor más

importante es la naturaleza de los iones. Las sales iónicas afectan a la

química de la parte húmeda de la máquina de papel o wet-end, debido

a su capacidad para neutralizar la carga superficial de las partículas y de

las cadenas de polímeros.

- Contenido de materia orgánica: La importancia de este parámetro,

desde el punto de vista cuantitativo, no es significativa en la industria de

papel y cartón si se compara con los niveles encontrados en los otros

dos agentes contaminantes, aditivos y materias primas fibrosas.

En resumen, se puede considerar que si bien las aguas de alimentación

pueden introducir compuestos específicos que actúan como contaminantes,

su principal contribución a la contaminación de las aguas de proceso se debe

a iones inorgánicos, como sodio, calcio, magnesia, bicarbonatos, cloruros y

sulfatos. [14]

1.3.4. PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN.

Las partículas en suspensión de una fuente de agua superficial provienen de la

erosión de suelos, de la disolución de sustancias minerales y de la descomposición

de sustancias orgánicas. A este aporte natural se debe adicionar las descargas de

desagües domésticos, industriales y agrícolas. En general la turbiedad del agua es

causada por las partículas de materias inorgánicas (arcillas, etc.).

Las características de las partículas en suspensión son las siguientes:



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1.3.4.1. TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN.

Las partículas se clasifican de acuerdo a su tamaño; así las partículas con diámetro

inferior a 1 micrómetro (µm) que corresponden a partículas de materias orgánicas

o inorgánicas, se depositan muy lentamente.

Se observa fácilmente que a la misma densidad, las partículas más pequeñas

tienen un tiempo de duración de caída más grande, esto imposibilita la

decantación sin la adición de un factor externo. [26]

Tabla 1. Tiempos de decantación de las diferentes partículas en función de: sus

dimensiones y densidad

1.3.4.2. AFINIDAD DE LAS PARTÍCULAS COLOIDALES POR EL AGUA

Las partículas coloidales se caracterizan por ser hidrofílicos (tienen afinidad por el

agua) e hidrófobos (es decir que rechazan al agua), los primeros se dispersan

espontáneamente dentro del agua y son rodeados de moléculas de agua que

previenen todo contacto posterior entre estas partículas; las partículas

hidrofóbicas no son rodeados de moléculas de agua, su dispersión dentro del agua

no es espontáneo por lo que requiere de la ayuda de medios químicos y físicos.

Las partículas hidrófobas son en general partículas de materias inorgánicas

mientras que las hidrofílicas son materias orgánicas; en realidad solo un poco son

las partículas que son exclusivamente hidrofílicas o hidrofóbicas; se obtienen más

bien partículas hidratadas a los diferentes grados.

Tipo de

Partículas Diámetro (mm)

Tiempo de Caída

Densidad 2.65 Densidad 1.1

Grava 10 0.013 segundos 0.2 segundos

Arena Gruesa 1.0 1.266 segundos 20.9 segundos

Arena fina 0.1 126.66 segundos 34.83 minutos

Lodo fino 0.01 3.52 horas 58 horas

Bacterias 0.001 14.65 días 249.1 días

Coloides 0.0001 4.12 años 66.59 días



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La carga eléctrica y la capa de agua que rodean las partículas hidrófilas tienden a

desplazar las partículas unas de otras y, en consecuencia los estabiliza entro de la

solución. [26]

1.3.4.3. CARGA ELÉCTRICA Y DOBLE CAPA

Dentro del Agua Superficial, las partículas coloidales, son las causantes de la

turbiedad y del color por lo que el tratamiento del agua está orientado a la

remoción de estas partículas; estas poseen normalmente una carga eléctrica

negativa situado sobre su superficie. Estas cargas llamadas cargas primarias,

atraen los iones positivos del agua, los cuales se adhieren fuertemente a las

partículas y atraen a su alrededor iones negativos acompañados de una débil

cantidad de iones positivos (figura 1).

Figura 1. Doble Capa de Una Partícula coloidal

Los iones que se adhieren fuertemente a la partícula y se desplazan con ella,

forman la capa adherida o comprimida, mientras que los iones que se adhieren

débilmente constituyen la capa difusa, por lo tanto hay un gradiente o potencial

electrostático entre la superficie de la partícula y la solución, llamado Potencial

Zeta.

1.3.5. PARTÍCULAS COLOIDALES

1.3.5.1. LOS COLOIDES

Son suspensiones estables, por lo que es imposible su sedimentación natural, son

sustancias responsables de la turbiedad y del color del agua.



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1.3.5.2. ESTABILIDAD E INESTABILIDAD DE LOS COLOIDES

Las suspensiones coloidales están sujetas a ser estabilizadas y desestabilizadas.

- Entre las fuerzas de estabilización o repulsión podemos mencionar las

siguientes:

a. La carga de las partículas.

b. La hidratación, que generalmente es importante para los coloides

hidrofílicos, aunque tienen menor importancia en este caso.

- Los factores de atracción o desestabilización son los siguientes:

a. La gravedad. Es insignificante en la desestabilización de las partículas

coloidales y, por lo tanto, no se tratará con mayor detalle.

b. El movimiento browniano. Permite que las partículas entren en

contacto, lo que constituye un requerimiento para la desestabilización.

c. La fuerza de Van der Waals. Una fuerza débil de origen eléctrico,

postulada por primera vez por el químico holandés Johanns Diderick van

der Waals. Es un factor muy importante, pues constituye la principal

fuerza atractiva entre las partículas coloidales. Estas fuerzas siempre

atractivas, que decrecen rápidamente con la distancia, se deben a la

interacción de dipolos permanentes o inducidos en las partículas.

A la presión hidrostática necesaria para detener el flujo osmótico, que alcanza así

un estado de equilibrio, se le denomina presión osmótica.

Tipos de coloides (comportamiento)

Hidrófobos o suspensores

No repelen del todo agua, pues absorbe una pelicula de ella, puede contener variacion de

arcilla

Hidrofílicos o emulsores

Comprenden soluciones verdaderas (moleculas grandes o pequeñas)



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1.3.6. NATURALEZA DE LA TURBIEDAD

1.3.6.1. TURBIEDAD

Las responsables de la turbiedad del agua son las partículas en suspensión (arcilla,

minerales, sedimentos, materia orgánica e inorgánica, plancton, bacterias y otros

microorganismos). Y pueden ser coloidales o materia insoluble de mayor tamaño.

1.3.6.2. MODIFICACIONES DEL PH

Como se ha visto, para lograr mejores resultados en el tratamiento, en algunos

casos será necesaria regular la alcalinidad del agua o modificar su pH; para ello se

emplean:

a. Óxido de calcio o cal viva: CaO

Se utiliza, de manera muy habitual, en los tratamientos convencionales

químicos de aguas residuales industriales, básicamente, de carácter

inorgánico. También se utiliza ampliamente en el tratamiento o línea de

lodos en las plantas de depuración de aguas residuales urbanas o en aguas

industriales de carácter orgánico.

b. Hidróxido de calcio: Ca (OH)2

Se usa para elevar la alcalinidad del agua. Se obtiene apagando la cal viva con

agua. Su concentración está entre 82% y 99%. Es poco soluble en el agua y

su solubilidad disminuye al aumentar la temperatura.

c. Carbonato de sodio: Na2CO3

También es un regulador de la alcalinidad. Es un polvo blanco anhidro, de

masa volumétrica aparente variable entre 500 y 700 kg/m3. Su solubilidad es

bastante baja: 100 g/L aproximadamente, a 20 °C.

d. Bicarbonato sódico: NaHCO3

Regulador de alcalinidad. Se utiliza en forma de polvo, cuya masa volumétrica

varía entre 800 y 1.200 kg/m3; su solubilidad es bastante baja (96 g/L a 20

°C).

e. Hidróxido de sodio: NaOH

f. Anhídrido Carbónico: CO2

g. Ácido sulfúrico: H2SO4

h. Ácido clorhídrico: HCl



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1.3.7. LA COAGULACIÓN

El agua puede contener una variedad de impurezas, solubles e insolubles, estas

impiden que las partículas se aproximen unas a otras y que las lleva a permanecer

en un medio que favorece su estabilidad. Para ser removidas se necesita varios

procesos como son, la coagulación, floculación, sedimentación y filtración.

La coagulación está fundamentalmente en función de las características del agua

y de las partículas presentes, las mismas que definen el valor de los parámetros

conocidos como pH, alcalinidad, color verdadero, turbiedad, temperatura,

movilidad electroforética, fuerza iónica, sólidos totales disueltos, tamaño y

distribución de tamaños de las partículas en estado coloidal y en suspensión. [26]

1.3.8. OBJETIVO DE LA COAGULACIÓN:

El objetivo principal de la coagulación es desestabilizar las partículas coloidales

que se encuentran en suspensión, para favorecer su aglomeración; en

consecuencia se eliminan las materias en suspensión estables; la coagulación

no solo elimina la turbiedad sino también la concentración de las materias

orgánicas y los microorganismos.

La coagulación se lleva a cabo generalmente con laadición de sales de aluminio y hierro. resultado deprocesos

El primero, esencialmente químico, consiste en lasreacciones del coagulante con el agua y la formaciónde especies hidrolizadas con carga positiva. Esteproceso depende de la concentración del coagulantey el pH final de la mezcla.

El segundo, fundamentalmente físico, consiste en eltransporte de especies hidrolizadas para que hagancontacto con las impurezas del agua



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1.3.9. DEFINICIÓN DE COAGULACIÓN

Es un proceso de desestabilización química de las partículas coloidales que se

producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados, por medio de la

adición de los coagulantes químicos y la aplicación de la energía de mezclado.

Figura 2. Proceso de Coagulación

En la figura 2 se muestra como las sustancias químicas anulan las cargas eléctricas

de la superficie del coloide permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren

formando flóculos.

La coagulación es el tratamiento más eficaz pero también es el que representa un

gasto elevado cuando no está bien realizado. Es igualmente el método universal

porque elimina una gran cantidad de sustancias de diversas naturalezas y de peso

de materia que son eliminados al menor costo, en comparación con otros

métodos.



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El proceso de coagulación mal realizado también puede conducir a una

degradación rápida de la calidad del agua y representa gastos de operación no

justificadas. Por lo tanto que se considera que la dosis del coagulante condiciona

el funcionamiento de las unidades de decantación y que es imposible de realizar

una clarificación, si la cantidad de coagulante está mal ajustada.

En esta figura (Figura N°02) se muestra como las sustancias químicas anulan las

cargas eléctricas sobre la superficie del coloide, permitiendo que las partículas

coloidales se aglomeren formando flóculos.

1.3.10. TEORÍA DE LA COAGULACIÓN:

La mayoría de los coloides están cargados negativamente, por lo que en agua son

estables debido a la repulsión electrostática entre estas partículas invisibles. Esta

repulsión sobrepasa las fuerzas de atracción de Van der Waals, por lo que no se

aglomeran y, por lo tanto, no precipitan.

Mediante el proceso de coagulación se neutraliza la carga eléctrica del coloide

anulando las fuerzas electrostáticas repulsivas (ver figura 3), esta neutralización

suele realizarse aplicando al agua determinadas sales de aluminio o hierro

(coagulantes); de forma que los cationes trivalentes de aluminio o hierro

neutralizan las cargas eléctricas negativas que suelen rodear a las partículas

coloidales dispersas en el agua. [26]

Figura 3. Representación de la estabilidad de los coloides presentes en el agua,

cuando se adiciona un coagulante

- Atracción

Repulsión -

Estabilidad de los coloides



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La coagulación y la floculación tienen lugar en sucesivas etapas, de forma que una

vez desestabilizadas las partículas, la colisión entre ellas permita el crecimiento

de los microflóculos, apenas visibles a simple vista, hasta formar mayores flóculos.

Al observar el agua que rodea a los microflóculos, ésta debería estar clara; si esto

no ocurre, lo más probable es que todas las cargas de las partículas no han sido

neutralizadas y por tanto la coagulación no se ha completado, en este caso será

necesario añadir más coagulante.

1.3.10.1. MECANISMO DE LA COAGULACIÓN

La desestabilización se puede obtener por los mecanismos fisicoquímicos

siguientes:

Compresión de la doble capa.

Adsorción y neutralización de cargas.

Atrapamiento de partículas en un precipitado.

Adsorción y puente.

1.3.10.2. COMPRESIÓN DE LA DOBLE CAPA

Cuando se aproximan dos partículas semejantes, sus capas difusas interactúan y

generan una fuerza de repulsión, cuyo potencial de repulsión está en función de

la distancia que los separa y cae rápidamente con el incremento de iones de carga

opuesta al de las partículas, esto se consigue sólo con los iones del coagulante.

(Ver Fig. 4).

Figura 4. Fuerzas de atracción y repulsión



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Existe por otro lado un potencial de atracción o fuerzas de atracción Ea, entre las

partículas llamadas fuerzas de Van der Walls, que dependen de los átomos que

constituyen las partículas y de la densidad de estos últimos.

Si la distancia que separa a las partículas es superior a “L”, entonces las partículas,

no se atraen. E es la energía que los mantiene separados.

Fuerzas de repulsión, las fuerzas de Van der Walls no son afectados por las

características de la solución. (Ver fig. 4)

1.3.10.3. ABSORCIÓN Y NEUTRALIZACIÓN DE CARGAS

Las partículas coloidales poseen carga negativa en su superficie, estas cargas

llamadas primarias atraen los iones positivos que se encuentran en solución

dentro del agua y forman la primera capa adherida al coloide.

El potencial en la superficie del plano de cizallamiento es el potencial

electrocinético – potencial ZETA, este potencial rige el desplazamiento de

coloides y su interacción mutua.

Después de la teoría de la doble capa la coagulación es la considerada como la

anulación del potencial obtenido por adición de productos de coagulación –

floculación, en la que la fuerza natural de mezcla debido al movimiento

browniano no es suficiente requiriéndose una energía complementaria necesaria;

por ejemplo realizar la agitación mecánica o hidráulica.

Figura 5. Reestabilización de partículas

Cuando se adiciona un exceso de coagulante al agua a tratar, se produce a la

reestabilización de la carga de la partícula; esto se puede explicar debido a que el



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exceso de coagulante son absorbidos en la superficie de la partícula, produciendo

una carga invertida a la carga original. (Ver Fig. 5.)

ATRAPAMIENTO DE PARTÍCULAS DENTRO DE UN PRECIPITADO

Las partículas coloidales desestabilizadas, se pueden atrapar dentro de un floc,

cuando se adiciona una cantidad suficiente de coagulantes, habitualmente sales

de metales trivalente como el sulfato de aluminio Al2 (SO4)3, o Cloruro Férrico

FeCl3, el floc está formado de moléculas de Al (OH (3 o de Fe (OH)3. (Ver Fig. 6.)

Figura 6. Atrapamiento de las partículas en un floc

La presencia de ciertos aniones y de las partículas coloidales acelera la

formación del precipitado. Las partículas coloidales juegan el rol de anillo

durante la formación del floc; este fenómeno puede tener una relación

inversa entre la turbiedad y la cantidad de coagulante requerida. En otras

palabras, una concentración importante de partículas en suspensión puede

requerir menor cantidad de coagulante.

1.3.11. COAGULANTES MAS UTILIZADOS

Los componentes son productos químicos que al adicionar al agua son capaces de

producir una reacción química con los componentes químicos del agua,

especialmente con la alcalinidad del agua para formar un precipitado voluminoso,

muy absorbente, constituido generalmente por el hidróxido metálico del

coagulante que se está utilizando.



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Los principales coagulantes utilizados para desestabilizar las partículas y producir

el floc son:

a. Sulfato de Aluminio.

b. Aluminato de Sodio.

c. Cloruro de Aluminio.

d. Cloruro Férrico.

e. Sulfato Férrico.

f. Sulfato Ferroso.

g. Polielectrolitos (Como ayudantes de floculación).

Siendo los más utilizados las sales de Aluminio y de Hierro; cuando se adiciona

estas sales al agua se producen una serie de reacciones muy complejas donde los

productos de hidrólisis son más eficaces que los iones mismos; estas sales

reaccionan con la alcalinidad del agua y producen los hidróxidos de aluminio o

hierro que son insolubles y forman los precipitados.

1.3.12. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COAGULACIÓN.

Es necesario tener en cuenta los siguientes factores con la finalidad de optimizar

el proceso de coagulación:

- pH.

- Turbiedad.

- Sales disueltas.

- Temperatura del agua.

- Tipo de coagulante utilizado.

- Condiciones de Mezcla.

- Sistemas de aplicación de los coagulantes.

- Tipos de mezcla y el color.

La interrelación entre cada uno de ellos permiten predecir cuáles son las

cantidades de los coagulantes a adicionar al agua.

1.3.12.1. INFLUENCIA DEL PH.

El pH es una medida de la actividad del ion hidrónio en una solución, es igual a:

pH = -log{H3O+}



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El pH es la variable más importante a tener en cuenta al momento de la

coagulación, para cada agua existe un rango de pH óptimo para la cual la

coagulación tiene lugar rápidamente, ello depende de la naturaleza de los iones y

de la alcalinidad del agua.

El rango de pH es función del tipo de coagulante a ser utilizado y de la naturaleza

del agua a tratar; si la coagulación se realiza fuera del rango de pH óptimo

entonces se debe aumentar la cantidad del coagulante; por lo tanto la dosis

requerida es alta.

Para sales de aluminio el rango de pH para la coagulación es de 6.5 a 8.0 y para

las sales de hierro, el rango de pH óptimo es de 5.5 a 8.5 unidades.

1.3.12.2. INFLUENCIA DE LAS SALES DISUELTAS

Las sales contenidas dentro del agua ejercen las influencias siguientes sobre la

coagulación y floculación:

- Modificación del rango de pH óptimo.

- Modificación del tiempo requerido para la floculación.

- Modificación de la cantidad de coagulantes requeridos.

- Modificación de la cantidad residual del coagulante dentro del efluente.

1.3.12.3. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DEL AGUA

La variación de 1°C en la temperatura del agua conduce a la formación de

corrientes de densidad (variación de la densidad del agua) de diferentes grados

que afectan a la energía cinética de las partículas en suspensión, por lo

que la coagulación se hace más lenta; temperaturas muy elevadas desfavorecen

igualmente la coagulación.

Una disminución de la temperatura del agua en una unidad de decantación

conlleva a un aumento de su viscosidad; esto explica las dificultades de la

sedimentación de un floc.

1.3.12.4. INFLUENCIA DE LA DOSIS DEL COAGULANTE

La cantidad del coagulante a utilizar tiene influencia directa en la eficiencia de la

coagulación, así:



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- Poca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partícula,

la formación de los microflóculos es muy escaso, por lo tanto la turbiedad

residual es elevada.

- Alta cantidad de coagulante produce la inversión de la carga de la partícula,

conduce a la formación de gran cantidad de microflóculos con tamaños muy

pequeños cuyas velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto la

turbiedad residual es igualmente elevada.

- La selección del coagulante y la cantidad óptima de aplicación; se determina

mediante los ensayos de pruebas de jarra.

La selección del coagulante y la dosis juegan un rol muy importante sobre:

- La buena o mala calidad del agua clarificada.

- El buen o mal funcionamiento de los decantadores.

1.3.12.5. INFLUENCIA DE LA TURBIEDAD

Turbiedad.- Es una forma indirecta de medir la concentración de las partículas

suspendidas en un líquido; mide el efecto de la dispersión que estas partículas

presentan al paso de la luz; y es función del número, tamaño y forma de

partículas.

La turbiedad del agua superficial es gran parte debido a partículas de lodos de

sílice de diámetros que varían entre 0.2 a 5 µm. La coagulación de estas partículas

es muy fácil de realizar cuando el pH se mantiene dentro del rango óptimo. La

variación de la concentración de las partículas permite hacer las siguientes

predicciones:

- Para cada turbiedad existe una cantidad de coagulante, con el que se obtiene

la turbiedad residual más baja, que corresponde a la dosis óptima.

- Cuando la turbiedad aumenta se debe adicionar la cantidad de coagulante no

es mucho debido a que la probabilidad de colisión entre las partículas es muy

elevada; por lo que la coagulación se realiza con facilidad; por el contrario

cuando la turbiedad es baja la coagulación se realiza muy difícilmente, y la

cantidad del coagulante es igual o mayor que si la turbiedad fuese alta.

- Cuando la turbiedad es muy alta, conviene realizar una pre-sedimentación

natural o forzada, en este caso con el empleo de un polímero aniónico. (En la

Planta de la Atarjea, se realiza este último, en época de alta turbiedad).



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- Es siempre más fácil coagular las aguas de baja turbiedad y aquellas

contaminadas por desagües domésticos industriales, porque requieren mayor

cantidad de coagulante que los no contaminados.

1.3.13. ETAPAS DEL PROCESO DE COAGULACIÓN:

El proceso de coagulación se desarrolla en un tiempo muy corto (casi

instantáneo), en el que se presenta las siguientes etapas. (Fig. 7).

Figura 7. Fase de la Coagulación



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- 1ra Fase: Hidrólisis de los coagulantes y desestabilización de las partículas

existentes en la suspensión.

- 2da Fase: Precipitación y formación de componentes químicos que se

polimerizan.

- 3ra Fase: Adsorción de las cadenas poliméricas en la superficie de los

coloides.

- 4ta Fase: Adsorción mutua entre los coloides.

- 5ta Fase: Acción de barrido.

1.3.14. REMOCIÓN DE TURBIEDAD.

La aplicación de una dosis creciente del coagulante al agua presenta

diferentes zonas de coagulación, como se puede observar en la Fig. 8.

Figura 8. Diagrama de remoción de turbiedad

Zona 1: La dosis de coagulante no es suficiente para desestabilizar las partículas

y por lo tanto no se produce coagulación.

Zona 2: Al incrementar la dosis de coagulantes, se produce una rápida

aglutinación de los coloides.

Zona 3: Si se continua incrementando la dosis, llega un momento en que no se

produce una buena coagulación, ya que los coloides se reestabilizan.

Zona 4: Al aumentar aún mas la dosis, hasta producir una supersaturación

se produce de nuevo una rápida precipitación de los coagulantes que hace un

efecto de barrido, arrastrando en su descenso las partículas que conforman la

turbiedad.



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1.3.15. POTENCIAL Z:

Es el potencial existente en el plano de deslizamiento entre la superficie cargada y

la disolución de electrolito, o más concretamente, es la diferencia de potencial que

existe entre la superficie de separación de las partes fija y móvil y el seno del líquido.

Cuando se aumenta la concentración de electrolito, disminuye el potencial Z, ya

que la mayor parte de la caída de potencial ocurre en la parte inmóvil de la doble

capa. Cuando el potencial Z queda reducido a unos 10-20 mV, es cuando los

choques entre las partículas originan su unión, formando agregados mayores. Estos

agregados se forman al vencer la tensión superficial la repulsión electrostática, que

ya es muy pequeña.

Sabemos que la electroforesis es el movimiento de las partículas cargadas en el

seno de un líquido cuando se aplica un gradiente de potencial. Si la partícula

colocada en un campo eléctrico no experimenta movimiento hacia el cátodo o

ánodo, es porque el potencial Z vale cero, a este punto se le conoce con el nombre

de "punto isoeléctrico" y es aquí, en este punto, donde se produce la mejor

floculación, al evitarse el equilibrio de fuerzas que impiden que estas partículas

coloidales continúen en suspensión.

El potencial Z de los coloides depende también de un factor muy importante, como

es el pH del agua. El pH óptimo de coagulación será el existente cuando se alcanza

el punto isoeléctrico.

1.3.16. LA FLOCULACIÓN

La floculación es el proceso que sigue a la coagulación, que consiste en la agitación

de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de los

flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso necesarios

para sedimentar con facilidad. [28]

Estos flóculos inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores

que son capaces de sedimentar.

Suceden que los flóculos formados por la aglomeración de varios coloides no sean

lo suficientemente grande como para sedimentar con rapidez deseada, por lo que

el empleo de un floculante es necesario para reunir en forma de red, formando

puentes de una superficie a otra enlazando las partículas individuales en

aglomerados, tal como se está mostrando en la Figura 9.



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Figura 9. Floculación

La floculación es favorecida por el mezclado lento que permite juntar poco a poco

los flóculos; un mezclado demasiado intenso los rompe y raramente se vuelven

a formar en su tamaño y fuerza óptimos. La floculación no solo incrementa

el tamaño de las partículas del flóculo, sino que también aumenta su peso.

La floculación puede ser mejorada por la adición de un reactivo de floculación o

ayudante de floculación.

1.3.17. OBJETIVO DE LA FLOCULACIÓN

En la segunda etapa de la mezcla que corresponde a una mezcla lenta tiene por

objeto permitir los contactos entre los flóculos, la turbiedad y el color, la

mezcla debe ser lo suficiente para crear diferencias de velocidad del agua

dentro de la unidad pero no muy grande, ya que los flóculos corren el riesgo de

romperse; aún si el tiempo es no más del tiempo óptimo de floculación.

1.3.18. TEORÍA DE LA FLOCULACIÓN:

La formación de los flóculos es consecuencia de la agrupación de las partículas

descargadas al ponerse en contacto unas con otras. Puede ser causada por la

colisión entre las partículas, debido a que cuando se acercan lo suficiente las

superficies sólidas, las fuerzas de Van der Waals predominan sobre las fuerzas de

repulsión, por la repulsión, por la reducción de la carga eléctrica que trae como

consecuencia la disminución de la repulsión eléctrica.



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1.3.19. PARÁMETROS DE LA FLOCULACIÓN

Los parámetros que se caracterizan la floculación son los siguientes:

- Floculación Ortocinética (Se da por el grado de agitación proporcionada:

Mecánica o Hidráulica).

- Gradiente de Velocidad (energía necesaria para producir la mezcla).

- Número de colisiones (choque entre microflóculos).

- Tiempo de retención (tiempo que permanece el agua en la unidad

de floculación).

- Densidad y tamaño de floc.

- Volumen de lodos (los flóculos formados no deben sedimentar en las unidades

- de floculación).

1.3.20. FLOCULANTES

Los floculantes son polímeros o polielectrolitos con pesos moleculares

muy elevados moléculas orgánicas solubles en agua formadas por bloques

denominados monómeros, repetidos en cadenas larga. [29]

Estos floculantes pueden ser de naturaleza: mineral, orgánico natural y orgánico de

síntesis.

a) Floculantes Minerales.- Se encuentra la sílice activada, que es el primer

floculante empleado, que debe ser preparado antes de emplear, su

preparación es tan delicada y presenta el riesgo de la

gelatinización; produce la neutralización parcial de la alcalinidad de silicato

de sodio en solución. (caso Atarjea en los años 70 – 80, se utilizó en el

tratamiento de agua).

b) Floculantes Orgánicos Naturales.- Son polímeros naturales extraídos de

sustancias animales o vegetales.

1.3.21. TIPOS DE FLOCULANTES

Los polielectrolitos pueden clasificarse en:

- Catiónicos: Cargados positivamente.

- Aniónicos: Cargados negativamente.

- No iónicos: No son polielectrolitos en sentido estricto aunque exhiben en

disolución muchas de las propiedades floculantes de los anteriores.



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1.3.22. FLOCULANTES MÁS USADOS. MECANISMO DE ACCIÓN

En la coagulación, dosis fuertes de coagulantes producen un exceso de fangos que

generalmente crean problemas. Por otro lado, no se consigue siempre un

precipitado que posea las características deseadas para una buena separación. Por

estas razones, se ha recomendado el uso de floculantes y/o ayudantes de la

floculación6. Para procesos de clarificación se han estado usando los siguientes:

- Sílice activada: Fue el primer floculante empleado y sigue siendo el que

mejores resultados puede dar cuando se emplean sales de aluminio. Consiste

en una solución de ácido polisilícico (H2SiO3)4, procedente de una

polimerización controlada del silicato de sodio (NaSiO2) en medio ácido. Su

mayor desventaja es su inestabilidad.

- Arcillas: Bentonitas, caolinitas son añadidas como lechadas para aumentar

frecuencia de colisiones y aumentar el peso en el flóculo.

- Otros floculantes minerales: carbón activado en polvo, arena fina (diatomeas),

blanco de mendón (CaCO3precipitado), etc.

Estudios recientes han demostrado la efectividad de floculantes como la zeolita

natural, bentonita natural, bentonita sódica, dolomita y el vidrio volcánico que

mezclados con el sulfato de aluminio en proporción 1:1 son capaces de remover el

93-97 % de la turbiedad inicial, así como, el 36-88 % del color aparente, el 50-72 %

de la materia orgánica, el 88-94 % del manganeso inicial del agua cruda,

produciendo un gran ahorro del sulfato de aluminio.

- Polímeros orgánicos naturales: Son principalmente almidones (polisacáridos)

extraídos de granos semillas y corteza de origen vegetal así como varios tipos

de suelos. Generalmente no tienen un peso molecular tan alto como los

polímeros sintéticos.

- Polímeros orgánicos sintéticos: Son producidos por la transformación química

de los derivados del petróleo y del carbón y aunque no todos se encuentran

en forma de polvo seco están generalmente constituidos por poliacriinas (no

iónicos) o poliacriida hidrolizado (aniónicos) con alto peso molecular, que van

a favorecer la aglomeración de los flóculos a través de puentes. Un polímero

es simplemente una macromolécula que tiene una unidad simple repetida

(monómero), algunos de los cuales poseen cargas eléctricas o grupos

ionizables.



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En los estudios de floculación con polielectrolitos se ha encontrado que la

distribución del diámetro de las partículas es un parámetro de influencia en la dosis

óptima del polímero requerido para flocular una suspensión.

Se puede afirmar que para cada polielectrolito existe una dosis óptima, cualquiera

que sea el uso y que si se sobrepasa esta dosis puede producirse una

reestabilización de coloides y un desmejoramiento de la calidad del agua tratada.

Según el carácter iónico de su grupo activo, los polímeros sintéticos, llamados

"polielectrolitos" comprenden:

- Polímeros no iónicos: Las poliacrilamidas (2- 4 x 106 g/mol) son usadas en

clarificación y deshidratación de lodos, incrementan la resistencia del flóculo y

frecuentemente se utilizan también como ayudantes de filtración en línea. Las

poliaminas de cadenas más cortas (menor de 1 x 106 g/mol), son usadas sólo

en clarificación como coagulantes primarios y como ayudante de coagulación

la de alto peso molecular.

- Polímeros aniónicos: Son polielectrolitos cargados negativamente y

caracterizados por la coexistencia de grupos que permiten la adsorción y

grupos ionizados negativamente (carboxílicos o sulfúricos), cuyo papel

consiste en provocar la extensión del polímero. Entre éstos podemos

mencionar las poliacrilamidas parcialmente hidrolizadas con sosa cáustica.

- Polímeros catiónicos: Son polielectrolitos cargados positivamente que poseen

en sus largas cadenas una carga eléctrica positiva, debido a grupos aminos,

amonio cuaternario, capaz de remover la turbidez y el color, acondicionador

de lodos, con peso molecular entre 104-106 g/mol y pueden usarse junto a

coagulantes inorgánicos, resistentes al cloro, su densidad de carga no es

sensible a cambios de PH.

Las poliaminas cuaternarias con peso molecular más bajo (104-105 g/mol) son

usadas mayormente como coagulante primario para la remoción de color.

Las poliaminas (104-107 g/mol) menos frecuente es usada como coagulante

primario, reacciona con el dicloro y es sensible a cambios de pH.

Los polielectrolitos catiónicos funcionan como coagulantes (neutralización de

cargas).



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El mayor beneficio obtenido con los floculantes poliméricos es un mayor

incremento en el tamaño del flóculo, obteniéndose una más rápida sedimentación.

Estos productos funcionan primariamente como floculantes de alto peso

molecular, originando más eficientes y efectivos mecanismos de puentes. Esto

contrasta con los polielectrolitos catiónicos de menor peso molecular, los cuales

funcionan como coagulantes primarios (neutralización). Los floculantes no

funcionan positivamente como coagulantes primarios excepto en casos donde su

carga es de menor orden.

Las dosis de polímeros floculantes para clarificación de aguas es normalmente muy

bajo, en el rango de 0.05-2.0 ppm; para control de la contaminación de 1.0-10 ppm.

Con el desarrollo de macromoléculas relativamente ligeras y muy cargadas, el

campo de uso de los polielectrolitos se ha extendido a la coagulación, en ciertos

casos favorables. [29]

1.3.23. CONCEPTO GENERAL DEL PROCESO DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN

Se llama Coagulación-Floculación al proceso por el cual las partículas se aglutinan

en pequeñas masas, con peso específico superior al del agua, llamadas flóculos.

Dicho proceso se usa para lograr la:

- Remoción de turbiedad orgánica o inorgánica.

- Remoción de color verdadero y aparente.

- Eliminación de sustancias productoras de sabor y olor en algunos casos y de

precipitados químicos suspendidos, entre otros.

- Eliminación de bacterias virus y organismos patógenos susceptibles a ser

separados.

- Destrucción de algas y plancton en general.

1.3.24. PRUEBA DE JARRAS

La prueba de jarra es la técnica más extensamente usada para determinar la dosis

de químicos y otros parámetros. En ella se tratan de simular los procesos de

coagulación, floculación y sedimentación a nivel de laboratorio.

Existe en el mercado una gran variedad de equipos para pruebas de jarras, pero en

toda su versatilidad debe radicar en utilizar una serie de jarras al mismo tiempo y

la posibilidad de variación de la velocidad de agitación (r.p.m).

En este proceso influyen factores químicos e hidráulicos. Entre éstos tenemos:



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- pH

- Temperatura

- Concentración de coagulante

- Secuencia de aplicación de las sustancias químicas

- Grado de agitación

- Tiempo de sedimentación

El PH desempeña un papel muy importante en el estudio de los fenómenos de

coagulación-floculación, es así como una parte de la carga de las partículas

coloidales que han absorbido iones OH- , queda destruida por un aumento de la

concentración de iones H3O- que ocasiona una disminución de la estabilidad de la

suspensión coloidal. Preferiblemente el PH debe quedar dentro de la zona

correspondiente al mínimo de solubilidad de los iones metálicos del coagulante

usado.

Para sales de hierro la zona de PH es mucho más amplia, alcanzándose el mínimo

de solubilidad a pH>5.

El pH del medio en la coagulación tradicional con hidróxido de aluminio ha

demostrado que sólo coagula cuando es inferior a 7.4 o superior a 8.5; sin embargo,

la eliminación de las materias orgánicas se efectúa mejor en medio ácido (pH

inferior a 7.4) o como sucede con el hidróxido férrico que coagula a un PH superior

a 6, pero el alto contenido de materia orgánica del agua cruda proporcionará la

formación de sales orgánicas de hierro y el agua quedará coloreada.

El tiempo de mezclado del coagulante en el agua a tratar será el necesario para que

el producto utilizado se difunda con la mayor rapidez posible. El tiempo de

coagulación es extraordinariamente breve, menos de un segundo y la utilización

óptima del coagulante exige que la neutralización sea total antes de que una parte

del coagulante haya comenzado a precipitar.



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Figura 10. Prueba de jarras

1.3.25. COSTOS DE TRATAMIENTO

La viabilidad de aplicación de este proceso a la realidad industrial depende de

una ecuación costo-beneficio.

Los costos se analizan según lo propuesto por Bayramonglu. [21]

𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒐𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒊𝒗𝒐 (𝑺/.

𝒎𝟑) = 𝒂𝑪𝒆𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 + 𝒃𝑪𝒒𝒖í𝒎𝒊𝒄𝒐𝒔 → (𝟏)

Donde:

𝐶𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 (𝑘𝑤−ℎ

𝑚3 ) → (𝟐)

𝑎 = 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝑆/.

𝑘𝑤−ℎ) → (𝟑)

𝐶𝑞𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠 (𝑘𝑔

𝑚3) → (𝟒)

𝑏 = 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑠 (𝑆/.

𝐾𝑔) → (𝟓)



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1.4. PROBLEMA:

¿En qué medida influye el pH, concentración de coagulante y floculante en la remoción

de Sólidos Suspendidos, Demanda Química de Oxígeno y Turbidez en efluente de Lavado

de Pulpa de la Planta Papelera TRUPAL S.A.?

1.5. HIPÓTESIS:

El pH, la concentración de coagulante y floculante sí influye en la remoción de Sólidos

Suspendidos, DQO y Turbidez del efluente proveniente del Lavado de Pulpa de la Planta

Papelera TRUPAL S.A. Debido a que los coagulantes actúan a pH determinados, el cual

depende del tipo de coagulante y de las características del efluente a tratar. El porcentaje

de remoción de Sólidos Suspendidos aumentará encontrando las condiciones adecuadas

de pH, concentración de coagulante y floculante; tal como lo demuestra Huaili Zheng [8]

1.6. OBJETIVOS:

Objetivo General

Determinar las mejores condiciones de pH, concentración de coagulante y floculante para

la disminución de los porcentajes de Sólidos Suspendidos, DQO y Turbidez del efluente

proveniente del Lavado de Pulpa de la Planta Papelera TRUPAL S.A.

Objetivos Específicos

Evaluar la influencia del pH en el proceso de coagulación, midiendo los porcentajes

de reducción de Sólidos Suspendidos y Turbidez.

A pH óptimo evaluar la influencia de la concentración de coagulante en la remoción

de Sólidos Suspendidos y Turbidez.

A pH y concentración de coagulante óptimo evaluar la influencia de los floculantes a

usar evaluando su tiempo de sedimentación de Sólidos, Turbidez y Sólidos

Suspendidos.

Evaluar los costos operativos del proceso.



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II. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1. MATERIAL DE ESTUDIO

El material de estudio es el efluente, que procede del lavado de pulpa de la industria

papelera Trupal SA. Esta empresa está dedicada a la fabricación de papeles y cartones a

partir de bagazo desmedulado de caña de azúcar. Está ubicada en el distrito de Santiago

de Cao, provincia de Ascope, departamento de La Libertad.

Las muestras se recogieron en recipientes cerrados y se almacenaron en ambientes

aislados de luz a 4°C.

2.2. REACTIVOS Y MATERIALES

2.2.1. REACTIVOS:

- Floculante Catiónico

- Floculante Aniónico

- Poliacrilamida

- Policloruro de Aluminio

- Ácido sulfúrico (Grado Técnico 98%)

- Hidróxido de Sodio (QP)

2.2.2. MATERIALES:

- Bureta de 100 mL

- Bureta de 50 mL

- Pipeta de 1 mL

- Pipeta de 5 mL

- Probeta de 20 mL

- Probeta de 500 mL

- Matraz Erlenmeyer de 50 mL

- Matraz Erlenmeyer de 250 mL

- Frascos de 500 mL

- Viales de 10 mL

- Agua destilada



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- Agua desionizada

- Guantes de latex

- Jeringa de 1 mL

- Jeringa de 5 mL

- Galón de 20 L

- Papel toalla

2.2.3. EQUIPOS:

- Equipo de Jarras (Jartest)

- Multiparámetro (ULTRAMETER II 6P – SN. 6230770)

- Turbidímetro (Orbeco Hellige – SN. 1290)

- Ph Tester (WATERPROOF – SN. 1527319)

- Balanza Digital (Balanza Digital de 4 dígitos)

2.3. MÉTODOLOGÍA

Para encontrar las dosis óptimas de coagulantes y floculantes, se debe hacer un análisis

de las condiciones a las cuales alcanzan su mayor eficiencia. A continuación se redactan

los pasos a seguir para la obtención de nuestros resultados.

2.3.1. MUESTRAS DE AGUA DE LAVADO DE PULPA

El efluente a usar procede de la Planta de Pulpa de la empresa TRUPAL S.A. Se

tomaron muestras que fueron recogidas en recipientes cerrados y se

almacenaron en ambientes asilados de luz a una temperatura de 4°C.

Se tomó agua en un balde para obtener la muestra y se enjuagó las botellas tres

veces consecutivas, llenándolas por último completamente. Se colocó el tapón y

se trasladó al laboratorio en un cooler con gel térmico.

2.3.2. CARACTERÍSTICAS DE LA MUESTRA

Para la caracterización físico-química del efluente se utilizó metodologías

normalizadas, descritas a continuación:

- Sólidos Suspendidos [12]

- Sólidos Totales [12]

- Sólidos Disueltos [12]

- pH [12]



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- Demanda Química de Oxígeno [12]

- Turbidez [12]

2.3.3. DISEÑO EXPERIMENTAL

Se evaluaron las muestras previamente y se consideraron 3 etapas para

desarrollar la parte experimental del trabajo, así tenemos:

ETAPA 1: Evaluación del pH en el proceso de coagulación

Una de las variables más importantes que influyen en el trabajo que realiza un

coagulante es el pH, para cada coagulante existe una zona de pH donde se

produce mayor desestabilización química de las partículas coloidales. Para ello se

realizaron pruebas con dosis de coagulantes a pH de salida (entre 4 a 5

aproximadamente) y a pH neutro. Se usaron el Sulfato de Aluminio y Policloruro

de Aluminio como coagulantes al 1% (Ver tabla 9), que se trabajaron a una

concentración constante de 600 ppm en 250 mL de muestra. Siguiendo el

siguiente orden experimental:

1º. Se agitó la muestra a 60 RPM por el período de un minuto.

2º. Se agregó el coagulante.

3º. Se agitó la muestra a 80 RPM durante 4 minutos.

4º. Se medió el volumen de lodos a 10 y 20 minutos.

Al obtener nuestros primeros efluentes clarificados luego de un periodo de

sedimentación 12 horas, se les hizo la medición de los siguientes parámetros:

Sólidos Suspendidos (SS) y Turbidez que fueron comparados con los resultados

del blanco.

Los Sólidos Suspendidos y Turbidez se realizaron de acuerdo a la normas de la

APHA. (Ver tabla

ETAPA 2: Evaluación de la concentración de Coagulante a pH óptimo hallado

en la primera parte.

Una vez obtenido el pH al cual el coagulante se desenvuelve mejor, se analizó la

concentración para la cual se obtuvo mejores resultados de los parámetros a

estudiar. Teniendo ya el valor aproximado de la concentración óptima, se

procedió a estudiar intervalos cercanos a este valor para encontrar con mayor

exactitud la dosis adecuada.

Para ello se aplicó el siguiente procedimiento en 250 mL de muestra:



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1º. Se agitó la muestra a 60 RPM por el período de un minuto.

2º. Se adecuó el pH óptimo en caso sea necesario

3º. Se aplicaron dosis de coagulante de 400, 500, 700 y 800 ppm (Ver Tabla

9).

4º. Se agitó la muestra a 80 RPM durante 4 minutos.

5º. Se procedió a medir el volumen de lodos a 10 y 20 minutos.

Una vez obtenidos los resultados, se hicieron comparaciones de los valores

obtenidos en los parámetros ya antes mencionados. De esta manera se eligió la

concentración, simplificando variables para llegar al resultado.

ETAPA 3: Coagulación - Floculación

En esta parte del proceso se trabajó ya con el pH y concentración de coagulante

óptimas, además se tomó en cuenta concentraciones de floculantes de previas

experiencias. Se hicieron las combinaciones necesarias para encontrar la dosis

que aglomere a mayor cantidad de partículas desestabilizadas en microflóculos y

después en flóculos más grandes que se depositaron en el fondo del recipiente en

un periodo de tiempo que fue clave para obtención de la mejor dosis; además se

analizó el volumen de lodo aglomerado.

Se siguió el siguiente procedimiento:

1º. Se agitó la muestra (250 ml) a 60 RPM por el periodo de un minuto.

2º. Se agregó la dosis óptima de coagulante.

3º. Se agitó la muestra 80 RPM por 4 minutos.

4º. Se agregó floculante.

5º. Se agitó la muestra a 40 RPM por 1 min 30 seg.

6º. Se midió volumen de lodo 10 y 20 minutos.

Este análisis se realizó para los tres floculantes a usar como son Floculante

Catiónico, Floculante Aniónico y una Poliacrilamida al 0.1% (Ver Tabla 9). Es

necesario respetar los tiempos exactos del procedimiento, sobretodo una vez

agregado el floculante para así evitar el rompimiento de los flocs formados.

El parámetro fundamental para elegir la mejor combinación fueron los sólidos

suspendidos y la turbidez.



Bibliot

eca d

e Ing

enier

ía Quím

ica U

NT

39

III. RESULTADOS

Dentro de este capítulo se muestra el análisis de resultados obtenidos, en donde se buscó las

mejores condiciones para lograr remover Sólidos Suspendidos, Turbidez y Demanda Química de

Oxígeno; adecuando las mejores condiciones de pH y encontrando las dosis exactas de los

coagulantes y floculantes usados.

3.1. CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE

En la siguiente tabla se muestran datos de un análisis inicial al efluente proveniente de las

lavadoras de la Planta de Pulpa de la empresa TRUPAL S.A. Cabe mencionar que

previamente el efluente circula por una prensa tornillo la cual consiste en un proceso de

separación de sólidos (permitiendo que se eliminen considerablemente los lodos); el

tratamiento se realizará al efluente de la prensa de tornillo a fin de poder ser retornado

al proceso.

Tabla 2. Caracterización del efluente proveniente de las lavadoras de la Planta de Pulpa

de la Empresa Papelera TRUPAL S.A. luego de su paso por la prensa tornillo.

*Punto de Origen, Lavadores de la planta de pulpa.

Parámetros Valor

TEMPERATURA (°C) 45

pH 4.01

DQO (ppm) 12308,56

TURBIDEZ (NTU) 1886,5

STD (ppm) 2107

SS (ppm) 25000

ST (ppm) 27107



Bibliot

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ía Quím

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NT

40

3.2. ETAPA I: EVALUACIÓN DEL pH ÓPTIMO

En esta primera etapa se adecuó el pH para lograr que el coagulante actúe de la mejor

manera posible. Así pues, se analizaron variaciones de los Sólidos Suspendidos, Sólidos

Disueltos, Sólidos Totales, Turbidez y Volumen de lodos.

Se evaluaron los mismos parámetros para el Policloruro de Aluminio y Sulfato de

Aluminio, los cuales se trabajaron a una misma concentración de 600 ppm y tres valores

de pH; el original de la muestra (pH=4.01), un intermedio (pH=5,32) y un aproximado al

neutro (pH=6.55). A continuación se muestras las gráficas de resultados en donde se

compara la acción de ambos coagulantes y las variaciones logradas en los parámetros ya

antes mencionados.

Figura 11. Variación de los Sólidos Suspendidos (SS) a distintos valores de pH, para el

Policloruro de Aluminio (PAC) y Sulfato de Aluminio.

340

780

790

775

1140 1115

300350400450500550600650700750800850900950

10001050110011501200

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7

SS (

pp

m)

pH

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS A DISTINTOS VALORES DE pH PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO Y EL SULFATO DE

ALUMINIO

PAC SULFATO DE ALUMINIO



Bibliot

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enier

ía Quím

ica U

NT

41

Figura 12. Variación de la Turbidez a pH óptimo para el Policloruro de Aluminio (PAC) y

Sulfato de Aluminio.

3.3. ETAPA II: DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE

COAGULANTE A pH ÓPTIMO

Obtenido el pH optimo, se procedió a encontrar en esta segunda etapa, la concentración

adecuada de coagulante. Para ello, se hicieron pruebas a distintas dosis de Policloruro de

Aluminio y Sulfato de Aluminio (400, 500, 600, 700 y 800 ppm) y se evaluaron los mismos

parámetros de la etapa anterior.

3.3.1. PARA POLICLORURO DE ALUMINIO

Se evalúo la variación de Sólidos Suspendidos y Turbidez para 400, 500, 600, 700 y 800

ppm de Policloruro de Aluminio a pH óptimo.

74.6148.51 43.11

411.10

562.10 568.70

2070

120170220270320370420470520570

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7

TUR

BID

EZ (

NTU

)

pH

VARIACIÓN DE LA TURBIDEZ A DISTINTOS VALORES DE pH PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO Y EL SULFATO DE ALUMINIO

PAC SULFATO DE ALUMINIO



Bibliot

eca d

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enier

ía Quím

ica U

NT

42


concentraciones de Policloruro de Aluminio (PAC).


concentraciones de Policloruro de Aluminio (PAC)

405

305

340320 325

100

150

200

250

300

350

400

450

500

200 300 400 500 600 700 800

SS (

pp

m)

CONCENTRACIÓN PAC (ppm)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO

9270

91509056 9010 8980

8000810082008300840085008600870088008900900091009200930094009500

200 400 600 800

SD (

pp

m)

CONCENTRACIÓN DE PAC (ppm)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS DISUELTOS PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO



Bibliot

eca d

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ica U

NT

43


concentraciones de Policloruro de Aluminio (PAC).


Policloruro de Aluminio (PAC)

98.50

77.8274.61

69.2765.25

40.0045.0050.0055.0060.0065.0070.0075.0080.0085.0090.0095.00

100.00

200 300 400 500 600 700 800

TUR

BID

EZ (

NTU

)


VARIACIÓN DE LA TURBIDEZ PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO

9675

9455 93969330 9305

8000

8200

8400

8600

8800

9000

9200

9400

9600

9800

10000

200 400 600 800

ST (

pp

m)

CONCENTRACIÓN DE PAC (ppm)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS TOTALES PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO



Bibliot

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ía Quím

ica U

NT

44

Figura 17. Variación del Volumen de Lodos a diferentes concentraciones de Policloruro

de Aluminio (PAC) a un pH óptimo.

3.3.2. PARA SULFATO DE ALUMINIO

Se evalúo la variación de Sólidos Suspendidos, Sólidos Disueltos, Sólidos Totales y

Turbidez para 400, 500, 600, 700 y 800 ppm de Sulfato de Aluminio a pH óptimo.

34.38 34.38

50.00

43.75

31.2534.38

34.38

50.00

43.75

31.25

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

400 500 600 700 800

VO

L. L

OD

OS

(mL)


VARIACIÓN DEL VOLUMEN DE LODOS A DISTINTAS CONCENTRACIONES DE POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC)

PARA UN pH ÓPTIMO

t=10 min t=20 min



Bibliot

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NT

45


concentraciones de Sulfato de Aluminio.



280 275

775

285

425

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

200 300 400 500 600 700 800

SS (

pp

m)

CONCETRACIÓN SULFATO DE ALUMINIO (ppm)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS PARA EL SULFATO DE ALUMINIO A pH OPTIMO

56205870

62805940

8850

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

200 300 400 500 600 700 800

SD (

pp

m)

CONCENTRACIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO (ppm)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS DISUELTOS PARA EL SULFATO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO



Bibliot

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NT

46




Sulfato de Aluminio.

200.70

128.10

411.10

116.30 123.20

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

450.00

200 300 400 500 600 700 800

TUR

BID

EZ (

NTU

)

CONCENTRACIÓN SULFATO DE ALUMINIO (ppm)

VARIACIÓN DE LA TURBIDEZ PARA EL SULFATO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO

59006195

70556785

7080

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

9500

10000

200 300 400 500 600 700 800

ST (

pp

m)

CONCENTRACIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO (ppm)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS TOTALES PARA EL SULFATO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO



Bibliot

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NT

47

Figura 22. Variación del Volumen de Lodos a diferentes concentraciones de Sulfato de

Aluminio a un pH original de la muestra.

3.4. ETAPA III: EVALUACIÓN DE LA COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN En esta última etapa de la parte experimental, se trabajó con el pH óptimo hallado para

ambos coagulantes usados como son el Policloruro de Aluminio y Sulfato de Aluminio; de

acuerdo a los resultados obtenidos de las dos etapas anteriores, el pH adecuado en el que

ambos coagulantes se desenvolvieron mejor, es el original de la muestra (pH=4.01). Por

otro lado, se aplicaron la dosis adecuadas para cada coagulante encontradas en la

segunda etapa; así pues se usó 500 ppm de Policloruro de Aluminio y 500 ppm de Sulfato

de Aluminio, que fueron trabajados con tres tipos de floculantes dentro de los cuales

están un Floculante Aniónico, Floculante Catiónico y una Poliacrilamida que fueron usadas

con una cantidad estándar de 4 ppm encontrada en estudios antes realizados y se tomó

como valor constante para facilitar su comparación.

3.4.1. PARA POLICLORURO DE ALUMINIO

Las pruebas realizadas se trabajaron a una concentración de 500 ppm de

Policloruro de Aluminio y pH óptimo elegido en la primera etapa (pH=4.01). Si

bien es cierto los datos obtenidos en el volumen de lodos es elevado para estas

concentraciones, fueron elegidos porque los flocs formados fueron grandes y

62.568.75

43.75

62.5 62.562.568.75

43.75

62.562.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

400 500 600 700 800

VO

L. L

OD

OS

(mL)

CONCENTRACIÓN SULFATO DE ALUMINIO (ppm)

VARIACIÓN DEL VOLUMEN DE LODOS A DISTINTAS CONCENTRACIONES DE SULFATO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO

t=10 min t=20 min



Bibliot

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NT

48

consistentes; lo que es una clara ventaja al aplicarse al momento de la aplicación

del Floculante, pues se da una mejor aglomeración de los Sólidos Suspendidos. A

continuación se analizan los valores de Sólidos Suspendidos, Turbidez y Volumen

de Lodos obtenidos con un Floculante Aniónico, Floculante Catiónico y la

Poliacrilamida que fueron comparados gráficamente con los valores obtenidos

con la sola aplicación del coagulante para discutir ventajas y desventajas

respectivamente, y así poder elegir la formulación adecuada.

En las gráficas mostradas a continuación se hace una comparación en cada

parámetro estudiado, tanto para los valores obtenidos solo en el proceso de la

Coagulación y los obtenidos luego de aplicar el coagulante y floculante (Aniónico,

catiónico y la poliacrilamida). De esta manera se puede evaluar la mejora obtenida

luego de aplicar el floculante y elegir la mejor fórmula para nuestro tratamiento

del efluente; cabe mencionar que los valores mostrados de la coagulación fueron

tomados a las 24 horas, mientras que los datos de la coagulación- floculación se

tomaron a las 2 horas.



el proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio (PAC)

315265

765

320 320 320

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Anionico Catiónico Policrilamida

SS (

pp

m)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE

POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE

COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN



Bibliot

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49



el proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio (PAC)

Figura 25. Variación de los Sólidos Totales (ST) logrados con la Coagulación-Floculación

a una concentración óptima de Policloruro de Aluminio (PAC) como coagulante y a pH

óptimo evaluado, usando tres tipos de floculante.

1747 16652206

9330 9330 9330

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000


ST (

pp

m)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS TOTALES LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) USANDO TRES TIPOS DE

FLOCULANTE


1432 1400 1441

9010 9010 9010

0

2000

4000

6000

8000

10000


SD (

pp

m)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS DISUELTOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) USANDO TRES TIPOS DE

FLOCULANTE




Bibliot

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50


concentración óptima de Policloruro de Aluminio (PAC) como coagulante y a pH óptimo

evaluado, usando tres tipos de floculante.



el proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio.

97.20

28.37

60.4869.27 69.7 69.7

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00


TUR

BID

EZ (

NTU

)VARIACIÓN DE LA TURBIDEZ LOGRADA CON LA COAGULACIÓN-

FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE


50.0046.88

56.25

43.75 43.75 43.75

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00


VO

L. L

OD

OS

(mL)

VARIACIÓN DEL VOLUMEN DE LODOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE





Bibliot

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ía Quím

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NT

51

3.4.2. PARA SULFATO DE ALUMINIO

Las pruebas realizadas se trabajaron a una concentración de 500 ppm de Sulfato

de Aluminio y pH óptimo elegido en la primera etapa (pH=4.01). Si bien es cierto

los datos obtenidos en el volumen de lodos es elevado para estas

concentraciones, fueron elegidos porque los flocs formados fueron grandes y

consistentes; lo que es una clara ventaja al aplicarse al momento de la aplicación

del Floculante, pues se da una mejor aglomeración de los Sólidos Suspendidos. A

continuación se analizan los valores de Sólidos Suspendidos, Sólidos Disueltos,

Sólidos Totales, Turbidez y Volumen de Lodos obtenidos con un Floculante

Aniónico, Floculante Catiónico y la Poliacrilamida que fueron comparados

gráficamente con los valores obtenidos con la sola aplicación del coagulante para

discutir ventajas y desventajas respectivamente, y así poder elegir la formulación

adecuada.

En las gráficas mostradas a continuación se hace una comparación en cada

parámetro estudiado, tanto para los valores obtenidos solo en el proceso de la

Coagulación y los obtenidos luego de aplicar el coagulante y floculante (Aniónico,

catiónico y la poliacrilamida). De esta manera se puede evaluar la mejora obtenida

luego de aplicar el floculante y elegir la mejor fórmula para nuestro tratamiento

del efluente.



el proceso de coagulación usando el Sulfato de Aluminio.

755

280

790

275 275 275

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900


SS (

pp

m)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE





Bibliot

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52




Figura 30. Variación de los Sólidos Totales (ST) logrados con la Coagulación-Floculación

a una concentración óptima de Sulfato de Aluminio como coagulante y a pH óptimo

evaluado, usando tres tipos de floculante.

2479 2381 2269

5870 5870 5870

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000


SD (

pp

m)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS DISUELTOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE

SULFATO DE ALUMINIO USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE


32342661

3059

6195 6195 6195

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000


ST (

pp

m)

VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS TOTALES LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE





Bibliot

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53


concentración óptima de Sulfato de Aluminio como coagulante y a pH óptimo evaluado,

usando tres tipos de floculante.




217.10

92.04

182.10

128.1 128.1 128.1

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00


TUR

BID

EZ (

NTU

)VARIACIÓN DE LA TURBIDEZ LOGRADA CON LA COAGULACIÓN-

FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE SULFATO DE ALUMINIO USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE


137.5

18.75

37.5

68.75 68.75 68.75

0

20

40

60

80

100

120

140

160


VO

L. L

OD

OS

(mL)

VARIACIÓN DEL VOLUMEN DE LODOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE





Bibliot

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NT

54

3.5. RESULTADOS FINALES

A continuación se muestra un resumen con los mejores resultados obtenidos luego de las

tres etapas de evaluación en el proceso de coagulación – floculación, en ella podemos

realizar una comparación de los parámetros estudiados tanto para el Policloruro de

Aluminio, como para el Sulfato de Aluminio como coagulantes a pH 4.01 y 500 ppm de

concentración para ambos casos; y usando 4 ppm de floculante catiónico.

Tabla 3. Resultado final de Sólidos Suspendidos, Sólidos Disueltos, Turbidez y Demanda

Química de Oxígeno con las mejores combinaciones obtenidas en el proceso de Coagulación –

Floculación a pH y concentración adecuada de Coagulante.

RESULTADOS FINALES

COAGULANTE FLOCULANTE [ ]

ppm SS

(ppm) SD

(ppm) ST

(ppm) TURBIDEZ

NTU DQO

Policloruro de Aluminio

Catiónico

500 265 1400 1665 28.37 1204.16

Sulfato de Aluminio 500 280 2381 3061 92.04 1096.62

DATOS MUESTRA ORIGINAL

Efluente de lavado de pulpa 25000 2107 27107 1886.5 12308.6

En la Gráfica 33, se muestran los porcentajes de remoción de los Sólidos Suspendidos, Sólidos

disueltos, Turbidez y Demanda Química de Oxígeno del proceso de coagulación – floculación,

para la mejor combinación obtenida con 500 ppm Policloruro de Aluminio como coagulante, y

4 ppm de Floculante Catiónico a pH 4.01.



Bibliot

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55

Figura 33. Remoción obtenida en Sólidos Suspendidos (SS), Turbidez y Demanda Química de

Oxígeno con la mejor combinación obtenida en el proceso de Coagulación – Floculación a pH

4.01.

3.6. DESARROLLO DE LOS COSTOS DE TRATAMIENTO

La viabilidad de aplicación de este proceso a la realidad industrial depende de una

ecuación costo-beneficio.

Los costos se analizan según lo propuesto por Bayramonglu. [21]


𝒎𝟑) = 𝒂𝑪𝒆𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 + 𝒃𝑪𝒒𝒖í𝒎𝒊𝒄𝒐𝒔 → (𝟏)

Donde:

𝐶𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 (𝑘𝑤−ℎ

𝑚3 ) → (𝟐)

𝑎 = 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝑆/.

𝑘𝑤−ℎ) → (𝟑)

𝐶𝑞𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠 (𝑘𝑔

𝑚3) → (𝟒)

𝑏 = 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑠 (𝑆/.

𝐾𝑔) → (𝟓)

98.94 98.50

90.21

84

86

88

90

92

94

96

98

100

SS TURBIDEZ DQO

% D

E R

EMO

CIÓ

N

PARÁMETROS

PORCENTAJES DE REMOCIÓN OBTENIDOS CON EL POLICLORURO DE ALUMINIO Y FLOCULANTE CATIÓNICO



Bibliot

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56

Donde consumo de energía del equipo JAR-TEST de 4 jarras, con gasto de energía de

0.000121 kWh. Sabiendo que se agita cada litro por 5 minutos (0.083 horas)

0.000121 𝑘𝑤

ℎ𝑥

0.083 ℎ

𝐿= 1.0043 𝑥 10−5

𝑘𝑤ℎ

𝐿

Reemplazamos en (2)

𝐶𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎: 1.0043 𝑥10−5(𝑘𝑤ℎ

𝐿)

Para un costo de energía, reemplazamos en (3)

𝑎 = 0.4764 (𝑆/.

𝑘𝑤ℎ)

Gasto de Coagulante (Policloruro de Aluminio). Reemplazamos en (4)

𝐶𝑐𝑜𝑎𝑔𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒: 0.0005(𝑘𝑔

𝐿)

Gasto de Floculante (Floculante Catiónico). Reemplazamos en (4)

𝐶𝑓𝑙𝑜𝑐𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒: 0.000004(𝑘𝑔

𝐿)

Precio aproximado del Policloruro de Aluminio, reemplazamos en (5)

𝑏1 = 6.2 (𝑆/.

𝐾𝑔)

Precio aproximado del Floculante Catiónico, reemplazamos en (5)

𝑏2 = 35.50 (𝑆/.

𝐾𝑔)

Lo cual hace un costo operativo calculado para 1 L, reemplazamos en (1)


𝑳) = [0.4764 (

𝑠/.

𝑘𝑤ℎ)] [1.0043 𝑥10−5

(𝑘𝑤ℎ

𝐿)] + [6.2 (

𝑠/.𝐾𝑔

)] [0.0005 (𝑘𝑔𝐿

)] + [35.5 (𝑠/.𝐾𝑔

)] [0.000004 (𝑘𝑔𝐿

)]


𝑳) = 𝟎. 𝟎𝟎𝟑𝟑



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IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1. ETAPA I - Los resultados que se presentan en la Figura 11, indican los valores obtenidos en

Sólidos Suspendidos del efluente proveniente del lavado de pulpa de la empresa

papelera TRUPAL S.A. se ve afectada por los valores de pH, tanto para el Policloruro de

Aluminio y el Sulfato de Aluminio que fueron usados como coagulantes en el

tratamiento. Para ambos casos, luego del análisis experimental, los mejores

resultados se presentaron a pH de 4.01 (valor de procedencia de la muestra). Se

obtuvo de esta manera 340 ppm de Sólidos Suspendidos para el Policloruro de

Aluminio y 775 ppm para el Sulfato de Aluminio; es importante mencionar que los

resultados obtenidos para los valores de pH (5.32 y 6.55) no fueron significativos;

además la diferencia no es mucha y no se considera como una opción rentable, pues

implica gasto de Hidróxido de Sodio para efectuar la variación del pH en el efluente.

Por otro lado, se observa una ventaja de 435 ppm en los sólidos suspendidos obtenida

por el Policloruro de Aluminio sobre el Sulfato de Aluminio; esto debido a que el

Policloruro de Aluminio desestabiliza mejor las partículas coloidales, permitiendo que

estas se junten entre sí formando coágulos que posteriormente se aglomeran

conformando flóculos de mayor tamaño, enviándolos hacia abajo por efecto de la

gravedad. Además de ello, tiene una clara ventaja sobre el Sulfato de aluminio pues

trabaja a un rango amplio de pH (de 3 a 9), genera menor residual de aluminio y no

agrega sulfatos al agua.

- Los datos de Turbidez de la Figura 12, muestran que el mejor resultado a pH 4.01, se

obtiene con el Policloruro de Aluminio obteniendo 74.61 NTU que representa una clara

diferencia entre los 411.10 NTU logrados con el Sulfato de Aluminio. Para el caso del

Policloruro de Aluminio los resultados obtenidos con los otros valores de pH analizados

no es significativa y no se considera pues implicaría un gasto en Hidróxido de Sodio

innecesario, por lo que mejor se trabaja al pH que proviene la muestra. La ventaja del

Policloruro de aluminio es que aglomera la mayor cantidad de las partículas en

suspensión que son las responsables de la turbidez del agua.



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4.2. ETAPA II

- En la segunda etapa, de la Figura 13, el mejor resultado obtenido a pH 4.01 para el

Policloruro de Aluminio se obtuvo a una concentración de 500 ppm, logrando 305 ppm

de Sólidos Suspendidos. Este valor se toma como óptimo, pues se produce antes de la

inversión de la carga de la partícula que se da con 600 ppm, que formaron gran

cantidad de microflóculos con tamaños muy pequeños cuyas velocidades de

sedimentación fueron muy bajas y que influyeron en la turbidez final del efluente

logrado. Así pues, en la Figura 16 observamos los valores de turbidez hallados,

obteniéndose 77.82 NTU a 500 ppm que no difiere mucho con las otras

concentraciones analizadas y por ende no son tomadas en cuenta porque

representaría un gasto innecesario de coagulante. Además, afectan

considerablemente a los sólidos disueltos del efluente final.

- Las Figura 18, no indica que el valor obtenidos para los sólidos suspendidos usando

como coagulante el Sulfato de Aluminio, se logró a 500 ppm al igual que con el

Policloruro de Aluminio, logrando 275 ppm de sólidos suspendidos que tiene una

diferencia de 30 ppm sobre el valor obtenido por el Policloruro de Aluminio. Sin

embargo, no se recomendaría usar el Sulfato de Aluminio, pues aumenta

considerablemente los sulfatos en el agua y este es un parámetro condicionado por

legislación (LMP 1000 ppm); además que los flocs formados son muy pequeños y poco

consistentes, lo cual demanda un tiempo muy largo para sedimentar. Por otro lado, la

turbidez obtenida fue de 128.10 NTU la que queda atrás comparada con la obtenida

por el Policloruro de Aluminio.

- Con respecto al Volumen de Lodo con ambos coagulantes a pH óptimo, evaluados a

un mismo tiempo de 20 minutos y para una concentración óptima de 500 ppm;

observamos en la Figura 17, que se obtuvo 34.38 mL de Volumen de Lodo para el

Policloruro de Aluminio y 68.75 mL para el sulfato de Aluminio que viene a ser casi el

doble. Concordando con Huaili Zheng, quien nos demuestra que el Policloruro de

aluminio como coagulante inorgánico y de base de sal polimérica, puede reducir los

lodos entre un 25 – 75 %, gracias a que genera lodos de alta densidad que hacen fácil

su disposición.[7]



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4.3. ETAPA III

- Para esta última etapa del proceso, si bien se trabajó a una cantidad estándar de

floculante de 4 ppm, no reaccionaron de la misma manera. Esto se observa en la Figura

23 indica que el mejor resultado para los sólidos suspendidos obtenidos se logró

usando como coagulante el Policloruro de aluminio. Obteniéndose con el Floculante

Catiónico, 265 ppm logrado gracias a la agrupación de las partículas neutralizadas a pH

y concentración óptima, que con la ayuda del floculante se tuvo un mejor

engrosamiento del flóculo aumentando su volumen, peso y cohesión; haciéndolo que

precipite con mayor éxito. Por otro lado, la turbidez también se vio afectada de manera

positiva, pues si observamos la Figura 26, veremos que el polielectrolito catiónico

mostró una mejor acción, obteniéndose un valor de 28.37 NTU, debido a que la

adherencia entre flóculos sea la mejor y se dé una sedimentación rápida gracias a la

acción de su bajo peso molecular, originando más efectivos mecanismos de puentes.

- Para la combinación con Sulfato de Aluminio, también se obtuvo como mejor resultado

con el Floculante Catiónico, según la Figura 28, se logró 280 ppm de sólidos

suspendidos. Este valor tiene una diferencia mínima con respecto al dato obtenido con

solo la aplicación del Sulfato de Aluminio como coagulante, probablemente por un

error de lectura al momento del cálculo. Sin embargo, para avalar este resultado, en

la Figura 31, tenemos que el mejor resultado de turbidez se obtuvo también con el

Floculante Catiónico, con 92.04 NTU. De esta manera se comprueba la efectividad del

Floculante Catiónico para la clarificación en este tipo de efluentes que como electrolito

cargado positivamente posee en sus largas cadenas, una carga eléctrica positiva

gracias a los grupos aminos que posee y el amonio cuaternario que es capaz de

remover la turbidez.

- Con respecto al acondicionamiento de los lodos, se puede observar en la Figura 32,

donde se obtuvo 18.75 mL de volumen de lodos que comparado con el resultado

obtenido con el Policloruro de Aluminio como coagulante, es 3 veces menos (Volumen

de lodos 43.88 mL, datos de la Figura 27); sin embargo los flocs obtenidos fueron

mucho más pequeños, aunque consistentes, y con el Policloruro fueron más grandes y

consistentes, lo que permite una mejor separación mecánica de los lodos. Así pues, se

corrobora la ventaja que tiene la mezcla lograda con el Policloruro de Aluminio y el

Floculante Catiónico, sobre el Sulfato de Aluminio con el floculante de la misma

Naturaleza.



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- En la Tabla 3, se muestra un resumen de las mejores combinaciones logradas con

Policloruro de aluminio y Sulfato de aluminio como coagulantes, donde el otro

parámetro importante analizado fue la Demanda Química de oxígeno (DQO). El valor

obtenido para el Policloruro fue de 1204.16 ppm, que representa un porcentaje de

remoción de DQO de 90.21%; y para el Sulfato de Aluminio el valor obtenido fue de

1096.62 ppm, que representa 91.1% de remoción de DQO. Estos resultados obtenidos

contrastan con el trabajo realizado por Farooq Sher en su “Tratamiento de Efluentes

de polímero industrial, mediante coagulación y floculación”, en donde logró remover

la DQO con una eficiencia entre 80-98% [6]. Por otro lado se supera la eficiencia

lograda en el trabajo realizado por Huali Zheng “Investigaciones del proceso de

coagulación-floculación para optimizar el rendimiento, modelo de predicción y la

estructura fractal del tamaño de los flóculos”, donde obtuvo una eficiencia de 75%. [7]

V. CONCLUSIONES

- El pH y la concentración de coagulante si influyen en la remoción de Sólidos

Suspendidos y Turbidez de las aguas de lavado de pulpa de la Empresa papelera

TRUPAL S.A.

- A pH 4.01 (pH de salida de la muestra) y a 500 ppm de concentración de coagulante,

son las mejores condiciones para llevar el proceso de coagulación-floculación para

Sulfato de aluminio y Policloruro de aluminio.

- La mejor remoción de Sólidos Suspendidos y Turbidez para las aguas del proceso de

lavado de pulpa de la empresa papelera TRUPAL S.A, se obtiene con el Policloruro de

Aluminio a pH 4.01, 500 ppm de Concentración y con Floculante Catiónico.

Removiendo un 98.94% de Solidos suspendidos, 98.50% Turbidez y 90.2% de Demanda

Química de Oxígeno.



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VI. RECOMENDACIONES

- Adecuar el pH mayor a 7 y evaluar los mismos parámetros de Solidos Suspendidos,

Turbidez y DQO; de tal manera que se compruebe la efectividad del Policloruro de

Aluminio dentro del rango de pH de 3-8.

- Realizar estudios con otros coagulantes ricos en Fierro como Sulfato Ferrico o Cloruro

Férrico, evaluar sus concentraciones óptimas y el poder para remover Sólidos

Suspendidos, turbidez y DQO.

- Estudiar la influencia de la agitación en la remoción de solidos suspendidos, turbidez y

DQO en el proceso de coagulación y floculación para los coagulantes estudiados

- Considerar un estudio para desechar los lodos obtenidos luego de la coagulación-

floculación, de tal manera que no atente contra nuestro medo ambiente.

- Realizar un estudio económico a nivel piloto, con ventajas y desventajas del

tratamiento.



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VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

[1] Yaniris Lorenzo-Acosta, (2006) Estado del arte del tratamiento de aguas por

coagulación-floculación. Revista ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar,

vol. XL, núm. 2, pp. 10-17.

[2] Chai Siah Lee, John Robinson, Mei Fong Chong, (2014). A review on application of

flocculants inwastewater treatment. Revista ELSEVIER. Process Safety and

Environmental Protection, código PSEP-437, pp. 2.

[3] Ing. Yolanda Andía Cárdenas, (2000). Tratamiento de Agua, Coagulación y

Floculación. SEDAPAL, Evaluación de Plantas y Desarrollo Tecnológico, pp 5.

[4] Néstor Alejandro Gómez Puentes, (2005). Remoción de Materia Orgánica por

Coagulación – Floculación. Trabajo de grado monográfico para optar el título de

Ingeniero Químico, pp 53.

[5] Modulo V Planta Papelera Trupal Trujillo (Máquina PPX-7) Planta de Acopio de Fibra

Secundaria – Lima.

[6] Farooq Sher, Atiq Malik, Hao Liu (2013). “Industrial polymer effluent treatment by

chemical coagulation and flocculation”. Revista ELSEVIER N.684-689.

[7] Huaili Zheng, Guocheng Zhu, Shaojie Jiang, Tiroyaone Tshukudu, Xinyi Xiang, Peng

Zhang, Qiang He. (2011). “Investigations of coagulation–flocculation process by

performance optimization, model prediction and fractal structure of flocs”. Revista

ELSEVIER. N. 148-156.

[8] S. Sadri Moghaddam, M.R. Alavi Moghaddam, M. Arami (2010).

“Coagulation/flocculation process for dye removal using sludge from wáter

treatment plant: Optimization through response surface methodology”. Revista

ELSEVIER N. 651-657.

[9] Akshaya Kumar Verma, Rajesh Roshan Dash, Puspendu Bhunia (2012). “A review on

chemical coagulation/flocculation technologies for removal of color from textile

wastewaters”. Revista ELSEVIER. N. 154-168.

[10] Ever Zanabria Pari, “Aguas residuales”, Universidad Nacional de Huancavelica, pag.

Web: https://es.scribd.com/doc/141445861/Aguas-Residuales.

[11] Ivan Ayala Bizarro, (2011) “Abastecimiento de agua y Alcantarillado”, Universidad

Nacional de Huancavelica, pag. Web:

https://ivanayala.files.wordpress.com/2011/12/cp802_capitulo_ii.pdf



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https://es.scribd.com/doc/141445861/Aguas-Residuales

https://ivanayala.files.wordpress.com/2011/12/cp802_capitulo_ii.pdf

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[12] APHA, AWWA, WDCF, (1992). Métodos Normalizados Para el Análisis de Aguas

Potables y Residuales.

[13] Jose Miguel Ibañez Lamban, (2011). “El agua en la industria papelera”, pag. Web:

https://es.scribd.com/doc/62683243/El-Agua-en-La-Industria-Papelera

[14] Julio Salomé Ainhoa Goikoetxea. “Gestión del agua en la industria papelera” pag.

Web: http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/industrial/libro-3.PDF

[15] Juan Carlos García Vizcaino (2002), “Papel y Cartón, Ventaja competitiva gracias al

bagazo”, pag. Web: https://es.scribd.com/doc/201315289/Trupal

[16] Nestor Alejandro Gómez Puentes, (2005). “Remoción de material orgánica por

coagulación-floculación”, Trabajo de Grado Monográfico para optar el título de

Ingeniero Químico, Universidad Nacional de Colombia, pag. Web:

http://www.bdigital.unal.edu.co/1214/1/nestoralejandrogomezpuentes.2005.pdf

[17] ENOHSA (ENTE NACIONAL DE OBRAS HÍDRICAS DE SANEAMIENTO),

Fundamentación-Anexo-Cap.VII-7-Floculación, pag. Web:

https://es.scribd.com/doc/145880554/ENOHSa-Floculacion

[18] Lidia de Vargas, “Capítulo 6: Floculación”, pag. Web:

ttp://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/MANUALI/TOMOI/seis.pdf

[19] Liudmila Pérez García, Leonor C. Merencio Guevara, Leonel R. Garcell Puyáns, (2010).

Influencia de distintos tipos de floculantes sobre la estabilidad de suspensiones de

laterita. Tecnología Química. Vol. 1, N. 1.

[20] Muñoz M., Ochoa J., Fernandez C., (2005). “Formación de Microemulsiones inversas

de Acrilamida”, Tecnologi@ y desarrollo. ISSN 1696-8085. Vol. III.

[21] Bayramoglu M., Eyvaz M., (2007). “Treatment of the textile wastewater by

electrocoagulation: Economic evaluation”, Chem. Eng. J. Vol. 128, p:155-161



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https://es.scribd.com/doc/62683243/El-Agua-en-La-Industria-Papelera

http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/industrial/libro-3.PDF

https://es.scribd.com/doc/201315289/Trupal

http://www.bdigital.unal.edu.co/1214/1/nestoralejandrogomezpuentes.2005.pdf

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ANEXOS

ANEXO 1: TABLAS DE RESULTADOS

Tabla 4. Resultados de la determinación del pH óptimo.

Coagulante pH

Volumen de lodos

(mL) SS

(ppm) TURBIDEZ

(NTU) t=20 min

PAC

4.01 50.00 340 74.61

5.32 43.75 780 48.51

6.55 46.88 790 43.11

Al2(S04)3

4.01 43.75 775 411.10

5.32 43.75 1140 562.10

6.55 43.75 1115 568.70

NOTA: Se trabajó a una concentración de coagulante constante de 600 ppm. Además,

a partir de 20 minutos en adelante no hubo cambios en el volumen de lodo.

Tabla 5. Resultados de la concentración de Policloruro de Aluminio a pH óptimo

NOTA: A partir de 20 minutos en adelante el volumen de lodos es constante.

[ ] pH

Volumen de Lodos (mL) SS

(ppm) SD

(ppm) ST

(ppm) TURBIDEZ

(ppm) t=10 min t=20 min

400

4.01

34.38 34.38 405 9270 9675 98.50

500 34.38 34.38 305 9150 9455 77.82

600 50.00 50.00 340 9056 9396 74.61

700 43.75 43.75 320 9010 9330 69.27

800 31.25 31.25 325 8920 9245 65.25



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Tabla 6. Resultados de la concentración de Sulfato de Aluminio a pH óptimo

NOTA: Se tomó en cuenta solo pH original de la muestra porque no experimenta cambios a

otros pH. El volumen de lodos se mantiene constante a partir de los 20 minutos.


usando como coagulante el Policloruro de Aluminio.

[ ] PH Floculante

Volumen de Lodo (mL) SS

(ppm) SD

(ppm) ST

(ppm) TURBIDEZ

(ppm) t=10 min

t=20 min

500 4.01

Aniónico 53.13 50.00 315 1432 1747 97.20

Catiónico 50.00 46.88 265 1400 1865 28.37

Poliacrilamida 53.13 56.25 765 1441 2206 60.48

NOTA: Se añadió una dosis de 2 ppm de floculante para los tres tipos usados.

Tabla 8. Resultados de la coagulación – floculación a pH y dosis de coagulante óptimo, usando

como coagulante el Sulfato de Aluminio.

NOTA: Se añadió una dosis de 4 ppm de floculante para los tres tipos usados.

[ ] pH

Volumen de Lodos (mL) SS

(ppm) SD

(ppm) ST

(ppm) TURBIDEZ

(ppm) t=10 min t=20 min

400

4.01

62.5 62.5 280 5620 5900 200.70

500 68.75 68.75 275 5870 6195 128.10

600 43.75 43.75 775 6280 7055 411.10

700 62.5 62.5 285 5740 6225 116.30

800 62.5 62.5 425 8850 9275 123.20

[ ] PH Floculante

Volumen de Lodo (mL) SS

(ppm) SD

(ppm) ST

(ppm) TURBIDEZ

(ppm) t=10 min

t=20 min

500 4.01

Aniónico 137.5 137.5 755 2479 3234 217.10

Catiónico 18.75 18.75 280 2381 3061 92.04

Policrilamida 37.5 37.5 790 2269 3059 182.10



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Tabla 9. Equivalencias de ppm a mL de los Coagulantes y Floculantes usados

NOTA: El coagulante fue usado al 1% y floculante al 0.1%

CANTIDAD COAGULANTE

VOLUMEN (mL) PPM

10 400

12.5 500

15 600

17.5 700

20 800

CANTIDAD FLOCULANTE

1 4



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ANEXO 2: FOTOGRAFÍAS DE LOS EQUIPOS

Fotografía 01: Espectofotómetro manual

Fotografía 02: Multiparámetro



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Fotografía 03: Equipo de Jar-Test

Fotografía 04: Turbidimetro



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ANEXO 3: FOTOGRAFÍAS DE LAS ETAPAS

ETAPA 1: EVALUACIÓN DEL PH EN EL PROCESO DE COAGULACIÓN

Fotografía 05: Evaluación del pH, utilizando como coagulante Policloruro de aluminio (pH Jarra 1= 4.01, pH Jarra 2= 5.32 y pH Jarra 3= 6.55)

Fotografía 06: Evaluación del pH, utilizando como coagulante Sulfato de Aluminio (pH Jarra 1= 4.01, pH Jarra 2= 5.32 y pH Jarra 3= 6.55)



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ETAPA 2: EVALUACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE COAGULANTE A PH ÓPTIMO

HALLADO EN LA PRIMERA PARTE.

Fotografía 07: Evaluación de la concentración a pH óptimo, utilizando como coagulante Policloruro de Aluminio

Fotografía 08: Evaluación de la concentración a pH óptimo, utilizando como coagulante Sulfato de Aluminio



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ETAPA 3: COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN

Fotografía 09: Evaluación de la coagulación-floculación a pH y concentración óptima de Policloruro de Aluminio para tres tipos de floculantes (Aniónico, Catiónico y Poliacrilamida)

Fotografía 10: Evaluación de la coagulación-floculación a pH y concentración óptima de Sulfato de Aluminio para tres tipos de floculantes (Aniónico, Catiónico y Poliacrilamida)



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ANEXO 4: ENSAYO DE SOLIDOS SUSPENDIDOS Y SOLIDOS DISUELTOS

Fotografía 11: Ensayo de sólidos suspendidos

Fotografía 12: Ensayo de sólidos disueltos



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