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1/38

2 5 3

7 5 P O

D O C U M E N T O S T C N I C O S

1

9

/

739

739

lst copy)

ORGANIZACIN PANAMERICANA DE LA SALUD

Oficina Sanitaria Panamericana, Oficina Regional de la

ORGANIZACIN MUNDIAL DE LA SALUD

253-1^

7/21/2019 polimero floculantes

2/38

El CEPIS es un centro tecnolgico multinacional, creado por la

OPS con sede en Lima, Per, para proporcionar asistencia tcnica

y cientfica en el campo de la ingeniera y ciencias ambientales

en la Regin de las Amricas. En cumplimiento de este propsito

desarroll-a y promueve programas que contemplan soluciones inter

disciplinarias para los problemas ambientales de la Regin,

teniendo en cuenta las circunstancias especiales de cada pas,

sobre todo sus condiciones socioeconmicas y desarrollo insti

tucional; acta como centro regional de informacin y referencia

contribuyendo a mejorar el proceso de comunicacin entre enti

dades y profesionales de los pases de la Regin y de otros

continentes, facilitando asi el intercambio de tecnologas;

colabora con los pases en el desarrollo de sus recursos humano s

a travs de programas especiales de adiestramiento y estimula

el desarrollo de investigaciones aplicadas al medio ambiente

tanto en los pases como en la sede misma del Centro.

El CEPIS desarrolla sus actividades en estrecha vinculacin con

el Departamento de Ingeniera y Ciencias del Ambiente de la OPS

y cuenta con consultores que prestan sus servicios en las espe

cialidades de contaminacin del aire; higiene industrial; con

taminacin del agua y desarrollo de recursos hdricos; trata

miento de agua; tratamiento de aguas residuales; qumica del agua

y laboratorios; anlisis de sistemas y computacin; vivienda y

planificacin fsica; e informa cin tcnica y cientfica.

7/21/2019 polimero floculantes

3/38

^

C[ ccpy)

SERIE DOCUMENTOS TCNICOS 2

2 S ^

lf ? 0

RARY

.

atlona Rete:

: >

en-*

mmunlty Water SuppK

P O LM E R O S N AT U RALE S Y SU A P L I C A C I N

C O M O AYU D AN T E S D E F L O C U LA C I O N

CENTRO PANAMERICANO DE INGENIERA

SANITARIA Y CIENCIAS DEL AM BIENTE

LIMA, PER

1975

7/21/2019 polimero floculantes

4/38

Este documento constituye el Informe Final de un

proyecto de investigacin realizado en el laboratorio

del Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria y

Ciencias del Ambiente dentro de sus actividades para

el desarrollo de tecnologas adecuadas a las condi

ciones de Amrica Latina.

El grupo de investigadores estuvo integrado por los

siguientes funcionarios del CEPIS:

Dr.Cliff J. Kirchmer, Asesor Regional

er.Qumica del Agua y Laboratorios

Ing.Jorge ArboledaV.,Asesor Regional

en Tratamiento de Agua

Srta.

Mara Luisa Castro, Tcnica de

Laboratorio

7/21/2019 polimero floculantes

5/38

C O N T E N I D O

I INTRODUCCIN 1

II ASPECTOS BSICOS 2

A. Definicin y estructura de los polmeros 2

B.Clasificacin de los polmeros 2

C. Modos de accin de los polmeros 5

III MTODO DE EXPERIMENTACIN 9

A. La prueba de jarras 9

B.Agua usada en los ensayos 10

C. Dosis ptima de coagulantes 11

D. Seleccin de polmeros sintticos para

fines comparativos 11

IV EXPERIMENTOS CON ALGINATO DE SODIO 12

A. Descripcin de las algas 12

B.

Composicin de los alginatos 13

C. Diferentes usos del cido algnico - toxicidad 13

D. Obtencin del alginato de sodio 14

E.Uso del alginato de sodio como ayudante

de floculacin 15

V EXPERIMENTOS CON TUNAFLOC 20

A. Descripcin de la planta 20

B.

Composicin de la penca de la tuna - toxicidad 22

C. Mtodos de extraccin del tunafloc 22

D. Uso del tunafloc como ayudante de floculacin 23

VI EXPERIMENTOS CON ALMIDONES 27

A. Composicin de los almidones 27

B.

Almidones solubles en agua 28

C. Uso de los almidones como ayudantes de floculacin 28

VII OTROS POSIBLES AYUDANTES NATURALES DE FLOCULACIN 29

VIII CONCLUSIONES 30

BIBLIOGRAFA 31

7/21/2019 polimero floculantes

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7/21/2019 polimero floculantes

7/38

I . I N T R O D U C C I N

En la actualidad, el uso de polme

ros como ayudantes de coagulacin y

floculacin est bastante extendido y

es prctica corriente en muchas plantas

de tratamiento de agua, principalmente

de pases industrializados.

En los Estados Unidos, la venta de

polmeros orgnicos en 1970 fue de 20.45

millones de kilos y se espera que en

el ao 1980 el volumen de venta tripli

que dicha cantidad, a pesar de que el

precio de estos productos es mucho ms

alto que el de los coagulantes inorg

nicos. (El precio de los polmeros

naturales en los Estados Unidos oscila

actualmente entre US$ 0.10 y 0.50 por

libra,

y el de los sintticos entre

US$ 0.40 y 2.50 por

libra).

Estospro

ductos se usan principalmente en el

tratamiento de aguas industriales y

aguas residuales domsticas, pero se

espera que en los prximos aos su uso

aumentar en el tratamiento de agua

potable.

En la figura 1 se destaca la

creciente importancia que estn adqui

riendo en los Estados Unidos lospol

meros orgnicos comparados con los coa

gulantes inorgnicos (Gross,1974).

FIGURA 1 VENTA O ECOAGULAN T ES YAYUDAN T E SD E

C 0AGULAC I O N /FLO C ULAC I0N E N E LTRATAMI E N T O DE

AGUA POTABLE

Y

AGUAS RE SI D UALES

E N LO S

E E . U U .

(GROSS, A.C .. I 97M

En Amrica Latina, en cambio, el

empleo de unos y otros se encuentra

restringido debido a varios factores,

entre los cuales pueden mencionarse los

siguientes:

a. El costo de los polmeros (polielec-

trolitos) industriales es muyele

vado.

b.

En muchos de estos pases la produc

cin de polmeros aplicables al tra

tamiento de agua es poca o inexis

tente y, en consecuencia, las empre

sas de servicio pblico que deciden

emplearlos se ven forzadas a depen

der de un producto importado, cuyo

abastecimiento puede escasear en

cualquier momento.

c. En otros lugares, es el nivel de

desarrollo tecnolgico el que no

permite la rpida utilizacin de

nuevos productos.

La solucin a estos problemas, que

dificultan y hasta impiden el empleo de

tan tiles sustancias qumicas en el

tratamiento del agua, es responsabili

dad de los tcnicos latinoamericanos,

ya que es a ellos a quienes corresponde

trabajar en el desarrollo de nuevos

productos de fcil aplicacin y que

puedan sustituir a los importados.

Este es el caso de los polmeros

naturales que se obtienen de una varie

dad de plantas nativas. Generalmente,

estos son utilizados con diferentes

propsitos, pero podran servir en mu

chos casos como excelentes ayudantes

de coagulacin o floculacin.

El objeto del presente estudio es ,

por tanto, presentar algunos ejemplos

sobre cmo obtener y emplear dichos

polmeros naturales en los- procesos de

clarificacin del agua

potable,

con mi

ras a despertar inters por este gnero

de estudios, a fin de que otros inves

tigadores puedan completar lo que noso

tros estamos esbozando.

1

7/21/2019 polimero floculantes

8/38

II. ASPECTOS BSICOS

A. DEFINICIN Y ESTRUCTURA DE

LOS POLMEROS

Un polmero puede definirse como

una sustancia qumica compuesta de una

cierta cantidad de unidades bsicas que

se repiten - llamadas monmeros -

uni

das consecutivamente por enlaces cova-

lentes.

El grado de polimerizacin

est dado por el nmero de monmeros

que conforman la cadena polimrica, y

puede variar en un amplio rango hasta

llegar a 10

1

* 10

6

unidades en su es

tructura molecular. Un compuesto

poli-

mrico puede contener diversos tipos de

unidades monomricas en su cadena.

La policondensacin en la formacin

de los polmeros depende de la natura

leza de los grupos funcionales de las

molculas que interaccionan entre s.

Todos los monmeros capaces de formar

polmeros deben tener, por lo menos,

dos ncleos activos para que la nueva

molcula formada conserve su configura

cin activa semejante a la original.

Cuando las cadenas polimricas tienen

mltiples grupos funcionales inicos,

sean libres o esterificados, se les

denomina polielectrolitos.

B.

CLASIFICACIN DE LOS POLMEROS

Los polmeros de importancia en el

tratamiento del agua pueden clasifi

carse,segn su carga, en polmeros

aninicos,catinicos o no inicos; y,

segn su origen, en naturales o sint

ticos.

1. De acuerdo a su carga elctrica

Los polmeros pueden o no tener

carga elctrica. Los que no la tienen

se denominan no inicos. Los dems

pueden ser catinicos (carga positiva)

o aninicos (carga

negativa).

La fi

gura 2 muestra ejemplos de cada una de

las clases de polmeros discutidos.

2.De acuerdo a su origen

a. F'olimeros naturales

Son aquellos que se producen debido

a las reacciones bioqumicas naturales

en animales y plantas. Son polmeros

que muchas veces no tienen una sola

composicin qumica bien definida, pues

estn constituidos principalmente por

varios tipos de polisacridos (almidn,

celulosa, glucsidos, etc.) y protenas

(casena, olieratina, gelatina,etc.).

Algunos de ellos tienen propiedades

coagulantes o floculantes y en muchos

lugares son usados en forma emprica

por los nativos para aclarar el agua

turbia con resultados satisfactorios,

como en el caso del mucilago de la penca

de la tuna (que se emplea en Mxico y

en la sierra del Per) o de las

semi

llas del nirmal (que se emplean en la

India).

Para el aprovechamiento de

estos polmeros es necesario extraer

los o separarlos del resto de la mate

ria prima.

La tabla I incluye algunos de los

productos naturales ms conocidos que

se han utilizado o pueden utilizarse

para la clarificacin del agua.

Exis

ten,

sin embargo, otros procedentes de

distintas regiones de Amrica Latina y

del mundo que podran ser empleados

para este propsito.

En el presente estudio nos hemos

concretado a trabajar con los trespri

meros que aparecen en la tabla I,

debido a que son fciles de adquirir o

producir en nuestro medio a un costo

razonable.

La toxicidad de estos polmeros na

turales es, por lo general, mnima o

nula,

pues se les usa en muchos casos

como comestibles o como aditivos en

diversos productos alimenticios.

2

7/21/2019 polimero floculantes

9/38

I

P O L M E R O S

NO

INICOS

o ) O X I D O

OC

f O L I f T I L C N O

b ) P O L I A C R 1 L A M I O A

(

C H

2

C H - > n

/

/

N H

2

2 P O L I E L E C T R O L I T O S A M N I C O S

o ) A C I O O P O L I A C N I L I C O

b ) ^ O L I A C H I L A M I D A M I O R O L I Z A O A

CM CM

C O I

{ - )

O

e ) S U L F A T O

OS

P O L I E S T I R C N O

/ C H

2

C M

c o

/

N M

2

d ) A L O I N A T O

OC

S O D I O .

r - C H j

C H

-

C H , - C H ^

y

V

MC C H

HC CM

S

I

M I N A

OC

^ O L I C T I L C M O

C H

2

C M C H

2

-

C M

2

N

t -

C

H

2

- C H

2

)

n

C M

2

- C H - NR + )

F I G U R A 2 C L A S I F I C A C I N Y E J E M P L O S DE A L G U N O S P O L M E R O S

7/21/2019 polimero floculantes

10/38

Tabla I

POLMEROS NATURALES QUE TIENEN PROPIEDADES COAGULANTES O FLOCULANTES

Nombre comn

A l g i n a t o d e s o d i o

Coma de tuna

A l m i d o n e s s o l u b l e s e n

a gu a f r a ( p r e g e l a t i -

n i z a d o s )

G o a a d e s e m i l l a s d e

n i r m a l i *

P u l p a d e a l g a r r o b o

Gela t in a com n

C a r b o x i a e t i l c e l u l o s a

Goaa de Guar

G oaa d e " r e d s o r r e l a " * *

S l i c e a c t i v a d a

F l o c c o t a n * * *

L e n t e j a s * *

Tamarindo**

F e n o g r e c o , a l h o l v a

Parte d e d on d e

s e e x t r a e

A l g a s p a r d a s n a r i n a s

(Phaeophyoeaa)

Tuna o nopal fxmtia

ficuB indica)

Maz , p ap a , yu ca o

m a n d i o c a , t r i g o

N i r m a l i (Strychnos

potaturtm lirm)

A l g a r r o b o (Caratonia

8i lica)

A n i m a l e s

A r b o l e s

Arb u sto d e Gu ar (Cyanopsia

paoralioidea)

" R e d s o r r e l a " (Hibiscua

aabdariffa)

S i l i c a t o d e s o d i o

Qu eb rach o (Schinopsis

lorentaii)

Lene eaculenta

Gajanua indicua

PhoaeoluB roxborghii

r b o l d e f r u t o t r o p i c a l

TrigonelUx foenumaracum

P a r t e d e d o n d e

s e o b t i e n e

T o d a l a p l a n t a

H o j a s o p e n c a s

Gran o o tu b rcu lo

S e m i l l a s

C o r t e z a d e l r b o l

H u e s o s y r e s i d u o s

d e a n i m a l e s

C o r t e z a d e l r b o l

S e m i l l a s

S e m i l l a

A c t i v a c i n c o n u n

< c i d o

C o r t e s a d e l r b o l '

S e n i l l a a

S e m i l l a s

S e m i l l a s

Sen, A. K. y Bulusu, K.R. 1962

Bulusu, K.R. y Sharaa, V. P. 196S

Rao,

K.H. y Sastry, C.A. 1969

** Bulusu, K.R. y Pathak, B. N.

1974

*** Nombre comercial

b. Polmero s sintticos

Son los compuestos orgnicos produ

cidos mediante la trasformacin qumica

del carbSn y del petrleo, e incluyen

a la mayora de los polmeros de manu

factura industrial que comnmente se

expenden en el comercio. Muchos se en

cuentran en forma de polvo seco, gene

ralmente constituidos por poliacrila-

mida (no inicos) o poliacrilamida hi-

drolizada

(aninicos).

Los polmeros

catinicos son derivados de bases de

amonio cuaternario o de imina depoli-

tlleno que generalmente se expenden

en solucin acuosa, en concentraciones

del 10 al 60% (Lo Sasso,1972).

La toxicidad de los polielectrolitos

sintticos debe investigarse y some

terse a un exigente control de calidad,

pues a veces los monmeros utilizados

en la produccin de polmeros son

txi

cos. Debido a esto, algunos polmeros

sintticos no pueden usarse en el tra

tamiento de agua potable.

4

7/21/2019 polimero floculantes

11/38

En la tabla II se presenta una lista

de los polmeros para agua potable cuyo

uso ha sido aprobado por la Agencia

para la Proteccin del Ambiente de los

Estados Unidos (Coagulant Aids for Water

Treatment, 1973).

La Organizacin Mundial de la Salud

tambin ha publicado el informe de un

grupo de consultores sobre aspectos de

salud relacionados con el uso depoli-

electrolitos en el tratamiento del agua

potable, en el que se destaca la nece

sidad de controlar la toxicidad de los

monmeros usados en la preparacin de

los polmeros (Organizacin Mundial de

la Salud,1973).

C. MODOS DE ACCIN DE LOS POLMEROS

La coagulacin ha sido definida como

la desestabilizacin elctrica de las

partculas, y la floculacin, como la

unin de las mismas para formar el fi-

culo o grumo (La Mer,1963). Teniendo

en cuenta esta definicin, los polme

ros pueden ser aadidos al agua de tres

maneras distintas: (i) como coagulan

tes,(ii) como ayudantes de coagulacin

y (iii) como ayudantes de floculacin.

En el primer caso, el polmero es

agregado al agua como nico coagulante,

en remplazo del coagulante metlico.

En el segundo, es agregado antes que

el coagulante metlico y, en el terce

ro,despus del mismo. Aunque existe

una tendencia generalizada a no hacer

distinciones entre ayudantes de coagu

lacin y ayudantes de floculacin, es

probable que el mecanismo de coagula

cin/floculacin

sea diferente segn

se agregue el polmero antes o despus

del coagulante metlico. En la figura

3 se ilustran las tres formas de accin

de los polmeros.

C O A O U L A N T t J

b ) A Y U D A N T E S D E

C O A O U L A C I O M

A V U O A N T J

F L O C U L A C I O f

r C M > l C O * c o O U L t n

O ' . ' f l l C T U O L l ' O

FIO UXA 3 M O D O S D E A C C I N D E L O S P O L M E R O

7/21/2019 polimero floculantes

12/38

T a b l a I I

AYUDANTES DE COAGULACIN PARA TRATAMIENTO DE AGUA

Fabricante

y Distribuidor

AUied Collotds, Inc. , One Robm-

on Lae, Ridgewood, NJ.

07450

Allstate Chemical Co. , Box 3040,

Euclid, Ohio 44117

Allyn Chemical Co. , 2224 Fairhill

Rd . . Cleveland, Ohio 44106

American Cyanamid Co., Berdan

Ave . . Wayne , NJ . 07470

-

Producto

Percol LT-20

Percol LT-22

Percol LT-24

Percol LT-25

Percol LT-26

Percol LT-29

A L L S T A T E N O . 2

A L L S T A T E N O . 6

Ciaron

Ciaron 207

Superfloc 127

M A C N I F L O C

521-C

M A C N I F L O C

570-C

MACNIFL OC

571-C

MACNIFL OC

. 573-C

M A C N I F L O C

575-C

MACNIFL OC

577-C

M A C N I F L O C

579-C

M A C N I F L O C

581-C

M A C N I F L O C

845-A

M A C N I F L O C

846-A

MACNIFL OC

847-A

M A C N I F L O C

860-A

MACNIFL OC

971-N

MACNIFL OC

972-N

MACNIFL OC

985-N

i MACNIFL OC

i 990-N

Atlas Chemical Industries, Inc.,

Wilmington. Del. 19899

Berdell Industries, 28-01 Thom

son Ave.. Long lsland City,

N . Y . U l O t

Betz Labs., Inc., Somerton Rd.

Trevose, Pa. 19047

SORBO

Berdell

N-489

Flocculant

Berdell N-821

Flocculant

Berdell

N-902

Flocculant

Betz Polymer

1 1 0 0 P

Betz Polymer

1 I I 0 P

Betz Polymer

1 I 2 0 P

i Betz Polymer

| 1130 P

1

Bct/. Polym er

I 1 4 0 P

; Betz Polym er

1150 P

BctzPolvmcr

| 1160 P

Max. Conc.

R e c mg/l

1

1

5

5

1

1

3.0

1

1.5

2

1

10

10

10

10

10

10

10

10

2 0

Fabricante

y Distribuidor

Bond Chemicals, Inc. , 1500 Brook-

parlc Rd., Cleveland, Ohio 44109

Brennan Chemical Co. , 704 North

First St., St. Louis. Mo. 63102

The Burtonite Co., Nutley, N.J.

07110

Calgon Corp., P.O. Box 1346,

Pittsburgh, Pa. 15222

Producto

Betz Polymer

1200 P

Betz Polymer

1205 P

Betz Polymer

1 2 1 0 P

Betz Polymer

1220 P

Betz Polymer

1 2 3 0 P

Betz Polymer

1 2 4 0 P

Betz Polymer

1 2 5 0 P

Betz Polymer

1 2 6 0 P

Poly-F loc 4D

Bondfloc

N o . 1-101

B RL NCO 8 7 0

B RL NCO 8 8 0

Burtonito #78

v

oagulant Aid

# 2

Coagulant Aid

# 1 8

Coagulant Aid

# 2 3 3

Coagulant Aid

# 2 4 3

Coagulant Aid

# 2 5 3

Coagulant Aid

# 9 6 1

Cat FIoc

Commercial Chemical, 11 Patter-

son Ave., Midland Parte, N.J.

07432

Dearborn Chemical Div., W. R.

Cat-Floc B

Coagulant Aid

Speedifloc #1

Speedifloc # 2

Aquafloc 408

Grace & Co ., Merchan dise Mart (liquid)

Plaza, Chica go, III. 6065 4 i Aquafloc 409

Dow Chemical

U.S.A.,

Barstow

Bldg., 2020 Dow Cerner, Mid

land, Mich. 48640

Aquafloc 411

Aquafloc 422

Dowell.M 143

l>i:i 1090

Purifloc A-22

Purifloc A-23

i (PWG)

: PuriflocC-31

Purifloc N-17

Drew Chemical Corp, 701 Jcflcr-

Separan AP-30

Separan AP-273

Premium

Separan NP-10

Potablo Water

Grade

Purifloc N 20

X D 7 8 1 7

Drcwfloc 1

son Rd., Harsippany. NJ. "7(154 i

Drewfloc No. 3

Drcwfloc No. 21

Drewfloc 922

A N U K H O C 2 6 5

A M F . R H . 0 C 2 7 5

AM F.RFI oc: 307

Drewfloc 4

vlax. Conc.

R e c mg/l

25

100

100

1:8 Aumbr

0.5:10

Cal

7/21/2019 polimero floculantes

13/38

7/21/2019 polimero floculantes

14/38

En la prctica, la mayora de

pol

meros se usan como ayudantes de flocu-

lacin, pues se adicionan de 30 a 60

seg despus del coagulante (general

mente una

i(

sl de aluminio ohierro),

cuando las'partculas ya se encuentran

desestabilizadas. En esta forma se

evita que parte de las partculaspro

ducidas por los coagulantes metlicos

sean adsorbidas por los sitios disponi

bles en las cadenas polimricas y pier

dan as su capacidad de desestabiliza

cin de los coloides causantes de la

turbiedad. No existe, sin embargo,

ninguna manera para conocer de antemano

si un polmero determinado puede actuar

mejor como ayudante de coagulacin o

floculacin. La efectividad de estos

solo puede conocerse mediante cuidado

sos ensayos de laboratorio, utilizando

el agua con la cual se va a trabajar.

Para cada polielectrolito existe una

dosis ptima, cualquiera sea el modo de

empleo. Si se sobrepasa esta dosis,

puede producirse una restabilizacin de

los coloides y un desmejoramiento de

la calidad del agua tratada.

En general, se ha encontrado que los

polmeros catinicos son ms efectivos

como coagulantes primarios que los

aninicos o no inicos {Coagulant Aids

for Water Treatment,

1973),

porque la

atraccin electrosttica interpartcu-

lar ayuda en este caso a la adsorcin

mutua del polmero y los coloides. La

dosis que se requiere para que acten.

en esta forma es relativamente alta,

pero menor que la de los coagulantes

metlicos.

Por ejemplo, la dosis mxima

recomendada para el catfloc (pro

ducto comercial cuyo nombre qumico es

polidialldimetilamonio) es de7mg/l.

La ventaja de este producto es que re

duce el volumen de los lodos decantados

en comparacin con los producidos por

el hidrxido de aluminio o hierro.

Tambin el floccotan se ha usado con

xito como coagulante primario.

La turbiedad y el color en el agua

actan como coloides de carga negativa

y existe la tendencia a que la carga

positiva producida por los coagulantes

metlicos la neutralice. Sin embargo,

segn se ha determinado recientemente,

este no es el nico mecanismo de coagu

lacin (O'Melia,1972). Las fuerzas

qumicas pueden ser tanto o ms impor

tantes que las fsicas; los complejos

solubles y los hidrxidos precipitados

de las sales metlicas pueden reaccionar

qumicamente con la turbiedad coloidal.

Los polmeros pueden as adsorberse en

la superficie de las partculas coloi

dales,causando una reduccin de sus

cargas (en el caso de polielectrolitos

catinicos) o creando puentes de unin

entre los microflculos que se forman

despus de agregadas las sales metli

cas. Esto explicara por qu lospoli-

electrolitos aninicos pueden inter-

reaccionar tambin con partculas de

turbiedad de carga negativa, ya que lo

predominante en este caso es la accin

del-puente qumico (figura 3 . En al

gunos estudios experimentales se ha

encontrado inclusive que los polielec

trolitos aninicos pueden servir como

coagulantes primarios. (Black et al.,

1965).

8

7/21/2019 polimero floculantes

15/38

7/21/2019 polimero floculantes

16/38

2.Procedimiento generalizado

B.

AGUA USADA EN LOS ENSAYOS

La secuencia de los pasos seguidos

para los ensayos de pruebas de jarras

fue:

a. Distribucin del agua a las seis

jarras de 2000 mi.

b.Ajuste de la velocidad de las pale

tas a 110 rpm para efectuar la

mez

cla rpida.

c. Dosificacin del sulfato de aluminio,

con un tiempo de mezcla rpida de

30 seg.

d. Dosificacin del polmero, con un

tiempo de mezcla rpida de 30 seg.

En todos los ensayos, el tiempo to

tal de mezcla rpida fue de un mi

nuto,aun en el caso de usar slo

coagulante y no polmero.

e.Ajuste de velocidad de las paletas

a 40 rpm para efectuar la mezcla

lenta de 12 a 15 min.

f. Sedimentacin del floc en un tiempo

de 15 min, previa colocacin de los

sifones.

g. Toma de muestra y medida de la tur

biedad residual. La turbiedadresi

dual fue medida con un turbidmetro

Hach 2100-A, de tipo nefelomtrico,

y por lo tanto las unidades de tur

biedad han sido expresadas en unida

des nefelomtricas (UN). La forma-

zina ha sido utilizada como patrn

en la calibracin del nefelmetro.

3. Procedimiento para determinar la

velocidad de sedimentacin de las

partculas floculadas

Para este procedimiento se siguen

exactamente los pasos indicados en 2.

La diferencia con el caso anterior es

que en el paso.no se deja sedimentar

durante 15 min sino

que,

al terminar el

tiempo de floculacin y comenzar el de

sedimentacin, se van tomando muestras

a intervalos; de esta manera se puede

determinar la efectividad de los dife

rentes polmeros, segn sedimenten con

mayor o menor rapidez.

1. Agua natural

Procedente del ro Rmac que

abas

tece la planta de tratamiento de agua

de Lima Gustavo Laurie Sol-is, la cual

present las siguientes caractersticas

fsico-qumicas durante los ensayos:

pH 7.1-7.5, alcalinidad total 128-147

(CaC0

3

),dureza 300-308, turbiedad 29-

35 UN.

2.

Agua de turbiedad artificial

Los ensayos con agua de turbiedad

artificial se hicieron por tener esta

la ventaja de presentar caractersticas

homogneas, que facilitan la compara

cin entre los resultados de los dife

rentes experimentos.

La preparacin del agua de turbiedad

artificial crea algunas dificultades

cuando no se cuenta con arcillas fina

mente divididas, de tamao coloidal,

que permanezcan por largo tiempo en

suspensin.

Por tanto, se recurri a un proceso

de activacin usando una muestra de

caoln suministrada por Cermicas El

Pacfico S.A., Lima, Per. El proceso

se realiz en la forma siguiente:

a. Se hirvi durante una hora laarci

lla suspendida con10%de H

2

S0

4

con

centrado para inducir el fracciona

miento de los cristales de caoln y

la disolucin de los iones orgnicos

e inorgnicos que se encuentran con

impurezas en la muestra.

b.Luego se separ por decantacin el

material slido, el cual se lav con

agua destilada repetidasveces,hasta

lograr obtener una solucin de pH = 6.

c. El residuo as lavado se desec a

110C 5C para evaporar la mayor

parte del agua ocluida en loscris

tales.

d. La torta seca obtenida se moli fi

nalmente en un mortero de mullita

hasta producir un polvo muy fino

10

7/21/2019 polimero floculantes

17/38

(malla#350). Para facilitar esta

operacin, la masa se humedeci con

alcohol y se sec luego a 70-80C

en la estufa.

Para hacer los ensayos se mezcl el

caoln preparado en la forma descrita

con agua de la llave (pH 7.45-7.98, al

calinidad total 72-95) y la suspensin

se dej decantar durante 3 h para sepa

rar las partculas ms gruesas. Con el

sobrenadante se prepar una suspensin

diluida de 50 unidades nefelomtricas

(UN),que mostr ser bastante estable.

C. DOSIS PTIMA DE COAGULANTES

Utilizando el agua de turbiedad ar

tificial (50 UN) se hicieron cuatro

series de pruebas de jarras con sulfato

de aluminio. Se encontr que la dosis

ptima de sulfato de aluminio, con la

cual se obtena una turbiedad residual

inferior a 5 UN, fue alrededor de 45

mg/1 de A1

2

(S0

4

)

3

.18 H

2

0 (ver figura

4 .

Igual procedimiento se sigui con el

agua del ro Rmac, cuyos resultados se

incluyen en la figura 5, donde se puede

observar que la dosis ptima promedio

fue alrededor de 32 mg/1.

Se decidi emplear para los ensayos

con agua de turbiedad artificial 15

mg/1 de Al

2

(SOi4)

3

.18 H

2

0, teniendo en

cuenta que con dosis de coagulante in

feriores a la ptima se podra observar

mejor el efecto de los ayudantes de

F I G U R A

i

0 0 S I S P T I M A D E S U L F A T O D E A L U M I N I O

C O N A G U A D E T U R 6 I E 0 A D A R T I F I C I A L D E 5 0 U N

( T E M P E R A T U R A 2 1 C )

floculacin. En los ensayos con agua

del ro Rmac, las dosis de sulfato de

aluminio variaron entre 5 y 10 mg/1 de

bido a los cambios en la turbiedad del

agua.

D. SELECCIN DE POLMEROS SINTTICOS

PARA FINES COMPARATIVOS

Se efectuaron una serie de ensayos

preliminares con los polmeros sint

ticos que haba en el laboratorio, con

la finalidad de encontrar cules eran

los ms efectivos en la remocin de

turbiedad con las aguas utilizadas en

este estudio. Los siguientes productos

fueron ensayados con agua de turbiedad

artificial: Purifloc N-12, Magnafloc

LT-24,

Calgon 253, Nalco 672, Purifloc

A-23,siendo los dos primeros los de

mayor efectividad.

Con el agua del ro Rmac se ensa

yaron los polmeros Purifloc N-12, Mag

nafloc LT-24y Purifloc A-23, resultando

de mayor eficacia el Magnafloc

LT-24.

Teniendo estos resultados se decidi

usar Purifloc N-12 (0.1

mg/1

para com

parar los polmeros naturales en ensa

yos con agua de turbiedad artificial y

Magnafloc LT-24 (0.4 mg/1) para compa

rarlos usando agua del ro Rmac.

Purifloc N-12 es un slido blanco,

granular y no inico. Magnafloc LT-24

es igualmente un slido blanco, pero

su naturaleza inica es desconocida

por nosotros.

F I G U R A 5 D O S I S P T I M A DE S U L F A T O D E A L U M I N I O

C O N A G U A D E L R I O R I M A C 0 E 2 8 U N

( T E M P E R A T U R A 2 0 C )

11

7/21/2019 polimero floculantes

18/38

I V . E X P E R I M E N T O S

A. DESCRIPCIN DE LAS ALGAS

Los alginatos se obtienen de algas

marinas del grupo Phaeophyeeae (algas

pardas) y estn constituidos en alto

porcentaje por polisacridos (alginas

y

otros).

Esta familia tiene una gran

variedad de especies que crecen encos

tas rocosas y aguas relativamente tran

quilas en muchas regiones de Amrica

(ver figura 6) y otras partes del mundo

(Kelco Company, 1973).

En Sudamrica, desde Ecuador hasta

Chile y en la costa sur de Argentina,

abundan las especies Maoroaystis pyri-

feva y Lessonia nigreaens Bovy; crecen

en matas coposas de 1 a

2

nide dimetro

y se desarrollan hasta la superficie

del mar. La produccin es permanente

y se pueden cosechar por medio de

equi

pos especiales hasta cuatro veces por

ao.

MacroaijBtie pyrifer>a humboldtii

O N A L G I N A T O

D E

S O D I O

FIGURA 6 ZONAS D E L ASAMERICAS ENDONDES E

ENCUENTRAN ALGAS PARDAS (Phaeophuceae)

7/21/2019 polimero floculantes

19/38

B.

COMPOSICIN

DE LOS

ALGINATOS

El cido algnico puro fueprepa

rado

por

primera

vez

en 1867 (Krafting,

1896). Al

investigar

su

estructura

se

encontr inicialmentequeestaba for

madopor elpolmerodelD-cidoma-

nurnico (Cretcher

y

Nelson, 1930).

Posteriormente

se

descubri

que

este

estaba conectadoporuniones 1,4-6.

En

1955 se

determin,

por

medio

de

cromatografa

de

papel,

que el

cido

6-1,4-L-

gulurnico est tambin

pre

sente

en el

cido algnico (Fisher

y

Dorfel,1955).

Como resultado

de

esta

y otras investigaciones hoy dasecree

que el cido algnico contiene

dos

mon-

meros: cido poli-d-manurnico

y

cido

poli-L-gulurnico. Estos monmeroses

tn unidos como copolmerosencadenas

del tipo

(-M-)n (-G-)n y

(-M-G-)

n

en

la misma molcula, como

lo

muestra

la

figura7.

C. DIFERENTES USOSDELACIDO

ALGNICO-TOXICIDAD

IVfM

onA

o

K m

o / l o K J M aJlo N * wA o E S T R U C T U R A3

T vr vf w ---

FIGURA7 ESTRUCTURADELACIDO ALGNICO

Las alginassonusadasen unagran

variedad de productos comerciales, como

se puede apreciar

en la

tabla

III.

Su posible uso como ayudantede fio-

culac ion para

el

agua potable consumi

ra solamente una parte de

su

produccin

en gran escala. Algunos pases latino

americanos estn produciendo

en la

actualidad alginato

de

sodio.

TablaIII

ALGUNOS

DE LOS

MUCHOS PRODUCTOS

EN

DONDE

SE

EMPLEAN

LAS

ALGINAS

(KelcoCo.)

Productos farmacuticos

Tabletasdeaureomicina

Suspensiones

de

terraraicina

Tabletasdesulfa triple

Suspensionesdepenicilina

Tabletas anticidas

Suspensionesdesulfa

Tabletas compuestas

de

aspirina

Locin

de

calamina

Polvos hemostticos

Laxativos

de

relleno

Compuestos para impresin dental

Pastadedientes

Compuestos para impresin

ortopdica

Jaleas quirrgicas

Supositorios

Emulsiones

de

aceite dineral

Ungentos

Productos alimenticios varios

Merenguesybaos pasteleros

Aderezos para ensaladas

Alimentos congelados

Jarabes

de

fuente

Concentrados

de

naranja

Confitera

Pudines

Productos lcteos

Helados*

Mezcla seca para helados

Sorbetes

Leche

de

chocolate

Ponche

de

chocolate

Crema esterilizada

Queso

Productos varios

Adhesivos

Derivados

del

caucho

Productos textiles

Productosdepapel

Pinturas

Esmaltes para cermica

Vajilla

de

porcelana

Acabados

de

cuero

Cera para automviles

Pintura para varillasde

soldar

(

Antiincrustantes

Separadores

de

placas

de

batera

Cemento para acoplar cartn

Procesamiento

del

azcar

de

remolacha

Emulsiones

de

parafina

* Constituye

el uso

principal

de

alginas

en los

E stados U nidos

50Z de la

produccin total)

13

7/21/2019 polimero floculantes

20/38

Dado su amplio uso en comestibles y

drogas,sin que se haya detectado nin

gn efecto nocivo, el alginato puede

considerarse como un producto carente

de toxicidad. Adems, las cantidades

que se aplicaran al agua potable seran

muy pequeas. Kelgin W. y Kelcosol

(ambos productos comerciales de alginato

de sodio) han sido aprobados en los

Estados Unidos para uso en agua potable

en concentraciones no mayores de 2 mg/1

(ver tabla II ).

D. OBTENCIN DEL ALGINATO DE SODIO

Cada compaa fabricante de algina-

tos tiene su propio mtodo de produc

cin,que bsicamente consiste de:

1. Extraccin del cido algnico por

medio de un lcali.

2.

Precipitacin del mismo con un cido

mineral.

El mtodo adoptado en el presente

estudio fue el de Haug, con algunas mo

dificaciones que permitieron controlar

el proceso en cada paso y evitar as

la despolimerizacin del polisacrido

(Haug,1964).

La extraccin del alginato se hizo

como sigue:

a. Las muestras de Macroeystis pyrifera

y Lessonia nigreaens Bory se lava

ron para eliminar la arena y dems

residuos.

Luego se dejaron secar,

primero al aire libre y despus en

la estufa a 40-45C, hasta peso

constante.

b.

Unos 400 g de esta muestra seca se

sometieron a digestin en agua du

rante 10 min a 55C. Luego se se

par la solucin para as eliminar

principalmente los yoduros y sales

de potasio.

c. Se colocaron luego las algas en una

solucin de cloruro de calcio (CaCl2)

al 0.5% (lo suficiente como para que

las cubra) y se les dej macerar

durante 30 min, despus de lo cual

las algas fueron extradas y lavadas

con agua destilada.

d. Se pasaron luego a una solucin de

cloruro de sodio al 0.5% y se calen

taron a 60C durante 10 min.

e.De all fueron separadas y colocadas

en una solucin de carbonato de so

dio (Na

2

C0

3

) al 10% y a 60-65C de

temperatura, con agitacin constante

durante media hora. Luego se dej

en reposo la mezcl'a por 24 h. Se

obtuvo as la disolucin de la al-

gina y otros pigmentos que tienen

una apariencia viscosa y color pardo

oscuro.

Esta solucin se diluy al

50%con agua destilada ajustando el

pH a 9.

f. Para eliminar la celulosa y dems

materias extraas, se filtr luego

el conjunto en una tela de malla

gruesa para separar el lquido de

los residuos. A estos se les volvi

a digerir con carbonato de sodio al

2%y a 70C durante 10 min, para

acabar de extraer lo que an hubiera

quedado de alginas y el conjunto se

filtr como en el caso anterior.

g. La solucin de cido algnico se

decolor agregndole hipoclorito de

sodio al 1% en proporcin 1 a 10 al

volumen.

h. Despus de 10 min se le adicion

cido clorhdrico al 5%, agitando

hasta obtener un pH-2. El volumen

empleado es aproximadamente 1/100

de la solucin tratada. Estopro

duce la precipitacin del alginato

de sodio en forma de flculos blan

cos que flotan inicialmente debido

al desprendimiento de CO2.

i. Se dej reposar esta suspensin (ca

lentndola hasta 50C, lo que ayuda

14

7/21/2019 polimero floculantes

21/38

a la eliminacin del exceso de cloro,

debido alhipoclorito),el precipi

tado se extrajo (botando el sobre

nadante) y luego se filtr en una

tela porosa.

j. Como este precipitado de alginato

de sodio todava tiene algunas impu

rezas,

se refino disolvindolo en

carbonato de sodio al 2% hasta obte

ner un pH -7,para despus precipitar

el alginato con etanol y obtener

flculos densos que se puedan sepa

rar por filtracin.

k. El producto filtrado se sec al aire

libre y en la estufa a temperatura

baja (40C) hasta peso constante,

con lo que se produjo un material

laminar flexible de color pardo cla

ro,soluble en agua fra, que luego

se moli para obtener el producto

final enpolvo. La cantidad obtenida

con 400 g de cada tipo de alga seca

fue de 50 g de alginato de sodio

para las algas

Macroaystis

y 20.5 g

para las algas

Lessonia.

Los rendi

mientos varan segn el perodo del

ao en que se recolecten las algas

(Bazn,1973).

E.

USO DEL ALGINATO DE SODIO COMO

AYUDANTE DE FLOCULACION

En 1964 se llev a cabo en Inglaterra

un extenso estudio utilizando alginato

de sodio como ayudante de coagulacin

en el tratamiento de aguas coloreadas

de baja alcalinidad, baja turbiedad y

pocos slidos disueltos. Con dosis de

solo 0.35 mg/1, las carreras de filtra

cin fueron incrementadas de un rango

inicial de 6-24 h hasta 48 h debido a

las mejores caractersticas del floc

formado (Hall,1964).

La dosificacin de alginato de sodio

requiere, sin embargo, de algunas

pre

cauciones especiales. En primer lugar,

el alginato es precipitado por el

cal

cio y el aluminio con produccin de un

gel,

lo que puede ocurrir cuando existe

un alto contenido de dureza calcica en

el agua de disolucin, o cuando cae

accidentalmente polvo de sulfato de

aluminio. Esto puede prevenirse aa

diendo al agua de disolucin 10 a 15%

de soda (Na

2

C03) o mezclando este com

puesto directamente con el alginato.

Por otra

parte,

la solucin dealgi

nato puede sufrir una degradacinbio

lgica, por lo que debe agregrsele

cloro ohipoclorito de sodio. El polvo

seco,en cambio, es muy estable y ha

sido almacenado por aos a una tempera

tura de L0-20C, sin que se produzca

deterioro apreciable. Sin embargo, al

hidratarse, especialmente a temperaturas

superiores a 50C, se produce su despo

limerizacin.

Los resultados de los ensayos efec

tuados en el laboratorio con alginato

de sodio fueron bastante alentadores,

tanto al realizarlos con agua de tur

biedad artificial como con agua del

ro Rraac.

Para determinar las dosis ptimas

se efectuaron ensayos con:

1. Alginato de sodio proveniente de

algas Macroaystis,

2. Alginato de sodio proveniente de

algas

Lessonia,

3. Welgum, un alginato de sodio comer

cial producido en Inglaterra, y

4.Purifloc N-12, un polielectrolito

sinttico.

En todas las jarras que contenan

agua turbia (50 UN) se aplicaron 15 mg/1

de sulfato de aluminio conjuntamente

con distintas dosis de los polmeros,

y se determin la turbiedad residual

en cada uno. Se encontr que bajo las

condiciones del ensayo, la dosis ptima

para el alginato de sodio proveniente

de las algas

Macroaystis

fue de 0.5

mg/1,de las algas Lessonia 0.6 mg/1,

de Welgum 0.5 mg/1, y de Purifloc N-12

0.1 mg/1.

15

7/21/2019 polimero floculantes

22/38

En todos los casos se pudo apreciar

claramente que el floc formado en la

jarra, a la que se le haba adicionado

la dosis 6ptima de polmero, presentaba

una mejora notable en la-remocin de

turbiedad con respecto a la jarraa.la

que'no se le haba adicionado polmero.

El ndice de Willcomb (que evala

la calidad del

floc

disminuy al sobre

pasar la dosis ptima para el alginato

de Maavooystis, pero aument para los

otros, no obstante que la turbiedad

residual desmejoraba. Este es un fen

meno observado con muchos polmeros,

tanto naturales como sintticos, que

suelen producir un floc ms grande y

pesado, aun cuando la turbiedad rema

nente final no mejore.

Q * O * ' q O LO L S

o o s i a o > W U I M N I I

O B

r co c u cA C i a M , m ' i

Prueba efectuada con alginato de sodio

16

FIGURA

8

DOSIS OfTIHA

DE

ALGINATO

DE

SODIO

C O N

AGUA

DE

TURBIEDAD ARTIFICIAL

O E

S O U N

(COAGULANTE:

AI

2

(S0

v

)

3

18H

2

0,15

no/I; TEMPERATURA

22 C)

7/21/2019 polimero floculantes

23/38

Las razones para esto pueden ser de

diferente ndole. Teniendo en cuenta la

configuracin bimodal (Harris y Kaufman,

1966) de la curva de distribucin de par

tculas por tamaos en las suspensiones

floculadas, podra pensarse que en la

floculacin ortocintica, a determinado

gradiente, solo queda atrapado el grupo

de partculas de mayor tamao que for

man la primera parte de la curva, pero

que las partculas de dimetro muy pe

queo,representadas por la segunda, no

alcanzan a quedar suficientemente in

fluenciadas por la floculacin ortoci

ntica y, por tanto, no son adsorbidas

por el floc de mayor tamao y aparecen

en la suspensin como turbiedad rema

nente.

En consecuencia, el gradiente

de velocidad tiene una gran influencia

en la turbiedad residual obtenida, como

ha sido demostrado repetidas veces por

varios investigadores. Este parmetro

se torna an ms crtico cuando se usan

polielectrolitos (MorrowyRausch,1974).

Como lo que se estaba buscando era

una comparacin entre la eficiencia de

diversos compuestos, todos los ensayos

se hicieron con el mismo gradiente de

velocidad. Se determin la turbiedad

removida en cada jarra a travs del

tiempo,

con el objeto de comparar la

velocidad de sedimentacin relativa de

las partculas en las distintas suspen

siones.

Los resultados se presentan

en las figuras 8 y 9 para agua de tur

biedad artificial y natural, respecti

vamente.

Obsrvese que los alginatos ensaya

dos se comparan ventajosamente con el

polmero sinttico.

O O a i * O * A VU O A M T B o ' L d C u t A C l O N , m

FIGURA

9

DOSI S OPTIHA

DE

ALGINATO

D E

SODIO

C O N

AGUA

D E L R I O

RIMAC

DE 28 U N

(COAGULANTE: AI

2

( S O j

3

|8H

2

0 , 15mg/l; TE MPERATURA 21 C )

17

7/21/2019 polimero floculantes

24/38

Se efectuaron ensayos similares con

el agua del ro Rmac y agua con tur

biedad artificial. Los resultados se

incluyen en las figuras 10 y 11, donde

se puede apreciar que las curvas de

velocidad de sedimentacin para los al-

ginatos y para el polmero sinttico

estn bastante juntas, pero los de

Lessonia

y

Maaroaystis

producen un

floc ligeramente ms pesado.

En ensayos posteriores realizados

con agua natural y cido algnico (pro

ducto intermedio de la fabricacin del

M J O I N A I O ti_c*ai

r i C M P O < m f

7/21/2019 polimero floculantes

25/38

alginato desodio,obtenido simplemente

por la precipitacin de la algina en

medio cido y luego secado a la tempe

ratura de40C),se encontr que este

tambin acta como un excelente ayudante

de floculacin. El problema que

pre

senta este producto de aspecto granu

loso es su consistencia dura que impide

molerlo con facilidad, pero que puede

solucionarse mezclndolo con carbonato

de sodio en partes iguales, lo cual

permite su fcil disolucin. Por lo

tanto,

en todos los ensayos realizados

el cido algnico fue mezclado 50:50

con

Na2C0

3

.

Las condiciones de estos

ensayos varan ligeramente del proce

dimiento generalizado y son incluidas

con los resultados en la figura 12.

FIGURA II V E L O C I D A D E S D E S E D I M E N T A C I N

DE SODIO (COAGULANTE: A I

2

( S 0 J

3

- I 8n

?

0 ,

D E T U R B I E D A D ; T E M P E R A T U R A

22 C )

EFICACIA COMPARADA

D E L O S

ALG I N A T O S

10 mg/l; AGUA D E L R I ORIMAC D E 2 8 U N

19

7/21/2019 polimero floculantes

26/38

0 2 O * 0 O S i-O I.X

O O W O S AVU O AM T B D I FLOCUI. C ION m/r

F I S U M 1 2 E F I C I E K I A D E L A C IB O A LC I N I C O C O N O AYU D AN T E DE FLO C U L AC I O N

( C O A U L A N T E : A I

2

( S O \ )

3

l o H

2

0 ; T E M P E R A T U R A 2 1 " C )

V . E XP E R I M E N T O S C ON T U N A F LO C

A. D ESC RIPC I N D E LA. PLAN TA

El cactus del cual se extrajeron

polmeros floculantes fue la Opuntia

fious indica,

que pertenece a la fami

lia de las

Opuntias.

O tras especies

de esta familia incluyen a la

Opuntia

monocantha, Opuntia tuna, Opuntia vul-

garis, Opuntia inerme, etc. Todas es

tas especies son similares y se conocen

comnmente como tuna o nopal .

Las Opuntias son originarias de

Mxico y fueron llevadas a diferentes

lugares por los espaoles (Gade,1973).

E n la actualidad se encuentran amplia

mente distribuidas en las zonas andinas

medias de Sud y Centroamrica, E uropa

(E spaa e I talia) y tambin Australia.

Crecen en forma natural y son cultiva

das en terrenos ridos y semiridos,

cuyas alturas fluctan desde el nivel

del mar hasta aproximadamente 2500 m.

Crecimiento natural de tunas; Cajamarca, Per

20

7/21/2019 polimero floculantes

27/38

Su cultivo tiene diversas finalidades

que incluyen: obtencin de la fruta;

uso de la penca como forraje paraani

males,generalmente despus de remover

las espinas (quemndolas con

antorchas ;

preparacin de potajes para consumo

humano (las hojas tiernas son comesti

bles);utilizacin de la planta para

formar cercos y linderos de casas y te

rrenos;

y desarrollo de la cochinilla

(un insecto hemptero que vive sobre la

penca,

del cual se extrae el carmn que

es usado como colorante en la fabrica

cin de productos detocador). En 1975

el Per espera exportar 180,000 tone

ladas de cochinillas por un valor apro

ximado de US$ 4 millones.

En las reas rurales del Per se

acostumbra usar el mucilago de la penca

de la tuna para clarificar el agua para

uso domstico. De esta prctica cam

pestre surgi la idea de investigar la

posibilidad de extraer la materia ac

tiva floculante contenida en ella.

Con este fin se utiliz la

Opuntia

fiaus indiaa.

Esta es una planta ar

borescente, muy comn en el Per, que

crece hasta aproximadamente

5

m de alto.

Plantacin de tunas; Til-Til, Chile

Una mata de tuna; Til-Til, Chile

Sus hojas son gruesas y espinosas (pen

cas),de aspecto elptico, color verde

y con una longitud de 30-50 cm y apro

ximadamente 5 cm de ancho. Sobre las

mismas crece un fruto comestible,

peri

forme,de cascara blanda cubierta par

cialmente por pequeas espinas muy

del

gadas(sisos),el cual es muy apreciado.

Una caracterstica del cultivo de la

tuna es la necesidad de podar la planta

anualmente a fin de asegurar un mximo

rendimiento en la produccin de sus

frutos.

Las pencas que se extraen son

utilizadas en algunos casos como forraje

y en otros son simplemente desechadas,

como se ilustra en las fotografas.

A travs de informacin obtenida en

una hacienda enTil-Til,Chile, se lleg

a la conclusin de que cada mata (4

plantas de tuna) necesita que se le

poden aproximadamente 30 pencas/ao.

Normalmente se plantan 625 matas/Ha y

cada penca pesa aproximadamente 2 kg.

Por lo tanto, cada hectrea produce

37.000 kg anuales de pencas cortadas y

desechadas.

Considerando que el rendimiento del

polmero es de 1.825% en base a tuna

cruda,tenemos que una hectrea produce

21

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28/38

Acopio de pencas de tuna que han sido

desechadas; Til-Til, Chile

694 kg de polmero por ao. Esta can

tidad es suficiente para abastecer du

rante un ao una planta con capacidad

de 43.6 1/seg (1 milln de galones por

da) suponiendo una dosis promedio de

0.5 mg/1.

B. C0MP0SIC0N DE LA PENCA DE LA

TUNA - TOXICIDAD

Mediante anlisis qumicos de la

penca de la tuna se ha encontrado que

su composicin bsica comprende

poli-

sacridos, protenas, pequeas canti

dades de alcohol y aldehidos y algunos

otros carbohidratos; contiene asimismo

de 60 a95.5%de agua con 11.5% de az

cares,

1.55% de protenas, 3.12% de

pectinas y

0.26E

de lpidos (Mella

Rojas,

1958).

Su consistencia gomosa se

debe, ade

ms de los polisacridos, a la presencia

de triterpenos, poliglucsidos, araba-

nos y galactosa. (Brambilla, 1956;

Van Wessem,1961).

Dado el hecho de que en muchos pases

la penca de la tuna se usa como forraje

del ganado y en otros, como en Mxico,

se usa en la preparacin de alimentos,

su toxicidad parece estar descartada,

sobre todo si se tienen en cuenta las

pequesimas dosis que se utilizaran

en el agua potable.

C. MTODOS' DE EXTRACCIN DEL TUNAFLOC

Para extraer los polmeros activos

de la penca de la

1

.tuna a fin de usarlos

como ayudantes de f loculacin, se desa

rrollaron los mtodos siguientes:

1. Primer mtodo (tunafloe A)

a. Se eliminaron las espinas y cascaras

delas pencas seleccionadas, frotn

dolas con una esponja gruesa y pe

lndolas con un cuchillo. Se picaron

luego en cubos de ms o menos 1 cm

por lado.

b.

Se pesaron 2 kg de este material y

se pusieron a secar en la estufa a

40-45C de temperatura, durante

24 h. El peso se redujo a 0.12 kg.

c. Este residuo seco se moli y crib

en malla #20, para separar el mate

rial fibroso. El polvo resultante

se coloc en un extractor de Soxhlet

(ver figura 13) a fin de eliminar

los compuestos solubles en alcohol,

como la clorofila y otros colorantes.

La extraccin se efectu hasta que

el solvente no mostrara coloracin

al contacto con la muestra. En el

cartucho de Soxhlet qued un material

granular, de partculas gruesas, del

F I S U R A 13 D I S E O D E L. E X T R A C T O R S O X H L E T

U S A D O E N L A P RE P A RA C I N O E T U N A F LO C A

22

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29/38

cual se separaron las parces fibrosas

con un tamiz grueso y luego se le

moli hasta obtener un polvo blanco.

d. Con este polvo se prepar una solu

cin de 2.5% con agua destilada, la

que, luego de homogeneizarla, se

filtr a travs de seda para retener

las partculas gruesas. Para el uso

de este producto en una planta de

tratamiento de agua, posiblemente

podra realizarse esta etapa de di

solucin, filtracin y aplicacin

del polmero directamente, elimi

nando los pasos

e y f

siguientes que

sirven para la refinacin del

pro

ducto.

e.

A la solucin filtrada se le agreg

alcohol etlico hasta producir un

precipitado blanco.

f. Se obtuvo as un residuo gomoso que

fue secado en la estufa a 40C du

rante 5 h para deshidratarlo y ob

tener un material

amorfo.

Al molerlo

se obtuvo un polvo fino al que se le

llam tunafloc A, que es soluble en

agua e insoluble en alcohol, ter y

otros solventes orgnicos.

La solucin de 0.1% tiene un pH = 5.5

y es estable, pues no se ha descom

puesto ni ha perdido sus propiedades

floculantes despus de un almacena

miento de seis meses. Se ignora el

efecto de un almacenamiento ms

pro

longado.

El rendimiento del tunafloc fue de

1.825% de la tuna cruda y el 15.2% de

la tuna seca.

2.

Segundo mtodo (tunafloc B)

Teniendo en cuenta las caracters

ticas similares de los polisacridos

de la tuna y de las algas pardas

mari

nas,

se ensay un mtodo de extraccin

parecido al descrito en el punto //

C.

a. Se agreg cloruro de calcio al 0.5%

a 100 g de muestra hasta cubrirla

completamente y se calent el con

junto a 45C durante 10 min.

b.

Se agreg luego cloruro de sodio al

0.5% y se calent durante 10

rain

60C.

c. Las muestras as lavadas se pasaron

a una solucin de carbonato de sodio

al 10% a 70C y luego se dejaron

macerar durante 24 h.

d. La solucin obtenida se filtr con

una tela de malla gruesa y el

resi

duo slido se volvi a digerir con

ms

Na2C0

3

al 2% por 10 min para

extraer lo que hubiese quedado rete

nido. Esta solucin tambin sefil

tr y se mezcl con la preparada

previamente.

e.

Para decolorar la solucin se agreg

hipoclorito de sodio en proporcin

1:100 en volumen.

f. La precipitacin de los polmeros se

hizo con cido clorhdrico (HC1) al

5% en volumen hasta obtener un pH - 2.

Se produjo un floculo pequeo que

para separarlo se filtr en una ma

lla fina.

g. Esta masa se coloc en agua desti

lada y se agreg carbonato de sodio

al 2% para subir el pH por encima

de 6, y para disolver el material,

el que nuevamente se precipit en

alcohol etlico.

h. El precipitado sedimentado se filtr

y desec en la estufa a 40C durante

24 h, y se obtuvo un polvo color

crema. El rendimiento en peso de

tunafloc B fue de 0.18% de tuna cruda

y 3% de tuna seca.

D. USO DEL TUNAFLOC COMO AYUDANTE

DE FLOCULACION

Se efectuaron una serie de ensayos

con los polmeros extrados en las for

mas descritas, y se obtuvieron excelen

tes resultados, tanto para el agua de

turbiedad artificial (ver figura 14)

como para el agua de turbiedad natural

(ver figura 15).

23

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30/38

F IG URA l

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31/38

Tanto el tunafloc A como el B son

buenos ayudantes de floculacin. Sin

embargo, al tratar el agua de turbiedad

artificial, el tunafloc A es ms efec

tivo en una dosis baja (= 0.25 mg/1) y

el tunafloc B es ms efectivo en una

dosis mayor ( =0 . 6mg/1). Al tratar

agua de turbiedad natural, en cambio,

la dosis ptima es muy parecida (= 0.4

mg/1).

Estos resultados, conjuntamente

con

el

mayor rendimiento del tunafloc A

al comparalo con el del tunafloc B

(15.2%vs. 3 %), sugieren que el mtodo

de produccin del primer polmero es

ms favorable para su uso en plantas de

tratamiento de agua.

10. Prueba efectuada con tunafloc

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T U N A P L fl

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