Informe 3 Potable.docx

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LA CONCENTRACIÓN DE LA SOLUCIÓN DEL COAGULANTE Y SU INCIDENCIA EN LA CLARIFICACIÓN DEL AGUA. Castro-Niebles C., Díaz-Caliz D., Moreno-Rodelo Y., Rozo-Natera A. Laboratorio Tratamiento y Potabilización de agua, Grupo DD, Programa de Ingeniería Ambiental, Universidad de la costa CUC [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]

Ximena Gastelbondo Lubo Sábado, 16 de marzo de 2019 RESUMEN En el presente informe de laboratorio se evidencia la determinación de la concentración óptima de la solución de un coagulante (sulfato de aluminio) en el proceso de coagulación – floculación. De esta forma, se determinó la turbiedad, Alcalinidad, color, temperatura y pH del agua cruda. Posteriormente se prepara una solución de sulfato de aluminio tipo B al 1% y determine la dosis óptima de coagulante de la muestra en estudio, así mismo se preparan soluciones de sulfato de aluminio al 1, 5, 10, 15, 20 y 40%. A partir de un ensayo de jarras aplicando la dosis óptima de coagulante en cada jarra con una concentración diferente, a 100 r.p.m. durante 60 seg; una floculación a 45 r.p.m. durante 15 minutos y una sedimentación por 8 minutos. Finalmente, se toma simultáneamente una muestra en cada jarra y determine su color, turbiedad y pH. De acuerdo a los resultados obtenidos, se observó más eficiencia con 1ml de solución aplicada. Palabras claves: Agua, coagulante, clarificación, dosis, parámetros. ABSTRACT This laboratory report demonstrates the determination of the optimal concentration of a coagulant solution (aluminium sulphate) in the coagulation process – flocculation. In this way, the turbidity, alkalinity, color, temperature and pH of raw water were determined. Subsequently, a 1% type B aluminium sulphate solution is prepared and the optimal dose of coagulant of the sample under study is determined, and 1, 5, 10, 15, 20 and 40% aluminium sulphate solutions are prepared. Starting from a jug test by applying the optimal dose of coagulant in each jug at a different concentration, at 100 r.p.m. for 60 sec; one flocculation at 45 r.p.m. for 15 minutes and one sediment for 8 minutes. Finally,

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simultaneously take a sample in each jar and determine its color, turbidity and pH. According to the results obtained, more efficiency was observed with 1ml of applied solution. Keywords: Water, coagulant, clarification, dosage, parameters. I.

La clarificación incluye los subprocesos de coagulación, floculación y sedimentación. En el presente informe se determinará la concentración óptima de la solución de un coagulante (sulfato de aluminio) en el proceso de coagulación – floculación; analizando el comportamiento de las partículas coloidales durante la floculación, cuando se varía la concentración de la solución coagulante; recopilando los cambios de calidad en el agua tratada al modificar la concentración de la solución de coagulante utilizada, e identificando los problemáticas generadas al cambiar la concentración de la solución coagulante.

INTRODUCCIÓN

El tratamiento del agua es el conjunto de operaciones y procesos que se realizan sobre el agua cruda con el fin de remover o reducir sus contaminantes y lograr que sus características organolépticas, físicas, químicas y microbiológicas cumplan las especificaciones contenidas en las normas que regulan la materia. El agua debe ser tratada debido a la presencia de impurezas como sólidos suspendidos, materiales colorantes, microorganismos, materia orgánica, gases disueltos, minerales y otros. [1] [2]

II. Las plantas de tratamiento de aguas, independientemente de su tamaño, nivel de sofisticación tecnológica o la calidad actual del agua tratada, necesitan periódicamente introducir cambios en sus procesos para garantizar mejoras en su funcionamiento y en la calidad del agua tratada para estar a la par de los avances en el ramo y cumplir con legislaciones gubernamentales cada día más exigentes. La utilización de los coagulantes más comunes como, por ejemplo, el sulfato de aluminio, se ha venido cuestionando en los últimos tiempos debido, entre otras causas, a la dificultad técnica para mantener estable el pH óptimo de coagulación durante la operación y su posible relación con la aparición de enfermedades neurodegenerativas. [3] [4]

MARCO TEÓRICO

III. METODOLOGÍA III. I. MATERIALES, INSUMOS Y REACTIVOS Reactivos:     

Ácido Clorhídrico 0,02M Verde de Bromocresol Fenolftaleína Muestra problema Sulfato de aluminio

          

Erlenmeyer 250 ml Probeta 250 ml Bureta 50 ml Beacker 50 ml Pipetas Matraz aforado Embudo Pinzas para el soporte universal Soporte Universal Goteros Jeringas

   

Color TEST Conductidimetro pH-Meter Cronómetro

Materiales:

La clarificación del agua tiene por objeto retirar los sólidos suspendidos, sólidos finamente divididos y materiales coloidales, convirtiéndolos en partículas más grandes que se pueden remover con mayor facilidad. Es un proceso utilizado tanto en sistemas de tratamiento de aguas municipales con el fin de obtener agua potable para consumo humano, como en sistemas de tratamiento de aguas industriales que comprenden el tratamiento individual del agua proveniente de acueductos municipales de acuerdo con su uso final, ya sea agua para elaboración de bebidas o alimentos, generación de vapor o circuitos de refrigeración, lavado de envases, etc. [5]

Insumos:

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 Turbidímetro III. II. REGLAS DE SEGURIDAD III.II.I. Ácido Clorhídrico Gafas de seguridad para químicos con protección lateral y protección facial completa si el contacto directo con el producto es posible. Guantes, botas de caucho, ropa protectora de cloruro de polivinilo, nitrilo, butadieno, viton, neopreno/butilo, polietileno, teflón o caucho de butilo. Respirar con filtro para vapores ácidos.

Imagen 1. Determinación del pH del agua cruda. Fuente: Yiris Moreno.

III.II.II. Verde de Bromocresol Nocivo e irritante leve; Uso en general de indumentaria de trabajo resistente a químicos. Aplicar protección respiratoria sólo en caso de sobrepasarse alguno de los límites permisibles correspondientes. Debe ser específica para partículas sólidas. Se sugiere utilizar guantes de protección de características impermeables y resistentes al producto químico. Uso de lentes de seguridad adecuados contra proyecciones del químico. En general, uso de calzado cerrado, no absorbente, con resistencia química y de planta baja. III.II.III. Sulfato de aluminio TIPO B Usar siempre protección personal así sea corta la exposición o la actividad que realice con el producto. Mantener estrictas normas de higiene, no fumar ni comer en el Sitio de trabajo. Usar las menores cantidades posibles. Conocer dónde está el equipo para la atención de emergencias. Leer las instrucciones de la etiqueta antes de usar el producto.

Imagen 2. Determinación de la alcalinidad del agua cruda. Fuente: Yiris Moreno.

Prepare una solución de sulfato de aluminio tipo B al 1% y determine la dosis óptima de coagulante de la muestra en estudio.

III. III. PROCEDIMIENTO Determine la turbiedad, Alcalinidad, color, temperatura y pH del agua cruda.

Imagen 3. Sulfato de Aluminio. Fuente: Yiris Moreno.

Prepare soluciones de sulfato de aluminio al 1, 5, 10, 15, 20 y 40%.

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IV.

ANÁLISIS, CÁLCULOS Y CUESTIONARIO

IV.I. DATOS OBTENIDOS DEL LABORATORIO Ver tablas en los anexos 1 y 2. IV.II. CÁLCULOS Se realizaron los siguientes cálculos para hallar la cantidad de ml de sulfato de aluminio que se debía aplicar a cada muestra:

Imagen 4. Soluciones de sulfato de aluminio al 1, 5, 10, 15, 20 y 40%. Fuente: Yiris Moreno.

C1V1 = C2V2

Realice un ensayo de jarras aplicando la dosis óptima de coagulante en cada jarra con una concentración diferente, a 100 r.p.m. durante 60 seg; una floculación a 45 r.p.m. durante 15 minutos y una sedimentación por 8 minutos.

→

𝑉1 =

𝐶2 ∗𝑉2 𝐶1

C2=1, 5, 10, 15, 20, 40 V2=1000ml C1=10,000mg/L 𝑉1 =

1000𝑚𝑙 ∗ 1𝑚𝑔/𝐿 = 0,1𝑚𝑙 10,000𝑚𝑔/𝐿

𝑉1 =

1000𝑚𝑙 ∗ 5𝑚𝑔/𝐿 = 0,5𝑚𝑙 10,000𝑚𝑔/𝐿

𝑉1 =

1000𝑚𝑙 ∗ 10𝑚𝑔/𝐿 = 1𝑚𝑙 10,000𝑚𝑔/𝐿

𝑉1 =

Imagen 5. Jarras con dosis óptima de coagulante a una concentración diferente. Fuente: Yiris Moreno.

Tome simultáneamente una muestra en cada jarra y determine su color, turbiedad y pH.

1000𝑚𝑙 ∗ 15𝑚𝑔/𝐿 = 1,5𝑚𝑙 10,000𝑚𝑔/𝐿

𝑉1 =

1000𝑚𝑙 ∗ 20𝑚𝑔/𝐿 = 2𝑚𝑙 10,000𝑚𝑔/𝐿

𝑉1 =

1000𝑚𝑙 ∗ 40𝑚𝑔/𝐿 = 4𝑚𝑙 10,000𝑚𝑔/𝐿

IV.III. ANÁLISIS DE RESULTADOS La coagulación es el tratamiento más eficaz para la eliminación de impurezas en el agua y también puede representar un gasto elevado cuando no se realiza adecuadamente su aplicación. La dosis y concentración del coagulante condiciona el funcionamiento de las unidades de sedimentación y es imposible realizar una buena clarificación si la cantidad o la concentración de coagulante no es la adecuada. Ya que al aplicar la concentración inadecuada de coagulante a una muestra de

Imagen 6. Muestras tomadas de cada jarra. Fuente: Yiris Moreno.

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agua a tratar esta no se clarificara correctamente debido a que habrá mayor cantidad de coloides en suspensión cargados negativamente a lo cual el coagulante aplicado no podrá desestabilizarlos o neutralizarlos completamente debido a la poca concentración o dosificación. Por eso se considera de mucha importancia la realización de pruebas de jarra para determinar la dosis y concentración adecuada de coagulante.

a. Cuántos litros/min. De agua debe entrar a la cámara de solución de un dosificador en seco de sulfato de aluminio en una planta de tratamiento de 50 litros/seg. Utilizando la dosis óptima determinada en el presente ensayo, si se desea aplicar el sulfato de aluminio en una solución al 1%.

Teniendo en cuenta los resultados observados en la experiencia, a medida que aumentaba la concentración de coagulante, la formación de flóculos era mayor y por ende había más remoción de sólidos suspendidos y a su vez el agua era más clara, es decir, son directamente proporcionales. Respecto a la concentración mínima de coagulante que fue de 1 mg/l se observó que no hubo remoción, debido a que como era tan minina su concentración no hubo ninguna reacción entre los sólidos suspendidos en ella con el coagulante aplicado.

C2=50mg/L

C1V1 = C2V2

→

𝑉1 =

𝐶2 ∗𝑉2 𝐶1

V2=50L/s * 60s/1min = 3000L/min C1=10,000mg/L 𝑉2 =

50𝑚𝑔/𝐿 ∗ 3000𝐿/𝑚𝑖𝑛 = 15𝐿/𝑚𝑖𝑛 10,000𝑚𝑔/𝐿

b. Explique los diferentes tipos de Coagulantes que se le aplican al agua cruda para el proceso de coagulación y de 2 ejemplos reales de cada uno de ellos.

Respecto a los resultados obtenidos (Color, Turbiedad y PH) ninguna concentración de coagulante permitió remover la cantidad necesaria para que estos parámetros cumplieran con los límites permisibles por la resolución 2115 del 2007, pero si hubo una que fue más eficiente que las demás. La muestra con concentración de 1mg/l fue la que obtuvo los valores más altos, ya que fue la concentración mínima y por ende no hubo remoción. Para las muestras con concentraciones de 5 y 10 mg/l de coagulante, se obtuvieron los valores más bajos y fue donde hubo más remoción, para la de 5 mg/l se obtuvo una turbiedad de 18,2 NTU, color: 30 UPC y pH: 6,21 para la muestra de 10 mg/l se obtuvo una turbiedad de 17,7 NTU, color: 20 UPC y pH: 5,64. Por otro lado las muestras con concentraciones de 15, 20 y 40 mg/l se dieron valores muy altos de color y turbiedad, mientras que el pH bajo notoriamente. La causa de que estos valores fueran más altos que los anteriores pudo ser porque la concentración del coagulante no era la adecuada y por ello no reacciono de la manera correcta. Teniendo en cuenta los resultados adquiridos la concentración que más favorece en la remoción y clarificación del agua es la de 10 mg/l.

Los coagulantes pueden clasificarse en dos tipos: inorgánicos y orgánicos. Los inorgánicos suelen estar compuestos de sales metálicas, normalmente de aluminio o hierro (los más usados son sulfato de aluminio, cloruro de hierro y sulfato de hierro) [*]. 

Sulfato de Aluminio: se puede encontrar tanto en forma líquida o en forma seca. Es fácilmente soluble en agua, ya que reacciona con ella y da lugar a iones con carga positiva [-].  Cloruro de Hierro: es un compuesto químico utilizado a escala industrial, el cloruro de hierro en solución al 40% se utiliza como coagulante para tratamiento de aguas y efluentes [-]. Mientras que los orgánicos son polímeros (polielectrolitos), que se refieren a una gran variedad de compuestos macromoleculares, solubles en agua, de origen natural o sintético, que tienen la cualidad de potenciar la floculación de las partículas en suspensión [*]. V. CONCLUSIONES La clarificación del agua es un proceso fundamental en el tratamiento y potabilización de aguas. Ya que si el agua al ser potabilizada no es clara o cristalina, es netamente inaceptable para consumo humano debido a sus parámetros organolépticos (color).

IV.IV. CUESTIONARIO.

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La concentración del coagulante es muy importante en la potabilización del agua, ya que de ella y de la dosis que será aplicada, depende que tan eficiente pueda ser la remoción de los sólidos suspendidos en ella.

VI.

Environmental Toxicology and Chemistry, vol. 9, nº (7), pp. 887-894, 1990. [5] S. A. H. H. M. A. A. A. GHAFARI, «Application of response surface methodology (RSM) to optimize coagulation-flocculation treatment of leachate using poly-aluminum chloride (PAC) and alum,» Journal of Hazardous Materials, nº 163, pp. 650 - 656, 2008.

BIBLIOGRAFÍA

[*]«Tipos de coagulantes y floculantes », Nihon Kasetsu Europe | Monitoring & Water Clarification, 2017. [Online]. Disponible en: http://nihonkasetsu.com/es/tiposde-coagulantes-y-floculantes/.

[1] P. Cartwright, «Tratamiento y reuso del agua en aplicaciones comerciales e industriales,» Agua Latinoamérica, vol. 9 , nº (1), pp. 20-24, 2009.

[-] ABRAMOVICH, B. Et al. Acción de distintos [2] MINISTERIO DE LA PROTECCIÓN SOCIAL, «Decreto 1575 de 2007,» Bogotá D.C., 2007.

coagulantes para la eliminación de Cryptosporidium spp. En el proceso de potabilización del agua. Rev. Argent. Microbiol. [online]. 2004, vol. 36, N°2. Pp.92-96. Disponible en: . ISSN 0325-7541

[3] A. L. D. B. S. C. D. H. A. e. a. BECARIA, «Aluminum and copper in drinking water enhance inflammatory or oxidative events specifically in the brain,» Journal of Neuroimmunology, nº 176, pp. 1623, 2006. [4] G. NORDBERG, «Human health effects of metals in drinking water: relationship to cultural acidification,»

ANEXOS

Parámetros

D1

D2

D3

Promedio

Turbiedad, UNT

141

143

142

142

Color, UPC

50

38,46

38,46

42,3

pH

6,52

6,59

6,59

6,56

Alcalinidad, mg / l

100

100

100

100

Temperatura, °C

24,5

24,1

24,1

24,2

Anexo Nº 1.Información del agua cruda

Dosis (mg/l)

Con. de la sln

ml aplicados 6

Turbiedad final

Color final

pH final

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50 mg/L

1

0,1

140

100

6,36

50 mg/L

5

0,5

18,2

30

6,21

50 mg/L

10

1

17,7

20

5,64

50 mg/L

15

1,5

25,9

40

3,96

50 mg/L

20

2

29,8

40

3,80

50 mg/L

40

4

27

30

3,60

Anexo Nº 2. Resultados finales, Concentración de solución de Coagulante.

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