Informe Jarras.docx

TEST DE JARRAS

QUIMICA DE AGUAS ELECTIVA DE CARRERA II

ALEYDA RIVAS JORGE RAMOS CRISTIAN RUBIO JOSÉ GUTIERREZ MAURICIO JIMÉNEZ

MAURICIO LORA M.Sc DOCENTE

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS PROGRAMA DE QUÍMICA MONTERÍA 2015-I

INTRODUCCIÓN 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. Para eliminar estas partículas se recurre a los procesos de coagulación y floculación, 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. Es muy importante que los procedimientos de coagulación y floculación sean utilizados correctamente, ya que la producción de un floc muy pequeño o muy ligero produce una decantación insuficiente; mientras que el agua que llega a los filtros contienen una gran cantidad de partículas de floc que rápidamente ensucian los filtros y necesitan lavados frecuentes. Por otro lado cuando el floc es frágil, este se rompe en pequeñas partículas que pueden atravesar el filtro y alterar la calidad del agua producida.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL 

En esta práctica se realizará el procedimiento para determinar las condiciones óptimas en el tratamiento de aguas crudas durante el proceso de potabilización, realizando los procesos de coagulación-floculación que fomentan la eliminación de las partículas coloidales y la materia orgánica suspendida, a través de ajustes en el pH y variaciones en la dosis de coagulante con el fin de replicar en el laboratorio las operaciones en el tratamiento de aguas a gran escala.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Identificar los procedimientos necesarios para realizar el test de jarras.



Calcular la dureza total, dureza cálcica y turbiedad para cada una de las jarras durante este proceso.



Determinar la dosis de coagulante que se debe agregar a un agua cruda en el proceso de aclaramiento.



Conocer algunas variables en el test de jarras como: caudal de agua que va a ser tratada, caracteristicas quimicas del agua, dosificacion de reactivos, etc.

MARCO TEÓRICO La prueba de jarras es una técnica de laboratorio que pretende realizar una simulación del proceso de clarificación del agua que se lleva a cabo en la planta, de manera que permite evaluar a escala y de una manera rápida la acción que ejerce sobre el proceso de clarificación la variación de los diferentes parámetros como velocidad y/o tiempo de agitación, gradientes de velocidad producidos, dosificación de diversos compuestos químicos solos o en combinaciones, etc. La prueba de jarras se usa para evaluar, determinar y optimizar las variables químicas del proceso de coagulación y floculación, esto es, medir el desempeño de uno o varios productos químicos dados, coagulante, floculante, etc., y encontrar la dosificación adecuada, tanto en términos de calidad final del agua obtenida, como en términos económicos. Es importante determinar la concentración de la solución de coagulante más apropiada para utilizar en la planta y evaluar y comparar el desempeño de una combinación de productos frente a factores como dosificación óptima de cada coagulante, punto o etapa ideal de dosificación, influencia en el proceso de la concentración de los químicos dosificados, pH óptimo de coagulación.

MATERIALES Y REACTIVOS 

Probetas de 1000 mL, 50 mL.





Beackers de 50 mL



Espátulas



Cal



Equipo de test de jarras



NaOH



Erlenmeyer 250mL



CaCO3



Bureta de llenado automático



CaHCO3



Nefelómetro

EDTA;(indicador

negro

eriocromo y murexida)

de

PROCEDIMIENTO

CALCULOS Y RESULTADOS Se determinó la dureza del agua cruda (agua de río) con una solución patrón de EDTA 0,02 M. Para la cuantificación de la dureza total el volumen de EDTA 0,02 M gastado durante la titulación fue 2,7 mL en una muestra de 10 mL; la dureza total es por tanto: V(EDTA) ∗ M(EDTA) ∗ Pmol CaCO3 ∗ 1000 Vmuesta 2,7mL ∗ 0,02M ∗ 100g/mol ∗ 1000 DT(mg CaCO3/L) = = 540 mg/L 10mL DT(mg CaCO3/L) =

En la cuantificación de la dureza cálcica el volumen de EDTA 0,02 M gastado fue 2,3 mL en una muestra de 50 mL. La dureza cálcica es: DCa(mg CaCO3/L) =

V(EDTA) ∗ M(EDTA) ∗ Pmol CaCO3 ∗ 1000 Vmuesta

DCa(mg CaCO3/L) =

2,3mL ∗ 0,02M ∗ 100g/mol ∗ 1000 = 92 mg/L 50mL

En la prueba de jarras es más conveniente expresar la dureza de cada componente (en este caso Ca2+ y Mg2+) en sus correspondientes unidades y no como mg CaCO3/L. Así que la concentración cálcica es: DCa(mg Ca/L) =

2,3mL ∗ 0,02M ∗ 40g/mol ∗ 1000 = 36,8 mg/L 50mL

Y la concentración de magnesio es: DMg(mg Mg/L) =

DT(mg CaCO3/L) − 2,497 ∗ DCa 4,118

DMg(mg Mg/L) =

540mg/L − 2,497 ∗ 36,8 mg/L = 108,8 mg/L 4,118

Posteriormente se determinó la turbiedad del agua, la cual fue de 97 NTU. En el proceso de ablandamiento del agua los iones calcio y magnesio fueron separados del agua transformándolos en compuestos insolubles con cal, carbonato de calcio e hidróxido de sodio. Para conocer la concentración de cal que necesitamos agregar en el proceso de coagulación-floculación se considera que el calcio y el magnesio a eliminar se encuentran todo en forma de bicarbonatos. Este método simplificado, al llevarlo a la práctica, ofrece un menor rendimiento que el calculado, ya que factores tales como el contenido de CO 2, grado de pureza de los reactivos, cal consumida por la dureza permanente, etc., no se tuvieron en cuenta a la hora de plantear el tratamiento del agua. Las reacciones que tiene lugar cuando agregamos la cal (hidróxido de calcio) son: CO2 + Ca(OH)2 ⇒ CO3Ca↓ + H2O

(1)

(HCO3)2Ca + Ca(OH)2 ⇒ 2 CaCO3↓ + 2 H2O

(2)

Mg (HCO3)2 + Ca(OH)2 ⇒ CaCO3 + MgCO3.2H2O

(3)

MgCO3 + Ca(OH)2 ⇒ Mg(OH)2↓ + CaCO3↓ MgSO4 + Ca(OH)2 ⇒ Mg(OH)2↓ + CaSO4

(4)

MgCl2 + Ca(OH)2 ⇒ Mg(OH)2↓ + CaCl2

La concentración de cal necesaria para el proceso de ablandamiento está dada por la expresión:

CCa(OH)2 = CCa * 1,85 + CMg * 6,10 CCa(OH)2 = 36,8 mg/L * 1,85 + 108,8 mg/L * 6,10 = 731,7 mg/L

Así que la cantidad necesaria de cal que se necesita por litro de agua es 731,7 mg o 0,73 gramos

Una vez conocida la dureza y la turbiedad del agua del rio, llenamos cinco jarras con igual volumen de agua (1 litro). Fue importante que quedaran con igual volumen o de lo contrario la concentración, en ppm, no se determinaría con exactitud. A cada jarra le agregamos diferentes cantidades de cal como se indica a continuación y se sometieron a agitación. N° de Jarra

1

2

3

4

5

Gramos de cal

0,1

0,2

0,4

0,5

0,6

Posteriormente se midió dureza y turbiedad a las jarras 1, 3 y 5 obteniendo los siguientes resultados N° de Jarra

1

3

5

Vol de muestra

10

10

10

3,70

3,15

2,80

185,0

157,5 140,0

63,6

56,1

(mL) Vol(mL) de EDTA gastado Dureza Total (mg CaCO3/L) Turbiedad (NTU)

57,7

También se realizó una ablandamiento con carbonato de sodio, este reactivo se agrega cuando es necesario eliminar dureza permanente del agua, las reacciones que ocurren son: Ca SO4 + Na2CO3 ⇒ CaCO3↓ + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 ⇒ CaCO3↓ + 2NaCl

(5)

Agregamos a las jarras la misma que cantidad de este reactivo que en el ablandamiento con cal, se sometieron a agitación, se determinó la dureza total y la turbiedad respectivamente como se muestra a continuación. N° de Jarra

1

3

5

Vol de muestra

10

10

10

2,70

2,50

2,35

135,0

125,0 117,5

42,9

26,0

(mL) Vol(mL) de EDTA gastado Dureza Total (mg CaCO3/L) Turbiedad (NTU)

27,1

Para finalizar agregamos soda caustica, la cual se puede considerar como una variante en el proceso de ablandamiento con carbonato sódico y cal. La reacción básica del proceso es la siguiente: Ca(HCO3)2 + 2NaOH ⇒ CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O

(6)

Se produce la precipitación del carbonato cálcico y la formación de carbonato sódico, que reaccionará con la dureza permanente, de acuerdo con las reacciones formuladas anteriormente. Finalmente se determinó la dureza total y la turbiedad obteniéndose los siguientes resultados. N° de Jarra

1

3

5

Vol de muestra

10

10

10

1,65

1,55

1,15

82,5

77,5

57,5

6,94

5,55

6,14

(mL) Vol(mL) de EDTA gastado Dureza Total (mg CaCO3/L) Turbiedad (NTU)

ANALISIS DE RESULTADOS El agua cruda tomada del río presentaba inicialmente una dureza total de 540 mg/L y una turbiedad de 97 NTU, la cual no cumplía con la norma establecida en resolución 2115 de 2007 del ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial; cuyo límite permisible es 300 mg/L como CaCO3 y 2 NTU para la dureza total y turbiedad, respectivamente. Mediante la realización del test de jarras se logró la coagulación y floculación de la materia orgánica y partículas coloidales, por efecto de los productos químicos agregados. Durante este ensayo se utilizaron 5 jarras para determinar la cantidad optima de coagulantes necesarios, reduciendo costos y obteniendo una excelente calidad del agua. Se logró obtener un buen proceso de aclaramiento en todas las jarras. En la medición final de la dureza y la turbiedad se escogieron las jarras 1, 3 y 5 obteniéndose los mejores resultados en la jarra tres, cuya dureza total es 77,5 mg/L y turbiedad de 5,5 NTU, lo cual nos indica una gran disminución de estos parámetros después del tratamiento.

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA 

Resolución número 2115 del 22 de junio de 2007 del Ministerio de la Protección Social Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo.