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DOSIS PTIMA DE COAGULANTE
Autores:
Cotes Rojano Sharon Dayana Gallo Vlez, David Tascn Calvache, Ana
Camila Villamizar Sierra, Rosa Elvira ING. AMBIENTAL Y SANITARIA
FACULTAD DE INGENIERIA UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA INTRODUCCIN:
En el tratamiento de aguas crudas se realizan diferentes
procedimientos para remover los slidos presentes y desinfectar el
agua de manera que este en ptimas condiciones para el consumo
humano.
Una de las etapas del tratamiento es la coagulacin para la cual
se utiliza un reactivo qumico que desestabiliza las cargas de los
colides permitiendo que estos se unan formando partculas de mayor
tamao.
En la prctica no sera adecuado adicionar una cantidad arbitraria
de coagulante porque esto podra representar sobrecostos al
encargado de realizar el tratamiento del agua o, si se agrega una
cantidad menor que la necesaria, la coagulacin no sera efectiva.
Por esta razn se deben realizar ensayos previos en el laboratorio
para determinar la cantidad ptima de coagulante que se debe
adicionar a un agua cruda con determinadas condiciones
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OBJETIVOS:
General
Determinar la dosis ptima de coagulante para el tratamiento de
una muestra de agua cruda.
Especficos Analizar la incidencia del pH y la alcalinidad con el
proceso de coagulacin. Comparar los valores de turbidez con el
porcentaje de remocin de slidos
suspendidos
MARCO TEORICO:
La coagulacin se refiere al proceso de desestabilizacin de las
partculas suspendidas de modo que se reduzcan las fuerzas de
separacin entre ellas, esto implica la formacin de puentes qumicos
entre partculas de modo que se forme una malla de cogulos, la cual
sera tridimensional y porosa. El trmino cogulo se refiere a las
reacciones que suceden al agregar un reactivo qumico (coagulante)
en agua, originando productos insolubles. La coagulacin comienza al
agregar el coagulante al agua y dura fracciones de segundo. Existen
dos modelos de la coagulacin. El modelo fsico o de la doble capa,
basado en fuerzas electrostticas de atraccin y repulsin. El otro
modelo es qumico, llamado puente qumico, que relaciona una
dependencia entre el coagulante y la superficie de los coloides.
Para la coagulacin existen tambin dos modelos. El primero es
llamado ortocintico, el cual es promovido por agitacin externa
principalmente. Influyen partculas de tamao superior al micrn y
tiene relacin con los gradientes de velocidad del lquido. El
segundo modelo se llama pericintico y se diferencia del primero en
que su fuente de agitacin es interna. Principalmente importarn el
movimiento browniano y la sedimentacin. Su efecto es principalmente
sobre partculas de tamao inferior a 1 micrn. (Universidad de Chile)
METODOLOGA: Materiales:
Equipo pruebas de jarra Turbidmetro pH metro Beakers o Vasos de
precipitado (1l) Sulfato de aluminio tipo B
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Procedimiento: A una muestra de agua cruda inicial se le
determinan alcalinidad, pH y turbiedad.
Se toman seis vasos de precipitado marcados de 1 a 6 y en cada
uno de ellos se aade el
mismo volumen de agua cruda (900ml). A cada uno de estos vasos
se aadir una cantidad diferente de coagulante (20,30,35,40,45 y 50
mg/l respectivamente)
Preparamos la solucin del coagulante (Sulfato de aluminio) tipo
B al 1 %. Esta solucin se
prepara aadiendo 1g de sulfato de aluminio por cada 100ml de
agua destilada. Con algn dosificador se toma el volumen de Solucin
coagulante necesaria para que haya
una equivalencia con la medida en mg/l que se desea aadir a cada
Beaker. Despus de tener los volmenes de coagulante para cada
Beaker, colocamos el equipo de
pruebas de jarra a una velocidad de 130 rpm y posteriormente y
de manera simultnea agregamos el coagulante para cada vaso de
precipitado, dejndolo actuar durante 1 min.
Pasado el minuto, se baja la velocidad a 45 rpm por un
transcurso de 15 minutos.
Apagamos el equipo y dejamos que los floculos sedimenten por 3
minutos. Tomamos una muestra de 20 ml de cada jarra al mismo tiempo
y finalmente a cada una de
estas muestras se le determinan nuevamente la turbiedad, pH y
alcalinidad remanentes. Este procedimiento se repite para las
siguientes medidas de coagulante
(55,60,70,90,100,120) mg/l
RESULTADOS:
Tabla 1. Condiciones inciales del agua cruda recipiente 1
Tabla 2. Condiciones inciales del agua cruda recipiente 2.
Procedencia Elaborada RECIPIENTE 1
Aspecto Turbio Turbiedad (UNT) 59 Ph 7,3 Alcalinidad (mg/l)
319,25 Temperatura (C) 25
Procedencia Elaborada RECIPIENTE 2
Aspecto Turbio
Turbiedad (UNT) 28,78 Ph 7,3 Alcalinidad (mg/l) 349,5
Temperatura (C) 25
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Tabla 3. Medicin de las condiciones remanentes, recipiente
1.
Tabla 4. Condiciones finales agua recipiente 2.
Muestra 1 Dosis Coagulante 20 30 35 40 45 50 Reduccin de
turbidez (%) 96,3 97,6 93,1 98,1 98,1 92,0
Tabla 5. Reduccin de la turbidez relacionada con una cantidad de
coagulante M1.
Tabla 6. Reduccin de la turbidez relacionada a una cantidad de
coagulante M2.
Recipiente 1 Jarra 1 2 3 4 5 6 Dosis(mg/l) 20 30 35 40 45 50 ml
sln agregados 1,8 2,7 3,1 3,6 4 4,5 Turbiedad remanente (UNT)
2,16 1,39 4,10 1,11 1,1 4,71
pH 7,28 7,18 7,24 7,25 7,26 7,17 Alcalinidad Remanente(mg/l)
320,5 286 346,5 279 324,25 309
Recipiente 2 Jarra 1 2 3 4 5 6 Dosis(mg/l) 55 60 70 90 100 120
ml sln agregados 5 5,4 6,3 8,1 9 10,8 Turbiedad remanente (UNT)
1,32 2,45 5,89 3,02 3,92 3,67
pH 7,14 7,11 7,04 6,99 6,94 6,88 Alcalinidad Remanente(mg/l)
278 259 299 252 244,5 237,9
Muestra 2 Dosis Coagulante 55 60 70 90 100 120 Reduccin de
turbidez (%) 95,4 91,5 79,5 89,5 86,4 87,3
Ilustracin 3. Condiciones iniciales de la muestra de agua.
Ilustracin 2. Condiciones del agua durante el proceso de
sedimentacin.
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ANALISIS DE RESULTADOS:
A partir de la grafica anterior podemos observar que existen
tres valores atpicos de la turbidez en las muestras, dado que no
coinciden con el patrn de variacin anterior.
Estos valores pueden estar asociados a una contaminacin de la
muestra durante el transvaso del Beaker al recipiente donde se mide
la turbidez en el nefelmetro.
Para evaluar la efectividad de las distintas dosis de coagulante
utilizadas, lo mejor es comparar la dosis agregada con el
porcentaje de remocin de slidos suspendidos. Este ltimo se expresa
en funcin de la turbiedad que est directamente asociada a los
slidos suspendidos de una solucin.
De la grafica anterior se puede deducir que la dosis optima de
coagulante es 45 mg/l debido a que esta permiti una remocin del
98,1% de los slidos suspendidos que se encontraban en el agua
cruda, sin embargo, debido a los errores procedimentales, se
recomienda ubicar esta dosis en un rango de 40-55 mg/l . Donde hubo
porcentajes de remocin por encima del 95%.
0
2
4
6
8
0 50 100 150
Turb
ieda
d
Dosis de coagulante
Dosis Vs. Turbiedad
Dosis de coagulante Vs. Turbiedad Recipiente 1.
Dosis de coagulante Vs. Turbiedad Recipiente 2.
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
0 50 100 150
% R
emoc
in
de so
lidos
susp
endi
dos
Dosis Coagulante
Dosis Vs. % Remocin de slidos suspendidos
Dosis Vs. % Remocin Muestra 1
Dosis Vs. % Remocin Muestra 2
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Lo anterior muestra una interdependencia leve entre el
coagulante agregado y las condiciones de pH y alcalinidad, lo cual
es lgico teniendo en cuenta que al adicionar una sal (Sulfato de
aluminio) el pH varia hacia el lado cido. Por consiguiente, la
alcalinidad o basicidad se ve disminuida.
Por otro lado, en las tablas 3 y 4 (especialmente la 4) se
evidencia que a medida que el pH se reduce, es decir, adquiere
valores ligeramente cidos se presenta una mayor turbidez en las
muestras de agua por lo cual
Debido a los errores obtenidos en algunos valores de turbiedad,
no es posible realizar una grafica que compare esta cantidad con el
pH y la alcalinidad debido a que no se obtiene un trazo lgico que
permita deducir alguna informacin. Si se desea evaluar la
interdependencia de la turbidez con estos dos aspectos, se debe
realizar de nuevo el ensayo de laboratorio.
Como se puede observar en la Tabla 7 el valor mximo permisible
de turbiedad apta es de 2 UNT para el consumo humano. En nuestra
experiencia, sugerimos una dosis optima de coagulante que estaba en
el rango de 40 45 mg/l. Comparndola con la resolucin se puede
aseverar que dicha dosis es la adecuada y cumple con la exigencia
establecida, puesto que la turbiedad de las jarras 4 y 5
correspondientes a esas dosis son las ms bajas.
Tambin podemos concluir que las dosis de 20, 35 y 50 estn
totalmente descartadas por la resolucin, en el recipiente 2 solo la
dosis de 55mg/l cumple con la exigencia de la resolucin.
6,86,9
77,17,27,3
0 50 100 150
pH
Dosis coagulante
Dosis Vs. pH
Dosis Vs. pH Recipiente 1.
Dosis Vs. pH Recipiente 2
050
100150200250300350400
0 50 100 150
Alca
linid
ad
Dosis coagulante
Dosis Vs. Alcalinidad
Dosis Vs. Alcalinidad Recipiente 1.
Dosis Vs. Alcalinidad Recipiente 2
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En adelante, la turbiedad del agua despus de ser tratada segua
elevada, confirmando lo dicho en el apartado anterior que el exceso
de coagulante sera contraproducente. As mismo elevaramos los
costos, aspecto que un ingeniero debe evitar a toda costa
Tabla 7. Caractersticas fsicas permisibles para el consumo
humano Dec. 1575 de 2007
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CONCLUSIONES:
La dosis ptima estimada es de 45mg/l. Se sugiere realizar otro
ensayo con dosis entre los 40-55 mg/l para obtener un dato ms
preciso.
Las tablas 3 y 4 (especialmente la 4) muestra la relacin que
existe entre el pH y la turbidez del agua. Se evidencia que
mientras el pH es toma valores ms pequeos, es decir, de carcter
acido, la turbidez de las muestras es mayor o sea que hay menor
remocin de slidos suspendidos.
De manera general, el porcentaje de remocin de slidos estuvo por
encima del 90% en las dosis de coagulante por debajo de los 70mg/l
. A partir de este valor, la remocin de slidos se ubico entre el 80
y el 90%. Es decir que aadir coagulante en exceso resulta ms
contraproducente, para el tratamiento de aguas crudas, que aadir
una cantidad inferior.
Cuando se aplica la dosis ptima de coagulante se logran reducir
los niveles de turbiedad a los que se encuentran permitidos por el
Dec. 1575 de 2007 que establece las condiciones adecuadas para el
agua que se utiliza para el consumo humano.
Ilustracin 4. Condiciones finales en uno de los vasos utilizados
durante el ensayo.
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PREGUNTAS Y PROBLEMAS: 1. Cunto dinero se ahorra mensualmente un
acueducto que trata 120 l/seg. si en lugar
de utilizar la dosis ptima de sulfato de aluminio, aplica una
dosis menor, con resultados satisfactorios? Valor del sulfato de
aluminio $1200 / Kg.
2. En qu consisten la Difusin y la Propiedad de Superficie de
los coloides?
Difusin Es una de las propiedades cinemticas de los coloides En
un sistema disperso, las partculas se difunden, espontneamente,
desde las zonas de concentracin ms elevadas a otras de concentracin
inferior, hasta que la concentracin se hace completamente uniforme
en todo el sistema.
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Esta propiedad responde a la ley de Fick, la cantidad, dq, de
sustancia que se difunde en un tiempo dt, a travs de un plano de
rea A, es directamente proporcional a la variacin de la
concentracin, dc, con la distancia recorrida, o sea, que esta ley
viene dada por la ecuacin:
En donde D es el coeficiente de difusin, que representa la
cantidad de sustancia difundida, por unidad de tiempo, a travs de
un rea de unidad cuando dc/dx, o sea, el gradiente de concentracin,
es la unidad. (Universidad de Chile, 2009) Superficie de los
coloides La superficie especfica de los coloides en general es muy
alta ya que sus partculas son muy pequeas. Esto permite que tengan
una gran capacidad de adsorcin de sustancias. A medida que se
pulveriza una sustancia aumenta su superficie. Si la superficie de
la micela atrae y se une a las molculas del medio dispersante, el
coloide se llama lifilo (atrae los lquidos) si los repele se llama
lifobo (repulsin a los lquidos). En el caso de ser el agua el medio
dispersante se llaman hidrfilos o hidrfobos respectivamente. La
estabilidad de la suspensin coloidal se debe a la existencia de la
carga elctrica del mismo signo en la superficie de las micelas lo
que produce repulsin entre ellas y evita su asociacin y
precipitacin. (Rios, 2007)
3. Qu diferencia existe entre la composicin del color y
turbiedad del agua?
tem Color Turbiedad Composicin Fsica Sustancias disueltas
parcialmente coloidales
Arcillas Coldales
Composicin Qumica cidos orgnicos con pesos moleculares entre 200
y 50000
Cristales de silicatos
Origen Orgnico Mineral Tamao Dispersin 87% < 0,01 Entre 0,1 y
10 Intensidad Aumenta el pH No varia pH Comportamiento Se comporta
como
sustancias disueltas Se comporta nicamente en suspensiones
coloidales
Fuente (Arboleda Valencia, 2000)
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Trabajos citados
Arboleda Valencia, J. (2000). Teora y practica de la purificacin
del agua. McGraw Hill.
Rios, E. G. (2007). Quimica. Colombia: Editorial Norma.
Universidad de Chile. (22 de Septiembre de 2009). Sistema de
Servicios de Informacion y Bibliotecas. Recuperado el 23 de Febrero
de 2012, de Reposorio ciencias quimicas y farmaceuticas:
http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/ap-fisquim-farm12/c18.html
Universidad de Chile. (s.f.). Universidad de Chile. Obtenido de
Ciencia abierta:
http://cabierta.uchile.cl/revista/15/articulos/pdf/edu4.pdf