GUIN I

Parmetros de operacin de un tratamiento Fisicoqumico

Problema: Encontrar la mejor dosis de coagulante y valor de pH para obtener una turbidez de por lo menos 10 UTN.

Introduccin

Operaciones de coagulacin y floculacin. Las aguas potables o residuales, en distintas cantidades, contienen material suspendido, slidos que pueden sedimentar en reposo, o slidos dispersados que no sedimentan con facilidad. Una parte de estos slidos que no sedimentan pueden ser coloides. En los coloides, cada partcula se encuentra estabilizada por una serie de cargas de igual signo sobre su superficie, haciendo que se repelan dos partculas vecinas como se repelen dos polos magnticos. Puesto que esto impide el choque de las partculas y que formen as masas mayores, llamadas flculos, las partculas no sedimentan. Las operaciones de coagulacin y floculacin desestabilizan los coloides y consiguen su sedimentacin. Esto se logra por lo general con la adicin de un agente qumico y aplicando energa de mezclado.

Mezclado del coagulante. Para complementar la adicin del coagulante se requiere del mezclado para destruir la estabilidad del sistema coloidal. Para que las partculas se aglomeren deben chocar, y el mezclado promueve la colisin. El movimiento browniano, movimiento catico comunicado a las partculas pequeas al ser bombardeadas por molculas individuales de agua, est siempre presente como una fuerza homogeneizadora natural. Sin embargo, casi siempre es necesario energa adicional de mezclado. Un mezclado de gran intensidad que distribuya el coagulante y promueve colisiones rpidas es lo ms efectivo.

Crecimiento de los flculos. Una vez que se ha aadido el coagulante y se ha realizado la operacin de coagulacin se pasa a la formacin de flculos mayores. Puede ocurrir que el flculo formado por la aglomeracin de varios coloides no sea lo suficientemente grande como para asentarse con la rapidez deseada. Por ello es conveniente utilizar productos coadyuvantes de la floculacin o simplemente denominados floculantes.

Materiales y equipos

Materiales Reactivos Equipo 6 vasos de precipitados de 1000 mL 6 Pipetas graduadas de 10 mL 6 Propipetas 3 Buretas 3 Soportes universal 3 Pinzas de tres dedos Esptula Charolas para pesar 12 vasos de precipitado de 25 mL Plumn indeleble

Al2(SO4)318 H2O Solucin de NaOH 0.1 N Solucin de HCl 0.10 N Solucin de HCl 0.02 N Indicador de fenoftaleina Indicador de naranja de metilo

Potencimetro Turbidmetro Cronmetro Balanza analtica

El equipo de pruebas de jarras provisto de 6 unidades de tratamiento simultneas. Cada una de ellas dispone de un agitador de palas normalizado con regulador de velocidad para el mezclado rpido o lento de las etapas de coagulacin y floculacin respectivamente. Dispone adems de un controlador de tiempo y una pantalla iluminada por la parte posterior para observar bien el aspecto de las muestras tratadas (Figura 1).

Fig. 1. Equipo de Jarras

Tcnicas analticas

Para evaluar la eficiencia del tratamiento y la dosificacin ptima del coagulante en una muestra se deben realizar varias medidas. Teniendo en cuenta las aplicaciones que se llevan a cabo en la prctica se han puesto a punto las siguientes tcnicas:

Turbiedad (NMX-AA-038-SCFI-2001) pH (NMX-AA-008-SCFI2000) Alcalinidad (NMX-AA-036-SCFI-2001)

Recoleccin preservacin y almacenamiento de la muestra La muestra puede analizarse dentro de las 24 horas despus de su toma, en caso contrario debe conservarse en refrigeracin a 4C. El tiempo mximo de almacenamiento previo al anlisis es de 28 das (NMX-AA-003-1980).

Desarrollo Experimental

1. Determine a la muestra de agua bien homogenizada, la turbiedad, el pH y la alcalinidad segn la NMX correspondiente. Asegrese que el pH de la muestra se halle comprendido entre 6 y 7. En caso contrario, ajstelo con solucin de hidrxido de sodio o de cido clorhdrico 0.10 N.

2. Mida seis porciones de 500 mL de muestra, cada uno en vasos de 1 L y colquelos en el equipo de Jarras

3. Encienda la lmpara y ponga a funcionar los agitadores. Estabilice su rotacin a 100 rpm.

4. Para el primer ensayo aada a los diferentes vasos cantidades crecientes de coagulante (Al2(SO4)318 H2O), en un intervalo que cubran 5 puntos y cuyas concentraciones se encuentren en un intervalo de 10 a 100 mg/L. El vaso nmero seis se utiliza como blanco, para facilitar las comparaciones.

5. Mantenga la agitacin de las paletas a 100 rpm (mezcla rpida o coagulacin), durante un minuto y luego baje la velocidad de agitacin a 40 rpm (mezcla lenta o floculacin), que se mantendr durante 15 minutos.

6. Una vez transcurridos los 15 minutos de agitacin lenta, suspenda la agitacin, retire los agitadores de los vasos y deje el sistema en reposo por 30 minutos durante los cuales deber observar la apariencia y consistencia del flock, as como la velocidad de sedimentacin.

7. Para evaluar la velocidad de sedimentacin se fija una altura y se mide la turbiedad cada 5 minutos durante los 30 minutos del sistema en reposo, registrar los resultados en la Tabla 1 y graficando la turbiedad vs tiempo para cada una de las dosis (grfica 1).

8. La turbidez final, es la medida una vez transcurridos los 30 minutos, en cada uno de los vasos. Se grafica la turbiedad final vs dosis (grfica 2). Selecciona la dosificacin que ofrezca los mejores resultados.

9. Para el segundo ensayo, se repite todo el procedimiento desde el punto dos aadiendo la dosis del coagulante seleccionado y variando ahora el pH en un intervalo de 4.5 a 8.5. Registrar los resultados en la Tabla 2, grfica la turbiedad final vs pH (grfica 3) y selecciona el pH que proporcione los mejores resultados.

Tabla 1. Resultados obtenidos en el primer ensayo

Ensayo N1 Coagulante empleado_____ pH_____ turbiedad inicial_________

Turbiedad

N Vaso Dosis mg/L 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min 1 2 3 4 5 6 Blanco

Tabla 2.Resultados obtenidos en el segundo ensayo

Ensayo N2 Coagulante empleado__ Al2(SO4)318 H2O _______Dosis

utilizada___________________

N Vaso pH turbiedad inicial turbiedad

final %Eliminacin de

turbiedad 1 2 3 4 5 6

Cuestionario

1. Qu observa en la solucin al agregar el Al2(SO4)318 H2O?

2. Qu fenmeno se asocia al cambio observado en la solucin?

3. Qu proceso se presenta al disminuir la agitacin?

4. La rapidez de sedimentacin es igual o diferente para cada dosis. Justifique su respuesta

5. Explique el comportamiento de la grfica 2 sobre la turbidez final con respecto a la dosis del coagulante

6. Cul es el efecto de la dosis, con respecto a los valores de turbiedad final obtenidos a los 30 min?

7. Existen ms de una dosis optima del coagulante?, En caso afirmativo a qu se atribuye?

8. Cul es la dosis seleccionada para realizar la segunda parte del experimento? Justifique su respuesta

9. Describa el comportamiento de la turbiedad vs el pH de la grfica 3.

10. Considera que esta agua residual requiera un proceso de coagulacin floculacin?

11. Cul es la dosis de coagulante y valor de pH seleccionado para este tratamiento?

Referencias

Metcalf & Eddy, (2003). Wastewater Engineering. Treatment and Reuse. Mc Graw Hill. Fourth Edition.

ANEXO A

Calibracin y mediciones de pH

A un punto.

1. Conecte el electrodo al instrumento. 2. Encienda el instrumento con la tecla de pH. 3. Introduzca el electrodo y el sensor de temperatura en la solucin patrn de pH

7.00 y permita que la lectura se estabilice (aproximadamente 30 seg.) 4. Ajuste la perilla de calibracin pH calbrate, hasta que el medidor indique el

valor pH 7.00 de solucin patrn. 5. Retire el electrodo y el sensor de temperatura de la solucin patrn y

enjuguelos con agua destilada, pero no seque electrodo. 6. Introduzca el electrodo en la solucin a medir y lea el valor pH del medidor. Si el

valor de la solucin no est entre 3 unidades de pH de la solucin patrn (7.00 pH), se necesita hacer una calibracin a dos puntos.

7. Despus de cada medicin retire el electrodo y el sensor de temperatura y enjuguelos con agua destilada.

A dos puntos.

1. Siga los pasos de calibracin a un punto (seccin 1.1) hasta el punto 4. 2. Retire el electrodo y el sensor de temperatura, enjuguelos con agua destilada.

Sumerja el electrodo en la segunda solucin patrn de pH 4.01 o pH 10.00. La temperatura de esta solucin patrn debe ser idntica a la de la primera.

3. Ajuste el control de pendiente slope, hasta que el medidor indique el valor de pH de la segunda solucin patrn.

4. Retire el electrodo, enjuguelo con agua destilada y proceda a efectuar las mediciones. No olvide enjuagar el electrodo con agua destilada despus de cada medicin.