facultad de química-farmacia. departamento de ingeniería

Facultad de Química-Farmacia.

DDeeppaarrttaammeennttoo ddee IInnggeenniieerrííaa QQuuíímmiiccaa..

EEEssstttuuudddiiiooo dddeeelll ppprrroooccceeesssooo dddeee tttrrraaatttaaammmiiieeennntttooo qqquuuííímmmiiicccooo ––– fffííísssiiicccooo dddeee cccoooaaaggguuulllaaaccciiióóónnn ––– ffflllooocccuuulllaaaccciiióóónnn eeennn rrreeesssiiiddduuuaaallleeesss lllíííqqquuuiiidddooosss...

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DDrraa.. AAnnaa MMaarrggaarriittaa CCoonnttrreerraass MMooyyaa

22000077 “AÑO 49 DE LA REVOLUCION “

"Cuando se es joven, se crea. Cuando se es inteligente, se produce. No se adapta, se innova: la medianía copia; la

originalidad se atreve." José Martí.

Dedicatoria

A mis padres, quienes ocupan el lugar más importante de mi corazón; por el

amor, el cariño, el ejemplo, el esfuerzo, la confianza y la dedicación que me

han dado durante todo el pasar de los años; por ser yo, una de sus razones

de vivir.

A mi hermano, por formar parte de mí.

Agradecimientos

A mis padres que son el pilar de mi vida, las personas con las que siempre me sentiré

segura, por el amor sin límites que me brindan.

A Abbie por toda su entrega, dedicación y amor.

A mis tutoras Xiomara y Ana Margarita por su gran ayuda y dedicación

desmedida.

A Mary por todo el apoyo dado durante estos años.

A Nivaldo por haberme ayudado cuando lo necesite.

A los técnicos de laboratorio del CEQA, en especial a Iraida.

A todos mis compañeros que me ayudaron en mis momentos más difíciles, en

especial a Yeny, Ennoe, Jeny, Retsel, Ernesto y Carlos.

A todos mis seres queridos que aunque no los mencione, va dirigida una

merecida gota de gratitud por sumarse al sacrificio cotidiano.

¡A todos muchas gracias!

Resumen

Resumen El proceso de Coagulación – Floculación resulta un método útil para la separación de

partículas muy finas de naturaleza coloidal que presentan gran estabilidad en el agua. Por

otra parte, los parámetros óptimos de operación en este proceso requieren ser establecidos

de forma experimental. En el presente trabajo se realiza la simulación del proceso de

coagulación – floculación del residual procedente de la etapa de degradación biológica de la

planta de tratamiento de residuales de la Empresa Textil “Desembarco del Granma” de Villa

Clara con el objetivo de evaluar la sustitución del residual que actualmente se utiliza en la

práctica de la asignatura de Operaciones y Procesos Unitarios IV (OPU-IV) que se imparte

en tercer año de Ingeniería Química y en Tratamiento Químico-Físico de residuales en la

Maestría de Ingeniería en Saneamiento Ambiental, por sus características inadecuadas. La

simulación se realiza mediante el procedimiento de pruebas de jarras, apoyado por un

análisis estadístico aplicando el software de cálculo EXCEL incluido en el paquete de

Microsoft Office y STATGRAPHIC versión 4.1. Se obtienen resultados que muestran la

factibilidad de utilizar el residual propuesto, así como las condiciones óptimas de operación,

que se corresponden con el uso de la alúmina a valor de pH 7 y dosis de 40 mg/L.

Palabras claves:

Tratamiento Físico – Químico.

Coagulación – Floculación.

Coagulante Sulfato de Alúmina.

Coagulante Cloruro Férrico.

Parámetros Óptimos.

Summary

Summary The coagulation process, flocculation, is a very useful method to separate very thins particles

of colloidal nature that presents a great stability in the water. In the other hand, the efficient

operational parameters in this process request to be established in a experimental form. In

this work you can see the simulation of the coagulation process, flocculation of residual

liquids from the biological degradation phase of the Residual Treatment Plant of the

“Desembarco del Granma” Textile Enterprise in Villa Clara with the objective of evaluate the

residual substitution that actually is used in the “Operation and Unitarian Process IV”

signature practical class (OPU-IV) that is imparted in the Third Grade of the career Chemistry

Engineering

In Environmental Sanity, by it’s unfits characteristics. The simulation is realized through “jar

test” method, support by a statistical analysis applying Excel and Statgraphic Software

included in Microsoft Office pack. The acquire results shows the practicality of the use of the

proposed residual, as well as the operational optimum conditions who correspond with the

use of the alumina with a value of pH= 7 and 40 mg/l doses.

Key Words

- Physical-Chemical Treatment

- Coagulation-Flocculation

- Alumina Sulphate Coagulant

- Ferric Chloride Coagulant

- Optimum Parameters

Índice

Índice Introducción…………………………………………………………………………...1

Capitulo 1. Revisión Bibliográfica

1.1 Causas y efectos de los problemas ambientales ……………………………..4

1.2 Concepto de Contaminación…………………………………………………….6

1.2.1 Clases de Contaminantes……………………………………………….. 7

1.3 Contaminación de las aguas…………………………………………………….8

1.3.1 Sustancias contaminantes del agua…………………………………… 9

1.3.2 Causas de la contaminación de las aguas…………………………… 10

1.3.3 Alteraciones físicas del agua…………………………………………… 13

1.3.4 Alteraciones químicas del agua………………………………………... 14

1.3.5 Alteraciones biológicas del agua………………………………………. 16

1.4 Tipos de tratamientos que pueden recibir los residuales líquidos………… 16

1.4.1 Requisitos del tratamiento………………………………………………. 18

1.4.2 Niveles de tratamiento…………………………………………………… 18

1.5 Tratamientos físico – químicos. Etapas……………………………………….. 20

1.5.1 Factores que influyen en el proceso de coagulación………………... 23

1.5.2 Descripción del tratamiento físico – químico………………………….. 25

1.5.3 Coagulantes y coadyuvantes…………………………………………… 27

Conclusiones parciales…………………………………………………………..28

Capitulo 2. Materiales y métodos

2.1 Materiales Utilizados……………………………………………………………...29

2.1.1 Determinación de las características

Físico- Químicas del agua residual………………………………………29

2.1.2 Estudio del proceso de Coagulación - Floculación…………………….31

2.1.3 Coagulantes utilizados…………………………………………………….32

2.1.4 Sustancias reguladoras del pH…………………………………………...34

2.2 Equipos empleados………………………………………………………………34

2.3 Procedimiento experimental…………………………………………………….38

Índice

2.4 Planificación de los experimentos……………………………………………..39

2.5 Procesamiento estadístico………………………………………………………42

Capitulo 3. Análisis de los resultados

3.1 Resultados experimentales cuando

se emplea el sulfato de alúmina como coagulante………………………….43

3.1.1 Análisis de los resultados para el coagulante

sulfato de alúmina analizando como variable respuesta

la turbidez promedio……………………………………………………...43

3.1.2 Análisis estadístico de los resultados obtenidos para el

sulfato de alúmina………………………………………………………...45

3.1.3 Análisis de los resultados para el coagulante sulfato de alúmina

analizando como variable respuesta el % remoción promedio…….47

3.1.4 Análisis de los resultados para el coagulante sulfato de alúmina

analizando como variable respuesta el pH final promedio…………..49

3.1.5 Resultados experimentales para el sulfato de alúmina

expresado en conductividad……………………………………………..50

3.2 Resultados experimentales cuando se emplea

el cloruro férrico como coagulante…………………………………………….51

3.2.1 Análisis de los resultados para el coagulante cloruro férrico

analizando como variable respuesta la turbidez promedio………….51

3.2.2 Análisis estadístico de los resultados obtenidos para el

cloruro férrico……………………………………………………………...54


analizando como variable respuesta el % remoción promedio……..55


analizando como variable repuesta el pH final…………………….....57

3.3 Comparación entre los coagulantes empleados……………………………59

Índice

Conclusiones parciales………………………………………………………..67

Conclusiones....................................................................................................69

Recomendaciones............................................................................................70

Bibliografía

Anexos

Introducción

1

Introducción Los recursos hídricos en nuestro país están afectados en cierta medida por las descargas de

residuales procedentes de los asentamientos humanos, las actividades agropecuarias e

industriales, algunos de ellos con tratamientos deficientes.

Las aguas residuales en general poseen por si mismas propiedades ofensivas que pueden

trasmitirse al cuerpo receptor donde son descargadas como: malos olores y sabores,

consecuencia de las sustancias extrañas que contienen y los compuestos provenientes de la

descomposición de tales materiales; acción tóxica que muchos de los compuestos minerales

u orgánicos que contienen esta agua, provocan sobre la flora y la fauna en los cuerpos

receptores y eutrofización, entre otras.

Estos efectos negativos sobre los cuerpos receptores o contaminación de las aguas traen

aparejados efectos como la destrucción de los limitados recursos hídricos, disminución de la

calidad del agua para abastecimiento de la población o uso para riego o la industria,

supresión del poder auto depurador de cauces receptores con disminución de la flora y la

fauna, lo cual exige un control riguroso y un tratamiento adecuado de las aguas para los

diversos usos.

Para poder conocer el poder contaminante de las aguas residuales se hace necesario

estudiar sus propiedades físico-químicas y biológicas y de esta forma estimar los problemas

ambientales que pudieran causar si son vertidos inadecuadamente en algún cuerpo receptor,

así como poder diseñar, controlar y operar los distintos procesos de depuración de aguas

residuales.

Para contrarrestar los problemas ambientales que pueden causar las aguas residuales al ser

vertidas al cuerpo receptor estas se someten a diversos tratamientos los que pueden ser

físicos, químicos y biológicos.

La presencia en el agua de diversas sustancias sólidas constituye la parte más importante y

aparente de la contaminación. El tamaño de las partículas contaminantes presentes en el

agua es muy variado aunque hay sólidos que por su tamaño pueden observarse a simple

vista en el agua y dejando la suspensión en reposo, se pueden separar bien por decantación

Introducción

2

bajo la influencia de la gravedad o bien por flotación, dependiendo de las densidades

relativas del sólido y del agua. También resulta fácil separarlas por filtración.

Sin embargo, hay otras partículas muy finas de naturaleza coloidal denominadas coloides

que presentan una gran estabilidad en el agua. Tienen un tamaño comprendido entre 0,001

y 1 µ y constituyen una parte importante de la contaminación, causa principal de la turbiedad

del agua. Debido a la gran estabilidad que presentan, resulta imposible separarlas por

decantación, flotación o filtración.

En el presente trabajo se aborda el estudio del tratamiento físico químico de aguas

residuales, el cual tiene como finalidad alteración del estado físico de estas sustancias

mediante la adición de ciertos productos químicos para evitar que las mismas permanezcan

por tiempo indefinido y de forma estable, dirigido a resolver la problemática dada por la

necesidad de cambiar el residual utilizado en la práctica de laboratorio que se realiza en la

asignatura de Operaciones y Procesos Unitarios IV (OPU-IV) que se imparte en tercer año

de Ingeniería Química y en Tratamiento Químico-Físico de residuales en la Maestría de

Ingeniería en Saneamiento Ambiental, ya que este residual presenta características que

afectan los impelentes del equipo Jar Test por problemas de corrosión.

La sustitución del residual utilizado en la práctica de laboratorio por el agua residual de la

Textilera, después de haber pasado esta por un tratamiento biológico de lodos activados,

evita que el equipo Jar Test sea afectado por problemas de corrosión, lo que resultaría de

gran utilidad ya que permitiría un mayor periodo de vida útil del mismo, a la vez que la

elaboración de un manual para las practicas de laboratorio, constituye un aspecto novedoso.

Problema:

En la práctica de laboratorio de coagulación –floculación que se realiza en la asignatura de

Operaciones y Procesos Unitarios IV (OPU-IV) que se imparte en tercer año de Ingeniería

Química y en Tratamiento Químico-Físico de residuales en la Maestría de Ingeniería en

Saneamiento Ambiental, se emplea el residual del proceso de producción del CBQ que es

tóxico y está causando serios problemas de corrosión a los impelentes del equipo Jar Test

empleado para realizar el proceso de coagulación –floculación por lo que el problema a

Introducción

3

resolver es sustituir el tipo de agua residual a tratar de manera que los riesgos para la salud

y el medio ambiente sean menores sin afectar los objetivos de la práctica.

Hipótesis

El agua residual que tradicionalmente es empleada en la práctica de laboratorio de

tratamiento químico físico puede ser sustituida de forma satisfactoria por el agua residual de

la Textilera después de ser tratada biológicamente, con similares resultados desde el punto

de vista científico- técnico y mejores resultados desde el punto de vista de la seguridad

tecnológica y medioambiental.

Objetivos Generales

Evaluar el proceso de coagulación – floculación a escala de laboratorio cuando se emplea

como agua residual madre la de salida del proceso de tratamiento biológico en la Textilera.

Objetivos específicos

1. Analizar el proceso de coagulación floculación a nivel de laboratorio, realizando las

pruebas de jarra al residual mencionado anteriormente.

2. Estudiar la influencia del pH, tipo de coagulante y dosis de coagulante en la eficiencia

del proceso de tratamiento químico-físico simulado.

3. Aplicar las herramientas computacionales y estadísticas necesarias para encontrar las

condiciones óptimas de trabajo en dicho proceso.

El trabajo se encuentra estructurado de la siguiente forma; en el Capitulo I se presenta una

amplia revisión bibliográfica sobre los aspectos teóricos que fundamentan el trabajo

experimental relacionado con el proceso de tratamiento químico - físico de aguas residuales

a partir del fenómeno de coagulación -floculación. En el Capitulo II se explica la metodología

empleada en la investigación, profundizando en los materiales y métodos principales

empleados en la experimentación y procesamiento de estos resultados. En el capitulo III se

presentan los resultados experimentales y se realiza el análisis de los mismos, lo que

permite arribar a las Conclusiones y Recomendaciones de este trabajo. Finalmente se

presenta el cuerpo de Anexos.

Capitulo I. Revisión Bibliográfica

4

1. Revisión Bibliográfica

1.1 Causas y efectos de los problemas ambientales

La especie Homo Sapiens, es decir, el ser humano, apareció tardíamente en la historia de la

Tierra, pero ha sido capaz de modificar el medio ambiente con sus actividades.

Aunque los primeros humanos sin duda vivieron más o menos en armonía con el medio

ambiente, como los demás animales, su alejamiento de la vida salvaje comenzó en la

prehistoria, con la primera revolución agrícola. La capacidad de controlar y usar el fuego les

permitió modificar o eliminar la vegetación natural, y la domesticación y pastoreo de animales

herbívoros llevó al sobre pastoreo y a la erosión del suelo.

El cultivo de plantas originó también la destrucción de la vegetación natural y la demanda de

leña condujo al agotamiento de bosques enteros. Los animales salvajes se cazaban por su

carne y eran destruidos en caso de ser considerados plagas o depredadores.

El rápido avance tecnológico producido tras la edad media culminó en la Revolución

Industrial, que trajo consigo el descubrimiento, uso y explotación de los combustibles fósiles,

así como la explotación intensiva de los recursos minerales de la Tierra. (http://www1.ceit.es.)

Uno de los impactos que el uso de combustibles fósiles ha producido sobre el medio

ambiente terrestre ha sido el aumento de la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la

atmósfera. (http://www.monografias.com)

La Acidificación asociada también al uso de combustibles fósiles es otra consecuencia de la

emisión de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno por las centrales térmicas y por los

escapes de los vehículos a motor. Estos productos interactúan con la luz del Sol, la humedad

y los oxidantes produciendo ácidos sulfúrico y nítrico, que son transportados por la

circulación atmosférica y caen a tierra, arrastrados por la lluvia y la nieve en la llamada lluvia

ácida, o en forma de depósitos secos, partículas y gases atmosféricos.


5

Los estudios mostraron que la capa de ozono estaba siendo afectada por el uso creciente de

clorofluorocarbonos (CFC compuestos de flúor), que se emplean en refrigeración, aire

acondicionado, disolventes de limpieza, materiales de empaquetado y aerosoles.

El cloro, un producto químico secundario de los CFC ataca al ozono, que está formado por

tres átomos de oxígeno, arrebatándole uno de ellos para formar monóxido de cloro. Éste

reacciona a continuación con átomos de oxígeno para formar moléculas de oxígeno,

liberando moléculas de cloro que descomponen más moléculas de ozono.

El adelgazamiento de la capa de ozono expone a la vida terrestre a un exceso de radiación

ultravioleta, que puede producir cáncer de piel y cataratas, reducir la respuesta del sistema

inmunitario, interferir en el proceso de fotosíntesis de las plantas y afectar al crecimiento del

fitoplancton oceánico. Los CFC pueden permanecer en la atmósfera durante más de 100

años, por lo que la destrucción del ozono continuará durante décadas.

En nuestro país, se presta especial atención a la protección del medio ambiente en el contexto

de una política de desarrollo consagrada en la obra revolucionaria iniciada en 1959, como

expresión de lo cual, el Artículo 27 de la Constitución de la República postula que:

"El Estado protege el medio ambiente y los recursos naturales del país. Reconoce su estrecha

vinculación con el desarrollo económico y social sostenible para hacer más racional la vida

humana y asegurar la supervivencia, el bienestar y la seguridad de las generaciones actuales y

futuras. Corresponde a los órganos competentes aplicar esta política. Es deber de los

ciudadanos contribuir a la protección del agua, la atmósfera, la conservación del suelo, la flora,

la fauna y todo el rico potencial de la naturaleza”. (Ley 81 de Medio Ambiente, 1997)

En específico el capítulo IV de esta ley que trata sobre Aguas y Ecosistemas Acuáticos, en su

artículo 93 plantea el establecimiento de tecnologías para el tratamiento eficiente de las aguas

que reduzcan al mínimo la contaminación y favorezcan su reutilización, lo cual se ratifica en el

artículo 95 que especifica: “Las aguas residuales de la actividad económica y social, antes de

ser vertidas al medio ambiente, tienen que recibir el tratamiento correspondiente para que no

contaminen los embalses y cuerpos de aguas terrestres y marítimas”.


6

1.2 Conceptos de contaminación

Según diferentes autores, la contaminación es un cambio perjudicial en las características

físicas, químicas y biológicas de nuestro aire, tierra y agua, que puede afectar o afectará

nocivamente la vida humana y la de especies beneficiosas. (Odum, 1986; Enciclopedia

Multimedia Encarta’99).

Valorando el concepto, según el diccionario Larousse, este plantea que “Es alterar

nocivamente una sustancia u organismo por efecto de residuos procedentes de la actividad

humana o por la presencia de determinados germenes microbianos”. (Diccionario Pequeño

Larousse, 1986.)

En el diccionario de términos ambientales, del portal de medioambiente cubano, se define

por contaminación al “Cambio indeseable de las propiedades físicas, químicas y biológicas,

que puede provocar efectos negativos en los diferentes componentes del medio ambiente”. (http://www.medioambiente.cu)

En su acepción más amplia según (Díaz, B.R. 1987) la contaminación se puede definir como

“La aparición de una cualidad ambiental ante la cual la comunidad expuesta presenta una

respuesta inadecuada. Esta respuesta inadecuada puede ser debido a:

1. La falta de exposición previa a la nueva cualidad ambiental por parte de la comunidad

expuesta.

2. La aparición de la misma en un momento inadecuado a una concentración

inapropiada, aún cuando la comunidad expuesta hubiera sido sometida a una

exposición previa.

3. Una exposición ante una nueva combinación de condiciones.

Podríamos tomar como acertada la última definición, ya que esta enmarca un concepto mas

amplio que las anteriores, sin embargo es importante señalar que la mayor y peor

contaminación que se está dando en estos momentos se debe a la actividad humana, como

resultado de su alta tecnología que en su búsqueda de proporcionar una mejor forma de vida


7

a sus habitantes no se percata que está abusando de los recursos naturales, los desperdicia

y los corrompe, sin preocuparse de devolver un poco de lo mucho que le quita a nuestra

Biósfera.

1.2.1 Clases de contaminantes

Los tipos de contaminantes según (Díaz, B.R 1987) se clasifican en seis categorías:

1. Biológicos

2. Químicos

3. Fisicos

4. Térmicos

5. Radiactivos

6. Ruido

Dentro de estos los de mayor interés a analizar desde el perfil científico de nuestro trabajo

son los relacionados a continuación:

1. Contaminantes biologicos

Los contaminantes biológicos son todos aquellos agentes que provienen del interior de un

ser vivo, o son alguna parte de ellos o son ellos mismos en su totalidad que pueden provocar

alguna enfermedad, o desequilibrio en el cuerpo de los seres vivos al ingerir agua o

alimentos contaminados.

Entre los contaminantes biológicos más comunes encontraremos: el excremento, las

bacterias, las esporas, residuos en descomposición y amebas

2. Contaminantes quimicos

Son sustancias creadas por el ser humano, en los laboratorios, para ser utilizadas en la

agricultura, las fábricas, hospitales, los automóviles, y en el hogar. Dentro de los

contaminantes químicos se encuentran:

• Los pesticidas o plaguicidas. Son sustancias químicas que se utilizan en la

agricultura para eliminar plantas, insectos nocivos o para curar enfermedades de los

cultivos.


8

• Desechos industriales tóxicos. Son los residuos de industrias como las

petroquímicas o fábricas donde se utilizan grandes cantidades de detergentes.

• Smog industrial y del transporte. Humo y contaminantes atmosféricos causados por

las chimeneas de las fabricas, así como los automóviles, camiones y autotransporte

en general.

Todos estos contaminantes afectan el aire, los suelos y las aguas, esta última de gran

interés para el desarrollo de nuestro trabajo, por lo que a continuación se da una pequeña

disertación del tema.

1.3 Contaminación de las aguas

El problema de la contaminación de las aguas dulces es conocido desde la antiguedad. Con

el incremento de la población y el surgimiento de la actividad industrial la polución de ríos,

lagos y aguas subterráneas aumenta constantemente. La Organización Mundial de la Salud

en el sitio (http://www.enbuenasmanos.com) define la contaminacion de las aguas dulces de

la siguiente manera:

"Debe considerarse que un agua está contaminada, cuando su composición o su estado

están alterados de tal modo que ya no reúnen las condiciones a una u otra o al conjunto de

utilizaciones a las que se hubiera destinado en su estado natural".

Siempre hay contaminación natural originada por restos de animales, vegetales, minerales y

sustancias gaseosas que se disuelven cuando los cuerpos de agua atraviesan diferentes

terrenos.

Los materiales orgánicos, mediante procesos biológicos naturales de biodegradación en los

que intervienen descomponedores acuáticos (bacterias y hongos), son degradados a

sustancias más sencillas. En estos procesos es fundamental la cantidad de oxígeno disuelto

en el agua porque los descomponedores lo necesitan para vivir y para producir la

biodegradación.


9

1.3.1 Sustancias contaminantes del agua.

Hay un gran numero de contaminantes del agua que se pueden clasificar de disimiles

maneras. El sitio (http://www.enbuenasmanos.com) nos da la posibilidad de agruparlos en los

siguientes ocho grupos:

• Microorganismos Patógenos. Son los diferentes tipos de bacterias, virus, protozoos

y otros organismos que transmiten enfermedades como el cólera, tifus, gastroenteritis

diversas, hepatitis, etc. En los países en vías de desarrollo las enfermedades

producidas por estos patógenos son uno de los motivos más importantes de muerte

prematura, sobre todo de niños. Normalmente estos microbios llegan al agua en las

heces y otros restos orgánicos que producen las personas infectadas. Por esto, un

buen índice para medir la salubridad de las aguas, en lo que se refiere a estos

microorganismos, es el número de bacterias coliformes presentes en el agua.

• Desechos Orgánicos. Son el conjunto de residuos orgánicos producidos por los

seres humanos, ganado, etc. Incluyen heces y otros materiales que pueden ser

descompuestos por bacterias aeróbicas, es decir en procesos con consumo de

oxígeno. Cuando estos desechos se encuentran en exceso, la proliferación de

bacterias agota el oxígeno, y ya no pueden vivir en estas aguas peces y otros seres

vivos que necesitan oxígeno. Buenos índices para medir la contaminación por

desechos orgánicos son la cantidad de oxigeno disuelto (OD), en agua, o la DBO

(Demanda Biológica de oxigeno).

• Sustancias Químicas Inorgánicas. En este grupo están incluidos ácidos, sales y

metales tóxicos como el mercurio y el plomo, los que en cantidades altas pueden

causar graves daños a los seres vivos, disminuir los rendimientos agrícolas y corroer

los equipos de trabajo con el agua.

• Nutrientes Vegetales Inorgánicos. Nitratos y fosfatos son sustancias solubles en

agua que las plantas necesitan para su desarrollo, pero si se encuentran en cantidad

excesiva inducen el crecimiento desmesurado de algas y otros organismos

provocando la eutrofización de las aguas. Cuando estas algas y otros vegetales

mueren, al ser descompuestos por los microorganismos, se agota el oxígeno y se


10

hace imposible la vida de otros seres vivos. El resultado es un agua maloliente e

inutilizable.

• Compuestos Orgánicos. Muchas moléculas orgánicas como petróleo, gasolina,

plásticos, plaguicidas, disolventes, detergentes, etc., acaban en el agua y

permanecen, en algunos casos, largos períodos de tiempo, porque, al ser productos

fabricados por el hombre, tienen estructuras moleculares complejas difíciles de

degradar por los microorganismos.

• Sedimentos Y Materiales Suspendidos. Muchas partículas arrancadas del suelo y

arrastradas a las aguas, junto con otros materiales que hay en suspensión en las

aguas, son, en términos de masa total, la mayor fuente de contaminación del agua. La

turbidez que provocan en el agua dificulta la vida de algunos organismos, y los

sedimentos que se van acumulando destruyen sitios de alimentación o desove de los

peces, rellenan lagos o pantanos y obstruyen canales, ríos y puertos.

• Sustancias Radiactivas. Isótopos radiactivos solubles pueden estar presentes en el

agua y, a veces, se pueden ir acumulando a los largo de las cadenas tróficas,

alcanzando concentraciones considerablemente más altas en algunos tejidos vivos

que las que tenían en el agua.

• Contaminación Térmica. El agua caliente liberada por centrales de energía o

procesos industriales eleva, en ocasiones, la temperatura de ríos o embalses con lo

que disminuye su capacidad de contener oxígeno y afecta a la vida de los organismos.

1.3.2 Causas de la contaminación de las aguas.

La contaminación del agua causada por las actividades del hombre es un fenómeno

ambiental de importancia, se inicia desde los primeros intentos de la industrialización, para

transformarse en un problema generalizado, a partir de la revolución industrial, iniciada a

comienzos del siglo XIX.

Los procesos de producción industrial requieren la utilización de grandes volúmenes de agua

para la transformación de materias primas, siendo los efluentes de dichos procesos

productivos, vertidos en los cauces naturales de agua (ríos, lagos) con desechos


11

contaminantes. La contaminación del agua se produce a través de la introducción directa o

indirecta en los cauces o acuíferos de sustancias sólidas, líquidas, gaseosas, así como de

energía calórica, entre otras. Esta contaminación es causante de daños en los organismos

vivos del medio acuático y representa, además, un peligro para la salud de las personas y de

los animales.

El desarrollo y la industrialización suponen un mayor uso de agua, una gran generación de

residuos muchos de los cuales van a parar al agua y el uso de medios de transporte fluviales

y marítimos que, en muchas ocasiones, son causa de contaminación de las aguas.

Las fuentes de contaminación pueden ser naturales y antropogénicas, dentro de estas

últimas estan las industriales, los vertidos urbanos, las procedentes de la navegación y de

actividades agrícolas y ganaderas. (http://www1.ceit.es)

Dentro de las naturales estan, el mercurio que se encuentra naturalmente en la corteza de la

Tierra y en los océanos contamina la biosfera mucho más que el procedente de la actividad

humana. Algo similar pasa con los hidrocarburos y con muchos otros productos.

Normalmente las fuentes de contaminación natural son muy dispersas y no provocan

concentraciones altas de contaminacion, excepto en algunos lugares muy concretos. La

contaminación de origen humano, en cambio, se concentra en zonas concretas y, para la

mayor parte de los contaminantes, es mucho más peligrosa que la natural.

• De origen humano

Hay cuatro focos principales de contaminación antropogénica.

1. Industria. Según el tipo de industria se producen distintos tipos de residuos. Normalmente

en los países desarrollados muchas industrias poseen eficaces sistemas de depuración de

las aguas, sobre todo las que producen contaminantes más peligrosos, como metales

tóxicos. En la tabla 1 se hace referencia a las sustancias contaminantes y las industrias

portadoras.


12

Tabla 1. Sustancias contaminantes e industrias portadoras Sector industrial Sustancias contaminantes principales

Construcción Sólidos en suspensión, metales, pH.

Minería Sólidos en suspensión, metales pesados, materia orgánica, pH, cianuros.

Energía Calor, hidrocarburos y productos químicos.

Textil y piel Cromo, taninos, tensoactivos, sulfuros, colorantes, grasas, disolventes

orgánicos, ácidos acético y fórmico, sólidos en suspensión.

Automoción Aceites lubricantes, pinturas y aguas residuales.

Navales Petróleo, productos químicos, disolventes y pigmentos.

Siderurgia Cascarillas, aceites, metales disueltos, emulsiones, sosas y ácidos.

Química inorgánica Hg, P, fluoruros, cianuros, amoniaco, nitritos, ácido sulfhídrico, F, Mn, Mo,

Pb, Ag, Se, Zn, etc. y los compuestos de todos ellos.

Química orgánica Organohalogenados, organosilícicos, compuestos cancerígenos y otros que

afectan al balance de oxígeno.

Fertilizantes Nitratos y fosfatos.

Pasta y papel Sólidos en suspensión y otros que afectan al balance de oxígeno.

Plaguicidas Organohalogenados, organofosforados, compuestos cancerígenos,

biocidas, etc.

Fibras químicas Aceites minerales y otros que afectan al balance de oxígeno.

Pinturas, barnices y tintas Compuestos organoestámicos, compuestos de Zn, Cr, Se, Mo, Ti, Sn, Ba,

Co, etc.

2. Vertidos urbanos. La actividad doméstica produce principalmente residuos orgánicos,

pero el alcantarillado arrastra además todo tipo de sustancias: emisiones de los automóviles

(hidrocarburos, plomo, otros metales, etc.), sales, ácidos, etc.


13

3. Navegación. Produce diferentes tipos de contaminación, especialmente con

hidrocarburos. Los vertidos de petroleo, accidentales o no, provocan importantes daños

ecológicos.

4. Agricultura y ganadería. Los trabajos agrícolas producen vertidos de pesticidas,

fertilizantes, restos orgánicos de animales y plantas que contaminan de una forma difusa

pero muy notable las aguas.

1.3.3 Alteraciones físicas del agua

• Color: El agua no contaminada suele tener ligeros colores rojizos, pardos,

amarillentos o verdosos debido, principalmente, a los compuestos húmicos, férricos o

los pigmentos verdes de las algas que contienen. Las aguas contaminadas pueden

tener muy diversos colores pero, en general, no se pueden establecer relaciones

claras entre el color y el tipo de contaminación

• Olor y sabor: Compuestos químicos presentes en el agua como los fenoles, diversos

hidrocarburos, cloro, materias orgánicas en descomposición o esencias liberadas por

diferentes algas u hongos pueden dar olores y sabores muy fuertes al agua, aunque

estén en muy pequeñas concentraciones. Las sales o los minerales dan sabores

salados o metálicos, en ocasiones sin descomposición o esencias liberadas por

diferentes algas u hongos pueden dar olores y sabores muy fuertes al agua, aunque

estén en muy pequeñas concentraciones.

• Temperatura: El aumento de la temperatura disminuye la solubilidad de gases

(oxígeno) y aumenta, en general, la de las sales. Aumenta la velocidad de las

reacciones del metabolismo, acelerando la putrefacción. La temperatura óptima del

agua para beber está entre 10 y 14ºC. Las centrales nucleares, térmicas y otras

industrias contribuyen a la contaminación térmica de las aguas, a veces de forma

importante.

• Materiales en suspensión: Partículas como arcillas, limo y otras, aunque no lleguen

a estar disueltas, son arrastradas por el agua de dos maneras: en suspensión estable

(disoluciones coloidales); o en suspensión que sólo dura mientras el movimiento del


14

agua las arrastra. Las suspendidas coloidalmente sólo precipitarán después de haber

sufrido coagulación o floculación (reunión de varias partículas)

• Radiactividad: Las aguas naturales tienen unos valores de radiactividad, debidos

sobre todo a isótopos del potacio (K). Algunas actividades humanas pueden

contaminar el agua con isótopos radiactivos.

• Espumas: Los detergentes producen espumas y añaden fosfato al agua

(eutrofización). Disminuyen mucho el poder autodepurador de los ríos al dificultar la

actividad bacteriana. También interfieren en los procesos de floculación y

sedimentación en las estaciones depuradoras.

• Conductividad: El agua pura tiene una conductividad eléctrica muy baja. El agua

natural tiene iones en disolución y su conductividad es mayor y proporcional a la

cantidad y características de esos electrolitos. Por esto se usan los valores de

conductividad como índice aproximado de concentración de solutos. Como la

temperatura modifica la conductividad las medidas se deben hacer a

20ºC.(http://www1.ceit.es)

1.3.4 Alteraciones químicas del agua

• pH: Las aguas naturales pueden tener pH ácidos por el CO2 disuelto desde la

atmósfera o proveniente de los seres vivos; por ácido sulfúrico procedente de algunos

minerales, por ácidos húmicos disueltos del mantillo del suelo. La principal sustancia

básica en el agua natural es el carbonato cálcico que puede reaccionar con el CO2

formando un sistema tampón carbonato / bicarbonato. Las aguas contaminadas con

vertidos mineros o industriales pueden tener pH muy ácido. El pH tiene una gran

influencia en los procesos químicos que tienen lugar en el agua, actuación de los

floculantes, tratamientos de depuración, etc.

• Oxigeno disuelto (OD): El oxígeno es fundamental para la vida. Si el nivel de oxígeno

disuelto en el agua es bajo indica contaminación con materia orgánica, septicización,

mala calidad del agua e incapacidad para mantener determinadas formas de vida


15

• Materia orgánica biodegradable, Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5): Es la

cantidad de oxígeno disuelto requerido por los microorganismos para la oxidación

aerobia de la materia orgánica biodegradable presente en el agua. Su valor da idea de

la calidad del agua desde el punto de vista de la materia orgánica presente y permite

prever cuanto oxígeno será necesario para la depuración de esas aguas e ir

comprobando la eficacia del tratamiento en una planta.

• Nitrógeno total: Varios compuestos de nitrógeno son nutrientes esenciales. Su

presencia en las aguas en exceso causa la eutrofización.El nitrógeno se presenta en

diferentes formas químicas en las aguas naturales y contaminadas. En los análisis

habituales se suele determinar el NTK (nitrógeno total Kendahl) que incluye el

nitrógeno orgánico y el amoniacal. El contenido en nitratos y nitritos se da por

separado.

• Fósforo total: El fósforo, como el nitrógeno, es nutriente esencial para la vida. Su

exceso en el agua provoca eutrofización. El fósforo total incluye distintos compuestos

como diversos ortofosfatos, polifosfatos y fósforo orgánico. La determinación se hace

convirtiendo todos ellos en ortofosfatos que son los que se determinan por análisis

químico.

• Compuestos orgánicos: Los aceites y grasas procedentes de restos de alimentos o

de procesos industriales (automóviles, lubricantes, etc.) son difíciles de metabolizar

por las bacterias y flotan formando películas en el agua que dañan a los seres

vivos.Los fenoles pueden estar en el agua como resultado de contaminación industrial

y cuando reaccionan con el cloro que se añade como desinfectante forman

clorofenoles que son un serio problema porque dan al agua muy mal olor y

sabor.(http://www1.ceit.es)


16

1.3.5 Alteraciones biológicas del agua

• Bacterias coliformes: Desechos fecales

• Virus: Desechos fecales y restos orgánicos

• Animales, plantas, microorganismos diversos: Eutrofización

(http://www1.ceit.es)

1.4 Tipos de tratamientos que pueden recibir los residuales líquidos

El objetivo de estos tratamientos es, en general, reducir la carga de contaminantes del

vertido y convertirlo en inocuo para el medio ambiente. Para cumplir estos fines se usan

distintos tipos de tratamiento dependiendo de los contaminantes que arrastre el agua y de

otros factores más generales, como localización de la planta depuradora, clima, ecosistemas

afectados, etc.

Hay distintos tipos de tratamiento de las aguas residuales para lograr retirar contaminantes.

Se pueden usar desde sencillos procesos físicos como la sedimentación, hasta complicados

procesos químicos, biológicos o térmicos. Entre ellos, de acuerdo con lo planteado en

trabajos publicados en el sitio. (http://www1.ceit.es) y (Muñoz, H.1992, Ramírez, C. 1992) los

más usuales son los siguientes:

1. Físicos

• Sedimentación.

• Flotación.- Natural o provocada con aire.

• Filtración.- Con arena, carbón, cerámicas, etc.

• Evaporación.

• Adsorción.- Con carbón activado, zeolitas, etc.

• Desorción (Stripping). Se transfiere el contaminante al aire (ej. amoniaco).

• Extracción.- Con líquido disolvente que no se mezcla con el agua.


17

2. Químicos

• Coagulación – Floculación: Agregación de pequeñas partículas usando coagulantes y

floculantes (sales de hierro, aluminio, polielectrolitos, etc.)

• Precipitación Química: Eliminación de metales pesados haciéndolos insolubles con la

adición de lechada de cal, hidróxido sódico u otros que suben el pH.

• Oxidación – Reducción: Con oxidantes como el peróxido de hidrógeno, ozono, cloro,

permanganatos potásicos o reductores como el sulfito sódico.

• Reducción Electrolítica: Provocando la deposición en el electrodo del contaminante.

Se usa para recuperar elementos valiosos.

• Intercambio Iónico: Con resinas que intercambian iones. Se usa para quitar dureza al

agua.

• Osmosis Inversa: Haciendo pasar el agua a través de membranas semipermeables

que retienen los contaminantes disueltos.

3. Biológicos.

Usan microorganismos que se nutren con diversos compuestos que contaminan las aguas.

Los flóculos que se forman por agregación de microorganismos son separados en forma de

lodos.

• Lodos activos.- Se añade agua con microorganismos a las aguas residuales en

condiciones aerobias (burbujeo de aire o agitación de las aguas).

• Filtros Bacterianos.- Los microorganismos están fijos en un soporte sobre el que

fluyen las aguas a depurar. Se introduce oxígeno suficiente para asegurar que el

proceso es aerobio.

• Biodiscos: Intermedio entre los dos anteriores. Grandes discos dentro de una mezcla

de agua residual con microorganismos facilitan la fijación y el trabajo de los

microorganismos.

• Lagunas Aireadas: Se realiza el proceso biológico en lagunas de grandes

extensiones.


18

• Degradación Anaerobia: Procesos con microorganismos que no necesitan oxígeno

para su metabolismo.

1.4.1 Requisitos del tratamiento.

Los requisitos que deben cumplir todos los tratamientos de residuales según (Díaz, B.R. 1987)

son los siguientes:

• Ser efectivos en la remoción de materia orgánica.

• Ser relativamente económicos en lo referente a los costos de inversión.

• Ser energéticamente aceptables.

• No deben aportar impurezas adicionales al agua tratada.

1.4.2 Niveles de tratamiento

El proceso final del tratamiento de las aguas servidas, con objeto de su depuración, se

efectúa en plantas cuyas características son variables.

Cualquier análisis que se realice debe tener presente, según lo reflejado en el sitio

(http://www.ilustrados.com), “la operación de eliminación de las impurezas, en forma de

sólidos que puedan ser sedimentables”.

Las aguas residuales se pueden someter a diferentes niveles de tratamiento, dependiendo

del grado de purificación que se quiera. Es tradicional hablar de tratamiento primario,

secundario, etc, aunque muchas veces la separación entre ellos no es totalmente clara. Así

se pueden distinguir:

1. Pretratamiento. Es un proceso en el que usando rejillas y cribas se separan restos

voluminosos como palos, telas, plásticos, etc.

2. Tratamiento primario. Hace sedimentar los materiales suspendidos usando tratamientos

físicos o fisico-químicos. En algunos casos dejando, simplemente, las aguas residuales un

tiempo en grandes tanques o, en el caso de los tratamientos primarios mejorados, añadiendo

al agua contenida en estos grandes tanques, sustancias químicas quelantes que hacen más

rápida y eficaz la sedimentación. También se incluyen en estos tratamientos la neutralización

del pH y la eliminación de contaminantes volátiles como el amoniaco (desorción). Las


19

operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la

filtración, neutralización y la desorción (stripping). (http://www1.ceit.es) y (Ramírez, J.S.)

3.Tratamiento secundario. El tratamiento secundario de las aguas residuales comprende,

según el sitio (http://www.monografias.com), una serie de reacciones complejas de digestión

y fermentación. Elimina las partículas coloidales y similares. Puede incluir procesos

biológicos y químicos. El proceso secundario más habitual es un proceso biológico en el que

se facilita que bacterias aerobias digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este

proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en

los que se mezcla con agua cargada de lodos activos (microorganismos). Estos tanques

tienen sistemas de burbujeo o agitación que garantizan condiciones aerobias para el

crecimiento de los microorganismos. Posteriormente se conduce este líquido a tanques

cilíndricos, con sección en forma de tronco de cono, en los que se realiza la decantación de

los lodos. Separados los lodos, el agua que sale contiene muchas menos impurezas.

4.Tratamientos más avanzados.

Si el agua que ha de recibir el vertido requiere un grado de tratamiento mayor que el que

puede aportar el proceso secundario, o si el efluente va a reutilizarse, es necesario un

tratamiento avanzado de las aguas residuales. Consisten en procesos físicos y químicos

especiales con los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo,

nitrógeno, minerales, metales pesados, virus, compuestos orgánicos, etc. Es un tipo de

tratamiento más caro que los anteriores y se usa en casos más especiales: para purificar

desechos de algunas industrias, especialmente en los países más desarrollados, o en las

zonas con escasez de agua que necesitan purificarla para volverla a usar como potable, en

las zonas declaradas sensibles (con peligro de eutrofización) en las que los vertidos deben

ser bajos en nitrógeno y fósforo, etc. (http://www1.ceit.es) & (http://www.estrucolan.com)


20

1.5 Tratamiento fisico - químico. Etapas

Para romper la estabilidad de las partículas coloidales y poderlas separar, es necesario

realizar tres operaciones, según (http://es.wikibooks.org) y (Ramírez, C. 1992). Estas son la

coagulación, la floculación y la decantación o flotación posterior.

1. Coagulación.

La coagulación consiste en desestabilizar los coloides por neutralización de sus cargas,

dando lugar a la formación de un flóculo o precipitado. Esta se consigue añadiéndole al agua

un producto químico (electrolito) llamado coagulante, los cuales son normalmente sales de

hierro y aluminio.

En este proceso se pueden considerar dos mecanismos básicos:

a) Neutralización de la carga del coloide.

El electrolito al solubilizarse en agua libera iones positivos con la suficiente densidad de

carga para atraer a las partículas coloidales y neutralizar su carga.

Se ha observado que el efecto aumenta marcadamente con el número de cargas del ión

coagulante. Así pues, para materias coloidales con cargas negativas, los iones Ba y Mg,

bivalentes, son en primera aproximación 30 veces más efectivos que el Na, monovalente; y,

a su vez, el Fe y Al, trivalentes, unas 30 veces superiores a los divalentes.

Para los coloides con cargas positivas, la misma relación aproximada existe entre el ión

cloruro, Cl-, monovalente, el sulfato, (SO4)-2, divalente, y el fosfato, (PO4)-3 , trivalente.

b) Inmersión en un precipitado o flóculo de barrido.

Los coagulantes forman en el agua ciertos productos de baja solubilidad que precipitan. Las

partículas coloidales sirven como núcleo de precipitación quedando inmersas dentro del

precipitado.

2. Floculación.

La floculación trata la unión entre los flóculos ya formados con el fin de aumentar su

volumen y peso de forma que pueden decantar. Consiste en la captación mecánica de las


21

partículas neutralizadas dando lugar a un entramado de sólidos de mayor volumen. De esta

forma, se consigue un aumento considerable del tamaño y la densidad de las partículas

coaguladas, aumentando por tanto la velocidad de sedimentación de los flóculos.

Básicamente, existen dos mecanismos por los que las partículas entran en contacto:

• Por el propio movimiento de las partículas (difusión browniana). En este caso se habla

de Floculación Pericinética o por Convección Natural. Es muy lenta.

• Por el movimiento del fluido que contiene a las partículas, que induce a un movimiento

de éstas. Esto se consigue mediante agitación de la mezcla. A este mecanismo se le

denomina Floculación Ortocinética o por Convección Forzada.

Existen además ciertos productos químicos llamados floculantes que ayudan en el proceso

de floculación. Un floculante actúa reuniendo las partículas individuales en aglomerados,

aumentando la calidad del flóculo (flóculo más pesado y voluminoso).

Factores que influyen en la floculación:

a) Coagulación previa lo más perfecta posible.

b) Agitación lenta y homogénea. La floculación es estimulada por una agitación lenta de la

mezcla puesto que así se favorece la unión entre los flóculos. Un mezclado demasiado

intenso no interesa porque rompería los flóculos ya formados.

c) Temperatura del agua. La influencia principal de la temperatura en la floculación es su

efecto sobre el tiempo requerido para una buena formación de flóculos.

Generalmente, temperaturas bajas dificultan la clarificación del agua, por lo que se requieren

periodos de floculación más largos o mayores dosis de floculante.

d) Características del agua. Un agua que contiene poca turbiedad coloidal es,

frecuentemente, de floculación más difícil, ya que las partículas sólidas en suspensión actúan

como núcleos para la formación inicial de flóculos.

e) Tipos de floculantes

Según su naturaleza, los floculantes pueden ser:


22

• Minerales: por ejemplo la sílice activada. Se le ha considerado como el mejor

floculante capaz de asociarse a las sales de aluminio. Se utiliza sobre todo en el

tratamiento de agua potable.

• Orgánicos: son macromoléculas de cadena larga y alto peso molecular, de origen

natural o sintético.

Los floculantes orgánicos de origen natural se obtienen a partir de productos naturales como

alginatos (extractos de algas), almidones (extractos de granos vegetales) y derivados de la

celulosa. Su eficacia es relativamente pequeña.

Los de origen sintético, son macromoléculas de cadena larga, solubles en agua, conseguidas

por asociación de monómeros simples sintéticos, alguno de los cuales poseen cargas

eléctricas o grupos ionizables por lo que se le denominan polielectrolitos.

Según el carácter iónico de estos grupos activos, se distinguen:

• Polielectrolitos no iónicos: son poliacrilamidas de masa molecular comprendida entre 1

y 30 millones.

• Polielectrolitos aniónicos: Caracterizados por tener grupos ionizados negativamente

(grupos carboxílicos).

• Polielectrolitos catiónicos: caracterizados por tener en sus cadenas una carga eléctrica

positiva, debida a la presencia de grupos amino.

En general, la acción de los polielectrolitos puede dividirse en tres categorías:

En la primera, los polielectrolitos actúan como coagulantes rebajando la carga de las

partículas. Puesto que las partículas del agua residual están cargadas negativamente, se

utilizan a tal fin los polielectrolitos catiónicos.

La segunda forma de acción de los polielectrolitos es la formación de puentes entre las

partículas. El puente se forma entre las partículas que son adsorbidas por un mismo

polímero, las cuales se entrelazan entre sí provocando su crecimiento.

La tercera forma de actuar se clasifica como una acción de coagulación formación de

puentes, que resulta al utilizar polielectrolitos catiónicos de alto peso molecular. Además de

disminuir la carga, estos polielectrolitos formarán también puentes entre las partículas.


23

3. Decantación o Flotación.

Esta última etapa tiene como finalidad el separar los agregados formados del seno del agua.

1.5.1 Factores que influyen en el proceso de coagulación.

1. pH. EL pH es un factor crítico en el proceso de coagulación. Siempre hay un intervalo de

pH en el que un coagulante específico trabaja mejor, que coincide con el mínimo de

solubilidad de los iones metálicos del coagulante utilizado.

Siempre que sea posible, la coagulación se debe efectuar dentro de esta zona óptima de pH,

ya que de lo contrario se podría dar un desperdicio de productos químicos y un descenso del

rendimiento de la planta.

Si el pH del agua no fuera el adecuado, se puede modificar mediante el uso de coadyuvantes

o ayudantes de la coagulación, entre los que se encuentran: cal viva, cal apagada, carbonato

sódico, sosa cáustica y acidos minerales.

2. Agitación rápida de la mezcla. Para que la coagulación sea óptima, es necesario que la

neutralización de los coloides sea total antes de que comience a formarse el flóculo o

precipitado. Por lo tanto, al ser la neutralización de los coloides el principal objetivo que se

pretende en el momento de la introducción del coagulante, es necesario que el reactivo

empleado se difunda con la mayor rapidez posible, ya que el tiempo de coagulación es muy

corto (1 segundo)..

3.Tipo y cantidad de coagulante. Los coagulantes principalmente utilizados son las sales

de aluminio y de hierro. Las reacciones de precipitación que tienen lugar con cada

coagulante son las siguientes:

• Sulfato de aluminio (también conocido como sulato de alúmina) (Al2(SO4)3)

Cuando se añade sulfato de alúmina al agua residual que contiene alcalinidad de carbonato

ácido de calcio y magnesio, la reacción que tiene lugar es la siguiente:

Al2 (SO4)3 + 3 Ca (HCO3)2 = 2 Al (OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

La reacción es análoga cuando se sustituye el bicarbonato cálcico por la sal de magnesio.

Rango de pH para la coagulación óptima: 5 - 7,5.


24

Dosis: en tratamiento de aguas residuales, de 100 a 300 g/m3, según el tipo de agua residual

y la exigencia de calidad.

- Con cal:

Al2 (SO4)3 + Ca (OH)2 = 2 Al (OH)3 + 3 CaSO4

Dosis: se necesita de cal un tercio de la dosis de sulfato de alúmina comercial.

- Con carbonato de sodio:

Al2 (SO4)3 + 3H2O + 3 Na2CO3 = 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3 CO2

Dosis: se necesita entre el 50 y el 100% de la dosis de sulfato de aluminio comercial.

• Sulfato ferroso (FeSO4)

- Con la alcalinidad natural:

FeSO4 + Ca (HCO3)2 = Fe (OH)2 + CaSO4 + CO2 Seguido de:

Fe (OH)2 + O2 + H2O = Fe (OH)3

Rango de pH para la coagulación óptima, alredededor de 9,5.

Dosis: se necesitan de 200 a 400 g/m3 de reactivo comercial FeS04 7 H2O

Con cal:

Fe (SO4)2 + Ca (OH)2 = Fe (OH)2 + Ca (SO4) Seguido de:

Fe (OH)2 + O2 + H2O = Fe (OH)3

Dosis de cal: el 26% de la dosis de sulfato ferroso.

• Sulfato férrico (Fe2(SO4)3)


Fe2 (SO4)3 + 3 Ca (HCO3)2 = 2 Fe (OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

Rango de pH para la coagulación óptima: entre 4 y 7, y mayor de 9.

Dosis: de 10 a 150 g/m3 de reactivo comercial Fe2 (SO4)3 9 H2O

Con cal:

Fe2(SO4)3 + 3 Ca (OH)2 = 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4

Dosis de cal: el 50% de la dosis de sulfato férrico.


25

• Cloruro férrico (FeCl3)


2 FeCl3 + 3 Ca (HCO3)2 = 3 CaCl2 + 2 Fe(OH)3 + 6 CO2

Rango de pH para la coagulación óptima: entre 4 y 6, y mayor de 8.

Dosis: de 5 a 160 g/m3 de reactivo comercial FeCl3 6 H2O

Con cal:

2 FeCl3 + 3 Ca (OH)2 = 2 Fe (OH)3 + 3 CaCl2

La selección del coagulante y la dosis exacta necesaria en cada caso, sólo puede ser

determinada mediante ensayos de laboratorio (Jar-Test). (http://es.wikibooks.org) y (Metcalf & Eddy, 1996)

1.5.2 Descripción del tratamiento físico - químico.

El tratamiento físico-químico puede constituir una única etapa dentro del tratamiento del agua

residual o bien puede interponerse como proceso de depuración complementario entre el

pretratamiento y el tratamiento biológico según (http://es.wikibooks.org) y (Ramírez, C. ,1992)

En cualquiera de los dos casos, el vertido procedente del pretratamiento es sometido a las

distintas fases de depuración físico-químicas:

• Coagulación

• Coadyuvacion

• Floculación.

El proceso de coagulación se efectúa en un sistema que permita una mezcla rápida y

homogénea del producto coagulante con el agua residual, llamado mezclador rápido o

coagulador. Consiste en una cámara de mezcla provista de un sistema de agitación que

puede ser del tipo de hélice o turbina.El tiempo de retención es de 3 a 5 minutos.

El reactivo (coagulante) se almacena en un depósito específico que puede ser de material

diverso como PRFV, polietileno, metálico con imprimación, etc.

El coagulante debe ser dosificado antes del vertido en forma de disolución; a una

concentración determinada. En algunos casos, el reactivo se recibe en la planta disuelto y se


26

almacena en los depósitos. Otras veces se recibe en estado sólido, en cuyo caso, el tanque

utilizado para su almacenamiento debe estar provisto de un sistema de agitación para la

preparación de la disolución.

El transporte del producto desde el depósito de almacenamiento hasta la cámara de mezcla

se lleva a cabo mediante una bomba dosificadora.

La coadyuvacion tiene como finalidad llevar el vertido a un pH óptimo para ser tratado. Para

ello se utilizan ciertos productos químicos llamados coadyuvantes o ayudantes de

coagulación. Este proceso tiene lugar en la misma cámara donde se realiza la coagulación.

Como en el caso del coagulante, el coadyuvante se prepara en un dispositivo aparte provisto

de un sistema de agitación. Igualmente, para la adición del reactivo al agua residual se

emplea una bomba dosificadora.

El vertido, una vez coagulado, pasara a la siguiente etapa, denominada floculación. En dicha

etapa, se le añade al agua un producto químico llamado floculante (polielectrolito), cuya

función fundamental es favorecer la agregación de las partículas individuales o floculos

formados durante la coagulación. Se originan floculos de mayor tamaño, los cuales, debido a

su aumento de peso, decantaran en la última etapa del tratamiento físico-químico.

La floculación puede tener lugar en un floculador separado o bien en el interior de un

decantador.

Los floculadores son depósitos provistos de sistemas de agitación que giran con relativa

lentitud para no romper los flóculos formados durante la coagulación. El tiempo de retención

en estos sistemas suele ser de 10 a 30 minutos.

Otra posibilidad es realizar el proceso de coagulación-floculación y decantación en una sola

unidad. En este caso, el decantador lleva incorporado un sistema de recirculación de fangos

para mejorar el crecimiento de las partículas y facilitar su sedimentación.

La dosificación de polielectrolito también se hace en forma de disolución, debido a las

características propias del reactivo (alta viscosidad), su preparación requiere un especial

cuidado.


27

El depósito de almacenamiento del polielectrolito deberá disponer de un agitador para poder

proceder a su acondicionamiento. La aplicación del reactivo al agua se realiza mediante una

bomba especial para este tipo de producto.

1.5.3 Coagulantes y coadyuvantes.

Las disoluciones de coagulantes y coadyuvantes se preparan mediante la adición del peso o

volumen, medido del producto, bien utilizando una bomba o bien de forma manual a un

depósito que contenga la cantidad de agua necesaria. Dicho depósito debe estar provisto de

una buena agitación para asegurar la mezcla total y homogénea del producto en el agua. Es

recomendable, antes de añadir el reactivo, cubrir con agua entre un tercio y un medio de la

capacidad del tanque de mezcla, de modo que el nivel quede por encima de las paletas del

agitador.

Los coagulantes se preparan en un rango de concentración entre 10 y el 50% (relación peso

/ volumen). Por su parte, la concentración en que se preparan los coadyuvantes oscila entre

un 0.5 y un 5%.(http://es.wikibooks.org) y (Chudoba J., 1986)


28

Conclusiones parciales

1. El vertimiento de las aguas residuales provoca serios problemas ambientales, por lo

que se debe lograr el establecimiento de tecnologías para el tratamiento eficiente que

reduzca al mínimo la contaminación, favorezcan su reutilización y cumplir el

tratamiento correspondiente para que no contaminen los embalses, cuerpos de aguas

terrestres y marítimas.

2. Los sedimentos y los materiales suspendidos en las aguas residuales provocan la

turbidez, esta dificulta la vida de algunos organismos y da en gran medida el nivel de

contaminacion que tiene el agua y los sedimentos que se acumulan destruyen sitios

de alimentación o desove de los peces, rellenan lagos o pantanos y obstruyen

canales, ríos y puertos.

3. El proceso de coagulación - floculación permite eliminar las partículas finas que se

encuentran en el seno del agua.

4. Es común encontrar en la literatura revisada la recomendación de uso del sulfato de

alúmina y el cloruro férrico como coagulantes para el tratamiento físico - químico de

aguas y aguas residuales.

5. Para establecer las condiciones óptimas de operación para el proceso de coagulación

floculación se requiere del procedimiento experimental de la prueba de jarras (Jar

Test).

Capitulo II. Materiales y métodos

29

2. Materiales y métodos La investigación se realiza en el Laboratorio de Tratamiento de Residuales de la Facultad de

Química - Farmacia en la UCLV donde se simula el proceso de coagulación floculación del

agua residual posterior a la etapa de degradación biológica de la planta de tratamiento de

residuales de la Empresa Textil “Desembarco del Granma” de Villa Clara.

2.1 Materiales utilizados.

2.1.1 Determinación de las características físico - químicas del agua residual.

Para conocer la composición inicial del agua residual, se realiza una caracterización general

de la misma.

Los procedimientos analíticos y fundamentos de los métodos utilizados, son reportados en la

Tabla 2. Todas estas determinaciones analíticas fueron llevadas a cabo en los laboratorios

del CEQA, empleando los métodos Standard de Análisis de Aguas y Aguas residuales.

Estos laboratorios del CEQA están enfrascados en procesos de acreditación por lo que los

equipos y cristalería utilizados en las determinaciones, están debidamente verificados por la

Oficina Territorial de Normalización (OTN) de Villa Clara.

Tabla 2. Procedimientos analíticos utilizados para el análisis físico - químico del agua residual. Ensayo realizado Método utilizado

DQO (mg/L) Dicromato. Reflujo abierto y cuantificación volumétrica

DBO5 (mg de O2/L) Incubación a 200C por 5 días

Sólidos totales. (mg/L) Gravimétrico a 103-1050C.

Sólidos totales volátiles. (mg/L) Gravimétrico a 500 0C

Sólidos totales fijos. (mg/L) Por diferencia

Sólidos suspendidos totales. (mg/L) Gravimétrico a 103-1050C.

Sólidos suspendidos volátiles. (mg/L) Gravimétrico a 500 0C

Sólidos suspendidos fijos. (mg/L) Por diferencia

Sólidos totales disueltos. (mg/L) Electrométrico


30

Conductividad (µs/cm) Electrométrico

Alcalinidad (mg Ca CO3/L) Potenciométrico

pH (unidades) Electrométrico

Nitrógeno total (mg NH3-N/L) Digestión ácida, destilación y cuantificación volumétrica.

Nitrógeno amoniacal (mg de N-NH3/L) Destilación y cuantificación volumétrica.

Se realizaron dos caracterizaciones generales del agua residual procedente de la Planta de

Tratamiento de la Textilera. En total se tomaron dos muestras puntuales siempre a la salida

del sedimentador primario, es decir, después de haber recibido el tratamiento biológico. En la

tabla 3 aparecen los resultados analíticos obtenidos para ambas muestras.

Tabla 3. Resultados analíticos del agua residual (Muestreos 1 y 2)

Ensayo realizado

Resultados

Muestreo 1

Resultados

Muestreo 2

DQO (mg/L) 523.2 338

DBO5 (mg de O2/L) 133 121

Sólidos totales. (mg/L) 1088 1682

Sólidos totales volátiles. (mg/L) 402 444

Sólidos totales fijos. (mg/L) 686 1238

Sólidos suspendidos totales (mg/L) 140 126

Sólidos suspendidos volátiles. (mg/L) 140 100

Sólidos suspendidos fijos. (mg/L) 0 26

Sólidos totales disueltos. (mg/L) 640 1370

Conductividad (µs/cm) 1300 2750

pH (unidades) 5.67 7.1

Nitrógeno total (mg NH3-N/L) < 5 < 5

Nitrógeno amoniacal (mg de N-NH3/L) < 5 < 5

Las características de estas dos muestras debían ser muy similares. Sin embargo se aprecia

que existe diferencia en el resultado del pH de las dos muestras tomadas. La primera


31

muestra analizada tiene un pH ácido (5.67 unidades) y la segunda presenta un pH más

cercano a la neutralidad (7.1unidades) esto puede ser explicado porque la primera toma de

muestra coincidió con un problema técnico ocurrido en el área de tratamiento relacionado

con un pase o salidero en las válvulas de ácido sulfúrico. También se aprecian diferencias

notables en la cantidad de sólidos totales, fijos y disueltos de las dos muestras.

2.1.2 Estudio del proceso de Coagulación - floculación.

El proceso de coagulación-floculación se estudia a escala de laboratorio mediante el uso del

método de pruebas de jarras (Jar Test).

Descripción del método de pruebas de jarra.

La valoración del tratamiento físico-químico se llevo a cabo mediante la prueba

de jarras (Jar Test) en las que el pH y la dosis de coagulante se van variando hasta que se

logran las condiciones óptimas de operación. El equipo de laboratorio usado se representa

en la Figura 1.

El ensayo de Jar test se realiza con un agitador múltiple en seis vasos de precipitados de 1

litro en los que se dosifican los reactivos a ensayar. El equipo dispone de control de

velocidad, lo que permite realizar la agitación rápida, lenta y decantación en el propio

recipiente. Una vez decantada la muestra se succiona parte del sobrenadante para realizar

los análisis de sólidos en suspensión, DBO5, turbidez, conductividad, etc. Que en este caso

es evaluada la turbidez, la conductividad y el pH final de la disolución.

En estos ensayos se puede determinar los agentes coagulantes y auxiliares más adecuados,

la dosis de reactivos, pH, tiempo de mezcla rápida, tiempo de mezcla lenta, velocidad de

sedimentación y por tanto la carga hidráulica del decantador, volumen de fangos y calidad

del agua tratada.


32

2.1.3 Coagulantes utilizados

En este trabajo se utilizan dos coagulantes, que fueron seleccionados de acuerdo a lo

reportado en la bibliografía. Estos coagulantes son:

Cloruro férrico hexahidratado; FeCl3 * 6 H2O

Sulfato de aluminio, también conocido como sulfato de alúmina; Al2 (SO4)3.

Características de los coagulantes:

Cloruro férrico: El coagulante cloruro férrico en solución, es un insumo químico el cual es

utilizado en la etapa de coagulación, para la remoción de la turbiedad (limos, arcillas),

aplicado en la mezcla rápida, la dosificación está basada en la dosis óptima determinada en

la prueba de jarras.

Es el producto de la reacción de mineral de hierro o chatarra de hierro con ácido clorhídrico y

posterior oxidación con cloro gaseoso. Es de color marrón rojizo oscuro (carmelita). Es un

producto ácido altamente corrosivo. La solución esta preparada al 0.5 % y la normalidad es

1N.

Los iones metálicos hidratados de este coagulante son ácidos en el sentido de Brönsted-

Lowry.


33

El equilibrio acido - base para el Fe (III) es:

(Fe(H2O)6)3+ + H2O = (Fe(H2O)5OH)2+ + H3O+

Debido a la hidrólisis ácida de las sales de Fe (III) su adición en aguas residuales, da lugar a

la disminución del pH y alcalinidad del medio.

Sulfato de alúmina: El coagulante sulfato de alúmina en solución, es utilizado con el mismo

propósito que el anterior pero presenta características diferentes. Este es de color blanco, no

es corrosivo y la solución fue preparada al 1% a partir de una solución 1N.

Se plantea que el Al en solución acuosa puede hidrolizarse en diferentes etapas hasta

formarse el ion negativo aluminato:

[Al(H2O)6]+3 + H2O= [Al(H2O)5OH]+2 + H3O+ = Al(H2O)4(OH)2]+1 + H3O+ = Al(H2O)3(OH)3]+2 +

H3O+ = Al(H2O)2(OH)4]-1.

Estos mecanismos son muy complejos y lógicamente dependen de las especies catiónicas

en solución.

Se plantean los tres mecanismos posibles siguientes:

1. Adsorción con neutralización de la carga. Una sobredosis de coagulante causa

reestabilización a través de la inversión de la carga.

2. Adsorción con formación de puente. Adsorción de polímeros hidroxilos del metal de

varias especies coloidales, formando puente entre ellos y las especies coloidales. La

sobre dosis causa reestabilización de la carga inversa y resulta entonces una carga

neta positiva.

3. Enrejamiento de los coloides en la floculación. Una alta dosis coagulante, da lugar a

los hidroxilos insolubles y los coloides son incorporados en los flóculos y removidos de

la solución, la sobre dosis no da como resultado la reestabilización.


34

2.1.4 Sustancias reguladoras del pH

En el proceso de simulación experimental del tratamiento físico - químico se varía el pH de 4

a 9 unidades al agua residual con el objetivo de valorar su influencia en conjunto con la dosis

de coagulante. Para lograr los valores exactos deseados de pH se emplea la adición de

pequeñas cantidades de:

Acido sulfúrico; H2SO4 en solución de 0.1N

Hidróxido de sodio; NaOH en solución de 0.1N

2.2 Equipos empleados

En las determinaciones experimentales se midió el pH, la turbidez y la conductividad. Para

ello se emplearon los equipos que a continuación se relacionan.

El pH-metro empleado es un instrumento pH 210 de Hanna Instrument, es un instrumento de

sobremesa basado en microprocesadores concebido para realizar mediciones de pH y

temperatura.

En las medidas de pH el efecto de la temperatura es compensado manual o

automáticamente con las sonda de temperatura HI 7669/2W. El medidor cuenta con una

pantalla LCD grande y fácil de leer que muestra el pH (o mV) y la temperatura

simultáneamente junto con símbolos gráficos. Las especificaciones del instrumento aparecen

en la tabla 4.

Tabla 4. Especificaciones del pH- metro empleado. Rango pH

°C

0,00 – 14,00

0,0 – 100,0

Resolución pH

°C

0,01

0,1

Precisión pH

(a 20 °C/68 °F) °C

± 0,01

± 0,5

Desviación EMC pH

Típica °C

± 0,03

± 0,3


35

Calibración de pH Automática en 1 o 2 puntos, con 5 soluciones tapón memorizadas

Compensación de temperatura Automática o manual de 0 a 100 °C (32 – 202 °F)

Electrodo HI 1131B electrodo de pH combinado, rellenable, de cuerpo de

vidrio

Sonda de temperatura HI 7669/2W

Impedancia de entrada 10 a la 12 Ω

Alimentación Adaptador 12VCC

HI 710005 o HI 710006

Condiciones ambiente 0 – 50 °C (32 – 122 °F)

Máx. 95% HR sin condensación

Dimensiones 240 x 182 x 74 mm

Peso 1,1 Kg (2,5 lb ) ; Kit con soporte 3,0 Kg (6,5 lb)

El turbidímetro empleado es un instrumento 550 IR de Hanna Instrument, este permite

realizar medidas de turbidez de forma rápida y confiable. Los métodos de medición utilizados

en el turbidímetro corresponden a la norma ISO 7025/DIN 27027. Estos métodos siguen las

recomendaciones de construcción EDA americana. Las especificaciones para esta aparecen

en la tabla 5.

Tabla 5. Especificaciones del turbidímetro. Temperatura ambiente Almacenar

Operación

- 25 °C a +65 °C

+10 °C a +40 °C

Suministro de energía Enchufe de abastecimiento

Baterías de respaldo

Duración de la batería

Entrada: 100 – 240 V ∼

±10 % / 47 – 63 Hz / 400 mA

Salida: 15 VDC / 1 A

2 x 3 V batería de Litio

3 años aproximadamente

Dimensiones y peso del

instrumento

Profundidad

Ancho

Altura

290 mm

252 mm

100 mm


36

Peso

Temperatura de prueba

Principios de medición

1 Kg

10 – 40 °C

Nefelométrica

Fuente de luz Turb. 550 IR diodo emisor de luz IR

Rango de medición NTU = FTU = FNU 0 a 1000

Resolución Para los rangos

0,01 a 9,99 NTU

10,0 a 99,9 NTU

100 a 1000 NTU

0,01 NTU

0,1 NTU

1 NTU

Precisión ± 2 % de los valores medidos o

± 0,01 NTU.

Reproducibilidad <1% de los valores medidos o ±

0,001 NTU

Tiempo de respuesta < 3 segundos

Calibración Automática 1 a 3 ptos de calibración

Salida de impresión Unidireccional Salida RS 232

El conductímetro empleado es un instrumento HI 9811 – 5 de Hanna Instrument, es un

medidor combinado portátil e impermeable, completo y versátil, diseñado con la mayor

presicion y simplicidad. Nos proporciona mediciones para rangos de pH, CE y TDS, que

pueden ser fácilmente seleccionadas mediante un teclado de membranas en el panel central.

Las mediciones de conductividad compensan automáticamente los cambios de temperatura

mediante en sensor de temperatura integrado. En la tabla 6 aparecen las especificaciones

para el conductímetro.


37

Tabla 6. Especificaciones del conductímetro usado. Rango pH

mg/L

µs/cm

°C

0,0 – 14,0

0 – 3000

0 – 6000

0,0 – 70,0

Resolución pH

mg/L

µs/cm

°C

0,1

10

10

0,1

Precisión pH

(a 20 °C/68 °F) mg/L

µs/cm

°C

± 0,1

± 2% F.e.

± 2% F.e.

± 0,5

Factor de conversión 0,5

Desviación EMC pH

Típica mg/L

µs/cm

°C

± 0,1

± 2% F.e.

± 2% F.e.

± 0,5

Calibración de pH Manual, 1 punto mediante

potenciómetro de punto cero

Calibración CE/TDS Manual, un punto con

potenciómetro de pendiente

Compensación Temperatura

CE/TDS

Automática de 0 – 50 °C (32 –

122 °F)

con ß = 2%/°C

Sonda HI 1285 – 5

Tipo de pila 1 x 9 V alcalina (IEC 6LR 61)

Duración Aproximado 150 horas de uso

continuo

Condiciones de trabajo 0 – 50 °C (32 -122 °F)


38

2.3 Procedimiento experimental

Basado en la metodología de Bijlsma y el procedimiento tradicionalmente realizado en la

práctica de laboratorio impartida en la asignatura de Operaciones y Procesos Unitarios IV

(OPU-IV) que se imparte en tercer año de Ingeniería Química y en Tratamiento Químico -

Físico de residuales en la Maestría de Ingeniería en Saneamiento Ambiental se resume el

procedimiento experimental que se expone a continuación.

1. Procedimiento inicial

a) Identificar los 6 beakers que se van a emplear, etiquetando el pH.

b) Agitar el agua residual madre antes de adicionar 500 mL de ésta en cada

beaker (usar para esto una probeta).

c) Colocar los 6 beakers en el equipo de mezclado. Montar un blanco y medirle el

pH, la conductividad y la turbidez.

d) Regular el pH en cada beaker desde 4 en el primero hasta 9 unidades en el

sexto, adicionando NaOH (1N) o H2SO4 (1N) según lo que se requiera para

lograr el valor deseado de pH en cada beaker.

2. Una vez colocados los 6 beakers conteniendo el agua residual con valor regulado de

pH en el equipo Jar Test, poner en movimiento el equipo a velocidad de 200 rpm

durante 3-5 minutos e inmediatamente comenzar a adicionar en cada recipiente, la

cantidad de coagulante fijada, en este caso se valora para la alúmina y el cloruro

férrico para dosis entre 20 y 100 mg/L, para el primero y entre 40 y 200 mg/L para el

segundo. En cuanto se termine de adicionar el coagulante al último recipiente

mantener agitación vigorosa por 30 segundos más.

3. Llevar el agitador a 20 rpm y mantener la agitación lenta durante 20 min. Observar el

fenómeno de floculación en los beakers. Notar la aparición de los flóculos visibles, su

forma y tamaño. Comparar el comportamiento de cada beaker.

4. Después de los 20 min de mezclado lento, apagar el equipo agitador y dejar la

solución reposar por 30 min para que ocurra la sedimentación.

5. Observar las características de los floculos obtenidos.


39

6. Después de media hora de sedimentación, se pipetea una muestra de 50 ml con una

pipeta aforada a 1 cm por debajo del nivel del líquido y se transfiere a un beaker de

100 ml etiquetado. Use una pipeta limpia para cada beaker.

7. Medir el pH, la turbidez y la conductividad final de la muestra contenida en cada

beaker de ensayo.

8. Repetir el mismo procedimiento para el segundo coagulante estudiado.

2. 4. Planificación de los experimentos.

El trabajo consistió en simular el proceso de coagulación – floculación a escala de laboratorio

utilizando diferentes dosis de cada coagulante además de variar el pH de 4 a 9 unidades. Las

dosis en que se emplean los coagulantes estudiados responden a las condiciones reportadas

en el material docente (Bijlsma, 1993).

Experimento 1. Dosificación con Sulfato de Alúmina

Las variables a medir como respuestas son:

1. Turbidez (NTU)

2. Conductividad (µS/cm)

Se realizó un diseño experimental 62 con los siguientes niveles de las Variables

Independientes:

Variables Niveles

pH inicial 4 5 6 7 8 9

Dosis Alúmina *(ml/L añadidos) 0 2 4 6 8 10

* Los ml/L de Alúmina añadidos multiplicados por 10 se corresponden con la dosis expresada en mg/L. Por lo que se planifica un diseño de experimento factorial en 6 niveles, equivalentes a 36

corridas experimentales con una réplica en cada caso resultando al final 72 corridas

experimentales.


40

Nº del experimento

pH inicial

Dosis de Alúmina (mL/L)

1. 4 0

2. 4 2

3. 4 4

4. 4 6

5. 4 8

6. 4 10

7. 5 0

8. 5 2

9. 5 4

10. 5 6

11. 5 8

12. 5 10

13. 6 0

14. 6 2

15. 6 4

16. 6 6

17. 6 8

18. 6 10

19. 7 0

20. 7 2

21. 7 4

22. 7 6

23. 7 8

24. 7 10


41

25. 8 0

26. 8 2

27. 8 4

28. 8 6

29. 8 8

30. 8 10

31. 9 0

32. 9 2

33. 9 4

34. 9 6

35. 9 8

36. 9 10

Experimento 2. Dosificación con Cloruro Férrico

De igual forma las variables a medir como respuestas en este caso son:

1. Turbidez (NTU)


Se realizó un diseño experimental 62 con los siguientes niveles de las Variables

Independientes:

Variables Niveles

pH inicial 4 5 6 7 8 9

Dosis Fe Cl3*(ml/L añadidos) 0 4 8 12 16 20

* Los ml/L de Cloruro Férrico añadidos multiplicados por 10 se corresponden con la dosis expresada en mg/L. El diseño experimental es similar al representado por el experimento con alúmina resultando

36 experimentos con su réplica correspondiente.


42

2.5 Procesamiento Estadístico

Los datos experimentales obtenidos después de aplicar el diseño de experimento expuesto

anteriormente, fueron procesados mediante el software STATGRAPHIC versión 4.1. Los

resultados aparecen en el Anexo 3 y los más representativos han sido incluidos en el análisis

de resultados que se realiza en el Capítulo 3.

Finalmente se realiza un test estadístico de diferencia entre medias muestrales para

comparar los resultados entre los dos coagulantes para las mismas condiciones de pH y

similares dosis añadidas en el que se emplea las herramientas computacionales del EXCEL.

Capitulo III. Análisis de los resultados

43

3. Análisis de los resultados

3.1 Resultados experimentales cuando se emplea el sulfato de alúmina como coagulante.

En las Tablas 1 y 2 (Anexo 1) se ofrecen todos los resultados obtenidos cuando se simula el

proceso de coagulación – floculación a escala de laboratorio con el equipo Jar Test. Fueron

evaluados el pH final, la turbidez y la conductividad al variar el pH inicial y la dosis de cada

coagulante. Se trabajó con original y una réplica en cada ensayo para cada muestra de agua

residual original.

Se observa una gran variabilidad en los resultados, lo cual se corrobora al ser procesados

estadísticamente y puede ser atribuido a las diferencias existentes entre los dos muestreos,

como se explica en el Capitulo 2, por lo que se decide desechar todos los resultados

experimentales correspondientes a la primera muestra de agua residual traída de la Textilera

y analizar los valores obtenidos en el segundo muestreo.

3.1.1 Análisis de los resultados para el coagulante sulfato de alúmina analizando como variable respuesta la turbidez promedio.

En la Tabla 7 se muestran los resultados de Turbidez promedio de las muestras evaluadas

cuando se varía el pH inicial de estas y la dosis de coagulante. La turbidez se expresa en

Unidades Nefelométricas de Turbidez (NTU).

Puede observarse como para un valor de pH dado, la turbidez primero disminuye cuando

incrementa la dosis de coagulante de 20 a 40 mg/L y a partir de 60 mg/L comienza a

aumentar cuando se continúa incrementando la dosis de este. Este comportamiento es

similar para todos los valores de pH inicial. Siempre el mínimo de turbidez se obtiene a 40

mg/L y esto puede ser valorado en la curva que se muestra en el Gráfico 1.


44

Tabla 7. Respuesta del sistema expresada en Turbidez cuando se emplea la Alúmina como coagulante

0 20 40 60 80 100 Dosis Alúmina

(mg/L)

pH Inicial

Turbidez promedio

(NTU)

4 35.9 16.0 12.6 13.7 14.1 14.5

5 35.9 7.50 2.90 3.20 4.50 4.90

6 35.9 6.70 1.96 2.11 2.51 2.94

7 35.9 6.00 1.88 1.97 2.36 2.62

8 35.9 7.97 2.90 3.00 3.76 4.36

9 35.9 9.50 4.08 4.66 5.41 5.91

Gráfico 1: Turbidez (vs) dosis de alúmina Para una dosis de coagulante dada, por ejemplo: 20 mg/L, a medida que aumenta el pH al

inicio del proceso de coagulación - floculación, disminuye la turbidez hasta tener un mínimo a

pH cercano a la neutralidad y a partir de ese valor comienza a incrementarse la turbidez


45

para pH mayores. Este comportamiento es el mismo para las restantes dosis de coagulante

convirtiéndose en una regularidad. Los valores más bajos de turbidez se obtienen para pH =

7 lo que puede observarse en el Gráfico 2.

Gráfico 2: Turbidez (vs) pH inicial En general puede plantearse que los mejores resultados experimentales en esta evaluación

se tienen cuando se trabaja a pH = 7 y se emplean 40 mg/L de alúmina.

3.1.2 Análisis estadístico de los resultados obtenidos para el sulfato de alúmina

Estos resultados experimentales fueron procesados por el STATGRAPHIC versión 4.1 y se

encontró que se ajustaban al siguiente modelo:

Y=74,2075-13,524(pHi)-8,62321(Dosis)+1,00543(pHi)2-0,110473(pHi)(Dosis)+0,705264(Dosis)2

Con un coeficiente de regresión R2 de 85,8237 y probabilidad P=1 - α del 95% de

confiabilidad.

La superficie respuesta aparece en el Gráfico 3, que se muestra a continuación, y ratifica el

análisis expuesto anteriormente.


46

Estimated Response Surface

pHiDosis

Turb

idez

4 5 6 7 8 9 0 2 4 6 8 10-3

7

17

27

37

Gráfico 3: Superficie respuesta ofrecida por el software empleado. Se aclara que en este caso la dosis está expresada en ml de coagulante por litro de

disolución de agua residual.

Contours of Estimated Response Surface

pHi

Dos

is

Turbidez-3,01,05,09,013,017,021,025,029,033,037,04 5 6 7 8 9

0

2

4

6

8

10

Gráfico 4 Contorno de la superficie respuesta estimada en la cercanía del óptimo


47

3.1.3 Análisis de los resultados para el coagulante sulfato de alúmina analizando como variable respuesta el % Remocion promedio.

En la Tabla 8 se muestran los resultados del % de remoción promedio de las muestras

cuando se varía el pH inicial de estas y la dosis de coagulante. Estos valores de % de

Remoción son calculados a partir de los valores de turbidez inicial y final para cada condición

experimental dada empleando la ecuación (1):

100Re% ∗−

=turbi

turbfturbimoción ………………………………………………………………………………………….(1)

De los resultados puede observarse como para cada valor de pH, el % de Remoción,

primero incrementa su valor cuando la dosis incrementa de 20 a 40 mg/L y a partir de ese

valor comienza a disminuir aunque siga incrementándose la dosis del coagulante. Siempre el

máximo de % de remoción se obtiene a 40 mg/L y esto puede ser valorado en la

representación gráfica (Gráfico 5).

Con respecto a la influencia del pH inicial, para cada dosis de coagulante se observa que el

incremento de pH favorece el % Remoción hasta que se alcanza un valor cercano a la

neutralidad y por encima de pH = 7 disminuye. (Ver Gráfico 6)

Tabla 8. Respuesta del sistema expresada en % Remoción cuando se emplea la Alúmina como coagulante

20

40

60

80

100

Dosis Alúmina

(mg/L)

pH inicial

% Remoción promedio

4 55,29 64,91 61,86 60,60 59,48

5 78,99 91,65 91,12 87,54 86,28

6 81,30 94,53 94,11 93,00 91,82

7 83,27 94,89 94,55 93,42 92,71


48

8 77,70 91,99 91,52 90,81 89,21

9 72,84 88,09 85,48 83,74 83,26

Gráfico 5: % de remoción (vs) dosis de alúmina.

Gráfico 6: % Remocion (vs) pH inicial.


49


En la Tabla 9 se ofrecen los resultados de cómo cambia el pH al final de cada experimento

cuando cambia la dosis de alúmina para cada valor de pH al inicio del experimento.

Puede observarse como para un valor de pH inicial dado al aumentar la dosis de alúmina

disminuye ligeramente el pH (ver Gráfico 7). Ese mismo comportamiento se repite para los

demás valores de pH. La mayor variación obtenida a partir de calcular los rangos desde el

punto de vista estadístico se obtienen a pH = 8.

Tabla 9. Influencia del pH inicial y la dosis de coagulante sobre el pH medido al final de cada experimento cuando se emplea la Alúmina como coagulante.

0 20 40 60 80 100 Dosis Alúmina (mg/L)

pH inicial

pH final promedio

4 4,00 3,95 3,88 3,80 3,70 3,64

5 5,00 4,90 4,78 4,73 4,64 4,58

6 6,00 5,78 5,37 5,29 5,22 5,15

7 7,00 6,39 6,27 6,05 5,96 5,86

8 8,00 7,10 6,96 6,81 6,44 6,35

9 9,00 8,59 8,36 8,30 8,22 7,85


50

pHf (vs) dosis de alúmina para cada valor de pH inicial

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

0 20 40 60 80 100

Dosis de alúmina (mg/L)

pHf

pH=4pH=5pH=6pH=7pH=8pH=9

Gráfico 7: pH final (vs) dosis de alúmina para cada valor de pH inicial.

3.1.5 Resultados experimentales para el mismo coagulante pero expresados en Conductividad eléctrica

Los resultados experimentales para este mismo coagulante, considerando como variable

dependiente la conductividad son muy similares a los explicados anteriormente para la

Turbidez, cuestión esta lógica si se considera que ambas vaiables no son totalmente

independientes entre si. A manera de ejemplo puede observarse en el Gráfico 8 como

cuando se emplean 40 mg/L de Alúmina como coagulante se obtienen los valores más bajos

de Conductividad para todos los valores de pH inicial estudiados. Cuando aumenta la dosis

de coagulante y/o el pH de la solución la conductividad incrementa.

El procesamiento estadístico de estos resultados aparece desarrollado en el Anexo 3

obteniéndose modelos similares con adecuados valores de coeficientes de regresión de

estos modelos.


51

Conductividad (vs) Dosis de Alúmina

1670169017101730175017701790181018301850

0 20 40 60 80 100 120

Dosis de Alumina mg/L

Cond

uctiv

idad

(m

icro

Siem

ens/

cm)

pHi = 4

pHi = 5

pHi = 6

pHi = 7

pHi = 8

pHi = 9

Gráfico 8: Resultados experimentales de Conductividad para diferentes dosis de la Alúmina como coagulante y pH

3.2 Resultados experimentales cuando se emplea el cloruro férrico como coagulante.

3.2.1 Análisis de los resultados para el coagulante cloruro ferrico analizando como variable respuesta la turbidez promedio.

En la Tabla 10 se muestran los resultados de Turbidez promedio de las muestras evaluadas

cuando se varía el pH inicial de estas y la dosis de coagulante.

Para valorar la influencia de la dosis de coagulante se fija un valor de pH inicial por ejemplo

pHi=4 y puede observarse como la turbidez primero cae bruscamente cuando se emplean 40

mg/L de este coagulante y a partir de 80 mg/L comienza a aumentar si se continúa

adicionando mayores dosis de Cloruro Férrico. Este comportamiento es similar para los

restantes valores de pH inicial. Siempre el mínimo de turbidez se obtiene cercano a 40 mg/L

y esto puede ser valorado en el Gráfico 9


52

Tabla 10. Respuesta del sistema expresada en Turbidez cuando se emplea el cloruro férrico como coagulante

0 40 80 120 160 200 Dosis

FeCl3

(mg/L)

pH inicial

Turbidez promedio

(NTU)

4 35.6 8.01 12.4 13.4 14.0 14.5

5 35.6 7.05 9.45 12.8 15.4 16.6

6 35.6 8.72 16.3 17.8 20.2 20.8

7 35.6 13.1 24.1 26.2 28.2 29.0

8 35.6 8.93 12.6 17.0 22.4 26.5

9 35.6 12.5 18.3 31.6 22.2 23.7

Gráfico 9:Turbidez (vs) dosis de cloruro férrico.


53

Para valorar la influencia del pH inicial se fija un valor de dosis de coagulante, por ejemplo 80

mg/L y puede observarse como al cambiar el pH inicial de 4 a 5 se produce una disminución

de la turbidez. Al aumentar el pH de 5 a 7 unidades se produce un efecto perjudicial pues

aumenta la turbidez y vuelve ésta a disminuir cuando el pH inicial es igual a 8, pero se

observa una tendencia a incrementar de nuevo a valores más altos de pH. Esta situación se

ve reflejada en el Gráfico 10 y se mantiene el mismo comportamiento para las restantes

dosis de coagulante. Por lo que a diferencia de cuando se usa la alúmina, los peores

resultados se tienen cerca de la neutralidad.

Estos resultados se corresponden con los reportados en la bibliografía?¿¿¿¿ y que fue

explicado en el capítulo 1

Otro aspecto a valorar de esta Gráfico es que no resulta conveniente trabajar con dosis tan

grandes de FeCl3 pues a medida que aumenta la dosis de este la turbidez aumenta para

cada valor de pH inicial estudiado.

Gráfico 10:Turbidez (vs) pH inicial.


54

En general puede plantearse que los mejores resultados experimentales en esta evaluación

se tienen cuando se trabaja a pH entre 4 y 5 y se emplean 40 mg/L de cloruro férrico. Sin

embargo los resultados son muy inferiores a los obtenidos por la alúmina como coagulante.

3.2.2 Análisis estadístico de los resultados obtenidos para el cloruro ferrico

Estos resultados experimentales fueron procesados por el STATGRAPHIC versión 4.1 y se

encontró que se ajustaban al siguiente modelo:

Y=1902,58-65,541(pHi)+4,4369(Dosis)+5,08929(pHi)2+0,442857(pHi)(Dosis)+0,133929(Dosis)2

Con un coeficiente de regresión R2 de 51,8621 mucho menor que en el caso en que se

empleaba alúmina como coagulante y probabilidad P=1-α del 95% de confiabilidad.

La superficie respuesta y su contorno aparecen en los Gráficos 11 y 12, que se muestran a

continuación, estos gráficos ratifican el análisis expuesto anteriormente, véase en el gráfico

12 que el óptimo queda prácticamente fuera de la zona de estudio, es decir a valores de pH

menores a 4.


4 5 6 7 8 9pHi0 4 8 121620

Dosis8121620242832

Turb

idez

Gráfico 11: Superficie respuesta ofrecida por el software empleado.


55

Se aclara que en este caso la dosis está expresada en ml de coagulante por litro de

disolución de agua residual.


4 5 6 7 8 9

pHi

0

4

8

12

16

20

Dos

isTurbidez

8,010,412,815,217,620,022,424,827,229,632,0

Grafico 12: Contorno de la superficie respuesta estimada en la cercanía del óptimo.

3.2.3 Análisis de los resultados para el coagulante cloruro ferrico analizando como variable respuesta el % Remocion promedio.

Estos resultados pueden ser también valorados a partir del % de Remoción como se explicó

anteriormente. En la Tabla 11 se ofrecen estos resultados que ratifican lo expresado

anteriormente. Los mayores % de remoción se tienen siempre con la menor dosis de

coagulante empleada para cada valor de pH y a medida que incrementa la dosis disminuye el

% de Remoción de turbidez. (Ver Gráficos 13 y 14)


56

Tabla 11: Respuesta del sistema expresada en % Remoción cuando se emplea el Cloruro Férrico como coagulante.

40 80 120 160 200 Dosis

FeCl3

(mg/L)

pH inicial

% Remoción promedio

4 77.5 65.0 62.5 60.5 59.5

5 80.0 73.0 64.0 57.0 53.5

6 75.5 54.0 50.0 43.0 41.5

7 63.5 32.0 26.5 20.5 18.5

8 75.0 65.0 52.0 37.0 29.5

9 65.0 49.0 41.0 37.5 33.5

Gráfico 13: % Remoción (vs) dosis de cloruro féerrico.


57

Además se observa que para cada dosis de coagulante evaluada el % Remoción a pH 7 es

el más bajo. Es decir, la remoción se perjudica a pH cercano a la neutralidad y se favorece a

los valores más bajos estudiados (pH de 4 y 5).

Gráfico 14: % Remoción (vs) pH inicial.


En la Tabla 12 se ofrecen los resultados de cómo cambia el pH al final de cada experimento

cuando cambia la dosis de cloruro férrico para cada valor de pH al inicio del experimento.

Puede observarse como para un valor de pH inicial dado al aumentar la dosis de coagulante

disminuye ligeramente el pH (Ver Gráfico 15) Ese mismo comportamiento se repite para los

demás valores de pH.


58

Tabla 12: Influencia del pH inicial y la dosis de coagulante sobre el pH medido al final de cada experimento cuando se emplea cloruro férrico como coagulante.

0 40 80 120 160 200 Dosis

FeCl3

(mg/L)

pH inicial

pH final promedio

4 4.00 3.94 3.85 3.75 3.62 3.53

5 5.00 4.55 4.89 4.78 4.55 4.35

6 6.00 5.85 5.79 5.71 5.65 5.57

7 7.00 6.83 6.59 6.37 6.17 5.95

8 8.00 7.34 7.24 7.17 7.09 6.92

9 9.00 8.85 8.73 8.45 8.25 8.15

pHf (vs) Dosis de cloruro férrico

3,004,00

5,006,00

7,008,00

9,0010,00

0 40 80 120 160 200

Dosis de cloruro férrico (mg/L)

pHf

pHi = 4pHi = 5pHi = 6pHi = 7pHi = 8pHi = 9

Gráfico 15: pH final (vs) dosis de cloruro férrico


59

3.3 Comparación entre los coagulantes empleados

En el Gráfico 16 se muestra el resumen de los resultados experimentales de % Remoción de

los dos coagulantes empleados respecto al pH inicial empleado.

% Remoción de cada coagulante (vs) pH inicial

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

3 5 7 9

pH inicial

% R

emoc

ión

de c

ada

coag

ulan

te

%Remociónpromedio conAlúmina%Remociónpromedio conFeCL3

Gráfico 16: % Remoción de cada coagulante (vs) pH inicial.

De la valoración de este gráfico puede observarse como el % de Remoción es superior

cuando se emplea la Alúmina respecto a cuando se emplea el Cloruro férrico como

coagulante para todos los valores de pH estudiados excepto el menor es decir pH= 4, pero

además resulta evidente que la dispersión de los resultados experimentales es mayor

cuando se emplea el cloruro férrico a cuando se emplea la Alúmina, véase la separación

entre los resultados experimentales de % Remoción para cada valor de pH y coagulante

empleado.

De esta gráfica anterior y de todo el análisis realizado en el epígrafe anterior respecto a los

resultados experimentales obtenidos por los dos coagulantes evaluados se pudo constatar la

superioridad de la alúmina respecto al cloruro férrico para el sistema de tratamiento

estudiado para prácticamente todos los valores de pH evaluados, pero resulta importante


60

realizar la comprobación desde el punto de vista estadístico. Para saber si ésta diferencia es

significativa o no estadísticamente.

Metodología a emplear:

Debe aplicarse un Test de comparación entre dos medias muestrales. El Test más empleado

es el paramétrico de la t de student, pero para aplicar éste test se requiere comprobar

primero que las varianzas sean similares desde el punto de vista estadístico de lo contrario

se aplicaría el Test no paramétrico: U de Mann-Whitney.

1. Comprobación de igualdad entre las varianzas

Prueba de comprobación de varianzas iguales: F de Snedecor

Se plantea Ho: varianzas iguales.

Se calculan las varianzas de cada una de las dos muestras: S12 y S2

2

Se calcula el estadístico Fcal a partir de la siguiente fórmula:

2

2

menor

mayorcalc S

SF =

Con los grados libertad: n1-1, n2-1 (n1 tamaño de la muestra de varianza mayor) se determina

el Fcrítico en Tablas

Se compara Fcalc con Fcrít

Si (Fcal >Fcrít), se rechaza la Ho, es decir, se concluye que las varianzas no son iguales.

En este caso se determinan estos parámetros para la serie de datos promedios de %

Remoción de ambos coagulantes aplicando el software de cálculo EXCEL incluido en el

paquete de Microsoft Office.


61

pH inicial

%Remoción promedio con

Alúmina

%Remoción promedio con FeCL3

4 55,00 77,50

4 65,00 65,00

4 62,00 62,50

4 60,50 60,50

4 59,50 59,50

5 79,00 80,00

5 92,00 73,50

5 91,00 64,00

5 88,00 57,00

5 86,00 53,50

6 81,50 75,50

6 94,50 54,00

6 94,00 50,00

6 93,00 43,00

6 91,50 41,50

7 83,50 63,50

7 95,00 32,00

7 95,00 26,50

7 93,00 20,50

7 92,50 18,50


62

8 78,00 75,00

8 92,00 65,00

8 92,00 52,00

8 89,50 37,00

8 88,00 29,50

9 73,50 65,00

9 88,50 49,00

9 87,00 41,00

9 85,00 37,50

9 83,50 33,50

Promedio 83,61666667 52,08333333

Varianza S2 146,1545567 301,6890394

F calculada de Snedecor 2,06417813

Fcrit (29,29,0,05) 1,87

Como F calculada > F crítica, se concluye que se rechaza la hipótesis de que las varianzas

son iguales por lo que existen diferencias significativas entre las varianzas muestrales y por

tanto debe ser aplicado el Test no paramétrico: U de Mann-Whitney

1. Test no paramétrico: U de Mann-Whitney

Este Test se utiliza para comparar las diferencias entre dos medianas, por lo que se basa

en rangos en lugar de en los parámetros de la muestra (media, varianza). Se emplea cuando

los datos no siguen la distribución normal, en lugar del test de la t de Student (paramétrico).

Hipótesis de una cola


63

Para esto, se plantea para este caso la hipótesis ecológica que establece que existen

diferencias entre las medianas de los grupos considerados, presuponiendo que una de las

dos medianas es mayor que la otra, en este caso la mediana con alúmina presuponemos que

es mayor respecto a la mediana con cloruro férrico.

La hipótesis nula establece que no existen diferencias entre dichas medianas, o que las

diferencias son en sentido contrario a lo expresado en la hipótesis ecológica. En este caso se

plantea la hipótesis ecológica que se contrasta contra la hipótesis nula.

Hecol: Se logra mayor de % de remoción con la Alúmina que con el Cloruro Férrico

H ecol: M Alúmina > M Cloruro Férrico

Hipótesis nula:

Ho: M Alúmina = M Cloruro Férrico

Procedimiento de cálculo

Asignación de rangos a cada dato. Para ello se ordenan todos los datos (juntando los

dos grupos) en orden creciente. El rango de cada dato será el número de orden que le

corresponde a cada dato. Cuando se repita el mismo valor numérico, el rango que se

asigna a esos datos es la media aritmética de los rangos que les corresponderían en

función del número de orden que ocupan.

Se suman los rangos de cada uno de los inventarios (grupos) y se calcula la suma de

los rangos de los datos de cada uno de los grupos (R1 y R2)

Se calculan los estadísticos U1 y U2 a partir de las siguientes fórmulas: n1 n2

Se obtiene el estadístico Ucal escogiendo el valor más grande entre U1 y U2

Se comprueba la significación estadística del estadígrafo Ucal comparando este valor

con el valor de un estadístico Ucrit a partir de las tablas correspondientes


64

Si Ucal ≥ Ucrit (α=0,05 o inferior) ⇒ Se rechaza Ho y se acepta Hecol (las medianas son

diferentes).

Si Ucal < Ucrit (α=0,05 o inferior) ⇒ Se acepta Ho y se rechaza Hecol (las medianas son

iguales)

En este caso se determinan estos parámetros para la serie de datos promedios de %

Remoción de ambos coagulantes aplicando el software de cálculo EXCEL incluido en el

paquete del Microsoft Office.

%Remoción

promedio con

Alúmina y Fe

Cl3 ordenados

de forma

ascendente

Rangos

18,50 1

20,50 2

26,50 3

29,50 4

32,00 5

33,50 6

37,00 7

37,50 8

41,00 9

41,50 10

43,00 11

49,00 12

50,00 13

52,00 14

53,50 15

54,00 16

55,00 17

57,00 18

59,50 19,5

59,50 19,5

60,50 21

60,50 22

62,00 23

62,50 24

63,50 25

64,00 26

65,00 28,5

65,00 28,5


65

65,00 28,5

65,00 28,5

73,50 31

73,50 32

75,00 33

75,50 34

77,50 35,00

78,00 36

79,00 37

80,00 38

81,50 39

83,50 40,5

83,50 40,5

85,00 42

86,00 43

87,00 44

88,00 45,5

88,00 45,5

88,50 47

89,50 48

91,00 49

91,50 50

92,00 52

92,00 52

92,00 52

92,50 54

93,00 55,5

93,00 55,5

94,00 57

94,50 58

95,00 59,5

95,00 59,5

Datos de %

Remoción con

Alúmina Rango 1

Datos de %

Remoción con

FeCl3 Rango 2

55,00 17 18,50 1

59,50 19,5 20,50 2

60,50 21 26,50 3

62,00 23 29,50 4


66

65,00 28,5 32,00 5

73,50 31 33,50 6

78,00 36 37,00 7

79,00 37 37,50 8

81,50 39 41,00 9

83,50 40,5 41,50 10

83,50 40,5 43,00 11

85,00 42 49,00 12

86,00 43 50,00 13

87,00 44 52,00 14

88,00 45,5 53,50 15

88,00 45,5 54,00 16

88,50 47 57,00 18

89,50 48 59,50 19,5

91,00 49 60,50 22

91,50 50 62,50 24

92,00 52 63,50 25

92,00 52 64,00 26

92,00 52 65,00 28,5

92,50 54 65,00 28,5

93,00 55,5 65,00 28,5

93,00 55,5 73,50 32

94,00 57 75,00 33

94,50 58 75,50 34


67

95,00 59,5 77,50 35,00

95,00 59,5 80,00 38

n1=30 Suma:1302 n2=30 Suma:528

U1=837 y U2 =63

U1=U calculado(el mayor) 837

Ucrit(30,30,0,05) 384

Como Ucal ≥ Ucrit (α=0,05 o inferior) ⇒ Se rechaza Ho y se acepta Hecol (las medianas son

diferentes), por lo que puede concluirse que existen diferencias significativas desde el punto

de vista estadístico entre los % Remoción de ambos coagulantes y que se logra mayor de %

de Remoción con la Alúmina que con el Cloruro Férrico que era la hipótesis ecológica que se

había planteado al inicio de este Test no paramétrico U de Mann-Whitney.

Conclusiones parciales 1. Cuando se emplea la alúmina como coagulante:

No es conveniente realizar el proceso de tratamiento químico-físico de

coagulación – floculación a pH bajos, sino a pH cercanos a la neutralidad.

Este proceso es favorecido con el incremento de la dosis de coagulante,

disminuyendo la turbidez con el correspondiente incremento del % de

Remoción.

El pH final disminuye ligeramente cuando se incrementa la dosis de

coagulante respecto a cada valor de pH inicial.

Los mejores resultados se obtienen a pH 7 y dosis de 40 mg/L.


68

El modelo matemático que se ajusta mejor a los datos experimentales es un

modelo de regresión no lineal donde son significativas las dos variables

independientes (dosis y pH inicial).

2. Cuando se emplea el cloruro férrico como coagulante:

Los mayores % de remoción se tienen siempre con la menor dosis de

coagulante empleada para cada valor de pH y a medida que se incrementa la

dosis disminuye el % de remoción de turbidez, ese comportamiento es similar

para los diferentes pH iniciales.

Los mejores resultados experimentales se tienen cuando se trabaja a pH entre

4 y 5 y se emplean 40 mg/L de este coagulante.

El modelo matemático que se ajusta a los datos experimentales es un modelo

de regresión no lineal similar al obtenido cuando se emplea la alúmina, pero se

obtiene un coeficiente de regresión en este caso mucho más bajo.

3. De los dos coagulantes utilizados para el estudio del proceso de coagulacion –

floculacion se obtienen mejores resultados de % de Remoción cuando se emplea

Alúmina que cuando se emplea el Cloruro Férrico. Fue demostrada la existencia de

diferencias significativas desde el punto de vista estadístico.

Conclusiones

69

Conclusiones 1. De acuerdo a los resultados obtenidos en el desarrollo del trabajo queda demostrado

que el agua residual procedente de la etapa de degradación biológica de la planta de

tratamiento de residuales de la Empresa Textil “Desembarco del Granma” de Villa

Clara puede ser empleada para realizar la simulación del proceso de coagulación-

floculación a nivel de laboratorio con resultados satisfactorios.

2. La simulación del proceso de tratamiento químico físico a escala de laboratorio

permitió determinar el tipo de coagulante, el pH y la dosis óptima a emplear para el

agua residual que se utilizará en la realización de la práctica de laboratorio.

3. Los análisis realizados para cada coagulante utilizado en el estudio del proceso de

coagulación–floculación permiten concluir que con el sulfato de alúmina a pH cercano

a la neutralidad y dosis 40 mg/L, se obtienen los mejores resultados.

4. El empleo del software estadístico Excel, incluido en el paquete Microsoft Office, y

Start Graphic (versión 4,1), permitió corroborar desde el punto de vista estadístico las

condiciones óptimas de trabajo para el proceso simulado.

5. El estudio del proceso de tratamiento químico-físico realizado para los coagulantes

cloruro férrico y sulfato de alúmina aporta todos los elementos necesarios para

redactar un manual para el desarrollo de las prácticas de laboratorio objeto de

estudio.

Recomendaciones

70

Recomendaciones 1. Utilizar el agua residual procedente de la etapa de degradación biológica de la planta

de tratamiento de residuales de la Empresa Textil “Desembarco del Granma” de Villa

Clara para el desarrollo de las prácticas de laboratorio de Coagulación floculación que

se realizan en tercer año de Ingeniería Química y en la Maestría de Ingeniería en

Saneamiento Ambiental.

2. Estudiar el proceso de coagulación-floculación del residual analizado, con el

coagulante cloruro férrico para diferentes rangos de operación de las variables

independientes, pH menores de 4 y mayores de 9 y dosis inferiores a 40 mg/L.

3. Redactar un manual que facilite el desarrollo de las prácticas de laboratorio de

Coagulación floculación que se realizan en tercer año de Ingeniería Química y en la

Maestría de Ingeniería en Saneamiento Ambiental.

Bibliografía.

Bibliografía.

1. APHA – AWWA – WPCF 1992. “Métodos normalizados para el análisis de aguas

potables y residuales”. 17 Edición.

2. Batista Silva, J.L. “Utilización actual de los recursos hídricos y la calidad ambiental”.

2002. <www.mapinteractivo.com>

3. Bueno, J. “Contaminación e Ingeniería ambiental”. España. 1996.

4. Caicedo, B.J.R. “Lenteja de agua para el tratamiento de aguas residuales. Factores

ambientales y fisicoquímicos que afectan su crecimiento. 2001.

5. Calderón, C. Market Manager Mercado Aguas. “Etapas del tratamiento de aguas

servidas”. Hanna Chile Instruments. Santiago de Chile. Chile. Octubre, 2004.

<www.hannachile.com/articulos/24/etapas-tratamiento-aguas-servidas.htm>

6. CEPIS/OPS. Opciones de tratamiento y disposición. 1997.

7. Cheremisinoff, Nicholas P. “Biotechnology for Waste and Wastewater Treatment.

Noyes Publications”. Westwood, New Jersey, U.S.A., 1996.

8. Chico, I & José M. “Inspección medioambiental de actividades industriales”.

Segunda Edicion. Dykinson, 2000.

9. Chudoba J. “Fundamentos teóricos de algunos procesos para la purificación de

aguas residuales”. Editorial ISPAJE. Ciudad de La Habana, 1986.

10. Contaminación y gestión de residuos. Módulo de formación ambiental básica.

CUB/98/G32 – CAPACIDAD 21.

11. Degremont. Water Treatament Handbook. Fifth Editation. Francia, 1979.

12. Díaz, B.R. Tratamiento de aguas y aguas residuales. Ciudad de la Habana. Cuba,

1987.

13. Dixon J. & Massey F. “Introducción al análisis estadístico” Segunda edición 1974.

14. Echarrri, P.L. “Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente”. Ed. Teide, 1998.

<www1.ceit.es/Asignaturas/Ecología/Hipertexto/11CAgu/180Depur.htm#POBLACION#

POBLACION> 15. es.wikibooks.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_aguas_residuales/Tratamiento_f%C3%A

Dsico-qu%C3%ADmico

16. Escobar, H. “Procesos físicos unitarios”. Septiembre, 2003.

Bibliografía.

<www.ilustrados.com/publicaciones/EpyuZEkAyZAFkvyUYz.php>

17. Ferry Berro, C.C. “Cuba: manejo de residuales líquidos y evaluación del impacto

ambiental”. <www.bus.sld.cu>

18. Gómez Fernández, E. 1999. “Caracterización y depuración de aguas residuales”.

Sector Agrario (tecnología de bajo costo). Copelen, S.L. León, España.

19. Gordillo H, D. “Ecología y Contaminación Ambiental”. Nueva Editorial

Interamericana, S.A. México. 1995.

20. Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos. CITMATEL. Cuba. 2003.

<www.hidro.cu>

21. Lettinga G. “Sustainable integrated biological wastewater treatment”, Wat. Sci.

Tech., Vol.33 No 3, 1996.

22. Metcalf & Eddy, “Ingeniería de las Aguas Residuales”. 3ra

Edición. Mc Graw Hill.

México, 1996.

23. Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente. Republica de Cuba, Estrategia

medio ambiental Nacional. Junio, 1997.

24. Ministerio de Comercio e Industrias. Dirección general de Normas y Tecnología

Industrial. Reglamento técnico DGNTI-COPANIT 39-2000. 2000.

<www.anam.gob.pa/pdf/dgnti-copanit%2039-200.pdf>

25. Muñoz, H.A. “Depuración de aguas residuales “. Tercera Edición. Colección Senior

número 9. Colección de texto. 1992.

26. NC 93-00-001. “Sistema de Normas para la protección (SNPMA)”.

27. NC 27:1999. “Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al

alcantarillado”. Especificaciones.

28. NOM-AA-3-1980. “Aguas residuales. Muestreo”. Norma Oficial Mexicana.

29. Norma Oficial Mexicana NOM – AA – 3 – 1980. Aguas Residuales. Muestreo.

30. Ley 81 de Medio Ambiente, 1997 31. orbita.starmedia.com/~dalai591/contaminacion.html

32. Ramírez, C. “Tratamiento de aguas residuales industriales.” UNUM. Colección de

texto, 1992.

33. Ramírez, J.S. “Tratamiento de aguas. Tratamiento primario y parámetros

hidráulicos”. Universidad Central del Ecuador. Facultad de Ingeniería, Ciencias

Bibliografía.

Físicas y Matemáticas. Escuela de Ingeniería Química. Biotecnología.

<www.monografias.com/trabajos10/tratami/tratami.shtml>

34. Reed, S.C. et. Al. “Natural Systems for waste management and treatment”. 2da Ed.

Mc Graw Hill. New Cork, 1995.

35. Sánchez M. R. “Análisis de la factibilidad de los sistemas naturales de Tratamiento

para aguas residuales de pequeñas comunidades. Aplicado en la Cuenca del

Imbakucha (Lago San Pablo), Ecuador”. Tesis para optar por el grado de Master en

Ingeniería en Saneamiento Ambiental. 2001. 36. www.agua-dulce.org 37. www.dsostenible.com.ar/leyes/anexdec415cord.html 38. www.ecojoven.com/index.htm 39. www.enbuenasmanos.com 40. www.elergonomista.com/saludpublica/residuales.htm 41. www.rincondelvago.com 42. www.estrucolan.com.ar/Artículos/aguares.asp 43. www.estrucplan.com.ar/contenidos/EfluLiq/index.asp 44. www.ilustrados.com/publicaciones/EpyuZEkAyZAFkvyUYz.php 45. www.ingenieroambiental.com/inf/tratamientosindustriales.htm 46. www.lafactoríaweb.com 47. www.lenntech.com 48. www.medioambiente.cu 49. www.monografias.com/trabajos10/tratamie/tratamie.shtml 50. www.monografias.com/trabajos11/ines/ines.shtml 51. www.sagan-gea.org 52. www.sesma.cl 53. www.ujaen.es/dep/ciesal/medprev_alumnos/29Eliminacion-aguas-solidos2.pdfs 54. www.uns.edu.pe/civil/bv/descarga/reglamentos/s090.htm

55. Van Velsen A. & Wildschut l.R. “Anaerobic treatment of domestic sewage”. Fifth

International Symposium on Anaerobic Digestion, Bologna, Italy, May, 1988.

56. Zaror, Z.C.A. “Introducción a la Ingeniería Ambiental para la industria de Procesos”.

Diciembre, 2000.

ANEXO 1.1 RESULTADOS EXPERIMENTALES CON COAGULANTE: SULFATO DE ALÚMINA Tabla 1. Datos experimentales a partir del muestreo realizado

Datos experimentales a partir del muestreo realizado

pH inicial PRIMER MUESTREO SEGUNDO MUESTREO

Dosis de

Alumina mg/L Resultados iniciales Replica #1 Resultados iniciales Replica #1

pHf turb cond pHf turb cond pHf turb cond pHf turb cond

0 4,00 91,8 1190 4,00 91,8 1190 4,00 35,6 1690 4,00 36,2 1700

20 3,96 17,9 1270 3,98 17,5 1280 3,96 15,9 1780 3,93 16,2 1770

40 3,84 14,2 1230 3,88 12,1 1220 3,86 12,1 1740 3,89 13,1 1740

60 3,75 14,9 1260 3,73 12,3 1240 3,77 12,8 1770 3,82 14,6 1760

80 3,69 15,1 1290 3,66 13,9 1380 3,69 13,4 1790 3,71 14,9 1780

pHi=4

100 3,62 15,7 1300 3,59 14,2 1390 3,60 13,9 1810 3,68 15,2 1790

Dosis de



0 5,00 91,8 1190 5,00 91,8 1190 5,00 35,6 1690 5,00 36,2 1700

20 4,95 8,59 1260 4,97 8,47 1250 4,88 7,23 1740 4,91 7,86 1750

40 4,89 3,34 1240 4,88 4,53 1210 4,72 3,35 1700 4,84 2,64 1710

pHi=5

60 4,81 4,25 1270 4,79 4,67 1240 4,68 3,62 1730 4,78 2,75 1740

80 4,73 4,70 1300 4,70 4,98 1270 4,61 4,08 1760 4,67 4,87 1760

100 4,64 5,17 1350 4,67 5,12 1290 4,56 4,87 1800 4,60 4,98 1780

Dosis de



0 6,00 91,8 1190 6,00 91,8 1190 6,00 35,6 1690 6,00 36,2 1700

20 4,76 6,32 1230 4,96 7,73 1220 5,93 6,49 1700 5,62 5,96 1730

40 4,58 2,67 1220 4,90 2,90 1200 5,83 1,96 1680 4,91 1,78 1730

60 4,46 3,45 1270 4,83 2,93 1230 5,74 1,98 1690 4,83 1,98 1770

80 4,41 4,67 1290 4,75 3,56 1250 5,67 2,06 1710 4,76 2,73 1780

pHi=6

100 4,37 4,72 1320 4,68 3,84 1280 5,58 2,71 1740 4,71 2,87 1800

Dosis de



0 7,00 91,8 1190 7,00 91,8 1190 7,00 35,6 1690 7,00 36,2 1700

20 6,76 7,03 1230 5,93 5,77 1240 6,92 6,05 1720 5,85 5,96 1730

40 6,67 2,18 1220 5,77 2,16 1240 6,81 1,89 1710 5,73 1,78 1730

60 6,54 2,83 1260 5,28 2,31 1290 6,59 1,93 1750 5,50 1,98 1770

pHi=7

80 6,49 5,55 1260 5,13 3,90 1300 6,47 2,00 1760 5,44 2,73 1780

100 6,44 5,81 1290 5,05 4,45 1330 6,34 2,37 1790 5,38 2,87 1800

Dosis de



0 8,00 91,8 1190 8,00 91,8 1190 8,00 35,6 1690 8,00 36,2 1700

20 7,23 8,01 1310 7,20 6,18 1330 7,03 7,94 1740 7,17 8,01 1750

40 7,09 3,58 1290 6,85 3,75 1310 6,92 2,85 1720 7,00 2,95 1730

60 6,84 4,32 1320 6,42 3,81 1340 6,81 3,02 1750 6,81 2,98 1740

80 6,63 6,26 1330 5,96 3,98 1350 6,53 3,27 1770 6,35 4,26 1790

pHi=8

100 6,56 6,73 1330 5,81 4,29 1350 6,47 3,84 1780 6,22 4,88 1810

Dosis de



0 9,00 91,8 1190 9,00 91,8 1190 9,00 35,6 1690 9,00 36,2 1700

20 8,68 10,3 1350 8,73 11,6 1370 8,46 9,67 1780 8,71 9,34 1790

40 8,59 5,42 1320 8,42 6,01 1320 8,37 4,24 1750 8,34 3,92 1740

60 8,46 6,29 1350 8,34 6,14 1350 8,34 5,17 1780 8,25 4,16 1780

80 8,41 6,72 1370 8,21 7,03 1350 8,33 5,79 1790 8,11 5,03 1800

pHi=9

100 8,06 7,14 1370 8,15 7,43 1390 7,89 5,96 1830 7,81 5,87 1820

ANEXO 1.2 RESULTADOS EXPERIMENTALES CON COAGULANTE: CLORURO FÉRRICO Tabla 2. Datos experimentales a partir del muestreo realizado

Datos experimentales a partir del muestreo realizado

pH inicial PRIMER MUESTREO SEGUNDO MUESTREO

Dosis de Cloruro

Férrico mg/L Resultados iniciales Replica # 1 Resultados iniciales Replica #1


0 4,00 96,3 1200 4,00 92,4 1190 4,00 36,10 1690,00 4,00 35,2 1680,00

40 3,98 7,79 1220 3,94 8,62 1200 3,94 8,34 1710 3,95 7,68 1700

80 3,94 9,05 1210 3,81 13,7 1280 3,88 12,6 1730 3,82 12,3 1730

120 3,64 11,2 1250 3,68 13,9 1350 3,74 13,1 1750 3,77 13,8 1760

160 3,59 12,8 1270 3,63 14,6 1370 3,63 13,9 1770 3,62 14,1 1780

pHi=4

200 3,57 13,6 1280 3,54 15,1 1370 3,51 14,2 1800 3,56 14,9 1780

Dosis de Cloruro



0 5,00 96,3 1200 5,00 92,4 1190 5,00 36,1 1690 5,00 35,2 1680,00

40 4,31 6,82 1210 4,46 7,32 1270 4,96 6,81 1710 4,94 7,29 1700

80 4,16 10,9 1210 4,27 8,89 1310 4,91 9,97 1730 4,88 8,94 1730

pH=5

120 3,91 14,4 1240 4,01 11,4 1360 4,88 14,1 1750 4,69 11,6 1750

160 3,78 16,9 1280 3,97 11,9 1360 4,84 15,7 1770 4,27 15,2 1780

200 3,73 17,3 1290 3,93 12,5 1390 4,73 16,9 1800 3,98 16,3 1800

Dosis de Cloruro



0 6,00 96,3 1200 6,00 92,4 1190 6,00 36,1 1690 6,00 35,2 1680

40 5,39 9,27 1220 4,63 7,42 1230 5,98 9,43 1740 5,72 8,01 1730

80 4,33 17,5 1230 4,41 15,7 1270 5,91 16,8 1750 5,67 15,9 1740

120 4,21 19,9 1250 4,33 17,9 1280 5,82 18,5 1780 5,60 17,2 1760

160 4,16 21,1 1290 4,21 19,4 1300 5,77 20,9 1800 5,54 19,6 1760

pHi=6

200 3,91 21,8 1260 4,14 21,2 1310 5,68 21,4 1820 5,47 20,3 1790

Dosis de Cloruro



0 7,00 96,3 1200 7,00 92,4 1190 7,00 36,1 1690 7,00 35,2 1680

40 6,23 12,9 1240 6,25 11,5 1210 6,75 13,4 1750 6,91 12,8 1710

80 5,84 26,8 1260 5,89 21,1 1250 6,41 25,2 1770 6,77 23,1 1740

120 5,02 27,4 1280 5,02 25,2 1270 6,33 26,9 1790 6,41 25,5 1760

pHi=7

160 4,96 29,4 1310 4,78 25,8 1290 6,20 28,7 1810 6,14 27,7 1780

200 4,35 29,7 1310 4,61 26,3 1310 5,92 29,6 1830 5,98 28,4 1800

Dosis de Cloruro



0 8,00 96,3 1200 8,00 92,4 1190 8,00 36,1 1690 8,00 35,2 1680

40 6,75 8,51 1230 6,74 9,07 1200 7,20 8,74 1730 7,49 9,12 1700

80 6,54 13,0 1240 6,63 16,3 1250 7,17 13,8 1740 7,32 11,4 1720

120 6,41 19,1 1260 6,54 16,8 1270 7,11 17,6 1770 7,24 16,4 1760

160 6,38 25,9 1290 6,43 18,9 1290 7,02 23,4 1800 7,16 21,5 1770

pHi=8

200 5,96 26,4 1300 6,31 25,3 1300 6,93 25,8 1810 6,92 24,6 1790

Dosis de Cloruro



0 9,00 96,3 1200 9,00 92,4 1190 9,00 36,1 1690 9,00 35,2 1680

40 8,62 11,3 1230 8,54 11,2 1240 8,81 12,6 1740 8,90 12,4 1710

80 8,45 18,6 1250 8,47 18,6 1230 8,63 19,3 1750 8,84 17,3 1740

120 8,34 21,8 1270 8,31 19,8 1250 8,24 21,9 1780 8,67 19,8 1770

160 8,00 22,9 1300 8,24 21,7 1280 8,07 22,7 1800 8,43 21,7 1780

pHi=9

200 7,84 23,5 1320 8,18 22,4 1310 7,94 23,4 1820 8,36 24,1 1790

Anexos

Anexo 2: Análisis Estadístico de los Resultados Experimentales a partir del procesamiento por STATGRAPHICS versión 4.1

Variante 1. Dosificación con Alúmina

Las variables de respuestas son:

1. Turbidez (NTU)


Se realizó un plan experimental con 1 réplica con los siguientes niveles de las Variables

Independientes:

Variables Niveles

pH inicial 4 – 5 – 6 – 7 – 8 - 9

Dosis Alúmina (ml/L) 2 – 4 – 6 – 8 - 10

Datos Generales de las Corridas Experimentales:

pHi Dosis Turbidez Conductividad

4 2 15,9 1780

4 4 12,1 1740

4 6 12,8 1770

4 8 13,4 1790

4 10 13,9 1810

4 2 16,2 1770

4 4 13,1 1740

4 6 14,6 1760

4 8 14,9 1780

4 10 15,2 1790

5 2 7,23 1740

5 4 3,35 1700

5 6 3,62 1730

5 8 4,08 1760

5 10 4,87 1800

5 2 7,86 1750

5 4 2,64 1710

5 6 2,75 1740

5 8 4,87 1760

5 10 4,98 1780

6 2 6,49 1700

6 4 1,96 1680

6 6 1,98 1690

Anexos

6 8 2,06 1710

6 10 2,71 1740

6 2 5,96 1730

6 4 1,78 1730

6 6 1,98 1770

6 8 2,73 1780

6 10 2,87 1800

7 2 6,05 1720

7 4 1,89 1710

7 6 1,93 1750

7 8 2,00 1760

7 10 2,37 1790

7 2 5,96 1730

7 4 1,78 1730

7 6 1,98 1770

7 8 2,73 1780

7 10 2,87 1800

8 2 7,94 1740

8 4 2,85 1720

8 6 3,02 1750

8 8 3,27 1770

8 10 3,84 1780

8 2 8,01 1750

8 4 2,95 1730

8 6 2,98 1740

8 8 4,26 1790

8 10 4,88 1810

9 2 9,67 1780

9 4 4,24 1750

9 6 5,17 1780

9 8 5,79 1790

9 10 5,96 1830

9 2 9,34 1790

9 4 3,92 1740

9 6 4,16 1780

9 8 5,03 1800

9 10 5,87 1820

Anexos

Variable Dependiente: Turbidez

Nonlinear Regression

Dependent variable: Turbidez

Independent variables: pHi, Dosis

Function to be estimated: A+B*pHi+C*Dosis+D*pHi^2+E*pHi*Dosis+F*Dosis^2

Initial parameter estimates:

A = 1,0

B = 1,0

C = 1,0

D = 1,0

E = 1,0

F = 1,0

Estimation method: Marquardt

Estimation stopped due to convergence of parameter estimates.

Number of iterations: 1

Number of function calls: 36

Estimation Results

----------------------------------------------------------------------------

Asymptotic 95,0%

Asymptotic Confidence Interval

Parameter Estimate Standard Error Lower Upper

----------------------------------------------------------------------------

A 74,2075 9,48891 55,2622 93,1527

B -13,524 2,9156 -19,3452 -7,70281

C -8,62321 0,83783 -10,296 -6,95042

D 1,00543 0,219956 0,566267 1,44458

E -0,110473 0,0940573 -0,298265 0,0773189

Anexos

F 0,705264 0,0549891 0,595474 0,815053

----------------------------------------------------------------------------

Analysis of Variance

-----------------------------------------------------

Source Sum of Squares Df Mean Square

-----------------------------------------------------

Model 17162,1 6 2860,35

Residual 1430,52 66 21,6746

-----------------------------------------------------

Total 18592,6 72

Total (Corr.) 10091,0 71

R-Squared = 85, 8237 percent

R-Squared (adjusted for d.f.) = 84, 7498 percent

Standard Error of Est. = 4, 6556

Mean absolute error = 3, 82196

Durbin-Watson statistic = 2, 49105

Residual Analysis

---------------------------------

Estimation Validation

n 72

MSE 21, 6746

MAE 3, 82196

MAPE 70, 4613

ME 0, 00000111537

MPE -2, 65517

Anexos

The StatAdvisor

---------------

The output shows the results of fitting a nonlinear regression model to describe the

relationship between Turbidez and 2 independent variables. The equation of the fitted model

is

74,2075-13,524*pHi-8,62321*Dosis+1,00543*pHi^2-0,110473*pHi*Dosis+0,705264*Dosis^2

In performing the fit, the estimation process terminated success sully after 5 iterations, at

which point the residual sum of squares appeared to approach a minimum.

The R-Squared statistic indicates that the model as fitted explains85,8237% of the

variability in Turbidez. The adjusted R-Squared statistic, which is more suitable for comparing

models with different numbers of independent variables, is 84,7498%. The standard error of

the estimate shows the standard deviation of the residuals to be4,6556. This value can be

used to construct prediction limits for new observations by selecting the Forecasts option from

the text menu.

The mean absolute error (MAE) of 3,82196 is the average value of the residuals. The Durbin-

Watson (DW) statistic tests the residuals to determine if there is any significant correlation

based on the ordering which they occur in your data file. Because the DW value is greater

than 1.4, there is probably not any serious autocorrelation in the residuals.

The output also shows aymptotic 95,0% confidence intervals for each of the unknown

parameters. These intervals are approximate and most accurate for large sample sizes. You

can determine whether or not an estimate is statistically significant by examining each interval

to see whether it contains the value 0.0. Intervals covering 0.0 correspond to coefficients

which may well be removed form the model without hurting the fit substantially.

Anexos

Dosis=5,0

Plot of Fitted Model

pHi

Turb

idez

4 5 6 7 8 90

10

20

30

40


pHiDosis

Turb

idez

4 5 6 7 8 9 0 2 4 6 8 10-3

7

17

27

37


pHi

Dos

is

Turbidez-3,01,05,09,013,017,021,025,029,033,037,04 5 6 7 8 9

0

2

4

6

8

10

Anexos

Plot of Turbidez

predicted

obse

rved

-3 7 17 27 37-3

7

17

27

37

Variable Dependiente: Conductividad


Dependent variable: Conduct

Independent variables:

pHi

Dosis



A = 1,0

B = 1,0

C = 1,0

D = 1,0

E = 1,0

F = 1,0


Estimation stopped due to convergence of residual sum of squares.



Anexos

Estimation Results

----------------------------------------------------------------------------

Asymptotic 95, 0%



----------------------------------------------------------------------------

A 1902, 58 44, 4343 1813, 87 1991, 3

B -65, 5417 13, 6531 -92,801 -38, 2824

C 4, 4369 3, 92336 -3, 39635 12, 2702

D 5, 08929 1, 03 3, 03281 7, 14576

E 0,442857 0,440448 -0, 436527 1, 32224

F 0,133929 0,257501 -0, 38019 0,648047

----------------------------------------------------------------------------


-----------------------------------------------------


-----------------------------------------------------

Model 2,20052E8 6 3,66754E7

Residual 31368,9 66 475,286

-----------------------------------------------------

Total 2,20084E8 72

Total (Corr.) 108188,0 71

R-Squared = 71, 0051 percent

R-Squared (adjusted for d.f.) = 68, 8085 percent

Standard Error of Est. = 21, 8011

Mean absolute error = 16, 3187

Durbin-Watson statistic = 2, 00726

Anexos

Residual Analysis

---------------------------------


n 72

MSE 475,286

MAE 16,3187

MAPE 0,936947

ME 1,48807E-9

MPE -0, 0143875

The StatAdvisor

---------------


relationship between Conduct and 2 independent variables. The equation of the fitted model

is

1902,58-65,5417*pHi+4,4369*Dosis+5,08929*pHi^2+0,442857*pHi*Dosis+0,133929*Dosis^2

In performing the fit, the estimation process terminated successfully after 5 iterations, at which

point the estimated coefficients appeared to converge to the current estimates.

The R-Squared statistic indicates that the model as fitted explains 71, 0051% of the

variability in Conduct. The adjusted R-Squared statistic, which is more suitable for comparing


the estimate shows the standard deviation of the residuals to be 1,8011. This value can be

used to construct prediction limits for new observations by selecting the Forecasts option from

the text menu.

The mean absolute error (MAE) of 16, 3187 is the average value of the residuals. The

Durbin-Watson (DW) statistic tests the residuals to determine if there is any significant

correlation based on the order in which they occur in your data file. Because the DW value is

greater than 1.4, there is probably not any serious autocorrelation in

the residuals.

Anexos





which may well be removed form the model without hurting the fit ubstantially.

Dosis=5,0


pHi

Con

duct

4 5 6 7 8 91600

1640

1680

1720

1760

1800

1840


pHiDosis

Con

duct

4 5 6 7 8 9 0 2 4 6 8 101600164016801720176018001840

Anexos


pHi

Dos

is

Conduct1672,01696,01720,01744,01768,01792,01816,01840,0

4 5 6 7 8 90

2

4

6

8

10

Plot of Conduct

predicted

obse

rved

1600 1640 1680 1720 1760 1800 18401600

1640

1680

1720

1760

1800

1840

Variante 2. Dosificación con FeCl3

Las variables de respuestas son:

1. Turbidez (NTU)


Se realizó un plan experimental con 5 réplicas con los siguientes niveles de las Variables

Independientes:

Variables Niveles

pH inicial 4 – 5 – 6 – 7 – 8 - 9

Dosis Alúmina (ml/L) 4 – 8 – 12 – 16 - 20

Anexos

Datos Generales de las Corridas Experimentales:

pHi Dosis Turbidez

4 0 36,10

4 4 8,34

4 8 12,60

4 12 13,10

4 16 13,90

4 20 14,20

4 0 35,20

4 4 7,68

4 8 12,30

4 12 13,80

4 16 14,10

4 20 14,90

5 0 36,10

5 4 6,81

5 8 9,97

5 12 14,10

5 16 15,70

5 20 16,90

5 0 35,20

5 4 7,29

5 8 8,94

5 12 11,60

5 16 15,20

5 20 16,30

6 0 36,10

6 4 9,43

6 8 16,80

6 12 18,50

6 16 20,90

6 20 21,40

6 0 35,20

6 4 8,01

6 8 15,90

6 12 17,20

6 16 19,60

6 20 20,30

7 0 36,10

7 4 13,40

7 8 25,20

7 12 26,90

7 16 28,70

7 20 29,60

7 0 35,20

7 4 12,80

7 8 23,10

7 12 25,50

7 16 27,70

Anexos

7 20 28,40

8 0 36,10

8 4 8,74

8 8 13,80

8 12 17,60

8 16 23,40

8 20 25,80

8 0 35,20

8 4 9,12

8 8 11,40

8 12 16,40

8 16 21,50

8 20 24,60

9 0 36,10

9 4 12,60

9 8 19,30

9 12 21,90

9 16 22,70

9 20 23,40

9 0 35,20

9 4 12,40

9 8 17,30

9 12 19,80

9 16 21,70

9 20 24,10

Anexos

Variable Dependiente: Turbidez


--------------------

Dependent variable: Turbidez




A = 1,0

B = 1,0

C = 1,0

D = 1,0

E = 1,0

F = 1,0





Estimation Results

----------------------------------------------------------------------------

Asymptotic 95,0%



----------------------------------------------------------------------------

A 8,60699 13,1395 -17,6269 34,8409

B 6,71791 4,0373 -1,34284 14,7787

C -3,67158 0,580082 -4,82975 -2,51341

D -0,493943 0,304579 -1,10206 0,114169

Anexos

E 0,106838 0,0651217 -0,0231822 0,236858

F 0,13623 0,0190362 0,0982225 0,174237

----------------------------------------------------------------------------


-----------------------------------------------------


-----------------------------------------------------

Model 32254,5 6 5375,75

Residual 2742,97 66 41,5602

-----------------------------------------------------

Total 34997,5 72

Total (Corr.) 5698,15 71

R-Squared = 51,8621 percent

R-Squared (adjusted for d.f.) = 48,2153 percent

Standard Error of Est. = 6,44672

Mean absolute error = 5,14985

Durbin-Watson statistic = 2,33338

Residual Analysis

---------------------------------


n 72

MSE 41,5602

MAE 5,14985

MAPE 35,4415

ME -7,90391E-11

MPE -14,0368

Anexos

The StatAdvisor

---------------


relationship between Turbidez and 2 independent variables. The equation of the fitted model

is

8,60699+6,71791*pHi-3,67158*Dosis-0,493943*pHi^2+0,106838*pHi*Dosis+0,13623*Dosis^2



The R-Squared statistic indicates that the model as fitted explains 51,8621% of the

variability in Turbidez. The adjusted R-Squared statistic, which is more suitable for comparing


the estimate shows the standard deviation of the residuals to be

6,44672. This value can be used to construct prediction limits for new observations by

selecting the Forecasts option from the text menu.



based on the order in which they occur in your data file. Because the DW value is greater

than 1.4, there is probably not any serious autocorrelation in

the residuals.






Anexos

Dosis=10,0


4 5 6 7 8 9

pHi

0

10

20

30

40

Turb

idez


4 5 6 7 8 9pHi0 4 8 121620

Dosis8121620242832

Turb

idez


4 5 6 7 8 9

pHi

0

4

8

12

16

20

Dos

is

Turbidez8,010,412,815,217,620,022,424,827,229,632,0

Anexos

Plot of Turbidez

0 10 20 30 40

predicted

0

10

20

30

40

obse

rved

Variable Dependiente: Conductividad


--------------------

Dependent variable: Conduct




A = 1,0

B = 1,0

C = 1,0

D = 1,0

E = 1,0

F = 1,0





Anexos

Estimation Results

----------------------------------------------------------------------------

Asymptotic 95,0%



----------------------------------------------------------------------------

A 1628,59 25,9658 1576,75 1680,44

B 17,1973 7,97837 1,26791 33,1266

C 6,94877 1,14634 4,66003 9,23751

D -1,19048 0,601898 -2,39221 0,0112535

E 0,0969388 0,128691 -0,160002 0,353879

F -0,0911458 0,0376186 -0,166254 -0,0160377

----------------------------------------------------------------------------


-----------------------------------------------------


-----------------------------------------------------

Model 2,2037E8 6 3,67283E7

Residual 10711,9 66 162,302

-----------------------------------------------------

Total 2,2038E8 72

Total (Corr.) 125232,0 71

R-Squared = 91,4463 percent

R-Squared (adjusted for d.f.) = 90,7983 percent

Standard Error of Est. = 12,7398

Mean absolute error = 9,86177

Durbin-Watson statistic = 0,90544

Anexos

Residual Analysis

---------------------------------


n 72

MSE 162,302

MAE 9,86177

MAPE 0,561484

ME 5,99142E-10

MPE -0,0048169

The StatAdvisor

---------------


relationship between Conduct and 2 independent variables. The equation of the fitted model

is

1628,59+17,1973*pHi+6,9487*Dosis-1,19048*pHi^2+0,0969388*pHi*Dosis-0,0911458*Dosis^2



The R-Squared statistic indicates that the model as fitted explains 91,4463% of the

variability in Conduct. The adjusted R-Squared statistic, which is more suitable for comparing


the estimate shows the standard deviation of the residuals to be 12,7398. This value can be

used to construct prediction limits for, new observations by selecting the Forecasts option

from the text menu.



based on the order in which they occur in your data file. Because the DW value is less than

1.4, there may be some indication of serial correlation. Plot the residuals versus row order to

see if there is any pattern which can be seen.

Anexos






Dosis=10,0


pHi

Con

duct

4 5 6 7 8 91600

1640

1680

1720

1760

1800

1840


pHiDosis

Con

duct

4 5 6 7 8 9 0 4 8 1216201600164016801720176018001840

Anexos


pHi

Dos

is

Conduct1676,091695,651715,221734,781754,351773,911793,481813,04

4 5 6 7 8 90

4

8

12

16

20

Plot of Conduct

predicted

obse

rved

1600 1640 1680 1720 1760 1800 18401600

1640

1680

1720

1760

1800

1840

facultad de química-farmacia. departamento de ingeniería

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