DISMINUCIÓN DE LA DUREZA TOTAL DE AGUA SUPERFICIAL USANDO ARCILLA NATURAL TIPO ESMECTITA PROVENIENTE DEL MUNICIPIO DE

MOÑITOS-CÓRDOBA

JBO…

PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN

Las aguas domesticas son en gran parte uno de los principales problemas para el consumo humano, de otra parte, el tratamiento de estas también genera una problemática debido a los altos costos que se generan en su tratamiento y potabilización. Las arcillas naturales, son materiales porosos con carga, lo cual les permite retener cierto tipo de iones tales como Ca+2 y Mg+2, que es uno de los principales causantes de la dureza presentes en este tipo de aguas, dichos iones se presentan en forma de sales carbonatadas, estas sales son causantes de grandes problemas como son la obstrucción de tuberías por acumulación de etas, este tipo de aguas duras no son aptas para el consumo humano por que generan problemas de salud. Las arcillas son materiales inorgánicos naturales disponibles en grandes cantidades en la región, de fácil adquisición, procesamiento y bajo costo. La formación de cálculos en las vías urinarias es una enfermedad que puede causar dolor, hemorragia, obstrucción del flujo de la orina o una infección. Tiene muchas causas que contemplan elementos anatómicos, infecciones y ambientales como la ingesta constante de aguas duras o con exceso de sales de calcio como el carbonato de calcio (CaCO3). Recientes investigaciones muestran que los suelos arcillosos son capaces de retener este tipo de iones por su gran capacidad de intercambio iónico, disminuyendo así notablemente la dureza del agua.

Con este proyecto se puede ver el suelo como una planta de tratamiento de agua barata y asequible y el uso de materiales autóctonos de nuestra región en la solución viable para la eliminación de la dureza en aguas domésticas y de otro tipo.

Será posible a través de una arcilla natural tipo esmectita disminuir la conductividad de un agua dura?

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Determinar la capacidad de arcilla natural tipo esmectita para disminuir la conductividad de un agua dura.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Realizar la medición de la conductividad del agua inicial a la que se le

llevara a cabo el tratamiento.

Realizar un filtro de arcilla y arena de forma estratificada para darle

soporte al material arcilloso.

Medir en la conductividad después de cada pasada por el filtro

estratificado

Realizar una gráfica de Conductividad vs tiempo del agua tratada con el filtro arcilloso.

MATERIALES Y REACTIVOS

2 beacker Pipeta de 10 mL Espátula pequeña Tubos para centrífuga Cronómetro Bureta Tubo de ensayo ancho Soporte universal 2 pinzas para bureta

REACTIVOS:

Arcilla activada 500 mL de agua dura

EQUIPOS:

Balanza Analítica Centrifugadora Conductímetro HI 8733

Metodología experimental

Limpieza y purificación de la muestra

El material arcilloso (400 g), fue introducido en un beacker con agua destilada durante un lapso de 72 horas, con el propósito de separar el sobrenadante cuya composición regularmente es material vegetal y algunas sales disuelta, las partículas más pesadas en el fondo del recipiente es el decantado donde se encuentra la fracción arcillosa. Luego de obtener el decantado, se procedió a centrifugar y secar a una temperatura de 50°C. De este material obtenido, 200 g fueron triturados y posteriormente tratados con HCl al 5 % para su activación [1].

La purificación de la arcilla natural se llevó a cabo, con el fin de eliminar los carbonatos y los ácidos húmicos adsorbidos en ella, lo que en últimas nos permite activarla para optimizar su capacidad de adsorción.

Preparación del filtro

Para la preparación del filtro se tomaron las siguientes cantidades de arcilla y de arena gruesa 40 y 80 g respectivamente, el filtro se preparó en una bureta, agregando una pequeña mota de algodón en la punta del filtro, a continuación 20 g de arcilla, 40 g de arena, 20 g de arcilla y por ultimo 40 g de arena, el filtro fue fijado en un soporte universal donde se completó el sistema de filtración como se muestra a continuación [2].

Tratamiento del agua dura

Con el propósito de establecer si la arcilla tipo 2:1 tiene la capacidad de retener iones del agua, principalmente iones calcio y magnesio con el propósito de disminuir la dureza del agua; lo cual podemos lograrlo disminuyendo el contenido de iones de calcio y magnesio principalmente [3]. Con el propósito de disminuir la conductividad iónica, sometimos a 420 mL de agua dura a tratamiento, agregando por cada pasada durante 2,33 horas 60 mL de agua. Después de cada proceso de elución de 60 mL de agua se medío la conductividad del agua recolectada, generando la siguiente tabla de datos.

A continuación se muestran una serie de diagramas que permiten apreciar más detalladamente los pasos a seguir si se pretende realizar alguno de los procedimientos aquí mostrados y optimizarlos.

t (min) Conductividad ( µS/cm )

0 73020 53040 47060 42080 380

100 370120 370140 400

Se procedió a centrifugar la arcilla a 4000 rpm en intervalos

de 15 min

Purificación de la arcilla tipo 2:1 (Esmectita)

Se tomaron 400 gramos de arcilla natural tipo

Esmectita (2:1)

Después de haber eliminado todo el ácido, se secó la arcilla a una

temperatura de 60 C

Se dejó en agua destilada por 3 días; con el fin de liberar sales disueltas e impurezas

Luego se eliminó el sobrenadante

Seguidamente la arcillo se secó a una temperatura de 50 ºC

Se dejó enfriar, luego se trituro,

Posteriormente trituro en pequeños gránulos

Se tomaron 200g de arcilla el cual fueron tratados con

150 mL de ácido clorhídrico al 5%

Este tratamiento se hizo durante 24 horas con el fin de eliminar sales,

tales como carbonatos presentes en la arcilla

Nuevamente se procedió a centrifugar la arcilla a 1500 rpm en intervalos de 10 min, lavando la arcilla por cada centrifugada realizada, con agua destilada para eliminar el ácido presente

Parte II

Preparación del filtro

Parte III

Realización del ensayo

Se tomaron 40 gramos de arena gruesa, las cuales fueron tratadas con HCl al 5%, con el objetivo de eliminar la materia orgánica.

El montaje empleado fue una columna de absorción sujeta a un soporte universal

El empaquetamiento de la columna se llevó acabo de la siguiente maneraEn la primera capa se colocó 20 g de

arcilla, 40 g de arena, 20 g de arcilla y por ultimo 40 g de arena.

Inicialmente se le midió la conductividad ala muestra de agua natural, luego se tomaron 420mL para realizar el ensayo

Luego este volumen de la muestra se hizo pasar por el filtro, recolectando volúmenes de 60 mL a cada 30 min y midiendo su conductividad

Análisis y Resultados

A continuación se presenta una tabla que reúne cada uno de los datos importantes de este trabajo y nos permiten hacer un análisis de qué tan óptimo fue el proceso de disminución de la conductiva del agua.

Asumiendo que puede realizarse la determinación del porcentaje de retención de la misma forma que se realiza en términos de concentración, mostramos el porcentaje de retención en términos de conductividad iónica.

No. pasadas Conductividad (µS/cm) % Retención

0 730 -----1 530 27,392 470 11,323 420 10,644 380 9,525 370 2,636 370 07 400 -8,10

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

100

200

300

400

500

600

700

800

S Vs t

t (min)

C (µ

S/cm

)

La grafica anterior nos muestra claramente una disminución de la conductividad a través del tiempo, indicándonos en un punto la existencia de la saturación del filtro arcilloso. La conductividad del agua inicial fue de 730 µS/cm, cuyo valor está en el intervalo de 640-840 µS/cm, lo cual nos permite decir que estamos frente a un agua dura [4]. Luego del proceso de elución se logró obtener agua con una conductividad de 370 µS/cm la cual es catalogada como agua poco dura.

El proceso de elución de las muestras de agua, fue relativamente rápido ya que el filtro fue constituido por un material arcilloso poco compacto y con partículas tamaño considerable, debido a esto se puede decir que el porcentaje de retención fue bajo.

El porcentaje de retención bajo se debido principalmente a que se tenían gránulos muy grandes y esto implica una disminución de la densidad de empaquetamiento y por lo tanto el volumen de huecos es mayor y esto nos produjo un filtro más abierto en el cual la interacción entre el material filtrante y la muestra a filtrar es muy pequeña.

Algo muy importante que cabe señalar como conclusión, es que por ser la velocidad de filtración relativamente rápida, el mecanismo que gobierna la filtración es un mecanismo de retención física principalmente y que probablemente no se llevó a cabo el intercambio iónico porque éste necesita de periodos de tiempo más largos para que el contacto entre el material filtrante y el filtrado sea más íntimo y el proceso de filtración que se llevó a cabo fue algo rápido de tal forma que no se favorece el intercambio iónico.

BIBLIOGRAFÍA

1. STRUCTURAL ANALYSIS BY DRX OF A MODIFIED COLOMBIAN NATURAL CLAY BY PILLARING, Nester Javier Perales Lopez, Mario Barrera-Vargas. 2013

2. RETENCIÓN DE IONES AMONIO SOBRE UNA ARCILLA NATURAL TIPO ESMECTITA PROVENIENTE DEL MUNICIPIO DE MOÑITOS – CÓRDOBA. Trabajo de grado para optar el título de Químico, Universidad de Córdoba. 2012.

3. USO DE ARCILLAS EN LA ELIMINACIÓN DE IONES METÁLICOS POR FILTRACIÓN. Tesis como requisito parcial para obtener el grado de maestría en ciencias con especialidad en ingeniería cerámica, universidad autónoma de nuevo león. 1998

4. Julia Arbizu Milagro, PRÁCTICAS DE TRATAMIENTOS DE RESIDUOS EN INDUSTRIAS ENOLÓGICAS. Licenciatura de Enología. https://www.unirioja.es/dptos/daa/docencia/2033008guion.doc [Consulta: sábado, 17 de mayo de 2014]