Simulacin del proceso de Coagulacin- Floculacin

Simulacin del proceso de Coagulacin- Floculacin

SHAPE

SHAPE

SHAPE

SHAPE

SHAPE

SHAPE

Simulacin del proceso de Coagulacin- Floculacin

MEDICIONES HIDROLOGICAS Y AMBIENTALES

PRUEBA DE JARRAS

Grupo: 1IC-241 (A)

Objetivos:

Determinar la dosis correcta de coagulante para el proceso de coagulacin floculacin.

Marco Terico

La coagulacin floculacin del agua es un proceso bastante complejo que cosiste en la desestabilizacin y agrupamiento de slidos suspendidos en pequeas masas con peso especfico superior al del agua llamada floc, coagulacin o grumos. Este proceso se hace necesario debido a que la velocidad de asentamiento de las partculas es tan bajaque resulta antieconmico pensar en sedimentar.

Los primeros aparatos empleados para desarrollar el sistema de simulacin del proceso de coagulacin (prueba de jarras), fueron desarrolladas en los Estados Unidos, entre 1918-1921. Desde entonces la prueba de jarras ha constituido, uno de los principales instrumentos de trabajo en las plantas de tratamientos en todo el mundo.

Este ensayo intenta simular las condiciones en las cuales coagula el agua en las plantas de tratamiento. Sin embargo, dado el pequeo volumen de precipitados contiene en comparacin con el gran volumen de los tanques de floculacin reales, la dosis correcta de sustancias qumicas que se debe aplicar para coagular el agua.

Observacin visual

Es la que comnmente se hace. Consiste simplemente en observar la forma cmo se desarrolla el floc. En cada una de las jarras, escogiendo aquella que produzca el floc ms grande de mayor velocidad de asentamiento aparente, y que deje ver un agua ms cristalina entre las partculas coaguladas. La comparacin de los tamaos no es fcil.

Algunas prefieren estimularlo en milmetros en forma muy aproximada, otros prefieren usar el ndice de willcomb tal como se incluye en la siguiente tabla:

ndice de Floculacin de Willcomb

Nmero de ndiceDescripcin

0Floc coloidal. Ningn signo de aglutacin visible.

2Floc muy pequeo, casi imperceptible para un observador no entrenado.

4Floc bien formado pero uniformente distribuido (sedimenta muy lentamente o no sedimenta claro)

6Floc de tamao relativamente grande pero que precipita con lentitud.

8Floc que se deposita fcil pero no completamente excelente.

10Floc que se deposita todo debajo del agua cristalina

Turbiedad residual

Las observaciones visuales para estimar el tamao y calidad del floc producido en las jarras en realidad, dice poco sobre la eficiencia y rapidez con que se ha producido la clarificacin del agua. Por eso cuando interese, es conveniente tomar el sobrenadante que se produce despus de 30 60 por medio de la sedimentacin, extrayendo 20-50 litros de muestra de 4*5cm de profundidad desde la superficie. A la muestra as extrada se le determina la turbiedad con un tubmetro fotoelctrico.

Reactivos y Equipos

1. Un agitador mecnico provisto con tres a seis paletas, capaz de operar la velocidad variable y provista de iluminacin localizada en la base del agitador.

2. Seis vasos de precipitado de uno o dos litros de capacidad.

3. Un balde de plstico, de tipo domestico con una capacidad superior a 8 litros, para la recoleccin de la muestra.

4. Una probeta graduada de 1000ml para la medicin de la muestra.

5. Pipetas graduadas de 1,5 y 10 ml.

6. Una pipeta de 100 ml.

7. Aparato para la determinacin de color, turbiedad, ph y la alcalinidad.

8. Coagulante a utilizar (uno de los ms comunes es el sulfato de aluminio o alumbre) se recomienda una solucin al 1%.

Procedimiento

1. Se enjuaga seis vasos de precipitados de 1 litro, 500 ml con agua corriente permitiendo que ocurran por unos minutos, colocndolos de boca abajo, los vasos que tienen varios das de uso se deben lavar interior y exterior de loza, terminando la limpieza con un buen enjuague de agua corriente.

2. Se limpian las paletas del aparato de agitacin con una tela hmeda.

3. Se recolecta la muestra de agua cruda, teniendo presente que los pasos 4 y 7 deben quedar terminados dentro de un lapso de 20 minutos. Si el trabajo se tiene que interrumpir durante esta fase crtica, se desecha la muestra y se procura una muestra reciente. En otra forma la sedimentacin de gran parte de la turbiedad y el aumento de la temperatura de la muestra, por el calor del laboratorio, pueden conducir a resultados errneos.

Foto: Muestra de agua cruda

4. Se voltean los vasos a su posicin normal y se vierte, en cada uno de ellos 1 litro de agua cruda.

5. Se colocan todos los vasos que tienen todos los volmenes de muestra de 1 litro en el aparato de agitacin.

6. Con una pipeta graduada se agrega dosis crecientes de la solucin coagulante tan rpidamente como sea posible. La serie de la dosis se selecciona en forma tal, que el primer vaso presenta un tratamiento o sobretratamiento. Cuando se ha establecido una serie adecuada, la sucesin de vasos debe mostrar resultados de coagulacin calificables como pobre, regular, buena y excelente, al finalizar la prueba. Ser necesaria repetir la prueba de potabilizacin una o dos veces ms, hasta conseguir la serie adecuada que conduzca a los resultados deseados (no es recomendable en esa seguir una serie especfica de dosis coagulante porque, la coagulacin depende del valor del pH y de la cantidad de turbiedad, color, alcalinidad y sustancias minerales disueltas, lo mismo que la naturaleza del coagulante que se agrega.

Foto: Con todos los recipientes colocados en sus posiciones

7. Se bajan las paletas de agitacin dentro de los vasos, se pone en marcha el aparato agitador y se opera, por un minuto, a una velocidad de 60 a 80 revoluciones por minuto.

8. Se reduce la velocidad del agitador, en los siguientes 30 segundos a 30 rpm y se contina la agitacin a esta velocidad por 15 minutos exactos.

9. Obsrvese cada vaso de precipitado para determinar la aparicin de floculo, de punta de alfiler, el orden de tales apariciones.

10. Se detiene el aparato de agitacin y se permiten que las muestras se sedimenten por 15 minutos o 60 minutos. Se observan los flculos y se registran el orden de sedimentacin. Se describen los resultados como pobres, regulares, buenos y excelentes. Una muestra brumosa indica una coagulacin pobre o deficiente. El agua apropiadamente coagulada contiene partculas de flculos que se encuentran bien formadas y el lquido entre las partculas es claro. La dosis ms baja de coagulante, capaz de abatir la turbiedad durante la prueba de potabilizacin, debe ser la primera que se pruebe en la operacin de planta.

Foto: Poco antes de cumplir los 15 min de reposo

11. Por medios de pipeta de 100 ml se extrae, de cada vaso una porcin superior de la muestra de unos 4 cm de profundidad.

12. Se determinar el color, la turbiedad, el valor de pH y la alcalinidad de la fenolftalena y total de la muestra coagulada, siguiendo las intrusiones de las guas anteriores.

Aplicaciones Prcticas de la Prueba de Potabilizacin

1. Variacin del Tiempo de Agitacin

El procedimiento especifica de un punto exacto de agitacin de 15 minutos a 30 rpm. Esta cifra albitraria solo es de valor real cuando dos plantas potabilizadoras, a ciertas distancias una de la otra, desean comparar los resultados de una investigacin sobre coagulante o coagulante particular. El perodo de agitacin de 15 minutos resulta demasiado breve en plantas potabilizadoras con un periodo de floculacin de 40 a 60 minutos y demasiado prolongado en las plantas antiguas, en las que solo se conceden 5 min de floculacin. El operador debe aumentar o disminuir el tiempo de agitacin de 15 minutos para que se equipare con el tiempo de floculacin de la planta.

Tambin las condiciones de operacin en la planta puede influir para cambiar el periodo de agitacin del laboratorio, por ejemplo: el perodo de floculacin de una planta de trabaja de 223 litros por segundo (lps) en el invierno, puede ser de 40 minutos, mientras que en verano una tasa de bombeo de 440 litros por segundo, reduce el periodo de floculacin a 20 minutos. En el segundo caso, el tiempo de agitacin se debe reducir proporcionalmente. Debe efectuarse ajustes similares cuando en una planta, con tres tanques de floculacin sedimentos, trabajando en paralelo, se tiene un periodo normal de floculacin de 30 minutos, pero que, al quedar fuera de servicio un tanque por separaciones o limpieza, se reduce el periodo efectivo de floculacin.

2. Variacin del periodo de sedimentacin:

Un periodo de sedimentacin de 5 minutos puede ser til, si se justifica como conclusin posterior al finalizar el periodo de agitacin. Por ejemplo, una muestra puede aparentar un buen comportamiento durante la agitacin, sin embargo, el suspenderse esta, los flculos grandes pueden ser incapaces de sedimentarse en 15 o 20 min. Por otro lado con una dosis ms elevada y presentando exactamente la misma apariencia es posible que otra muestra comience a sedimentarse bien en menos de 5 min mostrando rpidamente un cielo limpio, de ms de un 1 cm de espesor, de agua clara, en la parte en el estado superior del vaso de precipitados. Bajo tales circunstancias pudiera ser preferible la dosis ms elevada la ideal general es emplear en la operacin de la planta la dosis ms baja que produzca un floculo bien formado de rpida sedimentacin, que muestre agua clarificada entre las partculas.

Comparacin de los distintos coagulantes:

Cuando se ha concentrado la dosis optima para cada uno de los diferentes coagulantes ensayados, se puede hacer una ultima prueba de potabilizacin en la cul cada coagulante se aplica con la dosificacin optima, en vaso de precipitacin por separados, al final de la prueba se pueden comparar los coagulantes sobre la claridad aparente de agua entre las partculas de floculo, valor de pH, alcalinida, color del agua despus de la sedimentacin y costos por metro cubico.

Clculos

Aquella jarra que produzca el mejor floc y la ms rpida sedimentacin ser escogida para la recomendacin de la dosis de coagulante.

Si ha utilizado una solucin al 1% de coagulante la concentracin recomendada ser; ppm de coagulante (alumbre)= ml de la solucin al 1% * 10

Agua CrudaAgua Semi Tratada

ph7.436.16

Color Verdadero811

Turbiedad26818

Alcalinida Total5224

Acidez Total2418

La dosificacin utilizada fue la de 8 ml

Preguntas

1. Nombre de dos compuestos utilizados como coagulantes, clasificados como:

a) sales de alumbre,

b) sales de hierro.

Sales de AlumbreSales de Hierro

NombreSulfato de Aluminio

(SO4 )3 Al2Cloruro Frrico

Cl3 Fe

2. A qu se refiere el trmino Ayudas de Coagulacin y de los ejemplos de los mismos?

Los ayudantes de coagulacin, son por lo general sustancias qumicas agregadas para optimizar la coagulacin, formar un floc ms fuerte y ms sedimentable, superar cadas de temperatura que retardan la coagulacin , reducir la cantidad de coagulante requerido y disminuir la cantidad de lodo producido.

Ejemplos:

a.) Slice Activada: Usada con alumbre, aumenta la tasa de coagulacin, reduce la dosis de alumbre y amplia el intervalo de pH efectivo para la coagulacin. Se prepara a partir de silicato de sodio activado mediante acido hipocloroso o cido sulfrico, para reducir alcalinidad. Tiene la ventaja de fortalecer el floc, hacerlo ms denso, ms grande y asegurando la remocin del color. Por lo general se agrega despus del alumbre porque directamente con este reacciona.

b.) Polielectrolitos: Son compuestos orgnicos sintticos que causan la agregacin de suelos y slidos, finamente divididos en suspensiones acuosas. Estos se clasifican en catinicos, aninico y no inicos.

Los catinicos: al disolverse producen iones con carga positiva por lo que se usan en aguas naturales y como coagulantes primarios acompaados de alumbre. Dosis: 0,1 a 10 mg/L

Los aninicos: al disolverse producen cargas negativas y son usados para remover slidos de carga positiva, acompaados de alumbre o coagulante de hierro. Dosis: 0,1 a 10 mg/L

Los No inicos: al disolverse producen iones positivos y negativos, utilizados como coagulantes o ayudantes en la coagulacin. Dosis: 1 a 10 mg/L.

c.) Agentes Lastradores: Son materiales que al ser agregados al agua forman partculas adicionales que promueven la formacin del floc. Se usan para tratar aguas de color alto, baja turbiedad y bajo contenido mineral. Los ms comunes son arcillas como la bentonita, caolinita, caliza, entre otras. Dosis: 10 a 50 mg/L.

3. Qu Compuesto se utiliza para adicionar alcalinidad al agua en caso de que sea insuficiente su contenido natural?

Se utiliza Bicarbonato de sodio la mayor parte de las veces ya que no es toxico en cantidades moderadas.

4. Qu son polielectrolitos y mencione algunas de las caractersticas de los diferentes tipos de ellos?

Polmero que se disocia en especies cargadas en solucin. Normalmente el trmino polielectrolito es empleado para sistemas polmeros que consisten de macroiones, es decir, macromolculas que portan grupos inicos unidos covalentemente a su estructura, los cuales a su vez deben ser compensados por contraiones de cargas contrarias para garantizar la electroneutralidad del sistema.

Debido a su estructura, los polielectrolitos afectan a las partculas coloidales o mayores, no afectan a las sustancias disueltas en el agua.

Gran parte de la materia orgnica biodegradable sujeta al tratamiento por fangos activados puede estar disuelta. El polielectrolito si podra interferir con el contacto entre la biomasa y el sustrato.

Por lo tanto, el uso de los polielectrolitos en fangos activados debera restringirse a casos donde se presenta mala sedimentacin y por lo tanto un efluente turbio (bulking sludge). En estos casos una opcin debera ser estos ayudantes de coagulacin aunque hay otras como mejorar la biomasa con inoculacin usando lodos de otras plantas de tratamiento, aumentando la aeracin o la recirculacin.

Fuentes de Error

Presentamos un resultado de color verdadero que por error en el mtodo o el aparato no nos redujo en agua semi tratada versus agua cruda. Este se puede incrementar debido a error humano.

Debido a la falta de experiencia se incrementan los rangos de errores relacionados al usos del equipo o procedimiento a seguir.

Conclusiones

La prueba de jarras se usa como herramienta para diseo de una planta de agua potable por eso la importancia de esta experiencia de laboratorio.

La experiencia nos permite tener la dosificacin correcta para lograr la calidad y cumplir con las normas establecidas para Calidad del Agua.

La prueba de jarras es una herramienta que nos permite determinar la calidad de una fuente de agua y con esto poder determinar la factibilidad de potabilizarla ya que con la dosificacin podemos establecer los precios que esta requieren para obtener agua de consumo.

Anexos

Realizando pH en muestra cruda y de agua cruda

Obteniendo color verdadero

Con el agua destilada filtrada

SHAPE

Bibliografa

http://www.drinking-water.org/html/es/Treatment/Coagulation-Flocculation.html

http://www.construsur.com.ar/index.php?name=News&file=article&sid=109

Jos miguel. Libro Calidad del agua. Coagulacin del agua, captulo 5. Pginas 189 hasta 213.

Aurelio Hernndez: Abastecimiento y distribucin del agua; Saneamiento y alcantarillado; Depuracin de aguas residuales.

http://www.r-chemical.com/blog/2012/01/31/la-prueba-de-jarras-en-una-planta-de-tratamiento-de-agua-potable/