pruebas de jarras

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Práctica 2: Prueba deCoagulación - Floculación

Laboratorio de Ingenieŕıa AmbientalEquipo I-A

Otoño 2008

Realización de la práctica: 11 de agosto de 2008

Entrega del reporte: 25 de agosto de 2008

México D.F.

Alumnos: Francisco Jośe Guerra Millá[email protected]

Adelwart Struck [email protected]

Santiago Andrés Villalobos [email protected]

Asesores: Quim. Ma. Teresa Moŕan y Morá[email protected]

Ing. Leticia Espinosa Marván


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Universidad Iberoamericana Laboratorio de Ingenieŕıa Ambiental, Otoño 2008

Índice

1. Carta de Presentación 4

2. Reporte Técnico 52.1. A.- Descripción del método experimental utilizado. . . . . . . . . 5

2.1.1. A. Determinación del coagulante óptimo. . . . . . . . . . 52.1.2. B. Determinación de la dosis óptima . . . . . . . . . . . . 52.1.3. C. Determinación del pH óptimo . . . . . . . . . . . . . . 62.1.4. D. Determinación de la cantidad de cal necesaria para el

ajuste del pH óptimo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2. B.- Los datos referentes a la muestra utilizada, como son: fuen-

te, fecha de muestreo, pH, temperatura, olor, color, presencia deburbujas, grasa, turbidez. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.3. C.- Reportar los datos experimentales como los pesos y volúme-nes, y el cálculo de los sólidos totales, disueltos y suspendidos, enmg/L, de la muestra original. Incluir ejemplos de cálculo. . . . . 7

2.4. D.- Reportar los volúmenes (y su cálculo) de las dosis de coagu-lante utilizadas en su experimento. . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.5. E.- Para cada etapa experimental presentar todos los resultadosexperimentales en forma tabular como son: volumen y tipo decoagulante utilizado, concentración del coagulante en la muestrauna vez dosificada, pH entrada, pH de salida, turbidez inicial,turbidez final, volumen de sedimento generado, mL/30 mL y enmL/L, el % de remoción observado, velocidad de sedimentación(cualitativa), descripción de los flóculos formados y del sobrena-dante para cada condición (cualitativa). Incluir en cada etapa, los

ejemplos de cálculo correspondientes, conclusiones sobre la mejoropción y justificación de la selección. Incluir en cada etapa delanálisis el dato de la experimentación de la etapa anterior quecomplete la información. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.6. F.- Incluir dentro del análisis del punto B experimental, las gráfi-cas correspondientes como seŕıan turbidez, volumen de sedimen-to, pH final vs. dosis del coagulante, incluyendo el resultado delmejor coagulante de la parte A experimental. Hacer un análisisy concluir respecto de cada una. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.7. G.- Señalar en estas gráficas, si se observan condiciones de rees-tabilización del coloide, y en que condiciones. Explicar cuando ypor qué, desde el punto de visto teórico, puede presentarse estefenómeno, para que el cliente lo evite. . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.8. H.- En el análisis del punto C Experimental incluir las gráficascorrespondientes a turbidez final y pH final vs. pH entrada. Ana-lizar estas gráficas y sacar conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . 17

F. J. Guerra, A. Struck, S. Villalobos 2


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2.9. I.- Reportar los datos experimentales y los resultados de los sóli-dos totales y disueltos, y los sólidos suspendidos, aśı como de la

turbidez, antes y después del mejor tratamiento. Y reportar el %de eficiencia lograda con las mejores condiciones reportadas paraambos parámetros, turbidez y sólidos suspendidos. . . . . . . . . 17

2.10. J.- Determinar de la información anterior obtenida experimen-talmente y de los sólidos sedimentables generados, si se cumplecon lo estipulado por SEMARNAT como se señala en el resumendel prelaboratorio. En caso de que exista desviación señalar dequé magnitud es y sugerir cómo se podŕıa corregir. . . . . . . . . 19

2.11. K.- A partir de las mejores condiciones observadas calcular lacantidad del coagulante (la sal) en kg/dı́a y la cantidad de CaOó NaOH sólida en kg/d́ıa ó del volumen de ácido 0.1N en L/diaque se requieren añadir para llegar al pH y las mejores condicio-nes, cuando el CLIENTE maneje gastos de suspensión de 2500m3/dı́a. Incluir los cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.12. L.- Calcular cuál serı́a el volumen de sedimento generado al d́ıaque tendŕıa que manejar la industria, si manejan volúmenes dedescarga de 1250 m3/d́ıa al recibir el tratamiento ba jo las mejorescondiciones observadas experimentalmente. . . . . . . . . . . . . 20

2.13. M.- Buscar en lo publicado y calcular los costos unitarios queimplicaŕıa para el usuario el consumo de estos reactivos al d́ıa.(Incluir la referencia de los datos). . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.14. N.- Incluir un diagrama y describir el proceso y los equipos ysus dimensiones, que se utilizaŕıan industrialmente para llevar acabo el proceso de coagulación - floculación de esta suspensión.Especificar qué controles se requieren y dónde deben colocarse en

dichos equipos para hacer una operación eficiente.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21



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1. Carta de Presentación

México D.F., a 25 de agosto de 2008.

A quien corresponda:

Por medio de la presente nos permitimos comunicarle los resultados del es-tudio solicitado por su empresa para el análisis de floculación - coagulación desu muestra. Los estudios fueron realizados el 11 de agosto con la muestra quenos fue provista por Ud. y esperamos que los resultados sean de utilidad.

Los resultados obtenidos para su muestra se resumen en la Tabla 1.1 juntocon los lineamientos estipulados por la SEMARNAT.

Tabla 1.1: Resumen de Resultados y Estipulaciones SEMARNAT.

Parámetro Permitido Experimental Cumple ExcesoSólidos suspendidos [mg/L]


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2. Reporte Técnico

2.1. A.- Descripción del método experimental utilizado.2.1.1. A. Determinación del coagulante óptimo.

Primeramente se determinó el pH, sólidos totales y disueltos, la turbidez yla temperatura de la muestra original. Después se hizo un ajuste del prelabo-ratorio para los cálculos del volumen necesario de coagulante para tener unaconcentración de 10 mg/L del óxido del ión metálico en una solución de 30 mLen lugar de 100 mL.

Una vez hechos estos cálculos se colocaron en cinco vasos de precipitados30 mL de muestra original manteniendo la agitación constante con el uso deagitadores magnéticos. Posteriormente se colocaron los vasos de precipitados enel equipo para la prueba de jarras y se estableció la velocidad de mezclado a 30rpm (el agitador gira de manera lenta para evitar que se rompan los fl óculos).Se añadió el volumen de coagulante calculado de cada uno de los coagulantes alos diferentes vasos de precipitados y se dejaron en la prueba de jarras por 20minutos.

Se hicieron anotaciones de las caracteŕısticas de cada vaso de precipitadospara poder hacer un análisis cualitativo de los diferentes coagulantes.

Una vez transcurridos los 20 minutos se detuvo la agitaci ón y se dejaronreposar las muestras durante 15 minutos para que se sedimentaran. Una vezconcluida la sedimentación, se midió la turbidez de cada muestra (tomando unamuestra de sobrenadante haciendo uso de una pipeta beral para evitar que se

resuspender el sedimentado y midiendo en el turbid́ımetro), ası́ como el pH(usando papel pH) y el volumen de sedimentos (colocando la solución en lostubos para centŕıfuga graduados y midiendo el volumen de sedimento de cadamuestra).

A partir de estos resultados se escogió el mejor coagulante qúımico.

2.1.2. B. Determinación de la dosis óptima

Siguiendo el mismo procedimiento descrito en el punto A, se volvieron hacerlas mediciones sólo que esta vez se usó únicamente el coagulante óptimo selec-cionado como el mejor anteriormente. En esta parte de la experimentación sevarió la dosis de coagulante excluyendo la que se utiliz ó en A (se prepararon 4

muestras nuevas y se guardó la muestra del mismo coagulante de la experimen-tación pasada).

De igual forma se llevó a cabo el proceso de agitación, mediciones y observa-ciones y se fueron registrando los resultados. Conociendo éstos se determinó cuál



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era la dosis óptima de coagulante.

2.1.3. C. Determinación del pH óptimo

En esta experimentación se volvió a repetir el procedimiento descrito en A.Esta vez las muestras que se utilizaron conteńıan el coagulante y dósis óptima, yse varió el pH de cada una de las muestras. El pH se ajusta mediante la adici ónde sosa o ácido sulfúrico buscando un intervalo de pH de 5 a 11. El pH, paramantener consistencia con los demás cálculos y debido a que los potenciómetrosno sirven adecuadamente, se midió con papel pH.

De igual forma se llevó a cabo el proceso de agitación, mediciones y observa-ciones y se fueron registrando los resultados. Conociendo éstos se determinó cuálera el pH óptimo de la dosis óptima del coagulante óptimo.

Concluida esta parte de la experimentación y sabiendo las condiciones ópti-mas de operación se determinaron los sólidos totales y disueltos de la muestraóptima para analizar la reducción en los sólidos suspendidos que se logŕo.

Los cuatro crisoles en los cuales se colocaron la muestra original, la muestraoriginal filtrada, la muestra óptima y la muestra óptima filtrada se dejaron se-car durante un d́ıa a una temperatura de 105 ◦C. Al dı́a siguiente se pesaron yde esta forma se pudieron determinar los sólidos totales y suspendidos de cadamuestra.

2.1.4. D. Determinación de la cantidad de cal necesaria para el ajus-te del pH óptimo.

Para determinar la cantidad de cal necesaria para el ajuste del pH se tomó unaaĺıcuota de 20 mL de la suspensión bien agitada y se colocó en un vaso de 50mL. Posteriormente utilizando una pipeta se tituló usando sosa 0.2 N como ti-tulante. Al mismo tiempo se monitoreó el pH con papel pH hasta llegar al pHóptimo.

2.2. B.- Los datos referentes a la muestra utilizada, co-mo son: fuente, fecha de muestreo, pH, temperatura,olor, color, presencia de burbujas, grasa, turbidez.

Descripción de la muestra:

Fecha de muestreo: 11 de Agosto de 2008.

Temperatura: 20 ◦C

pH: 7.5



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Turbidez: 1294 NTU (Lectura 647 NTU, se diluyó una aĺıcuota de 10mlaforando a 20 ml)

Color: café - verdoso claro

Caracterı́sticas visuales: terroso, turbio

Olor: Ninguno

Presencia de burbujas: ninguna

Grasa: no existente

Sólidos Totales: 1.130 g/L

Sólidos Totales Disueltos: 0.220 g/L

Sólidos Suspendidos Totales: 0.910 g/L

2.3. C.- Reportar los datos experimentales como los pesosy volúmenes, y el cálculo de los sólidos totales, disuel-tos y suspendidos, en mg/L, de la muestra original.Incluir ejemplos de cálculo.

Las Tablas 2.1 y 2.2 muestran los datos experimentales y resultados para ladeterminación de los sólidos suspendidos.

Tabla 2.1: Sólidos iniciales antes del tratamiento.

Crisol Volumen Peso Peso Sólidos SólidosMuestra Vaćıo seco totales suspendidos

[mL] [g] [g] [mg/L] [mg/L]Totales (7) 20 mL 33.3303 33.3529 1130

910Disueltos (8) 20 mL 33.6882 33.6926 220

Tabla 2.2: Sólidos finales después del mejor tratamiento


[mL] [g] [g] [mg/L] [mg/L]Totales (9) 3 mL 31.023 31.0235 166.6667

66.6667Disueltos (10) 2 mL 30.6992 30.6994 100.0000

A partir de estos pesos conocidos se prosigue a hacer el cálculo de los sólidostotales, disueltos y suspendidos de la muestra original.



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Ejemplos de Cálculo para los crisoles # 7 y 8 (muestra original ymuestra original filtrada):

ST = Ps − Pv

Vm(2.1)

ST = 33.3529g − 33.3303g

20mL ·

1000mg

1g ·

1000mL

1L = 1130

mg

L (2.2)

STD = Ps − Pv

Vm(2.3)

STD = 33.6926g − 33.6882g

20mL ·

1000mg

1g ·

1000mL

1L = 220

mg

L (2.4)

SS = ST − STD (2.5)

SS = 1130mg

L − 220

mg

L = 910

mg

L (2.6)

(2.7)

De esta forma se obtuvieron los resultados de las Tablas 2.1 y 2.2.

2.4. D.- Reportar los volúmenes (y su cálculo) de las dosisde coagulante utilizadas en su experimento.

Los volúmenes de las dosis de coagulante usados para obtener una concen-tración de 10 mg/L del óxido de cada coagulante a partir de muestras de 30 mLfueron:

Alumbre: Al2(SO4)3 · 18H2O ↔ Al2O3

V =30mL

0.01gox.

1L

1L

1gco.

1gmolox.

102g

1gmolco.1gmolox.

666g

1gmolco.

= 1.96mL

(2.8)

(2.9)

Sulfato férrico: Fe2(SO4)3 · 2H2O ↔ Fe2O3

V =30mL0.01gox.

1L 1L

1gco.1gmolox.

160g1gmolco.

1gmolox. 436g

1gmolco.

= 0.8175mL

(2.10)

(2.11)



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Cloruro férrico: FeCl3 · 6H2O ↔ Fe2O3

V =30mL

0.01gox.

1L

1L

1gco.

1gmolox.

160g

2gmolco.1gmolox.

271g

1gmolco.

= 1.016mL

(2.12)

(2.13)

Sulfato ferroso: FeSO4 · 7H2O ↔ FeO

V =30mL

0.01gox.

1L

1L

1gco.

1gmolox.

72g

1gmolco.1gmolox.

278g

1gmolco.

= 1.1583mL

(2.14)

(2.15)

Cal: Ca(OH)2 ↔ CaO

V =30mL

0.01gox.

1L

1L

1gco.

1gmolox.

56g

1gmolco.1gmolox.

74g

1gmolco.

= 0.396mL

(2.16)

La Tabla 2.3 resume los resultados obtenidos.

Tabla 2.3: Dosis de coagulante utilizadas en el experimento.

No. Muestra Coagulante Dosis[mL]

1 Al2(SO4)3 · 18H2O 1.962 Fe2(SO4)3 · 2H2O 0.823 FeCl3 · 6H2O 1.004 FeSO4 · 7H2O 1.165 Ca(OH)2 0.40



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2.5. E.- Para cada etapa experimental presentar todos losresultados experimentales en forma tabular como son:volumen y tipo de coagulante utilizado, concentra-ción del coagulante en la muestra una vez dosificada,pH entrada, pH de salida, turbidez inicial, turbidezfinal, volumen de sedimento generado, mL/30 mL yen mL/L, el % de remoción observado, velocidad desedimentación (cualitativa), descripción de los flócu-los formados y del sobrenadante para cada condición(cualitativa). Incluir en cada etapa, los ejemplos decálculo correspondientes, conclusiones sobre la mejoropción y justificación de la selección. Incluir en cadaetapa del análisis el dato de la experimentación de laetapa anterior que complete la información.

Para cada sección experimental se presentan los resultados y las observacio-nes correspondientes en las Tablas 2.4 - 2.9.

Para el cálculo del porcentaje de remocíon se utilizó la siguiente ecuación:

%Remoción = Turbidez Inical − Turbidez Final

Turbidez Inicial · 100 (2.17)

El volumen de sedimento por litro se obtiene como sigue:

VSedimento = VSedimento 30mL

30mL

1000mL

1L (2.18)

Selección del Mejor Coagulante Los resultados y observaciones se mues-tran en las Tablas 2.4 y 2.5. El ejemplo de cálculo se muestra a continuación.

%Remoción = 1294 − 17

1294 · 100 = 98.69% (2.19)

VSedimento = 0.55 mL

30mL

30mL

1000mL

1L = 18.33

mL

L (2.20)

Con base en la Tabla 2.4 es posible observar que el Alumbre fue el coagulanteque permitió un mayr porcentaje de remoción, basado en la turbidez de la mues-tra. Definitivamente y por un margen muy amplio, la Cal es el peor coagulante.

El sobrenadante de la muestra con alumbre es transparente, mientras que losdemás van de lechoso a turbio. La velocidad de sedimentación fue claramentemucho más rápida en la muestra con alumbre.

De acuerdo al porcentaje de remoción se escogió el mejor coagulante. Elorden de los coagulantes de acuerdo a su porcentaje de remoción serı́a:



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1. Alumbre

2. Cloruro férrico

3. Sulfato ferroso

4. Sulfato férrico

5. Cal

El orden de la lista podrı́a ser un indicio de las ventajas de los cloruro sobrelos sulfatos.

Tabla 2.4: Resultados Selección del Mejor Coagulante.

No. Coagulante Dósis C pHi pHf Turbidez Volumen Volumen Remociónfinal sed. sed.

[mL] [g/L] [NTU] [mL/30mL] [mL/L] [ %]1 Alumbre 2 0.01 7.5 6 17 0.55 18.33 98.692 Sulfato férrico 0.82 0.01 7.5 6 99 0.45 15.00 92.353 Cloruro férrico 1.01 0.01 7.5 7 77 0.4 13.33 94.054 Sulfato ferroso 1.16 0.01 7.5 7 98 0.4 13.33 92.435 Cal 0.4 0.01 7.5 6.5 855 0.05 1.67 33.93

Tabla 2.5: Observaciones Selección del Mejor Coagulante.

No. Observaciones1 Transparente, sedimenta rápido al inicio. Estable.2 Lechoso, flóculos en solución.3 Amarillento. Sedimento circular.4 Velocidad media (turbio).5 No sedimenta (turbio).

Selección de la mejor dosis Los resultados y observaciones se muestran enlas Tablas 2.6 y 2.7. El ejemplo de cálculo se muestra a continuación.

%Remoción = 1294 − 126

1294 · 100 = 90.26% (2.21)

VSedimento = 0.3 mL

30mL

30mL

1000mL

1L = 10.00

mL

L (2.22)



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Cnueva =

Coriginal · Dnueva

Doriginal =

0.01 gL · 0.5mL

1.96mL = 0.

0026

g

L (2.23)

Con base en la Tabla 2.6 es posible observar que una dosis de 2.5mL es la quepermite un mayor porcentaje de remoción. Esta dosis equivale a una concentra-ción de 0.0128g/L de alumbre y permite una remoci ón del 98.76 %. Asimismocabe destacar que una concentración muy elevada no garantiza forzosamente unabuena remoción. Lo mismo se puede afirmar de una concentración muy pequeña.

De acuerdo al porcentaje de remoción se escogió la mejor dosis. El orden delas dosis de alumbre de acuerdo a su porcentaje de remoci ón serı́a:

1. 2.5 mL

2. 2.0 mL

3. 3.0 mL

4. 1.0 mL

5. 0.5 mL

El orden de la lista indica claramente que existe una dosis óptima que no esni la menor ni la mayor.

Tabla 2.6: Resultados Selección de la Mejor Dósis.

No. Coagulante Dósis C pHi pHf Turbidez Volumen Volumen Remocíon

final sed. sed.[mL] [g/L] [NTU] [mL/30mL] [mL/L] [ %]

2 Alumbre 0.5 0.0026 7.5 7 126 0.3 10.00 90.263 Alumbre 1 0.0051 7.5 7 54 0.55 18.33 95.834 Alumbre 2.5 0.0128 7.5 6.5 16 0.75 25.00 98.765 Alumbre 3 0.0153 7.5 6 23 0.65 21.67 98.221 Alumbre 2 0.01 7.5 6 17 0.55 18.33 98.69

Selección del mejor pH Los resultados y observaciones se muestran en lasTablas 2.8 y 2.9. El ejemplo de cálculo se muestra a continuación.

%Remoción = 1294 − 24.7

1294 · 100 = 98.09% (2.24)

VSedimento = 0.7 mL

30mL

30mL

1000mL

1L = 23.33

mL

L (2.25)



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Tabla 2.7: Observaciones Selección de la Mejor Dósis.

No. Observaciones2 Poco claro con flóculos en la solución. No separación3 Medio claro4 Muy claro y pocos flóculos en solución (grandes)5 Muy claro, ligeramente más flóculos en solución1 Transparente, sedimenta rápido al inicio. Estable

Con base en la Tabla 2.8 es posible observar que el pH original de la soluciónes el que permite un mayor porcentaje de remoción. Si se observan los resulta-dos obtenidos se podrı́a pensar que el menor pH permite mejores resultados. No

obstante, cabe recalcar que no fue posible realizar muestras con pH por debajodel de la solución. Con base en los experimentos realizados, un pH de 7.5 per-mite una remoción del 98.76 %.

De acuerdo al porcentaje de remoción se escogió el mejor pH. El orden delos valores de pH utilizando una dosis de alumbre de 2.5 mL, de acuerdo a suporcentaje de remocíon serı́a:

1. 7.5

2. 8.0

3. 9.0

4. 10.0

El orden de la lista indica que el mejor pH es uno cercano al neutral. Noobstante, no se contó con muestra suficiente para analizar pHs menores a 7.5,por lo que seŕıa necesario hacer estudios posteriores.

Tabla 2.8: Resultados Selección del mejor pH.

No. Coagulante Dósis C pHi pHf Turbidez Volumen Volumen Remociónfinal sed. sed.

[mL] [g/L] [NTU] [mL/30mL] [mL/L] [ %]1 Alumbre 2.5 0.128 8 7 24.7 0.7 23.33 98.09

2 Alumbre 2.5 0.128 9 8 27.8 0.8 26.67 97.853 Alumbre 2.5 0.128 10 9 402 0.1 3.33 68.934 Alumbre 2.5 0.128 7.5 6.5 16 0.75 25.00 98.76



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Tabla 2.9: Observaciones Selección del mejor pH.

No. Observaciones1 Muy claro, flóculos escasos y muy finos2 Muy claro, casi no flóculos3 Muy turbio no se distinguen flóculos4 Muy claro y pocos flóculos en solución (grandes)

Con base en los análisis anteriores se puede determinar que las condicionesde mayor remoción, de acuerdo a las muestras realizadas se obtienen utilizandouna concentración de 0.128g/L de alumbre con el pH original de la muestra(pH=7.5).

2.6. F.- Incluir dentro del análisis del punto B experimen-tal, las gráficas correspondientes como seŕıan turbi-dez, volumen de sedimento, pH final vs. dosis del coa-gulante, incluyendo el resultado del mejor coagulantede la parte A experimental. Hacer un análisis y con-cluir respecto de cada una.

Las Figuras 2.1 - 2.3 muestran las gráficas correspondientes al punto B ex-perimental.

Figura 2.1: Turbidez vs. Dosis de alumbre.



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Figura 2.2: Volumen de sedimento vs. Dosis de alumbre.

Figura 2.3: pH final vs. Dosis de alumbre.



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En la Figura 2.1 es posible observar que el menor valor de turbidez se obtie-ne con una dosis de 2.5 mL. Esto es congruente con el resultado obtenido en la

sección 2.5, en donde se afirmó que el mejor resultado se obtéıa utilizando unadosis de 2.5 mL. Asimismo se corrobora la afirmación realizada, respecto a laexistencia de una dosis óptima, diferente de cero o en un caso hipotético, infinita.

En la Figura 2.2 se observa que el mayor volumen de sedimento se obtienecon la ya mencionada dosis de 2.5 mL. Esto nuevamente fortalece la elecci ónde dicha dosis, pues entre mayor sea el volumen de sedimento, menor ser á laconcentración de sólidos en el sobrenadante. En el caso de una dosis de 2 mL y 1mL se obtienen resultados idénticos, fuera de la tendencia general de la gráfica.Esto se podrı́a deber a errores de apreciación en la medición.

En la Figura 2.3 es posible afirmar respecto a una tendencia clara. Cabedestacar que el pH final de la muestra utilizando una dosis de 2.5 mL de alum-bre es de 6.5, no obstante, es intermedio al de las dosis tanto mayores comomenores. Es importante mencionar que la lectura de pH se realiz ó utilizandopapel indicador, lo que puede ser una fuente muy grande de error. La dosis dealumbre afecta el pH final de la solución.

2.7. G.- Señalar en estas gráficas, si se observan condicio-nes de reestabilización del coloide, y en que condi-ciones. Explicar cuando y por qué, desde el punto devisto teórico, puede presentarse este fenómeno, paraque el cliente lo evite.

En las gráficas de las Figuras 2.1 y 2.2 se observa una reestabilización del

coloide, lo que impide que se sedimente adecuadamente. En la Figura 2.1 si bienal aumentar la dosis de alumbre disminuye en un principio la turbidez, éstavuelve a aumentar con el aumento de la dosis. Asimismo, en la Figura 2.2 unamayor dosis genera un mayor volumen de sedimento, no obstante si se contin úaaumentando esta dosis, el volumen disminuye. Esto se debe a que los fl óculos sereestabilizan y no pueden sedimentar.

El potencial zeta indica la magnitud de la carga de la part́ıcula y permitedeterminar la distancia en que pueden aproximarse las part́ıculas coloidales en-tre śı. Describe la intensidad del campo eléctrico estático de la capa doble enel lı́mite entre el grano y el fluido (plano de corte). Para una solución coloidalen agua natural a pH de entre 5 y 8, el potencial zeta se encuentra entre 14 y30 mV. Si el potencial zeta disminuye a cero (punto isoeléctrico), los coloidespueden interactuar a una distancia menor a la establecida por la barrera deenerǵıa. Con esto es posible determinar si el coagulante permite la formaciónadecuada de flóculos que precipiten.

Los factores que influiŕıan en una reestabilización de los coloides una vez que



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se añadió el coagulante son:

Cantidad de partı́culas

Presencia de agentes peptizantes que desintegren los agregados coloidales

Mezclado (debe de ser intenso para garantizar un alto número de colisio-nes)

pH (puede provocar reestabilización, pues influye directamente en el valordel potencial zeta)

Como se observa en la Figura 2.3 el pH final de las soluciones es diferentedependiendo de la dosis de alumbre utilizada. Esta variación en el pH influirá deforma directa en el potencial zeta y por ende en la formación adecuada de flócu-los. De acuerdo a la Figura 2.3 el pH óptimo para tener un potencial zeta que

permita la más adecuada formación de flóculos es a 7.5. Para evitar esto, basta(con base a los experimentos realizados) utilizar el pH natural de la soluci ón,sin adicionar ácidos o bases.

2.8. H.- En el análisis del punto C Experimental incluirlas gráficas correspondientes a turbidez final y pHfinal vs. pH entrada. Analizar estas gráficas y sacarconclusiones.

Las Figuras 2.4 - 2.5 muestran las gráficas correspondientes al punto C ex-perimental.

La Figura 2.4 muestra cómo una disminución en el pH inicial permite un

menor nivel de turbidez. No obstante, no es posible afirmar si 7.5 es relamenteel pH que permite la menor turbidez, pues es el pH natural de la solución y nose tienen pruebas a un menor pH. Asimismo se observa que un pH demasiadoalto causa una reestabilización de los flóculos.

La Figura 2.5 muestra una relación directamente proporcional entre el pHinicial y el final. Es decir, la misma dosis de alumbre disminuirá el pH de lasolución de forma constante, sin importar cuál sea el valor inicial.

2.9. I.- Reportar los datos experimentales y los resultadosde los sólidos totales y disueltos, y los sólidos sus-pendidos, aśı como de la turbidez, antes y después

del mejor tratamiento. Y reportar el % de eficiencialograda con las mejores condiciones reportadas paraambos parámetros, turbidez y sólidos suspendidos.

La Tabla 2.10 muestra los datos experimentales para la muestra después delmejor tratamiento. La Tabla 2.11 muestra los resultados de sólidos suspendi-



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Figura 2.4: Turbidez vs. pH inicial.

Figura 2.5: pH final vs. pH inicial.



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dos para la muestra después del mejor tratamiento. La Tabla 2.12 muestra losresultados de la eficiencia basada en la turbidez y los sólidos suspendidos.

Tabla 2.10: Datos experimentales después del mejor tratamiento.

No. Coagulante Dósis C pHi pHf Turbidez Turbidez Volumeninicial final sed.

[mL] [g/L] [NTU] [NTU] [mL/L]4 Alumbre 2.5 0.128 g/L 7.5 6.5 1294 16 25.00

Tabla 2.11: Sólidos finales después del mejor tratamiento


[mL] [g] [g] [mg/L] [mg/L]Totales (9) 3 mL 31.023 31.0235 166.6667

66.6667Disueltos (10) 2 mL 30.6992 30.6994 100.0000

Tabla 2.12: Eficiencia.

Eficiencia[ %]

Turbidez 98.76Sólidos Suspendidos 92.67

2.10. J.- Determinar de la información anterior obtenidaexperimentalmente y de los sólidos sedimentablesgenerados, si se cumple con lo estipulado por SE-MARNAT como se señala en el resumen del prela-boratorio. En caso de que exista desviación señalar

de qué magnitud es y sugerir cómo se podŕıa corre-gir.

La SEMARNAT exige ciertas medidas para los desechos de una determinadacompañ́ıa. Dichos parámetros se muestran en la Tabla 2.13, en donde tambiénse especifica si son cumplidos o no.



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Tabla 2.13: Estipulaciones SEMARNAT.

Parámetro Permitido Experimental Cumple ExcesoSólidos suspendidos [mg/L]


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EL volumen de sedimento generado es de 31.25m3 al dı́a.

2.13. M.- Buscar en lo publicado y calcular los costos uni-tarios que implicaŕıa para el usuario el consumo deestos reactivos al d́ıa. (Incluir la referencia de losdatos).

El costo del sulfato de aluminio fue cotizado en 57.50USD[3] por 50 lb.Considerando el valor del dólar a 10.16MXP[2] por USD se obtiene el valorsigueinte.

Costo = 208.33kg

d

57.50USD

50lb

10.16MXP

USD

2.2046lb

1kg (2.30)

= 5366.40MXP

d (2.31)

El costo del coagulante es de 5366.40 MXP por dı́a.

2.14. N.- Incluir un diagrama y describir el proceso y losequipos y sus dimensiones, que se utilizaŕıan indus-trialmente para llevar a cabo el proceso de coagu-lación - floculación de esta suspensión. Especificarqué controles se requieren y dónde deben colocarseen dichos equipos para hacer una operación eficiente.

Captación y Conducón del Agua⇓

Coagulación - Floculación⇓

Decantación⇓

Filtrado

Captación y Conducción del Agua

La captación de agua para abastecimiento se realiza desde una fuente su-perficial (un rı́o, un lago, una represa, etcétera) o desde una fuente subterránea

(un pozo excavado, un pozo profundo, una galeŕıa, etcétera). La conduccióndependerá de la necesidad o no de bombeo, según la ubicación de la fuente conrespecto a la población.

Entre los equipos usados para la captación y conducción del agua, tenemoslos siguientes:



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Compuertas

Rejillas

Válvulas

Bombas

Motores

Coagulación

La sustancia quı́mica coagulante debe ser agregada a la masa de agua enturbulencia para que se produzca una mezcla instantánea y uniforme. Estamezcla anulará la carga eléctrica de las part́ıculas. Este proceso se realiza enlas denominadas cámaras de mezcla rápida. Para la formacíon del flóculo, es

necesario que el agua pase luego a las cámaras de mezcla lenta (floculacón).

Cámaras de mezcla rápida. Es el proceso de mezcla violenta del aguacruda con la solución de coagulante, aplicada de tal forma que estos se dis-tribuyan de manera uniforme para formar el microflóculo y dar inicio al procesode floculación, mediante una agitación lenta gradualmente decreciente. Estosinstrumentos se clasifican, según el mecanismo usado, en los siguientes tipos:

Retromezcladores o Mezcladores Mecánicos: Son equipos mecánicos de ag-itación. Constan de un motor, cámara de mezcla, estructuras de entrada,salida y drenaje del agua y un punto de aplicaci ón del coagulante.

Mezcladores Hidráulicos: La mezcla rápida se produce cuando el flujo de

un ĺıquido pasa de un régimen rápido a un régimen lento, acompañado deagitación y grandes pérdidas de energı́a. La estructura más usada en lasplantas de tratamiento de agua para este fin es la de resalto hidráulico,que puede obtenerse mediante una canaleta Parshall, rampa y vertederos.

Cámaras de mezcla lenta (floculadores). Tienen como finalidad dar alagua una agitación lenta y decreciente para completar la formación de un flóculosuficientemente grande y pesado como para que pueda ser removido fácilmenteen los procesos de sedimentación y filtración. Dependiendo del tipo de enerǵıautilizado para agitar el agua, los floculadores se clasifican en los siguientes tipos:

1. Floculadores hidráulicos:

floculadores de pantallas

de flujo horizontal

de flujo vertical

floculadores de tipo Cox y Alabama

floculadores de medios porosos



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2. Floculadores mecánicos:

de eje verticalde eje horizontal

floculadores de manto de lodos

Floculadores hidr´ aulicos. Pueden ser de flujo horizontal o vertical. La ag-itación lenta se imparte mediante un conveniente diseño hidráulico, después dehaber seleccionado en el laboratorio los parámetros que el agua requiere paraformar un buen flóculo. La unidad está compuesta por una gran cantidad decanales o compartimentos, con interconexiones convenientemente ubicadas, através de las cuales el agua se confina el tiempo necesario, con una intensidadde agitación gradualmente decreciente, para optimizar la formación del flóculo.La diferencia entre la unidad horizontal y la vertical est á en la dirección delflujo. En ambas es muy importante conservar la especial distribución dada alas pantallas en su construcción para que los parámetros de diseño se cumplany la eficiencia se mantenga.

Floculadores mec´ anicos. Están compuestos, básicamente, de un sistema depaletas fijo a un eje horizontal o vertical. Cada eje puede estar accionado por unmotor con reductores de velocidad para variar las velocidades en cada c ámara.En este tipo de unidades la agitación lenta del agua se consigue mediante energı́amecánica. La unidad está constituida, idealmente, por tres a seis cámaras, cadauna con agitadores, para impartir movimiento al agua. Los agitadores puedenser de paletas o de turbina.

Decantación

Es el proceso mediante el cual las partı́culas o flóculos se depositan debido ala acción de la gravedad, para permitir la clarificación del agua. Este procesose realiza en los decantadores o en los sedimentadores, que se clasifican según eltipo de flujo:

1. decantadores estáticos:

de flujo horizontal

de flujo vertical

de flujo helicoidal

2. decantadores dinámicos:

de suspensión hidráulica

de suspensión mecánica

3. decantadores laminares.



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Decantadores estáticos. En este tipo de unidades se produce la sedi-mentación o decantación, normalmente en cáıda libre de las part́ıculas. Entre

los decantadores estáticos están los desarenadores y sedimentadotes de flujohorizontal (rectangulares, circulares y cuadrados) y los de flujo vertical.

Decantadores dinámicos. Se aplican al tratamiento de agua que requierealta concentración de part́ıculas para incrementar las posibilidades de contacto.Se clasifican de acuerdo con las caracteŕısticas de la zona de formación de lodos,en unidades de tipo hidráulico o mecánico.

Decantadores laminares. Son poco profundos y están formados por unaserie de placas paralelas (planas u onduladas) o tubos (circulares, cuadrados uoctogonales), entre las cuales circula el agua con flujo laminar, lo cual producela separación del material particulado.

Filtración

La filtración, de manera general, consiste en hacer que el agua pasea travésde un medio poroso, para retener el material suspendido que no quedó en eldecantador. Su labor es especialmente importante en la remoción de microor-ganismos. Según su funcionamiento, los filtros pueden ser de los siguientes tipos:

filtro rápido (son los más usados)

filtro lento

Para controlar el proceso es necesario contar con el equipo siguiente:

Sistema de control general para el proceso

Válvula para el flujo de la solución a tratar

Válvula para controlar el flujo del coagulante

Sistemas de medición y cintrol de pH

Sistema de medición de turbidez

Sistema automatizado de decantado

Válvula para el control de la filtración



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References

[1] Biblioteca Virtual de desarrollo sostenible y salud ambiental. Caṕıtulo 9:Equipos.http://www.cepis.org.pe/bvsatr/fulltext/operacion/cap9.pdf, August 2008.

[2] Oanda. Oanda fxconverter.http://www.oanda.com/convert/classic, 25th August 2008.

[3] The Chemistry Store.com Inc. Aluminium sulfate.http://www.chemistrystore.com/, 25th August 2008.

[4] Wikipedia. Potencial zeta.http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial zeta, August 2008.


pruebas de jarras

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