Procesos que intervienen en el tratamiento de agua

Procesos que intervienen en el tratamiento de agua
Coagulación
Es el proceso a través del cual los coagulantes son añadidos al agua,
reduciendo las fuerzas que tienden a mantener separadas las partículas en
suspensión.
Las sustancias que mas nos interesa en el proceso de la coagulación son la
turbiedad y el color en forma de partículas muy pequeñas o coloides, material
que no puede ser eliminado mediante un proceso de sedimentación simple.
Turbiedad
Los contaminantes causantes de turbiedad en el agua son las partículas en
suspensión, tales como arcilla, minerales, sedimento, materia orgánica o
inorgánica finamente dividida y otros organismos microscópicos.
Entendemos por arcilla un material natural terroso, que se vuelve plástico
cuando se mezcla con cierta cantidad de agua y se compone principalmente de
sílice, aluminio y agua.
Color
La mayoría de los investigadores opina que el color orgánico en el agua es de
naturaleza coloidal. Los principales constituyentes de color orgánico natural
en el agua, son los ácidos fulvicos, himatomelanicos y humicos, conocidos en
su conjunto como sustancias humicas.
Recientemente se a demostrado que el color natural del agua puede reaccionar
con el cloro para producir compuestos órgano clarados, principalmente
cloroformo CH Cl3, y otros trihalometanos.
Material coloidal
Debido a que tanto la turbiedad como el color se atribuyen a la presencia de
partículas coloidales en solución, es necesario conocer la naturaleza de los
coloides para poder comprender el proceso de coagulación.
Naturaleza de los coloides
Las partículas coloidales se caracterizan por tener una gran superficie
específica, es decir una gran relación entre el área superficial y la masa. Que
tienen una dimensión entre 1 y 1.000 milimicrones aproximadamente.
Propiedades de los coloides:
Propiedades cinéticas
● Movimiento browniano. Consisten en movimiento constante e irregular que
realizan las partículas coloidales dentro de la fase liquida. Al elevarse la
temperatura del líquido las moléculas adquieren mayor energía cinética y
aumenta el movimiento browniano.
El promedio de velocidad de las partículas puede expresarse con la formuela
siguiente:
_
V = R/N. T/m
Donde:
R = constate molar de los gases = pv/T
N = numero de avogadro
T = temperatura absoluta
M = masa de la partícula
El valor de R/N = K comúnmente llamada constante de boltzman
Propiedades ópticas
● Efecto de tyndall faraday. Describe el fenómeno de dispersión de la luz al
pasar a través de una suspensión coloidal. El efecto de tyndall faraday se
utiliza en la determinación de la turbiedad por medio de un nefelómetro, esta
determinación lamentablemente no se relaciona en ningún caso con el número
de partículas de turbiedad, ni siquiera con la masa total.
Propiedades de superficie
● Adsorción. Las partículas coloidales se caracterizan por tener una gran
superficie específica, definida como relación entre el área superficial y la
masa, la gran superficie específica da a los coloides una gran capacidad de
adsorción.
Este tipo de coagulación se presenta cuando existe en el agua una alta
concentración de partículas en estado coloidal.
Etapa de la coagulación.
En una forma simplificada se puede considerar que la coagulación se realiza
en las siguientes fases:
● Hidrólisis de los coagulantes y desestabilización de las partículas en
suspensión.
● Formación de compuestos químicos poliméricos
● Adsorción de cadenas poliméricas por los coloides
● Adsorción mutua de coloides
Ayudantes de coagulación
Recientemente se ha introducido el uso de polímeros orgánicos sintéticos para
tratar el agua. Se utilizan en forma sólida (polvo) o liquida, clasificándose en
polímeros aniónicos, cationicos (de polaridad muy variable) o neutros.
Los polímeros ejercen, generalmente una acción sobre el acero no protegido,
los polímeros son sustancias de un alto peso molecular, de origen ya sea
natural o sintético. Pueden ser cationicos, aniónicos o no iónicos. Si un
polímero contiene grupos ionizantes es denominado polielectrólito. Los
polímeros pueden ser sólidos o líquidos.
Según su tipo los polielectrólitos pueden usarse como coagulantes primarios o
como ayudantes de coagulación.
Factores que influyen en el proceso.
Los factores que mayor influencia ejercen en el desarrollo del proceso son
principalmente:
La naturaleza del agua cruda, y algunas variables físicas y químicas.
Naturaleza del agua cruda.
Las características del agua cruda que mas influyen en la eficiencia del
proceso son la concentración de coloides (medidos normalmente a través de la
cantidad de turbiedad o color presente en el agua).
● Concentración de coloide presentan cuatro situaciones diferentes
dependiendo de las condiciones del agua:
● Alta concentración de coloides- baja alcalinidad. Este es el sistema donde la
desestabilización se realiza por medio de la adsorción de polímeros hidróxidos
metálicos con carga positiva que se producen con niveles de pH ácidos.
● Alta concentración de coloides- alta alcalinidad. En este caso la
desestabilización se realiza nuevamente por medio de adsorción y
neutralización de la carga con niveles de pH neutrales o ácidos.
● baja concentración de coloides- alcalinidad alta. La coagulación se realiza
en este caso con una dosis de coagulante relativamente alta para capturar las
partículas coloidales.
● baja concentración coloidal- alcalinidad baja. En estos sistemas la
coagulación es mas difícil. Para realizar una coagulación efectiva deberá
agregarse alcalinidad adicional o preferentemente arcilla.
Temperatura.
Este efecto es apreciable en zona de climas muy marcados donde se alcanzan
temperaturas de congelación. A medida de que la temperatura del agua se
acerca a los 0 ° C, la remoción de turbiedad se dificulta desconociéndose las
razones específicas de este comportamiento.
En el rango de 10° C- 40 ° C se encontró que la eficiencia era cada vez mejor
al aumentar la temperatura por que aumentaba la tasa de colisiones entre las
partículas.
Caudal.
Pequeños caudales son difíciles de tratar pues requieren de equipos de
dosificación de capacidad muy reducida y gran exactitud, los cuales no existen
comúnmente en el mercado, debiéndose utilizar equipos de fabricación local.
Dentro de las variables químicas podemos encontrar:
● dosis optima.
● pH optimo.
● Alcalinidad y dentro de las variables físicas se encontraran:
- almacenamiento, recepción y manejo.
Control de la coagulación.
Se requiere del control de la coagulación para:
● producir agua tratada de la mejor calidad, en un forma uniforme y al menor
costo posible.
● hacer el mejor uso de la capacidad técnica del personal y de la planta en si.
● mejorar la operación y mantenimiento
● Intensidad de agitación y el tiempo de mezcla.
● Sistema de aplicación del coagulante.
● Tipo de dispositivo de mezcla.
Floculación
La floculación es la agitación de la masa del agua coagulada, para promover el
crecimiento de micro floculo recién formado, hasta alcanzar el tamaño y peso
necesario para su posterior remoción mediante la sedimentación.
Existen dos tipos de floculación para promover el crecimiento de los floculos:
la floculación peri cinética y la orto cinética.
● La floculación peri cinética. Se basa en las colisiones debidas al
movimiento de las moléculas e inducidas por la energía térmica.
● La floculación orto cinética. Se basa en las colisiones de las partículas
debidas al movimiento del agua. Este movimiento es inducido por una energía
exterior a la masa de agua y que puede ser de origen mecánico o hidráulico.
Al dispersarse el coagulante en la masa de agua para que las partículas
coloidales de tamaño menor a 1 micra empiecen a aglutinarse, se precisa de la
floculación peri cinética, cuando este alcanza el tamaño de 1 micra empieza a
actuar la floculación orto cinética promoviendo su mayor desarrollo.
Por lo tanto, ambos mecanismos son complementarios, no pudiéndose obtener
una buena eficiencia en ausencia de algunos de ellos.
Factores que influyen en la floculación
Los principales factores que influyen en la eficiencia de este proceso son:
● La naturaleza del agua.
● Las variaciones de caudal.
● La variación de la velocidad.
● El tiempo de floculación y el número de compartimientos.
Naturaleza del agua
La coagulación y, por consiguiente, la floculación son extremadamente
sensibles a las características físico químicas del agua cruda, tales como la
alcalinidad, el pH y la turbiedad.
La concentración y la naturaleza de las partículas que producen la turbiedad
también tienen una notable influencia en el proceso de floculación, por regla
general es mas fácil flocular aguas con elevada turbiedad y que presenten una
amplia distribución de tamaño de partículas.
Las variaciones del caudal
Es conocido que al variarse el caudal de operación de la planta se modifican
los tiempos de residencia y gradientes de velocidad en los reactores, el
floculador hidráulico es algo flexible a estas variaciones, al disminuir el
caudal aumenta el tiempo de retención y disminuye el gradiente de velocidad.
Variación de la velocidad
El parámetro de gradiente de velocidad como un factor de proporcionalidad,
cuando mayor es el gradiente de velocidad, mas rápida es la velocidad de
aglomeración de las partículas. Mientras tanto, a medida que los floculos
aumentan de tamaño, crecen también las fuerzas de cizzallamiento
hidrodinámico que ejercen sobre ellos, inducidos por el gradiente de
velocidad.
El tiempo de floculación y el número de compartimientos
En todos los modelos propuestos para la floculación la velocidad de
aglomeración de las partículas es proporcional al tiempo. Es necesario, por lo
tanto que se adopten medidas para aproximar el tiempo real de retención en el
tanque de floculación al tiempo nominal escogido. Se puede obtener esto,
conpartimentalizando el tanque de floculación con pantallas deflectoras,
cuanto mayor sea el numero de compartimientos, menores serán los cortos
circuitos del agua.
Clasificación de los floculadotes
● Floculadores de contacto de sólido.
● Floculadores de potencia o de disipación de energía.
floculadores de contacto de sólido
Los floculadotes de contacto de sólido o de manto de lodos son controlados
por la concentración de sólidos. Como esta varia continuamente es necesaria
una constante atención del operador, por lo que se deberá examinarse los
siguientes puntos:
● Tamaño de la instalación. No son aconsejables para pequeñas comunidades,
carentes de personal altamente calificado, necesario para su operación.
● el régimen de operación debe ser continuo, o por lo menos por un periodo
diario bastante largo y no debe estar sujeto a variaciones de caudal.
● se le recomienda para aguas que mantengan mas o menos constantes sus
características fisicoquímicas con variaciones de calidad imperceptibles.
Floculadotes de potencia
En los floculadotes de potencia, las partículas son arrastradas por el flujo de
agua a través del tanque de floculación no existiendo prácticamente,
concentración de sólidos, y los gradientes son normalmente prefijados en el
proyecto. De acuerdo con la forma de disipación de energía se pueden
clasificar en: hidráulicos y mecánicos
Hidráulicos
Los floculadores hidráulicos utilizan energía hidráulica disponible a través de
una perdida de carga general o especifica.
Mecánico
Los floculadores mecánicos utilizan energía de una fuente externa,
normalmente un motor eléctrico acoplado a un intercambiador de velocidades,
asiendo posible así la pronta alteración de la intensidad de agitación.
Sedimentación
Uno de lo procesos mas ampliamente usados en el tratamiento de agua es la
sedimentación. Se entiende por sedimentación a la remoción, por efecto
gravitacional de las partículas en suspensión en un fluido, y que tengan peso
específico mayor que el fluido.
En un determinado intervalo de tiempo no todas las partículas en suspensión
sedimentan. A las que sedimentan en un intervalo de tiempo elegido se les
llama “sólidos sedimentables”.
La sedimentación como tal, es en esencia un fenómeno netamente físico. Esta
relacionada exclusivamente con las propiedades de caída de las partículas del
agua cuando se produce sedimentación de una suspensión de partículas, el
resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensión mas
concentrada, cuando hay un especial interés en el fluido clarificado y
espesamiento, y cuando el interés esta en la suspensión concentrada. Se
designa como “partículas discretas” a aquellas que no cambian de
características (forma, tamaño, densidad) durante el proceso. Este caso se
presenta en desarenadores o en sedimentadotes como paso previo a la
filtración lenta.
Se denomina “sedimentación floculenta o decantación” al proceso de deposito
de partículas floculentas, las cuales cambian de características (forma, tamaño,
densidad y resistencia) durante el proceso.
Este caso se presenta en clarificación de aguas, como proceso intermedio entre
coagulación- floculación y filtración rápida.
Sedimentación interferida
Cuando una partícula discreta sedimenta a través de liquido en caída libre, el
liquido desplazado por la partícula se mueve hacia arriba a través de un área
suficientemente grande sin afectar el movimiento. Y la velocidad aumenta
conforme se interfiere en los campos situados alrededor de las partículas
individuales.
Sedimentación de partículas floculentas (decantación)
Las partículas que se remueven en la planta de tratamiento de agua son sólidos
inorgánicos y orgánicos. Los factores primordiales que influyen en la
velocidad de sedimentación son su tamaño forma o densidad.
La materia en suspensión que origina la turbiedad consiste principalmente en
sílice finamente dividida, arcilla y limo. Presentándose principalmente en
estado coloidal, siendo necesario añadir coagulantes químicos y someterlas a
procesos de coagulación y floculación para incrementar su tamaño y densidad
en forma previa al proceso de sedimentación.
Los componente de una unidad de sedimentación consta de las siguientes
zonas:
●
●
●
●
Zona de entrada y distribución del agua.
Zona de sedimentación propiamente dicha.
Zona de salida o recolección de agua.
Zona de depósito de lodos.
Factores que influyen en el proceso de sedimentación
Naturaleza del agua cruda.
Las variaciones de concentración de materia en suspensión modifica en primer
lugar la forma de sedimentación de las partículas (con caída libre o
interferida), así como las propiedades de las partículas modifican la forma de
depósito. Adicionalmente variaciones de concentraciones de partículas o de
temperatura producen variación de densidad del agua y originan “corrientes
simétricas o térmicas”.
Al entrar agua mas fría al sedimentador, la masa de agua se desplaza por el
fondo del sedimentador produciendo un tipo de corriente térmica.
Factores externos
Los factores externos al proceso de sedimentación dan un acondicionamiento
previo a los procesos operacionales y factores ambientales que son los que
tienen mas influencia en la eficiencia de un sedimentador o decantador.
Filtración
La filtración consiste en la remoción de partículas suspendidas y coloidales
presentes en una suspensión acuosa que escurre a través de un medio poroso.
En general, la filtración es la operación final que se realiza en una planta de
tratamiento de agua y, por consiguiente, es la responsable principal de la
producción de agua de calidad coincidente con los patrones de potabilidad.
La filtración es usualmente considerada como el resultado de dos
mecanismos distintos, pero complementarios: transporte y adherencia.
Inicialmente, las partículas a removerse son transportadas de la suspensión a la
superficie de los granos del medio filtrante. El transporte de partículas es un
fenómeno físico e hidráulico, afectado principalmente, por los parámetros que
gobiernan la transferencia de masas. La adherencia entre partículas y granos es
básicamente un fenómeno de acción superficial, que es influenciado por
parámetros físicos y químicos.
Mecanismos de transporte.
La mayor parte de los trabajos realizados con el objeto de verificar los
factores que influencian el transporte de las partículas, destacan la diferencia
que existe entre la filtración de acción superficial y la profundidad.
La acción física de cernido es un mecanismo dominante en la filtración de
acción superficial, mientras que, en la filtración de acción a profundidad, este
mecanismo es el de menor importancia entre otros responsables por el
transporte de las partículas.
Mecanismos de adherencia.
La adherencia entre las partículas trasportadas y los granos esta gobernada
principalmente por las características de las superficies de las partículas
suspendidas y de los granos. Las partículas se pueden adherir directamente
tanto a la superficie de los granos como a partículas previamente retenidas
Factores que influyen en la filtración
La eficiencia de la filtración esta relacionada con las características de la
suspensión y del medio filtrante.
Características de la suspensión:
● Tipo de partículas suspendidas
● Tamaño de las partículas suspendidas
● Densidad de las partículas suspendidas
● Resistencia o dureza de las partículas suspendidas
● Temperatura del agua a ser filtrada
● Concentración de las partículas suspendidas
● pH
Tipo de partículas suspendidas
La filtración de floculos que no se alimentan en una planta de ablandamiento
difiere sustancial mente del caso en que se tienen floculos provenientes de
pretratamientos con una sal de fierro o aluminio. Por otro lado, el tipo de
partícula primaria presentes en el agua cruda influye en la eficiencia de la
filtración.
Tamaño de las partículas suspendidas
Este hecho se puede observar desde el principio, cuando el medio filtrante esta
limpio, hasta el final de la carrera de filtración. Algunos productos químicos,
como los coagulantes y polímeros, pueden usarse para ajustar el tamaño de las
partículas suspendidas de modo de obtener una eficiencia mayor.
Densidad de las partículas suspendidas
Cuanto mayor sea la densidad de las partículas suspendidas mayor será la
eficiencia de remoción de las partículas de tamaño superior al crítico
mencionado anteriormente.
Resistencia o dureza de las partículas suspendidas
La dureza de los floculos es otro factor importante en la filtración, pues los
floculos débiles tienden a fragmentarse y penetrar fácilmente en el interior del
medio filtrante, mientras que los floculos duros o resistentes no se fragmentan
fácilmente, pero producen una perdida de carga mayor.
Temperatura del agua a ser filtrada
En general, el aumento de temperatura conduce a una eficiencia mayor pues se
tiene un aumento de energía termodinámica en las partículas del agua y,
consecuentemente, la difusión se vuelve un mecanismo importante cuando se
tienen partículas suspendidas menores de 1 micra.
Concentración de las partículas suspendidas
Cuando el medio filtrante se encuentra limpio la eficiencia de remoción
depende de la concentración de partículas suspendidas en el afluente. Después
de algún tiempo de filtración, la eficiencia de remoción aumenta con el
aumento de concentración de las partículas suspendidas en el afluente, pues
las partículas retenidas hacen de colectoras de otras partículas suspendidas.
pH
El pH influye en la capacidad de intercambio iónico entre las partículas
suspendidas y los granos del medio filtrante. Para valores de pH inferiores a
7.0, disminuye el intercambio de cationes y aumenta el intercambio de aniones
sobre las superficies positivas; mientras que, para valores de pH superiores a
7.0, se produce un aumento en el intercambio de cationes y una disminución
en el intercambio de aniones sobre las superficies negativas.
Características del medio filtrante destacan las siguientes:
● Medio filtrante.
● Tamaño efectivo del material filtrante.
● Coeficiente de uniformidad del material filtrante.
● Coeficiente de esfericidad de los granos del material filtrante.
● peso específico del material filtrante.
Medio filtrante
El tipo de medio filtrante debe seleccionarse basándose en la calidad que se
desea para el agua filtrada adicionalmente, también debe tenerse en cuenta, la
duración de la carrera de filtración y la facilidad de lavado. Un medio filtrante
ideal es aquel de una determinada granulometría y granos de un cierto peso
especifico, capas de remover la mayor cantidad posible de partículas
suspendidas. La arena a sido el medio filtrante comúnmente empleado, a pesar
de producir un efluente de mejor calidad la arena de granulometría menor
presenta una carrera de filtración mas corta, que la arena de granulometría
mayor.
Tamaño efectivo del material filtrante
Esta dado en relación al porcentaje en peso que pasa por las mallas de una
serie granulométrica, el tamaño efectivo se refiere al tamaño de grano
correspondiente al porcentaje de 10%.
Coeficiente de uniformidad del material filtrante
Esta dada en relación al porcentaje en peso que pasa por las mallas de una
serie granulométricas, el coeficiente de uniformidad es igual a la relación
entre el tamaño de los granos correspondientes al 60% y el tamaño de los
granos correspondiente al 10%.
Coeficiente de esfericidad de los granos del material filtrante
Es igual a la relación entre el diámetro de una esfera, de velocidad de
sedimentación igual a la del grano considerado, y el tamaño medio de los
granos entre dos mallas consecutivas de la serie granulométrica.
Peso especifico del material filtrante
El peso específico del material es igual al peso de los granos divididos por el
volumen efectivo que ocupa los granos.
Estas cinco características son muy importantes para especificar los materiales
que componen un medio filtrante de dos o más capas.
V∞ = K. D/ ∆H
Según hudson, el valor de k varía desde 0.4, cuando se tiene agua cruda difícil
de coagular y pretratamiento razonable, hasta 6.0, para agua cruda normal y
pretratamiento
Eficiente.
USO Y APLICACIÓN DE LA FILTRACIÓN EN EL TRATAMIENTO
DE AGUA
El uso de la filtración en el tratamiento de agua no es reciente, teniéndose
noticias de que la primera instalación de filtración en arena fue construida en
el siglo XlX, donde este tipo de instalación funcionaba con tasas de filtración
inferiores a 4 M³ / M².dia; estas ultimas instalaciones filtraban agua sometida
preliminarmente alas operaciones de coagulación, floculación y
sedimentación, y funcionaban con tasa constante e igual a 120 M³ / M². Dia.
Que hasta ahora en la actualidad con las mejoras realizadas en la
coagulación y floculación como consecuencia del establecimiento de
parámetros adecuados de proyecto y el empleo de nuevos productos químicos,
al surgimiento de la decantación acelerada, a la filtración con tasa declinante,
y al uso de auxiliares de filtración se aumento nuevamente la tasa de filtración,
alcanzándose valores del orden de 600 M³ / M².dia con una producción de
agua de calidad satisfactoria.
El método convencional de remover partículas coloidales presentes en el
agua cruda ha sido aquel donde se realizan las operaciones de coagulación,
floculación y sedimentación como pretratamiento, seguido de la filtración.
Este sistema de tratamiento ha sido empleado independientemente de la
calidad del agua cruda, que puede, inclusive sufrir variaciones bruscas de
turbidez y color y, así mismo, producir un efluente de calidad satisfactoria.
Aunque la turbidez alcance valores muy altos por efecto de las lluvias (hasta
1,000 UT), es posible obtener un efluente filtrado con turbidez inferior a 1 UT.
FILTRACION RAPIDA POR GRAVEDAD
La filtración rápida, realizada por gravedad, es la que se utiliza usualmente en
el tratamiento de agua para fines de abastecimiento público. Puede ser de flujo
ascendente, obteniéndose así el denominado ¨ filtro ruso¨y ser operado con
tasa de filtración constante o declinante. Cuando es de flujo descendente, la
filtración rápida puede realizarse con tasa declinante o constante, en filtros de
capa única de arena o de capas múltiples.
Normalmente, los dispositivos de control son automáticos y se pueden
instalar a la entrada o salida de los filtros. Los controladores de caudal y los
controladores de caudal por nivel, siendo más común en la práctica, el instalar
estos dispositivos en la tubería del efluente.
Si el caudal total afluente es constante, el nivel de agua prefijado en los
filtros permanecerá aproximadamente constante durante la carrera de
filtración, debido a la acción del controlador de caudal, y sufrirá incrementos
cuando se efectúe el lavado de los otros filtros de la batería. Estos aumentos
son proporcionales al número de filtros de la batería y a la duración del
lavado, pues la tasa refiltración permanece constante en los filtros restantes
que continúan en operación. Para que el nivel vuelva a su posición normal en
los filtros restantes, el operador debe, manualmente aumentar la tasa de
filtración durante un cierto intervalo de tiempo. La existencia de un rebose en
el canal de alimentación a los filtros evita los incrementos de nivel.
Los principales inconvenientes de los filtros operados con tasa constante son
los siguientes:
Costo elevado de equipos; costo elevado de operación y mantenimiento;
necesidad de control del nivel, automático o manual.
PRUEBA DE LABORATORIO O PRUEBA DE JARRAS
Esta es una prueba que se realiza para ayudarle a elegir el producto ó
productos y su concentración apropiada.
Ventajas:
1.- El costo aproximado por día puede ser adecuadamente calculado.
2.- Pruebas comparativas con productos similares pueden ser evaluadas.
3.- La ventaja de usar un floculite con coagulantes primarios en comparación
con el uso de coagulantes primarios solos.
4.- La ventaja de una demostración visual para usted y su cliente.
5.- Una solución económica.
CANTIDAD DE PRODUCTO NECESARIO POR DIA VS EL VOLUMEN
DIARIO DE FLUJO PARA 1PPm DE TRATAMIENTO.
Flujo diario
(1)
37850
94625
189250
378500
454200
567750
757000
946250
1135500
1324750
1514500
1703250
1892500
3785000
Floculites en polvo
Floculites líquidos
ó
2 desemulsificantes
Coagulantes primarios
(litros por día)
(kilos por día)
0.036
0.037
0.090
0.094
0.181
0.189
0.362
0.378
0.453
0.454
0.543
0.567
0.770
0.757
0.951
0.946
1.132
1.135
1.313
1.324
1.494
1.514
1.676
1.703
1.902
1.892
3.805
3.785
1.-COAGULANTES PRÍMARIOS.-Cal, alumbre, cloruro ferrico, y sosa cáustica.
2.-DESEMULSIFICANTE.-Split, ácido sulfúrico.
PUNTOS IMPORTANTES A CONSIDERAR CUANDO SE EFECTUA
UNA PRUEBA DE FLOCULACION SON:
● Asegurarse de tener una muestra representativa.
● Siempre checar el pH del agua antes de la prueba.
● Si no se obtienen buenos resultados con el pH actual, ajuste el pH de 6 a 9
con cáustico ó ácido sulfúrico antes de la prueba.
● Anotar cualquier cambio físico que curra mientras neutraliza la muestra
(color, formación de aglomeración etc.)
● Después de agregar ¨ x ¨ productos, agótese suavemente (25 veces) y
anotándose si se forma floculo.
● Después de cierta adición de floculite adecuado, repose durante 10 minutos.
● Anotar el tiempo de sedimentación.
Rápido__________ 30 seg.
Moderado________ 3 minuts.
Lento____________ 5 minuts.
● Anotar el volumen de lodos (10, 20, 30%)
● Anotar la clarificación: Turbia, muy Turbia, Clara, Muy clara etc.
Y por último dependiendo del tipo de muestra que se este probando después
del tratamiento y obteniéndose buenos resultados, los sólidos en suspensión
serán:
A).- SEDIMENTADOS.- Agua clara en la parte superior del vaso.
B).- MATERIA FLOTANTE.- Agua clara bajo la superficie.
C).- COMBINADO.- Agua clara en parte media del vaso.
ADICION DE PRODUCTOS QUIMICOS AL SISTEMA
En la mayoría de los tratamientos químicos para agua residuales los productos
químicos son agregados en forma líquida. En este caso ó en este tipo de planta
de tratamiento de agua se utilizara el alumbre que es normalmente en forma
de polvo, entonces se deberá diluirse en agua antes de someterse al sistema,
donde normalmente el equipó en existencia puede ser modificado para cubrir
sus necesidades de aplicación.
Como los Floculites son en forma de polvo deberán ser mezclados con agua
antes de someterse al flujo de agua, donde estos deberán ser mezclados a una
concentración de 0.453grs. Por cada 45.4 lts. De agua.
Lo que les dará como resultado una solución del 1% de concentración.
ANALISIS FISICOQUIMICOS
Dureza total
Fundamento. Esta prueba esta basada en la determinación del contenido total
de calcio y magnesio de la muestra de agua, titulada con un agente
secuestrante en presencia de un indicador orgánico sensible a los iones de
calcio y magnesio.
El punto final ocurre cuando todos los iones de calcio y magnesio están
secuestrados y le indica el cambio de color de rojo-azul. La reacción debe
efectuarse a un pH de 10 ± 0.1.
Reactivos:
1234-
solución tituladota de dureza (1ml, = 1mg, de CaCO3)
solución reguladora (buffer) para dureza total.
Indicador para dureza total.
Solución inhibidora de interferencia.
Método de análisis:
Mídanse con probeta o pipeta volumétrica, 25ml. De muestra de agua y
transfiéranse a una cápsula de porcelana de 250ml. De capacidad.
Dilúyase aproximadamente a 50ml. Con agua destilada, agréguese con pipeta
1ml. De solución buffer para dureza total y agitase, agréguese una medida
(0.2gr aproximadamente) de polvo indicador de dureza total y agitase, si hay
dureza presente la muestra tomara una coloración roja. Adiciónese de una
bureta lentamente la solución tituladota de dureza con agitación constante.
Cuando se aproxima el termino de la reacción, la muestra empieza a tomar una
coloración azul , pero se observa un tinte rojizo definido, el punto final ocurre
cuando se elimina por completo el tinte rojizo produciéndose un color azul
definido, las ultimas gotas se agregan a intervalos de 3 a 5 segundos cualquier
adición posterior de la solución tituladota de dureza no producirá ningún
cambio de color. Para mejor observación del color se recomienda titular a la
luz del día, o empleando una lámpara fluorescente.
Interferencias:
Si el cambio de color no es claro y exacto, significa que hay interferencias.
Cuando esto suceda repítase la prueba y adiciónese antes de la titulacion 1ml.
De solución inhibidora.
Si aun con el inhibidor el cambio de color no es claro, cambiase la solución
buffer.
Se fija un límite máximo de 5 min. Para la titulacion con objeto de disminuir
la tendencia a la precipitación del carbonato de calcio.
Recomendación: dilúyase la muestra de agua varias veces, para reducir la
interferencia a un nivel tolerable. Las temperaturas debajo de 21°C ocasionan
resultados bajos.
Calculo de la dureza total (CaCO3)
Ppm. De dureza total como CaCO3 = ml. De solución tituladota x 1000 / ml.
Muestra
Preparación de los reactivos:
1- versenato. Se disuelven 4gr. De etilendiamino- tetra- acetato- di sódico
(Na2H2. ver. 2H2 O) en 800 ml. De agua, agregando 0.5 gr. De
hidróxido de sodio y 0.1 gr. De cloruro de magnesio por 6 moléculas de
agua disuelta en 75 ml. De agua y aforando a 1000 ml. De manera que
se ajuste 1 ml.= 1mg. De carbonato de calcio CaCO3
2- solución reguladora o buffer para la dureza total. Mezclar 67.5 gr. (
NH4Cl) con 570 ml. De (NH4OH), se colocan en un matraz aforado de
1lt. Y se diluye con agua destilada.
3- Polvo indicador. Mezclese 0.5gr. de erio cromo negro T con 100gr de
NaCl para preparar un polvo seco. Este indicador en polvo es estable.
Dureza de calcio
Fundamento. Esta prueba se basa en la determinación del contenido de calcio
de una muestra de agua, por titulacion con un agente secuestrante en presencia
de un indicador orgánico sensible a los iones de calcio e insensible a los iones
de magnesio, en las condiciones del análisis.
El punto final de la reacción ocurre cuanto todos los iones de calcio quedan
secuestrados y lo indica el cambio de la coloración salmón rosa a púrpuraorquídea.
Reactivos:
1- solución tituladota de versenato, 1ml. = 1mg CaCO3.
2- Solución buffer para calcio (hidróxido de sodio 1.0 N).
3- Polvo indicador de calcio (purpurato de amonio).
Método de análisis:
Mídanse con probeta graduada o pipeta volumétrica, 50ml. De muestra de
agua y transfiéranse a la cápsula de porcelana.
Agréguense 2ml. De solución de hidróxido de sodio 1.0 N (buffer para calcio)
y agitase. El pH de la solución debe quedar entre 12 y 13, habiendo calcio en
agua, la muestra tomara una coloración rosa- salmón. Agréguese lentamente
de una bureta y agitando continuamente, la solución tituladota (la misma
solución empleada para determinar la dureza total).
Cuando se aproxima el término de la reacción la muestra empieza a tomar un
tinte púrpura. El punto final ocurre cuando cambia totalmente de coloración a
púrpura- orquídea.
Calculo de la dureza de Calcio (CaCO3 )
Ppm De calcio como CaCO3 = ml. De solución tituladota x 1000 / ml.
Muestra
Preparación de los reactivos:
1- solución tituladota o de versenato. 1ml. = 1mg de CaCO3.
esta solución es la misma empleada en la determinación de dureza total.
2- Solución de hidróxido de sodio 1.0 N ( buffer para calcio).
pesence 40gr. De hidróxido de sodio y pásense a un vaso, disuélvase en
agua destilada recientemente hervida y enfriada.
3- Polvo indicador para calcio (purpurato de amonio o murexide).
Pesese en balanza analítica 0.2gr de purpurato de amonio y pesence en
balanza granataria 100gr de cloruro de sodio seco. Mezclese en un
mortero el cloruro de sodio con el purpurato de amonio y pulverícese lo
mejor que sea posible.
Pásese por un tamiz de 40 a 50 mallas y
guárdese el polvo en un frasco con tapón roscado de baquelita.
DETERMINACION DEL FACTOR PROMEDIO DE LA DUREZA
TOTAL Y DE LA DUREZA DE CALCIO LLEVANDOSE ACABO A
FIN DE CADA MES.
(A Continuación se mostrará el procedimiento y los resultados del mes de
septiembre De cada una de ellas)
Para obtener el factor promedio de la dureza total y de la dureza de calcio, se
llevaron acabo tres análisis de cada una de ellas, en tres matraces de 200ml
para cada una donde se le hecho 50 ml de agua destilada y agregándole 5ml de
CaCO3 de una pipeta aforada y utilizando un indicador de ericromo negro T
para la dureza total y un indicador de purpurato de amonio ó murexide para la
dureza de calcio, añadiéndosele 1ml de versenato para la dureza total y 1ml de
hidróxido de sodio para la dureza de calcio y anotando los ml gastados de cada
una de ellas, para poder llevar acabo la reacción.
RESULTADOS:
Factor promedio de la dureza total
1.- 9.5ml gastados; 2.- 9.6ml gastados;
Factor Prom.= (9.5+9.6+9.5)/3
Factor Prom.= 9.53
Factor promedio de la dureza de calcio
1.- 7.4ml gastados; 2.- 7.5ml gastados;
Factor Prom.=(7.4+7.5+7.5)/3
Factor Prom.=7.46
3.- 9.5ml gastados
3.- 7.5ml gastados
Alcalinidad
La alcalinidad en las aguas se determina por titulación con una solución
de ácido valorado y se emplean para este objeto dos clases de indicadores, la
fenolftaleína y el anaranjado de metilo. Sin embargo, estas determinaciones
no suministran una medida directa de los iones específicos de la alcalinidad.
Con el objeto de simplificar los tratamientos y los datos analíticos, se
acostumbra considerar que la alcalinidad está producida por los bicarbonatos e
hidróxidos; sin embargo hay otros iones como los fosfatos, silicatos, etc. Que
parcialmente contribuyen a la alcalinidad.
Al neutralizar un agua empleando fenolftaleína, como indicador, se
encontrará la alcalinidad a la fenolftaleína¨, o bien si se utiliza como
indicador, se obtendrá la alcalinidad al anaranjado de metilo.
En las aguas naturales o aguas crudas superficiales no hay alcalinidad a la
fenolftaleína y la alcalinidad al anaranjado de metilo es pequeña. Las aguas de
pozo tampoco son alcalinas a la fenolftaleína y su alcalinidad al anaranjado de
metilo es mayor que las aguas superficiales. La alcalinidad de un agua natural
normalmente proviene de bicarbonato de calcio y magnesio aunque algunas
veces también pueden presentarse bicarbonatos de sodio.
Los bicarbonatos de calcio y magnesio provienen de la acción disolvente
del anhídrido carbónico (CO2) presente en el agua de las lluvias o en las aguas
superficiales que al reaccionar con la calcita y la dolomita que hay en los
suelos o en la corteza terrestre forman los bicarbonatos.
Los carbonatos y especialmente los iones hidroxilo rara vez se encuentran
en las aguas crudas, aunque pueden ser introducidos durante los tratamientos
de ablandamiento por el método de la cal y el carbonato de sodio.
En las aguas potables, la Secretaría de Salubridad y Asistencia limita la
alcalinidad de acuerdo con una escala que toma en cuenta tanto la alcalinidad
total como el pH del agua tratada.
El método de winkler y warder para determinar la alcalinidad en las aguas
está basado en el uso de los dos indicadores antes mencionados.
Procedimiento:
Se colocan 50ml de la muestra filtrada del agua en una cápsula de porcelana
de 250ml de capacidad, se agregan 4 gotas de solución alcohólica al 0.5% de
fenolftaleína, si la muestra se colorea es alcalina, es decir, que contiene
carbonatos e hidróxidos disueltos; si por el contrario permanece incolora, el
agua no contiene ni carbonatos ni hidróxidos si no únicamente bicarbonatos.
En el primer caso se titula con ácido sulfúrico (H2SO4) N/50 anotando el
numero de mililitros de ácido gastados como los correspondientes a P
(alcalinidad a la fenolftaleína); a continuación se agregan 4 gotas de
anaranjado de metilo al 0.05% y se titula hasta obtener el vire al color canela
anotando el total de los mililitros de ácido gastados correspondiente a
M(alcalinidad al anaranjado de metilo, sin descontar la cantidad de ácido
gastada en la primera determinación).
Interferencias:
1- las aguas altamente coloreadas enmascaran el vire del anaranjado de
metilo. Utilícese el indicador rojo de metilo para obtener un punto final
mas definido.
2- El cloro libre puede blanquear el indicador.
3- La prueba de hidratos F (BaCl2) debe hacerse rápidamente, para que la
solución ácida no vaya a disolver algo de precipitado de sulfato de bario
o carbonato de bario, dando resultados altos.
TABLA DE VALORES PARA LOS CALCULOS DE ALCALINIDAD
Condición OH- CO3= HCO32F=M
0
M
0
2F>M
2F-M 2 (M-F)
0
2F<M
0
2F
M-2F
F=M
M
0
0
F=0
0
0
M
6
F=ml de ácido para titulacion a la fenolftaleina x Nx F X 10 / ml de la
muestra.
6
M= ml de ácido para titulacion al anaranjado de metilo x Nx F X 10 / ml. de
la muestra.
En donde:
N = normalidad del ácido
F = factor de conversión
Variaciones al factor:
F = 0.05005 ppm en términos de CaCO3
F = 0.040 ppm en términos de NaOH
F = 0.053 ppm en términos de Na2CO3
F = 0.01701 ppm en términos de iones OHF = 0.06102 ppm en términos de HCO3F = 0.030 ppm en términos de CO3=
Es preferible siempre hacer dos determinaciones, una para el valor de F y otra
para el valor de M.
Los resultados frecuentemente se expresan en términos de ppm de carbonato
de calcio (CaCO3).
DETERMINACION DE CLORUROS
Fundamento.-se basa en la valoración del contenido de iones de cloruro, con
una solución estándar de nitrato de plata, usando cromato de potasio como
indicador.
Método de análisis:
Sobre la muestra en que se determino la alcalinidad al anaranjado de metilo
hágasela titulación de los cloruros, diluyendo a 100ml con agua destilada.
Cuando por alguna razón tenga que efectuarse la prueba de cloruros sobre una
nueva muestra procédase a neutralizarla con solución de ácido y anaranjado de
metilo como indicador, o de lo contrario se precipita el Nitrato de Plata como
Hidróxido o Carbonato.
Se agrega con gotero 20 gotas (1ml) de solución indicador de Cromato de
Potasio, la solución tomará una coloración amarillo brillante y se procede a
titular mediante una bureta gota agota y agitando constantemente, solución de
Nitrato de Plata, hasta el punto final de la reacción de amarillo brillante a café
rojízo (rojo salmón). Este color rojízo se tomo como el punto final de la
reacción y no el color rojo ladrillo que se desarrolla cuando se agrega exceso
de reactivo.
A los mililitros de solución de nitrato de plata gastados, debe restarseles
0.2ml que corresponden a la cantidad de solución requerida para obtener el
punto final de la reacción en una muestra de 100ml de agua destilada libre de
cloruros.
CALCULOS:
ppm =ml gast. – 0.2 X N X E.Q X F.R
INTERFERENCIAS:
1.-Las aguas altamente coloreadas enmascaran el vire.
2.-La presencia de sulfito o sulfuro puede causar error cuando exceden a 10
ppm.
3.-Amoníaco puede resultados altos.
4.-Ortofosfatos arriba de 50 ppm y hierro arriba de 20 ppm pueden interferir
en el vire.
Cuando se desea una mayor precisión en los resultados, estas interferencias
pueden eliminarse evaporando la muestra a sequedad añadiendo 0.5 ml H2O2
al 30% y redisolviendo con 50 o 100 ml de agua destilada. El color se elimina
añadiendo 3 ml de suspensión de Hidróxido de Aluminio, agitar y filtrar.
TURBIEDAD
La turbiedad es el reflejo de la presencia de materia fina suspendida en el agua
(arcilla, cieno, materia orgánica finamente dividida y otro material
inorgánico). La turbidez en el agua se mide mediante el efecto de las
partículas finas en suspensión sobre un haz de luz.
Los métodos
analíticos de interferencia luminosa se clasifican cómo nefelométricas, y un
sistema de medición de la turbidez utiliza las unidades de turbidez
nefelométricas (NTU).
La turbiedad se utiliza cómo parámetro básico para evaluar la calidad del
agua, ampliamente utilizado para evaluar los resultados en tratamientos de
aguas, en algunos de los casos la materia coloidal en el agua es benéfica y en
otros casos es peligrosa. Cada tipo de agua requiere especificaciones
especiales, según las aplicaciones o usos específicos que se le den, una
turbiedad de 5 unidades es fácilmente detectable en un vaso de agua para
consumo humano, y aunque las partículas pudieran no ser tóxicas, el aspecto
resulta antiestético.
La medición de la turbidez solía ser realizada a través del turbidimetro de
Jackson, en la actualidad ha sido desplazado por el método nefelométrico, por
la precisión, sensibilidad y fácil aplicación a un amplio margen de
turbiedades; además de que es preferible al método de comparación visual.
Por lo tanto este método se basa en la comparación de la intensidad de una luz
que pasa a través de la muestra, estando sujeta a las mismas condiciones que
una suspensión estandar de referencia.
Una gran modificación de la intensidad de la luz nos indica una turbidez alta.
Las unidades en NTU son ajustadas en el mismo nefelómetro de acuerdo a las
especificaciones del mismo.
DETERMINACION POTENCIOMETRICA
FUNDAMENTO.- El pH ó concentración iones hidrógeno del agua se mide
por este método con un aparato denominado ¨potenciómetro¨, que determina
el voltaje desarrollado por dos electrodos que están en contacto con la muestra
de agua.
El voltaje de un electrodo conocido como electrodo se fija, en tanto que el
voltaje del otro electrodo varía con el pH del agua. La superficie de vidrio de
los electrodos, separando dos soluciones da el potencial que es directamente
proporcional al pH.
METODO PARA LA DETERMINACION
1.- Verífique el cero mécanico
2.- oprimase el boton de reposo
3.- adicionese la solución buffer en un vaso de 150 ml.
4.-enjuaguese el termómetro y las bases con agua destilada y sequense con
papel.
5.-tómese la temperatura de la solución buffer y coloquese al compensador de
temperatura, en la lectura que marque el termómetro.
6.- sumerjanse los electrodos en la solución buffer.
7.- oprimase el boton de lectura y después de 1 minuto ajustese con el control
estandarizador.
8.- oprimase el boton de reposo y enjuaguese las bases de las celdas con agua
destilada.
MEDICION DEL pH
1.- verifiquese el cero mecanico.
2.- coloquese la muestra de agua en un vaso de 150 ml.
3.- con el boton de repaso oprimido, sumerjanse los electrodos en la muestra
de agua.
4.- tomese la temperatura de la muestra y ajustese el compensador de
temperatura.
5.- oprimase el boton de lectura.
6.- y por ultimo tomese la lectura del PH.
RESULTADOS DEL PH DEL AGUA DESTILADA
SE ENCUENTRA ENTRE:
7.0----8.0 ppm
MUESTREO Y CONSERVACIÓN
Muestreo del Agua
El resultado de un análisis por si solo no representa nada si no se toma en
cuenta tanto el lugar de muestreo, como los detalles de operación de
extracción de la muestra. Está parte del monitoreo es básica por lo que de lo
contrario se obtendrán resultados que, si bien pudieran cumplir con precisión y
exactitud del método analítico, no son reales, si la muestra no fue bien
obtenida, ni el lugar fue adecuado el objetivo del muestreo es la obtención de
una porción de muestra cuyo volumen sea lo suficientemente pequeño como
para que pueda ser transportado con facilidad y manejado en el laboratorio, sin
que por ello deje de representar con exactitud a la entidad de donde procede.
Las muestras se dividen en muestras simples y compuestas
Las muestras simples son aquellas que se obtienen en un lugar y momento
determinado solo para representar la composición de la fuente en ese
momento y lugar.
Las muestras compuestas se refiere a una mezcla de muestras sencillas
recogidas en el mismo punto, en distintos momentos. Sólo se utilizara este tipo
de muestra para la valoración de componentes cuya inalterabilidad en las
condiciones de toma y conservación de la muestra haya quedada comprobada.
Conservación de la muestra
Las técnicas de conservación sólo retrasan los cambios químicos y biologicos
que inevitablemente se producen después del muestreo. Considerando la
naturaleza de los cambios de las muestras antes del análisis, algunos métodos
pueden verse afectados con mayor facilidad que otros por los efectos de
conservación de la muestra.
La temperatura a la cual debe ser almacenada una muestra es de 4 C, debe
estar etiquetada correctamente con hora y el lugar dónde se muestreo.
Los envases deben ser inertes, con una capacidad de dos litros de preferencia,
se recomienda que los envases podrán ser de plástico.
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